新工科背景下基于工程應(yīng)用能力的案例式教學(xué)改革——以“材料腐蝕與防護(hù)”課程的設(shè)計(jì)、組織與實(shí)施為例

伍秋美，李昆，雷永鵬，周永華

新工科背景下基于工程應(yīng)用能力的案例式教學(xué)改革——以“材料腐蝕與防護(hù)”課程的設(shè)計(jì)、組織與實(shí)施為例

伍秋美1，李昆1，雷永鵬1，周永華2

(1. 中南大學(xué)粉末冶金研究院，湖南長(zhǎng)沙，410083；2. 中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙，410083)

基于“新工科”工程教育的內(nèi)涵與要求，結(jié)合“材料腐蝕與防護(hù)”課程綜合性與實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，提出“材料腐蝕與防護(hù)”課程教學(xué)改革的核心目標(biāo)為提升學(xué)生面對(duì)復(fù)雜工況時(shí)的材料防腐工程應(yīng)用能力，全面實(shí)施“基礎(chǔ)—拓展—綜合—研究”四個(gè)層次的案例式教學(xué)，建立了相應(yīng)的過程考核機(jī)制，并對(duì)“綜合型工程案例”和“研究性實(shí)驗(yàn)”的組織與實(shí)施過程進(jìn)行詳細(xì)闡述。案例式教學(xué)的改革實(shí)踐拓展了課程的深度與廣度，有效提高了學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備水平、能力和素質(zhì)。

新工科；材料腐蝕與防護(hù)；案例式教學(xué)；教學(xué)改革

一、引言

為了主動(dòng)應(yīng)對(duì)全球新一輪的科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略”“中國(guó)制造2025”行動(dòng)綱領(lǐng)，教育部于2017年提出了開展“新工科”工程教育改革的倡議，其核心思想是以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向，注重創(chuàng)新、跨學(xué)科和實(shí)踐教育，培養(yǎng)具有科學(xué)精神、工程素養(yǎng)、國(guó)際視野和社會(huì)責(zé)任感的高級(jí)人才[1?3]?！靶鹿た啤钡慕ㄔO(shè)舉措中，提出了“三個(gè)階段、三個(gè)任務(wù)、三個(gè)突破”的行動(dòng)方案，其中“三個(gè)任務(wù)”為“學(xué)與教”“實(shí)踐與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”和“本土化與國(guó)際化”。“三個(gè)任務(wù)”明確指出，現(xiàn)階段高校的關(guān)鍵任務(wù)是重構(gòu)人才知識(shí)體系、重塑人才培養(yǎng)質(zhì)量觀、創(chuàng)新教學(xué)方式與技術(shù)、強(qiáng)化實(shí)踐創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。因此，高校應(yīng)針對(duì)時(shí)代要求和未來卓越工程人才應(yīng)具備的核心素養(yǎng)和能力，進(jìn)一步加快課程教學(xué)的改革。眾所周知，材料廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，在使用過程中，受環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)、電化學(xué)和物理作用，材料易腐蝕失效。《中國(guó)腐蝕調(diào)查報(bào)告》指出，2015年我國(guó)的腐蝕成本為21278.2億元，約占當(dāng)年國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的4%[4]?！安牧细g與防護(hù)”課程是材料類工科專業(yè)學(xué)生的重要課程，它融合了物理化學(xué)、材料科學(xué)、電化學(xué)、熱處理、金屬學(xué)等多門課程的知識(shí)，重點(diǎn)講述金屬化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕的原理及相應(yīng)的保護(hù)技術(shù)，是一門金屬材料腐蝕防護(hù)設(shè)計(jì)的綜合性專業(yè)課。針對(duì)各個(gè)行業(yè)材料腐蝕防護(hù)的產(chǎn)業(yè)要求，培養(yǎng)學(xué)生在面對(duì)復(fù)雜的材料腐蝕工況時(shí)，正確合理地制訂腐蝕防護(hù)措施、進(jìn)行腐蝕保護(hù)設(shè)計(jì)的工程應(yīng)用能力，是該課程的主要目標(biāo)。因此，在科學(xué)技術(shù)日益進(jìn)步，材料腐蝕新理論、防護(hù)新方法不斷涌現(xiàn)的當(dāng)下，結(jié)合“新工科”的核心思想，科學(xué)地構(gòu)建課程內(nèi)容，有效地開展教學(xué)活動(dòng)，更客觀地評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，使課程更好地服務(wù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，是本課程教學(xué)改革關(guān)注的重要方向。

二、“材料腐蝕與防護(hù)”課程實(shí)施案例式教學(xué)的必要性

“新工科”工程教育以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向，注重創(chuàng)新、跨學(xué)科和實(shí)踐教育，因此培養(yǎng)學(xué)生面對(duì)復(fù)雜的材料腐蝕工況時(shí)的工程應(yīng)用能力，就顯得尤為重要。這要求我們充分認(rèn)識(shí)到當(dāng)前“材料腐蝕與防護(hù)”課程教學(xué)過程中存在的不足，并提出相應(yīng)的改革措施。

當(dāng)前“材料腐蝕與防護(hù)”課程教學(xué)的不足之處主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：

第一，課程教學(xué)內(nèi)容相對(duì)陳舊，與新知識(shí)、新應(yīng)用的融合不夠。社會(huì)快速發(fā)展，使得新知識(shí)以指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)也在不斷地升級(jí)轉(zhuǎn)型，因而材料在各行各業(yè)的應(yīng)用范圍大大拓展，其所面臨的防護(hù)問題也隨之越來越多。然而目前的課程教學(xué)內(nèi)容主要來源于教材，相對(duì)陳舊，缺乏對(duì)相關(guān)領(lǐng)域最新研究動(dòng)態(tài)的跟蹤，缺乏與廣泛的工程實(shí)例和應(yīng)用背景的融合。這導(dǎo)致理論和應(yīng)用之間的脫節(jié)，不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

第二，工程問題與專業(yè)知識(shí)的銜接不夠，不利于培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。當(dāng)前工科學(xué)生的實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)、實(shí)踐機(jī)會(huì)大幅減少，缺少融合專業(yè)知識(shí)與工程問題的實(shí)踐教學(xué)。因此，工程性強(qiáng)的“材料腐蝕與防護(hù)”課程更應(yīng)加強(qiáng)教學(xué)方式和內(nèi)容上的設(shè)計(jì)，彌補(bǔ)這一方面的不足。然而目前的課堂教學(xué)仍以講授為主，知識(shí)傳遞的方式單一。與學(xué)生的交流不夠，未能充分激發(fā)出學(xué)生將專業(yè)知識(shí)用于解決工程問題的學(xué)習(xí)熱情，無法培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。雖然也有一定比例的討論式教學(xué)，但案例中的內(nèi)容只是服務(wù)于個(gè)別的知識(shí)點(diǎn)，存在系統(tǒng)性不高的問題。

第三，課程的考核方式單一，不利于正確評(píng)估卓越工程人才的培養(yǎng)效果。為適應(yīng)“新工科”的要求，教學(xué)方式的改革將轉(zhuǎn)向案例式、討論式、啟發(fā)式等模式，因此，考核方式也要相應(yīng)地做出改變。而目前的考核仍以期末的卷面考試為主(成績(jī)占比為70%)，過程之中的考核比例偏低。這導(dǎo)致學(xué)生不重視平時(shí)的課堂學(xué)習(xí)與課外學(xué)習(xí)，無法讓學(xué)生主動(dòng)關(guān)注其他的相關(guān)學(xué)科，不利于自主學(xué)習(xí)習(xí)慣的養(yǎng)成。

除了對(duì)現(xiàn)有的不足有所認(rèn)識(shí)之外，我們也意識(shí)到“材料腐蝕與防護(hù)”課程的顯著特點(diǎn)是綜合性強(qiáng)和實(shí)踐性強(qiáng)，而這兩個(gè)特點(diǎn)恰恰是進(jìn)行案例式教學(xué)的立足點(diǎn)，為我們組織和進(jìn)行案例式教學(xué)提供了基礎(chǔ)。

具體來說，第一，課程的綜合性強(qiáng)，結(jié)合了物理化學(xué)、電化學(xué)基礎(chǔ)、金屬材料學(xué)、熱處理等課程的內(nèi)容。這幾門課程的教學(xué)時(shí)段比較分散，因此“材料腐蝕與防護(hù)”課程可以成為教師設(shè)計(jì)綜合性案例，學(xué)生在溫故知新的過程中分析、判斷和解決復(fù)雜腐蝕問題的最佳舞臺(tái)。第二，課程內(nèi)容的實(shí)踐性強(qiáng)，而且不同行業(yè)和不同環(huán)境下的材料腐蝕防護(hù)需求不同。“材料腐蝕與防護(hù)”課程為學(xué)生提供了“具體問題具體分析”的良好訓(xùn)練機(jī)會(huì)，學(xué)生可以在不同案例的比較學(xué)習(xí)中培養(yǎng)工程素養(yǎng)、創(chuàng)新意識(shí)，養(yǎng)成自我學(xué)習(xí)的習(xí)慣。因此，全面貫徹案例式教學(xué)的方式將成為改變“材料腐蝕與防護(hù)”課程教學(xué)現(xiàn)狀、大幅度提高教學(xué)效果的關(guān)鍵。

案例式教學(xué)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的新穎性、課堂教學(xué)的組織效率、評(píng)價(jià)方法的科學(xué)性都提出了更高的要求。下面就這三方面，分別闡述“材料腐蝕與防護(hù)”課程案例式教學(xué)的內(nèi)容設(shè)計(jì)、組織實(shí)施及評(píng)價(jià)體系。

三、“材料腐蝕與防護(hù)”課程案例式教學(xué)的內(nèi)容設(shè)計(jì)

教材是課程內(nèi)容的載體，但腐蝕學(xué)科發(fā)展日新月異，有關(guān)腐蝕的新理論、評(píng)價(jià)測(cè)試的新方法與新標(biāo)準(zhǔn)層出不窮，“材料腐蝕與防護(hù)”案例式教學(xué)不僅要采用國(guó)家統(tǒng)編的優(yōu)秀教材①作為基本資源，還要利用好課外資料、教輔資料及最新的科研成果，建立起層次分明的案例教學(xué)體系。因此，我們對(duì)課程內(nèi)容中的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了難度分級(jí)，形成了相應(yīng)的案例層次。以“電化學(xué)腐蝕原理”這一章為例，知識(shí)點(diǎn)的難度分級(jí)、相應(yīng)的案例層次及教學(xué)資源如表1所示，主要包括如下四個(gè)層次：

表1 以“電化學(xué)腐蝕原理”為例的案例式教學(xué)的內(nèi)容設(shè)計(jì)及實(shí)施方案

第一，幫助學(xué)生理解基本概念的案例，我們稱之為“基礎(chǔ)知識(shí)型案例”。該類案例具有簡(jiǎn)短性，可以使學(xué)生迅速關(guān)聯(lián)到所學(xué)的單一知識(shí)點(diǎn)，有利于加深理解和記憶。如，在講述“腐蝕本質(zhì)”這一概念時(shí)，我們便以生活中常見的“暖寶寶”為案例。

第二，在講述涉及因素分析的難點(diǎn)內(nèi)容時(shí)，我們采用“拓展型案例”，其作用是重要知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用拓展。如：通過探尋白鐵皮和馬口鐵在自然環(huán)境中具有良好耐蝕性的原因，分析金屬腐蝕的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)因素；通過解析參比電極的構(gòu)造，分析交換電流密度(o)的影響因素；通過分析自然環(huán)境中金屬腐蝕存在極限電流或鈍化膜的情況及鎂合金的負(fù)差數(shù)效應(yīng)，探究極化的改變對(duì)腐蝕速度的影響。

第三，針對(duì)有明確工程應(yīng)用背景的綜合性難點(diǎn)內(nèi)容，我們采用“綜合型工程案例”，融入與課程內(nèi)容有關(guān)的科研成果。如：通過引導(dǎo)學(xué)生查閱科研文獻(xiàn)，探尋鋁空氣電池負(fù)極材料的設(shè)計(jì)思路。在探尋該設(shè)計(jì)思路的過程中，引發(fā)學(xué)生討論宏觀電池和微觀電池的對(duì)比、微觀電池產(chǎn)生的原因、析氫腐蝕的影響因素及鈍化對(duì)電極反應(yīng)的影響，培養(yǎng)學(xué)生利用基礎(chǔ)理論進(jìn)行科學(xué)研究的能力。

第四，針對(duì)涉及實(shí)踐環(huán)節(jié)的難點(diǎn)內(nèi)容，我們?cè)O(shè)置了“研究性實(shí)驗(yàn)”，為學(xué)生提供自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和開展實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。如：在學(xué)習(xí)高熵合金、不銹鋼、碳鋼等材料耐蝕性特點(diǎn)的相關(guān)內(nèi)容時(shí)，學(xué)生首先要通過查閱文獻(xiàn)，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟及所考察因素的水平，然后進(jìn)行Tafel曲線、鈍化曲線及交流阻抗等的測(cè)定，研究材料基體及表面膜層的成分、組織、介質(zhì)等對(duì)材料腐蝕的影響，最后提出有效防護(hù)該材料的措施。

從表1中可以看出，圍繞基本概念、因素分析、綜合應(yīng)用和實(shí)踐環(huán)節(jié)這四個(gè)層面設(shè)置“基礎(chǔ)知識(shí)型案例”“拓展型案例”“綜合型工程案例”“研究性實(shí)驗(yàn)”等四個(gè)層次的案例教學(xué)，可以兼顧基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，為全面培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、工程應(yīng)用能力和自主學(xué)習(xí)精神提供保障。

四、“材料腐蝕與防護(hù)”課程案例式教學(xué)的組織與實(shí)施

除了對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理設(shè)計(jì)之外，案例式教學(xué)的組織與實(shí)施是保證教學(xué)效果的另一個(gè)關(guān)鍵?！安牧细g與防護(hù)”課程案例式教學(xué)的組織與實(shí)施，主要以課程內(nèi)容為主線，以案例為依托，通過課前導(dǎo)學(xué)與課內(nèi)講解相結(jié)合、課外自學(xué)與課內(nèi)提問搶答相結(jié)合、一般歸納和重點(diǎn)解析相結(jié)合來進(jìn)行。課前導(dǎo)學(xué)主要是學(xué)生針對(duì)教師布置的問題，查閱或回顧相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)自己掌握的知識(shí)的局限性。課堂上的案例式教學(xué)以學(xué)生為中心建立討論小組，在具體的案例分析中，教師可以啟發(fā)學(xué)生陳述個(gè)人觀點(diǎn)、升級(jí)思維空間，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論的理解，提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。下面以“拓展型案例”和“綜合型工程案例”為例，對(duì)案例型教學(xué)方式的具體組織與實(shí)施過程進(jìn)行展示。

(一)“拓展型案例”的組織與實(shí)施

“交換電流密度(0)”指的是電化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)電荷交換的活躍程度，是“材料腐蝕與防護(hù)”課程中的重要知識(shí)點(diǎn)，也是難點(diǎn)之一。學(xué)習(xí)“交換電流密度”的困難主要體現(xiàn)在它在很多實(shí)際應(yīng)用中起著關(guān)鍵作用，但難以被意識(shí)到，極易被忽略。為此，我們以參比電極的構(gòu)造分析為例闡釋“交換電流密度”。這里涉及的基本概念比較多，很多都在“物理化學(xué)”課程中出現(xiàn)過，如平衡電極電位、電化學(xué)極化、Tafel公式等，但學(xué)生對(duì)這些概念的理解往往不夠深入。為此，我們?cè)谡n前導(dǎo)學(xué)環(huán)節(jié)要求學(xué)生查閱參比電極的使用要求及構(gòu)造的相關(guān)資料。然后，在課內(nèi)小組討論環(huán)節(jié)，針對(duì)參比電極的要求和實(shí)際使用時(shí)的情況，提出可能的矛盾所在：一方面，參比電極的要求是電位必須穩(wěn)定；另一方面，參比電極在使用時(shí)有電流通過，會(huì)有極化產(chǎn)生。之后進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生分析、討論解決方案中隱藏的知識(shí)點(diǎn)，如過電位大小、0的影響因素等。最后，教師在總結(jié)時(shí)，強(qiáng)調(diào)鍍了鉑黑(納米鉑)的鉑片是參比電極構(gòu)造的關(guān)鍵，它能保證0足夠大(大于10?5A/cm2)，當(dāng)通過的電流密度足夠小(小于10?7A/cm2)時(shí)，極化電位是可忽略的，并從腐蝕動(dòng)力學(xué)角度得出：0越小，電化學(xué)極化越大，腐蝕速率就越小，金屬就越不容易腐蝕了，從而說明0的大小是選擇防腐(涂層)材料的重要依據(jù)之一。

在以參比電極構(gòu)造為例闡釋“交換電流密度”的過程中(見圖1)，學(xué)生通過課前導(dǎo)學(xué)與課堂討論環(huán)節(jié)，不僅可以對(duì)“既熟悉又陌生”的參比電極有更深入的理解，而且對(duì)關(guān)鍵概念的體會(huì)也更深刻。更重要的是，學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題(使用要求與實(shí)際情況之間有矛盾)、分析問題(誰是關(guān)鍵點(diǎn))和解決問題(鍍鉑黑的鉑片，增大0)的能力獲得了有效的提升。

圖1 案例式教學(xué)的組織與實(shí)施示意圖——以“交換電流密度”的闡釋為例

此外，在講解因素分析一類的難點(diǎn)時(shí)，如金屬在大氣、水體及土壤等自然環(huán)境中主要是析氫腐蝕和吸氧腐蝕，對(duì)這兩種腐蝕機(jī)制的比較，可結(jié)合當(dāng)下的研究熱點(diǎn)(析氫反應(yīng)、氧還原反應(yīng)催化劑的研究[7?8])，將一般歸納和重點(diǎn)解析相結(jié)合；又如，鎂合金在電化學(xué)腐蝕過程中存在典型的“負(fù)差數(shù)效應(yīng)”[5?6]，即在陽極極化下鎂合金的析氫速度隨電位升高而增加，與傳統(tǒng)的電化學(xué)理論相異，在授課時(shí)可將課外自學(xué)與課內(nèi)提問搶答相結(jié)合；在高溫化學(xué)腐蝕部分，由于氧化皮具有半導(dǎo)體屬性，隨著氧壓的升高，金屬的腐蝕速度并不一定是加速的，有些甚至是減速的，在授課時(shí)可將課前導(dǎo)學(xué)與課內(nèi)討論相結(jié)合?？傊?，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)及已有的知識(shí)水平，提前設(shè)計(jì)相關(guān)的互動(dòng)、交流問題，根據(jù)不同授課內(nèi)容的難易程度、不同的學(xué)習(xí)階段，可以讓不同層次的學(xué)生有效地參與課堂教學(xué)，既豐富了學(xué)生的課堂體驗(yàn)，又提升了他們的自信心，從而能夠很好地達(dá)成課程目標(biāo)。

(二)“綜合型案例”的組織與實(shí)施

“材料腐蝕與防護(hù)”課程的重要目標(biāo)之一是培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜實(shí)際工程中的腐蝕問題的能力。那么如何面向工程應(yīng)用組織“綜合型工程案例”教學(xué)呢？鋁儲(chǔ)量豐富、無毒環(huán)保，而且鋁空氣電池具有較高的理論電壓(2.7 V)和能量密度(8 100 (W?h)/kg)等優(yōu)點(diǎn)，因而備受關(guān)注[9]。在實(shí)際應(yīng)用中，純鋁表面易覆蓋鈍化膜，會(huì)降低電池的放電電壓，且自腐蝕嚴(yán)重，該如何破解這一問題呢？我們以鋁空氣電池負(fù)極材料的設(shè)計(jì)為例，課堂組織與實(shí)施過程具體如下(圖2)。

第一，在課前導(dǎo)學(xué)環(huán)節(jié)，安排學(xué)生思考“鋁空氣電池的正負(fù)極反應(yīng)”“負(fù)極材料能否用純鋁”“純鋁做負(fù)極材料可能會(huì)帶來什么問題”及“這些問題該如何解決”等方面的問題并查閱相關(guān)資料。

第二，在課堂討論環(huán)節(jié)，教師請(qǐng)同學(xué)們分組展示查閱的內(nèi)容，即鋁空氣電池的兩個(gè)主反應(yīng)：負(fù)極(Al?3e→Al3+)，正極(O2+2H2O+4e→ 4OH?)；接著展示純鋁負(fù)極存在的兩個(gè)主要副反應(yīng)：一方面鋁在水中會(huì)發(fā)生析H2自腐蝕，另一方面鋁表面會(huì)生成致密鈍化膜。兩者都將降低鋁的利用率，顯然不能用純鋁作為負(fù)極材料。然后教師結(jié)合課程的難點(diǎn)，包括宏觀電池和微觀電池的概念、特點(diǎn)，析氫腐蝕的特點(diǎn)，提出降低副反應(yīng)的解決方案背后隱藏的科學(xué)問題，即課程涵蓋的知識(shí)點(diǎn)。

第三，針對(duì)第一個(gè)副反應(yīng)，教師可引導(dǎo)學(xué)生回顧知識(shí)點(diǎn)，可知析氫腐蝕本質(zhì)上是陰極反應(yīng)為2H++2e→H2↑的微觀電池；進(jìn)而結(jié)合微觀電池形成的原因(成分、組織、受力等的不同帶來的電位差)和析氫過電位大小的影響，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)減緩副反應(yīng)的策略進(jìn)行討論。教師對(duì)討論內(nèi)容進(jìn)行提煉并總結(jié)，可知：一方面，可從源頭上避免副反應(yīng)，即通過熱處理形成單一固溶體或加入合金組元與析氫過電位低的成分生成與基體電位接近的新相，如加入Mn能與析氫過電位低的雜質(zhì)Fe形成FeMnAl6，加入Mg能與Si形成Mg2Si；另一方面，亦可直接加入析氫過電位高的合金組元，如Ga、In、Sn、Zn等。在此基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步討論鋁表面生成鈍化膜的后果及如何避免生成鈍化膜，從而得出相應(yīng)的策略，即加入低熔點(diǎn)的合金組元可阻止連續(xù)致密鈍化膜的生成。

圖2 案例式教學(xué)的組織與實(shí)施示意圖——以面向工程應(yīng)用的“鋁空氣電池負(fù)極材料設(shè)計(jì)”為例

以鋁空氣電池負(fù)極材料的設(shè)計(jì)為案例，通過課程內(nèi)容與文獻(xiàn)內(nèi)容的結(jié)合，可以將當(dāng)前電池材料設(shè)計(jì)中所蘊(yùn)含的科學(xué)道理與課程中的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，不僅可以使學(xué)生學(xué)習(xí)到電池材料設(shè)計(jì)的方法論，而且能夠讓學(xué)生獲得科研能力和創(chuàng)新意識(shí)方面的培養(yǎng)。

五、“材料腐蝕與防護(hù)”課程案例式教學(xué)的效果評(píng)價(jià)

在開展案例式教學(xué)的過程中，在課前導(dǎo)學(xué)、課堂討論及課后環(huán)節(jié)中，學(xué)生的有效參與尤為重要。因此，為了調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，讓學(xué)生能有效地參與學(xué)習(xí)過程，“材料腐蝕與防護(hù)”課程實(shí)行期末考核與過程考核并重的方式(見表2)。期末考試主要考察材料腐蝕原理和防護(hù)方法的重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容，有不定項(xiàng)選擇、綜合分析、計(jì)算及方案設(shè)計(jì)等題型。過程考核主要通過課前導(dǎo)學(xué)、課外調(diào)研、案例分析計(jì)算、隨堂小測(cè)、小組互助等方式來實(shí)現(xiàn)。每位同學(xué)可以根據(jù)自身的實(shí)際情況，通過個(gè)人或小組協(xié)作的方式參與以上的過程考核，既可以揚(yáng)長(zhǎng)補(bǔ)短，又可以提高學(xué)習(xí)效率。

表2 多維度的課程考核評(píng)價(jià)體系

六、結(jié)論

我們?cè)趯?duì)當(dāng)前的“材料腐蝕與防護(hù)”課程中教學(xué)內(nèi)容相對(duì)陳舊、工程問題與專業(yè)知識(shí)的銜接不夠、考核方式單一等不足進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合課程綜合性與實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，圍繞課程的基本概念、因素分析、綜合應(yīng)用和實(shí)踐環(huán)節(jié)這四個(gè)層面設(shè)置了“基礎(chǔ)知識(shí)型案例”“拓展型案例”“綜合型工程案例”“研究性實(shí)驗(yàn)”四個(gè)層次的教學(xué)案例；以案例為依托，通過課前導(dǎo)學(xué)與課內(nèi)講解相結(jié)合、課外自學(xué)與課內(nèi)提問搶答相結(jié)合、一般歸納和重點(diǎn)解析相結(jié)合組織并實(shí)施了教學(xué)，同時(shí)通過優(yōu)化課程考核方式，拓展了課程的深度與廣度，全面培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、工程應(yīng)用能力和自主學(xué)習(xí)精神，有效提高了學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備水平、能力和素質(zhì)?！安牧细g與防護(hù)”課程也獲評(píng)“中南大學(xué)金課建設(shè)課程”。

① 國(guó)家統(tǒng)編的優(yōu)秀教材指李曉剛. 材料腐蝕與防護(hù)概論[M]. 2版. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2017. 此教材為普通高等教育“十三五”規(guī)劃教材。

[1] 鐘登華. 新工科建設(shè)的內(nèi)涵與行動(dòng)[J]. 高等工程教育研究, 2017(3): 1?6.

[2] 林健. 深入扎實(shí)推進(jìn)新工科建設(shè)——新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目的組織和實(shí)施[J]. 高等工程教育研究, 2017(5): 18?31.

[3] 林健. 新工科專業(yè)課程體系改革和課程建設(shè)[J]. 高等工程教育研究, 2020(1): 1?13, 24.

[4] 李曉剛. 材料腐蝕與防護(hù)概論[M]. 2版. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2017.

[5] 侯繼禹, 王保杰, 許凱, 等. 鎂合金負(fù)差數(shù)效應(yīng)的研究進(jìn)展[J] .材料導(dǎo)報(bào), 2023, 37(12): 138?144.

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Case teaching reform to increase engineering application ability in the context of new engineering—Taking the design, organization and implementation of the course “Material Corrosion and Protection” as an example

WU Qiumei1, LI Kun1, LEI Yongpeng1, ZHOU Yonghua2

(1. Research Institute of Powder Metallurgy, Central South University, Changsha 410083, China;2. School of Chemistry and Chemical Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)

Based on the connotation and requirements of “New Engineering” engineering education, as well as the highly comprehensive and practical characteristics of the “Material Corrosion and Protection” course, this paper proposes that the core goal of teaching reform in “Corrosion and protection of materials” course is to cultivate students’ engineering application ability to provide anti-corrosion measures when facing complex conditions, via implementing case teaching at the four levels of “foundation-expansion-comprehensive-research”, and establishes the corresponding process assessment. Additionally, the organization and implementation process of “comprehensive engineering” and “research experiments” case teaching were also expounded in detail. As expected, the results showed that the depth and breadth of the curriculum have been effectively improved through case teaching, and the knowledge, ability and quality of students could be effectively achieved through the education reform.

new engineering; material corrosion and protection; case teaching; education reform

2023?05?23；

2023?08?27

中南大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目“2021年材料腐蝕與防護(hù)‘中南金課’”；中南大學(xué)2022年教改項(xiàng)目“‘雙一流’粉體材料科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革”(2022jy023)

伍秋美，女，福建三明人，中南大學(xué)粉末冶金研究院副教授，主要研究方向：材料電化學(xué)，聯(lián)系郵箱：wuqiumei20073@ 126.com；李昆，男，湖南長(zhǎng)沙人，中南大學(xué)粉末冶金研究院教授，主要研究方向：粉末冶金；雷永鵬，男，陜西三原人，中南大學(xué)粉末冶金研究院教授，主要研究方向：“仿生-能源-結(jié)構(gòu)”器件、先進(jìn)能源、催化粉體材料；周永華，女，山西侯馬人，中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授，主要研究方向：金屬材料及催化

G642.0

A

1674-893X(2023)06?0141?07

[編輯：鄭偉]