“材料腐蝕與防護(hù)”混合式教學(xué)模式實(shí)踐

摘"要：針對(duì)理工科專業(yè)拓展課理論性較強(qiáng)和內(nèi)容枯燥晦澀的特點(diǎn)，依托超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)，選取“材料腐蝕與防護(hù)”課程為例，以提升學(xué)生學(xué)習(xí)過程參與度和學(xué)習(xí)輸出為目的，進(jìn)行線上線下混合式課程教學(xué)設(shè)計(jì)及實(shí)踐。研究表明，混合式教學(xué)模式所提供的多種學(xué)習(xí)資源極大地方便了同學(xué)們的碎片時(shí)間學(xué)習(xí)，多種教學(xué)方法使得學(xué)生化被動(dòng)為主動(dòng)，提升了課堂的參與率。多種考核形式為同學(xué)們個(gè)性化與差異化的學(xué)習(xí)需要提供了培養(yǎng)空間，學(xué)生的參與感和展示力顯著提高。雙向案例展示和小組分析討論有效地提升了知識(shí)重難點(diǎn)掌握程度和材料學(xué)基本分析方法思路的理解程度，促進(jìn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)好奇心和知識(shí)獲得感，課程目標(biāo)達(dá)成度同時(shí)出現(xiàn)提升，是有效的教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：材料腐蝕與防護(hù)；混合式教學(xué)；教學(xué)改革

Abstract：In"view"of"the"characteristics"as"strong"theoretical"and"difficult"to"understand，the"course"of"Materials"Corrosion"and"Protection"is"considered"to"be"educational"designed"and"practiced"as"online"and"offline"blending"learning，based"on"the"Super"Star"platform.The"research"shows"that"the"multiple"teaching"and"learning"method"and"multiple"evaluation"method"effectively"improve"the"classroom"participation"and"key"and"difficult"points"master"degree.The"learning"curiosity"and"knowledge"obtainment"of"students"are"promoted，and"the"goal"achievement"degree"of"course"is"enhanced，so"the"blending"teaching"is"effective"mode.

Keywords：Materials"Corrosion"and"Protection；Blended"teaching；educational"reform

“材料腐蝕與防護(hù)”課程在各個(gè)高校的材料科學(xué)與工程、金屬材料工程和材料成型及控制工程等專業(yè)開設(shè)，是一門以物理化學(xué)為基礎(chǔ)，涉及材料科學(xué)基礎(chǔ)、電化學(xué)、金屬學(xué)、表面科學(xué)、無機(jī)材料、微生物學(xué)等的綜合交叉性學(xué)科［1，2］。除了在少數(shù)實(shí)力較強(qiáng)、歷史較久的高校，將此課程設(shè)置為專業(yè)基礎(chǔ)課，大多數(shù)高校對(duì)此課程的定位均為專業(yè)選修課。由于其學(xué)科交叉的特性，本課程的基礎(chǔ)理論和實(shí)踐應(yīng)用結(jié)合性較強(qiáng)，學(xué)習(xí)過程具有一定的難度。雖然其對(duì)應(yīng)的行業(yè)不能形成單獨(dú)的規(guī)模化的產(chǎn)業(yè)，但是所有涉及材料的行業(yè)基本上都需要腐蝕與防護(hù)專業(yè)的人才，只是需求量大小不同的問題。很多材料的服役環(huán)境相當(dāng)惡劣，對(duì)不同材料腐蝕機(jī)理進(jìn)行正確分析并設(shè)計(jì)防護(hù)措施以保證及延長(zhǎng)材料及設(shè)備的使用壽命周期，從而解決工程問題，對(duì)于資源能源節(jié)約和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展都具有重要意義。

“材料腐蝕與防護(hù)”以材料電化學(xué)腐蝕的熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)為理論基礎(chǔ)，闡述了腐蝕的分類及發(fā)生原理、影響因素和腐蝕控制的方法，其中對(duì)金屬材料的鈍化機(jī)理、高溫腐蝕與防護(hù)、氧化膜的生長(zhǎng)及防護(hù)機(jī)理進(jìn)行脈絡(luò)拓展［3］。課程教學(xué)目標(biāo)是在具體工程問題中識(shí)別材料腐蝕的類型，應(yīng)用基礎(chǔ)理論分析綜合和正確表達(dá)復(fù)雜腐蝕工程問題的發(fā)生路徑、影響因素，考慮經(jīng)濟(jì)社會(huì)和清潔能源等因素，制定出合理的防護(hù)和控制方法。本校課程使用的教材是教育部高等學(xué)校材料科學(xué)與工程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)規(guī)劃教材，涉及內(nèi)容廣泛。既討論了腐蝕基本原理，又介紹了腐蝕的實(shí)際工程問題；講述了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料的腐蝕機(jī)理與防護(hù)技術(shù)，也兼顧了新型功能材料中出現(xiàn)的新問題新理論；同時(shí)重點(diǎn)關(guān)注了作為材料腐蝕學(xué)科基礎(chǔ)的金屬材料腐蝕理論體系，又總結(jié)了無機(jī)非金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料的腐蝕失效與防護(hù)技術(shù)的研究成果。在腐蝕環(huán)境方面，關(guān)注了傳統(tǒng)工業(yè)和自然環(huán)境與新出現(xiàn)的太空環(huán)境、生物環(huán)境和其他嚴(yán)酷環(huán)境下腐蝕研究的新成果。在腐蝕研究方法方面，介紹了基礎(chǔ)測(cè)量方法和新的研究方法；在防護(hù)手段和方法方面，重點(diǎn)講述了基于電化學(xué)理論的方法，但對(duì)其衍生的各種方法的詳細(xì)實(shí)施沒有展開闡述。總的來說，課程內(nèi)容理論性較強(qiáng)，信息量較大。

課程開設(shè)于第六學(xué)期，在此時(shí)間段大部分學(xué)生開始了考研復(fù)習(xí)。近幾年學(xué)生報(bào)考研究生的熱情持續(xù)高漲，學(xué)校和教師都對(duì)此持積極支持的態(tài)度。但是大部分考研學(xué)生基礎(chǔ)較差，需要投入大量的時(shí)間復(fù)習(xí)基礎(chǔ)課，在課堂上投入的精力和時(shí)間較為有限。因此，非常有必要將學(xué)生的精力和關(guān)注點(diǎn)適當(dāng)拉回課堂內(nèi)容。同時(shí)，課程基礎(chǔ)理論部分較難，后續(xù)不同腐蝕類型的機(jī)理需要結(jié)合理解進(jìn)行背記的內(nèi)容非常多，基本的講授法不能較長(zhǎng)時(shí)間吸引學(xué)生的注意力。所以，需要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際學(xué)情，改變教學(xué)方式和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)好奇心和積極性，并豐富考核方式，以促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和工程問題認(rèn)知能力的提升培養(yǎng)。

混合式教學(xué)是基于線上網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源和線下課堂教學(xué)方式結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的一種教學(xué)方式［4］。為學(xué)生提供線上學(xué)習(xí)資源，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)模式，促使學(xué)生主動(dòng)參與，帶著問題學(xué)習(xí)，養(yǎng)成發(fā)現(xiàn)問題并尋求解決問題方法的工程思維。既讓學(xué)生最大化利用碎片時(shí)間進(jìn)行了提前學(xué)習(xí)和重點(diǎn)學(xué)習(xí)［5］，又避免了線下課堂由于時(shí)長(zhǎng)較長(zhǎng)學(xué)生無法集中精力而錯(cuò)過知識(shí)重難點(diǎn)的問題。對(duì)“材料腐蝕與防護(hù)”課程進(jìn)行線上線下混合式教學(xué)，推送不同難度的教學(xué)資源以適應(yīng)不同基礎(chǔ)的同學(xué)進(jìn)行自學(xué)，通過課前習(xí)題測(cè)試和課后學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生沉浸式學(xué)習(xí)，輔助提升了學(xué)生的課堂吸收率和課程吸收率。從完全是教師主導(dǎo)的課堂，到借助翻轉(zhuǎn)課堂和PBL小組討論等教學(xué)方式提升學(xué)生參與度，采用多元化評(píng)價(jià)考核方式，加強(qiáng)過程考核，提升學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的獲得感。

1"線上教學(xué)內(nèi)容的準(zhǔn)備

學(xué)習(xí)通平臺(tái)為線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)模式提供了一個(gè)非常便捷的方式［6］。教師可以通過該平臺(tái)上傳學(xué)習(xí)資源，如微課和教學(xué)課件；發(fā)起課堂活動(dòng)，如簽到、討論、搶答、選人等；進(jìn)行教學(xué)效果檢測(cè)評(píng)價(jià)，如發(fā)布作業(yè)、測(cè)驗(yàn)等。學(xué)生在平臺(tái)上可以查收到教師發(fā)布的所有信息和內(nèi)容，做出即時(shí)反饋。

在線教學(xué)資源的建立，其中最重要的部分是錄制微課講解視頻。材料電化學(xué)腐蝕的熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)理論部分難度較大，按照重要知識(shí)點(diǎn)分布錄制視頻，包括電極系統(tǒng)和電極電位、腐蝕電池的建立及其特性、金屬電化學(xué)腐蝕傾向判斷、電位pH圖及其應(yīng)用、極化的原因及類型、電化學(xué)極化、濃差極化、電阻極化和電化學(xué)動(dòng)力學(xué)方程。其中電極系統(tǒng)和腐蝕電池的建立采用分解圖片結(jié)合動(dòng)圖進(jìn)行講解，金屬電化學(xué)腐蝕傾向判斷結(jié)合經(jīng)典公式能斯特方程和熱力學(xué)方程進(jìn)行解析，這部分和工科基礎(chǔ)化學(xué)結(jié)合緊密，詳解容易做到通俗易懂。電位pH圖對(duì)于實(shí)際材料腐蝕發(fā)生機(jī)理分析提供重要的方法依據(jù)，這里需要更深入地理解吉布斯自由能和能斯特方程的計(jì)算方法和參數(shù)變化，以Fe水體系為例，詳細(xì)分析每個(gè)方程對(duì)應(yīng)的曲線。按以往的學(xué)情調(diào)研，此部分學(xué)生理解障礙很大，通過微課錄制，學(xué)生可以使用手機(jī)在碎片時(shí)間反復(fù)觀看，從而理解掌握要點(diǎn)。

錄制微課的難點(diǎn)在于出現(xiàn)大面積公式的情況下，而往往學(xué)生理解的難點(diǎn)就是大篇幅的公式。極化的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)方程是本課程中最難理解吸收的大型知識(shí)點(diǎn)，從平衡電極極化動(dòng)力學(xué)方程、穩(wěn)態(tài)極化動(dòng)力學(xué)方程、濃差極化動(dòng)力學(xué)方程到多電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，借助手寫板進(jìn)行每一步的詳細(xì)拆解，務(wù)必使多項(xiàng)式的方程能夠簡(jiǎn)化到掌握關(guān)鍵點(diǎn)。其中，塔菲爾公式及其曲線對(duì)于研究材料的腐蝕過程及腐蝕機(jī)理具有極其重要的意義，其推導(dǎo)簡(jiǎn)化過程和曲線的基本數(shù)據(jù)分析具有十分重要的工業(yè)分析實(shí)際用途。確定腐蝕電流、腐蝕電位和腐蝕速度的理論方法及實(shí)驗(yàn)方法的講解，對(duì)于我們學(xué)生理解和識(shí)別實(shí)際腐蝕工況有較大的幫助。后續(xù)電偶腐蝕、點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、選擇性腐蝕、應(yīng)力腐蝕、高溫腐蝕的原理均是上述理論的延續(xù)，學(xué)生學(xué)習(xí)微課的難度降低，可降低錄制視頻的頻次。

將微課設(shè)置為預(yù)習(xí)視頻，并設(shè)置相應(yīng)內(nèi)容的測(cè)試習(xí)題，上傳對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)課件，使得對(duì)于兩學(xué)時(shí)的課堂預(yù)習(xí)內(nèi)容，學(xué)生可以通過半小時(shí)內(nèi)觀看3～5個(gè)知識(shí)點(diǎn)微課視頻完成，從而對(duì)下節(jié)課的重難點(diǎn)有清晰的概念。完成視頻后進(jìn)行預(yù)習(xí)習(xí)題測(cè)試，反饋的問題教師在課堂上重點(diǎn)講解。

2"教學(xué)方法的改革

基于在線學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，課堂上進(jìn)一步引入案例教學(xué)法、分組討論和翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的教學(xué)方法來保持學(xué)生的好奇心和注意力，幫助學(xué)生形成并建立知識(shí)重難點(diǎn)和工程實(shí)踐問題的聯(lián)系、轉(zhuǎn)換和融合［7］。參考在線學(xué)習(xí)反饋的共性問題，教師有側(cè)重性地講授重難點(diǎn)。混合式教學(xué)模式的實(shí)施流程見下圖。

課堂以案例教學(xué)和學(xué)生案例分享為載體，通過互動(dòng)交流，理論聯(lián)系實(shí)際，實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的靈活應(yīng)用。案例選擇立足于材料腐蝕熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)，結(jié)合不同類型材料的本征特性，將科學(xué)發(fā)展最前沿的成果介紹給學(xué)生，拓寬其國際視野。對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的導(dǎo)入案例，第一步先選擇與實(shí)際生活息息相關(guān)的材料腐蝕現(xiàn)象，或選擇有造成重大影響的案例，加深學(xué)生對(duì)工業(yè)中材料失效嚴(yán)重后果的認(rèn)知，建立起對(duì)知識(shí)的敬畏和材料對(duì)工業(yè)生產(chǎn)安全重要性的認(rèn)知。第二步，對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的鞏固和應(yīng)用方面，選擇材料腐蝕與防護(hù)科學(xué)研究前沿的科研成果，在國際高水平期刊上發(fā)表反映最新研究進(jìn)展的研究論文案例，以實(shí)用為目標(biāo)驅(qū)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)和探究的熱情。從分析材料組成結(jié)構(gòu)的基本出發(fā)點(diǎn)入手，分析其采用基本的電化學(xué)方法和手段測(cè)試極化曲線、伏安曲線、阻抗曲線和鈍化現(xiàn)象等，結(jié)合材料熱學(xué)、力學(xué)的分析手段，分析材料的根本腐蝕機(jī)理。進(jìn)一步探究從材料的結(jié)構(gòu)和成分設(shè)計(jì)、材料的制備和后處理工藝、表面處理工藝和介質(zhì)環(huán)境調(diào)控等方面，設(shè)計(jì)優(yōu)化的腐蝕防護(hù)方案，延長(zhǎng)材料的使用壽命和設(shè)備設(shè)施的安全周期。

案例分享主要有兩種方式：第一，教師給出相關(guān)案例，用設(shè)問等方式，通過學(xué)生獨(dú)立思考和小組討論，在師生共同參與的教學(xué)討論互動(dòng)中，達(dá)到學(xué)生開闊思路、理解和運(yùn)用知識(shí)點(diǎn)的目的。第二，學(xué)生查閱最新的英文科研文獻(xiàn)以選擇案例，在教師的指導(dǎo)下翻譯、理解和分享案例。案例分享包括以下幾個(gè)部分：研究背景，針對(duì)什么科學(xué)問題，什么研究思路，得到了什么樣的結(jié)論，并發(fā)現(xiàn)案例中存在哪些問題，提高其獨(dú)立思考、分析問題的能力，并培養(yǎng)其大膽質(zhì)疑的科研素質(zhì)和解決問題的研究思路。

本課程有對(duì)應(yīng)的課程設(shè)計(jì)，研究不同金屬材料在不同的腐蝕環(huán)境介質(zhì)下的塔菲爾曲線和極化曲線，在基礎(chǔ)理論部分學(xué)習(xí)完成后展開，和局部腐蝕的原理及路徑分析并行，學(xué)生進(jìn)一步加深對(duì)線上線下學(xué)習(xí)的理論知識(shí)的理解。探討和設(shè)計(jì)防護(hù)方法，預(yù)習(xí)并驗(yàn)證腐蝕防護(hù)方法內(nèi)容。同時(shí)，在課堂環(huán)節(jié)上，融入多元素教學(xué)，以抓住學(xué)生的注意力。如適當(dāng)?shù)丶尤胍恍┕こ谈g過程和后果的動(dòng)畫和視頻，讓學(xué)生意識(shí)到材料的成分、結(jié)構(gòu)乃至功能對(duì)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)資源及可持續(xù)發(fā)展有著舉足輕重的影響，并在討論區(qū)提出課內(nèi)知識(shí)點(diǎn)相關(guān)話題，請(qǐng)同學(xué)們參與。如使用學(xué)習(xí)通的“簽到”及“隨機(jī)點(diǎn)名”功能，抽取學(xué)生面對(duì)面回答問題，提升課堂參與度。

3"考核方式及實(shí)踐效果

不同于傳統(tǒng)的線下課堂教學(xué)，混合式教學(xué)的考核方式更加多元化，考核形式從重期末的結(jié)果性考核轉(zhuǎn)變?yōu)橹貐⑴c度的過程性考核。將線上預(yù)習(xí)、線上測(cè)試、案例分享展示、線下習(xí)題和期末考試分別作為考核的內(nèi)容，百分比分別占到5%、10%、15%、10%和60%。前四項(xiàng)為平時(shí)成績(jī)，總計(jì)占比40%，期末考試為開卷考試，目的在于考核本門課程基礎(chǔ)理論的掌握及應(yīng)用。本門課程理論性和應(yīng)用性均較強(qiáng)，基于工程認(rèn)證的要求，試卷簡(jiǎn)答、分析及論述題占比超過60%，充分考查了學(xué)生理論知識(shí)與實(shí)際工程應(yīng)用相結(jié)合的能力。

在2022—2023學(xué)年春季學(xué)期，2020級(jí)材料科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生教學(xué)改革后的學(xué)生考核結(jié)果與2019級(jí)相比，卷面成績(jī)對(duì)應(yīng)的優(yōu)良率和課程目標(biāo)達(dá)成度有小幅度提升。說明過程參與度提高后，學(xué)生對(duì)于知識(shí)的掌握和應(yīng)用能力有所提升，從而體現(xiàn)在卷面上。但是平時(shí)考核達(dá)成度的提升，由于從只看作業(yè)改成了更為豐富的四種方式結(jié)合的考核，達(dá)成度略有下降。其中，文獻(xiàn)分享得分率比其他三項(xiàng)偏低，說明學(xué)生對(duì)理論應(yīng)用于材料前沿研究的理解和表述還需要進(jìn)一步提升。

從課堂效果來看，雙向案例分享階段貫穿了課程始終，連帶小組討論及發(fā)言，聽課效果較單純講授課本內(nèi)容有明顯提升。課程問卷調(diào)查顯示，課程滿意度較高。在2023—2024學(xué)年春季學(xué)期，繼續(xù)加強(qiáng)現(xiàn)有模式的實(shí)踐，推動(dòng)學(xué)生的線上參與度和課堂參與度。

結(jié)語

針對(duì)“材料腐蝕與防護(hù)”課程進(jìn)行的線上線下混合式教學(xué)模式改革，不但為學(xué)生提供了課前預(yù)習(xí)微課視頻和線上測(cè)試的重要基礎(chǔ)資料，而且在課中教師和學(xué)生雙重案例探討結(jié)合小組式討論學(xué)習(xí)，進(jìn)一步采用課后作業(yè)和線上討論鞏固重點(diǎn)難點(diǎn)。這種多種教學(xué)方法結(jié)合多種考核方式的學(xué)習(xí)模式極大地豐富了教學(xué)內(nèi)涵，并活躍了課堂氛圍，提升了教學(xué)效果，學(xué)生期末成績(jī)也顯著高于先前傳統(tǒng)教學(xué)模式。教學(xué)實(shí)踐取得良好效果，為進(jìn)一步的教學(xué)改革打下良好基礎(chǔ)。

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基金項(xiàng)目：北方民族大學(xué)2022年度校級(jí)一般教改項(xiàng)目（2022JY015）：材料科學(xué)與工程國家級(jí)一流本科專業(yè)建設(shè)

作者簡(jiǎn)介：劉美玲（1982—"），女，漢族，寧夏石嘴山人，博士研究生，講師，研究方向：金屬陶瓷和碳化物結(jié)構(gòu)陶瓷。