金屬材料腐蝕與防護實踐教學改革初探

岳麗杰　曹梅青　夏鵬程　謝鯤

【摘 要】本文針對金屬材料專業腐蝕與防護課程實踐性強綜合性強的特點，指出了其實踐教學環節的重要性。從實驗教學內容、教學方式等方面對腐蝕與防護課程的實驗教學改革作了分析和闡述。通過不同形式的實驗安排，對學生進行不同層次的教學，增加授課的靈活性和針對性，提高教學效果和學習效果。將高校教師的科研工作與實踐教學工作適當糅合，提高學生動手能力、創新能力和創新意識的培養。

【關鍵詞】腐蝕與防護；實踐教學；教學內容；教學改革

中圖分類號： TG174 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）25-0054-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.25.023

【Abstract】The article points out the importance of practical teaching in the course of materials corrosion and protection. The experimental teaching reform methods were discussed from the aspects of teaching contents and teaching forms. The various forms of experiments were set up， and students can independently choose experimental projects. The flexibility and pertinence of teaching were increased. To improve students practical ability， innovation ability and innovation consciousness， the scientific research work of teachers should be combined with practical teaching.

【Key words】Corrosion and protection； Experimental teaching； Teaching content； Teaching reform

腐蝕是材料在外界環境作用下發生化學或電化學反應而引起材料表面破壞的一種自發過程，是材料尤其是金屬材料的主要失效形式之一[1-3]。金屬腐蝕現象十分普遍，涉及面很廣。在工業生產、國防建設、交通運輸等領域均有腐蝕現象發生，都會涉及到腐蝕問題。腐蝕與人們的生活、生產密切相關，并且帶來巨大的經濟損失[4-6]。金屬材料腐蝕與防護課程作為金屬材料專業必修的一門重要專業課，在很多高校均有設立[7-8]。這門課程涉及金屬材料學、化學、物理、冶金學等多學科的內容，與生產實際聯系緊密，實踐性強。所以在教學過程中充分發揮實踐教學環節的作用，改進實驗教學內容和實驗教學手段，對學生不僅是專業知識認識的提升還是創新能力工程素質的培養都有著重要的意義。為此筆者針對金屬材料腐蝕與防護課程的實踐教學內容和教學方法的改革作了認真思考和探索。

1 實踐教學內容的改革

金屬材料腐蝕與防護是一門實踐性較強的課程，為了得到良好的教學效果，課程教學需要和實驗、實習很好地結合。注重實踐教學環節，安排多層次的實驗內容，建立多元化的實驗方式，采用多元考核形式，培養學生的創造思維和動手能力，提高教師的教學水平。

本課程的實驗分成了三個層次，一類是課堂演示實驗，一類是基礎實驗，另一類是綜合性設計性實驗。對于有些理論知識點，教師難以用語言描述同學理解也比較困難，這就可以利用簡單的演示實驗來輔助講解，或者采用視頻多媒體技術開出演示實驗。例如在講解腐蝕電池的概念時，可以制作一個水果電池裝置以幫助學生理解腐蝕電池與化學原電池的不同。將Zn片和Cu片插入HCl溶液中制成一個簡單腐蝕電池裝置，根據開關閉合前后氣泡析出量和析出位置的變化來演示腐蝕電池的原理和工作過程。利用這些操作簡單、直觀方便、生動有趣的課堂演示實驗輔助教學，能夠讓同學們在輕松活躍的課堂氛圍中學習知識，不僅有利于同學加深對理論知識的理解和認識，同時也能激發學生的學習興趣，充分調動其學習的主觀能動性。

對于后兩類實驗，根據學院的實驗條件安排了多個實驗項目（見表1和2）供學生自主選擇，學生可以根據自身能力和學習興趣選擇不同的實驗類型和實驗項目。實驗中針對不同性質不同要求的實驗項目采用不同的授課方式，采取集中教學與個別指導相結合的方式。通過不同形式的實驗安排，對學生進行不同層次的教學。這樣既能促進學生對課程基本內容和基本理論的理解，也增加了授課的靈活性和針對性，提高教學效果和學習效果。

表1 基本實驗項目

表2 綜合性設計性實驗項目

表1中的4個實驗項目基本涵蓋了材料腐蝕課程中主要的實踐訓練內容，經過這4個實驗項目的訓練，學生基本掌握了研究金屬材料腐蝕問題的主要方法，包括試樣的制備以及測定材料腐蝕速度的物理方法和電化學方法。為了培養學生的創新能力、動手能力、綜合分析解決問題的能力，在基本實驗的基礎上進一步調整擴充實驗教學內容，綜合本課程以及相關課程的相關知識點，充分發揮學生的主觀能動性，設立綜合性、設計性實驗。對于這種實驗，教師要減少對學生的限制和指導，學生根據給出的題目和方向，在查閱調研文獻的基礎上自己制定實驗方案、選擇實驗方法、動手做實驗、分析實驗數據并寫出論文性的實驗報告。例如設計性實驗“常用金屬材料的表面防護”，其操作流程圖見圖1所示。在課堂上講解金屬材料腐蝕機理包括腐蝕熱力學理論、腐蝕動力學理論基礎上，同學們選擇常用的金屬材料比如低碳鋼、不銹鋼、耐熱鋼、鎂合金等研究其在具體腐蝕環境下的腐蝕規律及耐蝕能力。在這個過程中學生通過查閱文獻選擇不同的實驗設備和測試手段，研究合金成分、組織結構等材料本身和溶液濃度、溫度等外界環境條件對材料耐蝕性能的影響。進一步選擇合適的表面處理工藝和參數對材料進行表面處理，比如對低碳鋼進行電鍍、化學鍍、噴涂，對鎂合金進行層層組裝等，提高材料的耐腐蝕能力。這樣一個設計性實驗幾乎綜合了金屬材料腐蝕與防護這門課程的大部分基礎理論知識，還涉及到了其他專業課程例如金屬材料學、材料科學基礎、材料表面工程等課程的內容，在一定程度上實現了專業課程的系統化和一體化。在整個實驗的實施過程中學生不僅要掌握材料腐蝕與防護的基本理論知識，還要通過充分查閱文獻及在教師指導下獨立設計實驗方案，制定技術路線，選擇表面處理方法，獨立完成實驗操作，最后對實驗結果進行分析討論。通過這樣一個系統性、研究性實踐過程的訓練，使學生更為扎實深入地掌握了相關專業基礎理論知識，提高了綜合運用理論知識分析實際問題的能力，更為重要的是培養了學生科學研究的思路和能力以及實際工作能力，為今后從事實際工作打下了基礎。

通過三個層次實驗教學的結合，提高了實驗教學質量和學習效果。

2 實驗教學方式的改革

為了獲得良好的實驗教學效果，不僅要調整深化實驗教學內容，還要改革傳統的單一的實驗教學模式。傳統的實驗課程是老師根據課程內容安排具體實驗項目，講授實驗原理和方法，學生按部就班的完成實驗。大部分實驗為驗證型或演示型實驗，實驗內容簡單而且對理論課的依附性太強，實驗指導書過于細致，無法發揮學生的主觀能動性，這就使得實踐教學起不到應有的作用。因此必須對傳統的實驗教學模式進行改革創新。

（1）引入視頻多媒體技術應用于實驗教學，實現實驗教學手段網絡化和多媒體化。目前由于學生人數的增加和實驗設備臺套數的限制，使得實驗教學效果無法有效發揮。通過采用電子教室以及錄制播放實驗教學視頻，學生可以實時看到教師的教學內容，教師也可以實時了解學生實驗的進展情況，并能進行實時的輔導，使得教學手段向現代化、網絡化和多媒體化方向發展。還可建立網絡教學系統，用于實驗預習、實驗講授、實驗技術交流、網上選課和教學效果反饋等，使網上教學資源共享。（2）以專題實驗或課程設計的方式，加強課題研究，培養學生的科研創新能力。

對于高等學校來說，教學工作和科研工作是不可分割的兩個組成部分。大部分高校教師承擔教學任務的同時都承擔著一定的科學研究任務，只有將教學和科研有效結合，才能夠培養出真正具有創新能力和實踐能力的人才。在教學過程中教師從整體科研項目中抽出與課程內容相關的小課題，學生根據自身能力和所學課程內容，自行組隊，確定項目課題。在老師的指導下，完成研究目的、研究內容的確定，實驗方案技術路線的制定，開展一系列相關實驗，結合課本理論知識和所查文獻對實驗結果進行合理分析。在整個過程中涉及到大量的實驗，不同的實驗手段，學生需要查閱大量書籍和最新文獻綜合分析實驗結果。例如結合山東省黃島輸油管道泄漏爆炸這一實例，給學生制定鋼鐵材料耐點蝕性能的研究課題，同學通過自己設定實驗方案做實驗分析結果更為深入的理解了點蝕的概念、機理、影響因素，進一步分析了防止材料點蝕的手段和方法。這些從實際科研項目抽出來的課題一般都是面向腐蝕防護科學前沿或實際工程應用，涉及到的知識面廣，實驗難度較大，實驗結果具有很大的不確定性，學生的興趣較大，培養了學生綜合應用所學理論知識去分析解決工程實際問題的能力，同時有利于培養學生的創新意識和一定的科研開發能力，對學生將來進行科學研究具有很強的引導作用。另外，通過學校和學院的創新平臺，鼓勵部分低年級同學在課余時間參與到老師的科研課題組中來，使學生接觸到前沿的腐蝕領域研究，既加深了學生對課題知識的理解，又鍛煉了學生的創新能力。

3 結束語

材料腐蝕與防護是一門與國民經濟和國防建設有密切關系的應用型和交叉型科學，材料腐蝕與防護課程也成為金屬材料專業必修的一門重要專業課。通過實驗內容、教學方法、考核形式等多方面的改革，建立一套完善的材料腐蝕與防護實驗教學模式。使得學生成為教學的主體，學生在主動獲取知識的同時，也培養了發現、分析和解決實際問題的能力，有利于學生創造思維和動手能力的培養，以達到新時代高校培養人才的目標。

【參考文獻】

[1]楊敏.材料腐蝕與防護實驗教學方法探索[J].中國教育技術裝備，2013，18：130-131.

[2]張暉.材料腐蝕與防護課程案例教學實踐研究[J].安徽工業大學學報（社會科學版），2015，32（6）：76-77.

[3]侯保榮.海洋鋼結構浪花飛濺區腐蝕防護技術[J].中國材料進展，2014，33（1）：26-30.

[4]李曉剛，董超芳，肖奎，等.金屬大氣腐蝕初期行為與機理[M].北京：科學出版社，2009.

[5]葉堤，趙大為，李娟，等.大氣污染對碳鋼的腐蝕影響研究[J].重慶大學學報，2005，27（1）：80-83.

[6]張啟富，郝曉東.鋼結構腐蝕防護現狀和發展[J].中國建筑金屬結構，2006，9：22-26.

[7]邵艷群.案例教學法在“材料腐蝕與防護”課程中的應用探討[J].高等理科教育，2013，6：102-105.

[8]孫霜青.材料腐蝕與防護實驗教學改革[J].科技信息， 2012，12：125-126.