《材料腐蚀与防护》课程的教学改革研究

《材料腐蚀与防护》课程的教学改革研究

王乃光，刘菁菁，王湾

广东工业大学 材料与能源学院，广东，广州 510006

摘要：《材料腐蚀与防护》是各大高校材料、化工类专业的一门必修课，但目前该课程的内容较为陈旧，缺乏对国内外最新研究动态的跟踪，有关学生工程和实践能力方面的培养不足。本文从腐蚀与防护的一些基本概念和理论着手，提出将国内外最新研究进展和工程实际应用引入课堂，基于专题讲座和课堂讨论等方式进行《材料腐蚀与防护》的课程教学改革。

关键词：材料腐蚀与防护；课程教学改革；创新思维

目前各大高校材料与化工类专业纷纷开设《材料腐蚀与防护》这门必修课，根本原因在于腐蚀对材料和相关设施造成的巨大破坏和不可挽回的损失。据报道，因腐蚀引起的经济损失在各国每年的国民生产总值中平均超过3%，中国约达5%[1]。因此，《材料腐蚀与防护》课程的重要性毋庸置疑，是培养优秀防腐工程师的关键。然而，材料的腐蚀与防护涉及材料、化学、物理、力学和生物多个学科领域[2, 3]，且各领域的知识更新十分迅速。另外，每年都有大量材料腐蚀与防护的论文发表，内容涉及新理论和新方法等，有很多甚至颠覆了人们的传统认知。但目前《材料腐蚀与防护》的课程教学还存在大量问题，急需进行改革以适应新时期的教学发展要求。

1. 现状分析

目前《材料腐蚀与防护》的课程教学主要存在以下问题：

(1) 大部分教材内容较为陈旧，二三十多年来基本没有变化，且近年出版的一些新教材内容与以前的教材基本雷同，具有鲜明特色和创新性的教材很少[4]。

(2) 理论公式多且内容繁杂。《材料腐蚀与防护》属于多学科交叉课程，牵涉大量公式和理论，使学习较为乏味枯燥，且现代科技手段在课程教学上的应用较少[5, 6]。

(3) 科学技术的不断发展导致人们对材料腐蚀与防护有了新的认识，很多新的研究成果不断涌现，但在教科书和课堂上并未提及[7]。

(4) 目前《材料腐蚀与防护》课程为32学时，主要是课堂讲授，缺乏实验教学环节和对学生动手能力的培养。

(5) 课程考核过于单调，主要是卷面考试和平时成绩(如课后作业)，不能全面反映学生的学习能力、创新能力和解决实际问题的能力[8]。

因此，针对《材料腐蚀与防护》课程教学中存在的问题进行改革，对材料、化工类专业创新型人才的培养意义深远。

2. 课程教学改革

2.1 教学内容方面

教师应适当更新授课内容，可利用学校数据库把国内外腐蚀与防护的最新研究进展引入课堂，将已解决和未解决的前沿问题展示给学生，以此调动学生的学习积极性并激励他们主动探索。

随着分析检测手段的提高和完善，材料腐蚀与防护的研究领域有了新的突破。因此，教师有必要在课堂上向学生灌输这些新的知识。例如，在讲授“差数效应和阴极保护效应”时，可向学生展示镁及镁合金特殊的“负差数效应”，并指出目前学术界对该效应产生的原因争论不休，并提出大量模型进行解释。由此，向学生引出国内外先进的扫描振荡电极技术，并讲述这些技术在材料腐蚀研究领域中的应用。教师在讲授“金属的钝化”这一章时，需要向学生灌输“自钝化是改善金属材料耐蚀性的有效手段”这一思想，同时向学生讲解活泼的镁-锂合金是如何通过保护性表面膜来抗腐蚀的[9]，从而颠覆人们对传统防护的固有认识。

2.2 授课方式方面

教师在课程讲授时，可利用工程应用中各种各样的实际案例增强课堂的趣味性，并借助逻辑学的知识将基本理论和概念与实际工程案例一一对应，以此加深学生的理解。另外，可在多媒体教学基础上引入“云课堂”平台，实现学生的签到和对问题的抢答，以及学生对课堂的反馈和建议。

当涉及到一些基本腐蚀概念时，教师可列举现实生活中的实例(如铁生锈)，将课堂与生活相结合。同时，可借通过“云课堂”平台可将工程应用中的材料腐蚀与防护问题展示给学生，如土壤环境下输油管道的腐蚀、海洋环境下轮船外壳的腐蚀、光电效应在海洋和土壤防腐中的创新性应用等。通过对实际案例的分析和解答，能明显提高学生对材料腐蚀与防护工程应用的感官认识。另外，教师可对诸如“局部腐蚀”、“电镀防腐”、“阳极氧化”等概念进行专题讲座，在讲座过程中与学生展开互动与探讨。

2.3 实验和实践教学方面

目前各大高校的实验条件都比较齐全，教师可充分利用学校实验室和设备进行《材料腐蚀与防护》课程的配套实验教学，让学生获得实际动手操作的机会，以此增强对腐蚀与防护的认识。此外，在毕业设计等重要环节增加材料腐蚀与防护方面的内容，系统锻炼学生的创新思维，让他们获得基本的科研能力。

现如今很多高校的材料和化工类专业都具备与腐蚀、防护相关的各种设备和仪器，包括电化学工作站、盐雾腐蚀测试设备、应力腐蚀测试设备、高温电阻炉等，可将这些设备用于实验教学，涉及的材料可以是低碳钢、不锈钢、镍基高温合金、铜合金、铝合金与镁合金等，并让学生亲自动手操作。这样有利于学生掌握腐蚀测试的基本原理和方法，可进一步加深对书本知识的理解。

2.4 考核方式

卷面考试的试题应尽可能融入实际工程应用案例(如降低海洋环境下结构钢的腐蚀速率)，考查学生解决实际问题的能力。另外，平时考核可增加开放式的课堂探讨，让学生查阅相关文献，针对腐蚀与防护领域的某具体前沿问题进行分组探讨和辩论，以此考查学生的团队合作能力、搜集信息能力和分析解决问题能力。这样的前沿问题由教师拟定，可包括“镁、铝合金的自钝化机制”、“极端环境下火山灰对航空发动机的腐蚀”等，且教师充当评委打分。

总之，课程的考核方式尽可能多样化，以便从不同角度考查学生对知识的掌握情况以及分析解决实际问题的能力。

3. 结语

教师可从教学内容、授课方式、实验和实践教学以及考核方式等方面对《材料腐蚀与防护》这门课程的教学进行改革。利用比较通俗形象的教学方式，借助多媒体和“云课堂”，将材料腐蚀与防护的实际工程应用展示给学生，同时基于最新文献向学生灌输该领域的国内外研究进展，并利用实验和实践教学培养他们的动手能力。以此调动学生的学习积极性，推动新时期教育教学改革工作的发展。

参考文献：

[1] 曾荣昌. “腐蚀与防护”课程建设及教学[J]. 重庆工学院学报(自然科学), 2008, 22(6): 162-165.

[2] 王留昌, 李朋娜. 《材料腐蚀与防护》课程的创新性教学思考[J]. 广州化工, 2019, 47(5): 161-162.

[3] 张国芳, 许剑轶, 张胤, 蔡颖, 胡锋. 《材料的腐蚀与防护》课程考核方式改革探索[J]. 教育教学论坛, 2014, (11): 33-34.

[4] 岳丽杰, 曹梅青, 夏鹏程, 谢鲲. 金属材料腐蚀与防护实践教学改革初探[J]. 科技视界, 2018, (25): 54-55+73.

[5] 曾冬梅, 陈飞, 戴玉华. 成果导向教育理念构筑《材料腐蚀与防护》课程[J]. 教育教学论坛, 2019, (09): 103-104.

[6] 张晖. 材料腐蚀与防护课程案例教学实践研究[J]. 安徽工业大学学报(社会科学版), 2015, 32(06): 76-77.

[7] 王留昌, 李朋娜. 《材料腐蚀与防护》课程的创新性教学思考[J]. 广州化工, 2019, 47(05): 161-162.

[8] Xiaogang Li, Dawei Zhang, Zhiyong Liu, Zhong Li, Cuiwei Du, Chaofang Dong. Share corrosion data [J]. Nature, 2015, 527(26): 441-442.

[9] Wanqiang Xu, Nick Birbilis, Gang Sha, Yu Wang, John E. Daniels, Yang Xiao, Michael Ferry. A high-specific-strength and corrosion-resistant magnesium alloy [J]. Nature materials, 2015, 14: 1229-1235.