研究生“材料的腐蝕原理與測試技術(shù)”課程的教學思考

＊胡津 唐莎巍

（哈爾濱工業(yè)大學 材料科學與工程學院 黑龍江 150001）

在世界大步邁入現(xiàn)代工業(yè)社會文明，甚至是“工業(yè)后”社會文明的大趨勢下，“可持續(xù)發(fā)展”已逐漸成為許多國家的基本發(fā)展戰(zhàn)略。材料從生產(chǎn)到消費，都必須考慮在可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略指引下工作[1]。

材料是人類從事生產(chǎn)和生活的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類文明的重要支柱。但材料及其制品在使用過程中由于周圍環(huán)境的影響會遭受不同形式或不同程度的腐蝕。腐蝕的危害性是嚴重的，搞好對材料的防腐蝕工作關(guān)系到保護環(huán)境、節(jié)約能源、保證正常生產(chǎn)和人身安全、發(fā)展新技術(shù)等一系列社會與經(jīng)濟問題[2-5]。材料的腐蝕與保護是與實際應(yīng)用息息相關(guān)的一門重要科學。腐蝕行為、腐蝕保護等領(lǐng)域的研究日新月異，研究內(nèi)容的范疇也不斷更新及擴展[6-7]。腐蝕與防護是一門綜合性強，交叉性大，且處于自身發(fā)展中的學科，由于在國內(nèi)外均得到了廣泛的重視，因此在材料科學與工程專業(yè)學科中，無論是針對本科生還是碩士生均開展了與腐蝕相關(guān)的課程。該類課程不僅是學生學習的重要基礎(chǔ)知識，而且對學生在今后的工作中也有著重要的實用效應(yīng)，是一門理論性和實際應(yīng)用性都很強的課程。

“材料的腐蝕原理與測試技術(shù)”是哈工大材料學院為碩士研究生所開設(shè)的一門選修課程，其主要目的是使學生熟悉腐蝕的基本原理，了解材料發(fā)生腐蝕的本質(zhì)以及影響腐蝕的因素等。以期培養(yǎng)學生具有針對不同環(huán)境正確選擇、合理使用不同材料的能力，并能夠?qū)μ幱趶碗s環(huán)境中使用的材料進行合理的防腐設(shè)計。

課程的主要內(nèi)容包括：研究材料腐蝕的意義及腐蝕科學技術(shù)發(fā)展簡史；材料腐蝕過程中的不可逆熱力學問題；材料電化學腐蝕的動力學過程；材料腐蝕的研究方法；材料腐蝕測量的若干種評定方法與腐蝕失效分析；材料腐蝕的控制方法及應(yīng)用實例。

本課程的主要任務(wù)是培養(yǎng)學生掌握腐蝕的基本概念及基礎(chǔ)理論，掌握材料產(chǎn)生腐蝕的原因以及控制的方法，了解金屬發(fā)生各種腐蝕的電化學本質(zhì)，并結(jié)合材料的成分與結(jié)構(gòu)特征，從材料學的角度，分析耐腐蝕材料的設(shè)計原理。使學生具備用掌握的理論和實驗方法來分析與解決畢業(yè)設(shè)計中出現(xiàn)的實際問題的能力，具備良好的語言表達能力以及獨立完成科研工作的能力。

高等學校是培養(yǎng)高科技人才的重要基地，高校培養(yǎng)的人才不能是單一基礎(chǔ)研究型的，更需培養(yǎng)具有扎實基礎(chǔ)、實踐能力和創(chuàng)新意識、全面發(fā)展的高素質(zhì)人才[8-9]。本課程的主要目的是使學生熟悉材料腐蝕的基本概念，掌握腐蝕電極反應(yīng)以不可逆過程的方式進行的特征；了解腐蝕機理以及影響腐蝕速度的各種因素，掌握腐蝕動力學規(guī)律；了解材料在各種環(huán)境介質(zhì)條件下的腐蝕形態(tài)、起因和作用機理；了解和掌握控制腐蝕的方法，針對具體腐蝕體系所應(yīng)采取的防護措施，教會學生從防護效果、施工難易以及經(jīng)濟效益等多方面綜合考慮。通過本課程的學習使學生掌握腐蝕研究方法、了解腐蝕實驗設(shè)計的基本方案、明確實驗方法和測量技術(shù)的選擇、學會分析實驗數(shù)據(jù)并對實驗結(jié)果進行解析。從而提高學生的實驗技能及分析問題和解決問題的能力。

掌握材料腐蝕與防護的基本理論，熟悉材料的組織結(jié)構(gòu)與性能特點；掌握材料在大氣、土壤、海水等自然環(huán)境中的腐蝕規(guī)律；掌握材料成分、工藝、組織結(jié)構(gòu)與性能的相互關(guān)系，了解材料防護手段與措施；掌握材料發(fā)生不同腐蝕的條件、影響因素及特點。

掌握腐蝕失效的判據(jù)，根據(jù)實際案例以及對腐蝕形貌及斷口的觀察，判斷和分析腐蝕發(fā)生的原因，能夠提出材料選擇方案，具備開發(fā)新材料、研究新工藝及解決工程實際中出現(xiàn)問題的能力。通過設(shè)計實驗、分析與解釋數(shù)據(jù)以及綜合分析得到合理有效的結(jié)論。

基于基礎(chǔ)理論針對材料在服役過程中易與環(huán)境相互作用從而發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象，結(jié)合材料組織結(jié)構(gòu)的自身特點及環(huán)境的具體狀態(tài)，提出防護措施并對工程實踐有指導意義。針對具體材料與環(huán)境，設(shè)計出有效的防腐涂層或電化學保護參數(shù)。掌握腐蝕測試方法及評價參數(shù)，能夠基于腐蝕原理對復雜工程腐蝕問題進行研究。

1.課程教學中面臨的問題

(1)思想認識問題

學生對知識的渴求以及對課程的重視程度不夠。由于這是一門選修課程，學生們的主要目的是為了獲取學分，因此課堂上缺乏主動學習的熱情，課下更沒有預習、復習的欲望。盡管絕大部分學生的出勤率很高，但大多數(shù)學生注意力不夠集中，課堂上積極思考并參與互動的學生寥寥無幾，故而當老師提問相關(guān)講授內(nèi)容時，學生們更多表現(xiàn)出的是茫然或不知所措。

(2)研究方向問題

碩士階段學生們的導師已經(jīng)確定，因此他們畢業(yè)論文大致的研究方向也已經(jīng)基本明確。如果選修課的內(nèi)容與他們的研究方向沒有相關(guān)性，學生們則不愿意花精力去精修這門課程。選修課學習成績的好壞既不會對學生的科研工作產(chǎn)生影響，更不會對學生的畢業(yè)就業(yè)造成阻礙，從而導致一些選修課僅僅成為了學生們獲取學分的鋪設(shè)。教學效果體現(xiàn)不出來，教學質(zhì)量也難以提升。因此一些選修課不僅沒有為學生們拓展知識開辟出新的課堂，更沒有發(fā)揮出學生們的主觀能動性。

(3)考核方式問題

為充分提高學生們的綜合素質(zhì)與能力，減輕考試壓力，以往選修課程的考核方式都是以提交讀書報告為主，考核成績僅以合格或不合格來體現(xiàn)，即便不通過還可以重修其它課程。這種考核方式不存在補考、掛科現(xiàn)象，也不存在分數(shù)高低不同的現(xiàn)象。此外，學生們從網(wǎng)上獲取大量信息的能力越來越強，撰寫一篇8000字左右的讀書報告對他們來說并非難事，課堂上的聽課效果如何都不會影響他們的成績。因此，大部分學生上選修課所投入的精力遠低于上學位課的，不管課堂上聽懂與否，表現(xiàn)如何都可以獲得最終的學分，因此學生學習的主動性和積極性不高。

2.教學思考與改進

(1)教學方式與方法

針對以上問題，我們改進了教學方法，在教學環(huán)節(jié)中我們首先通過一些小故事的講解引入腐蝕的實例以及與腐蝕相關(guān)的圖片，來提高學生對腐蝕學習的興趣與認識。如自由女神像腐蝕的發(fā)現(xiàn)與電偶腐蝕相關(guān)聯(lián)、孫中山先生銅像的腐蝕與文物保護相聯(lián)系、冬奧會滑雪滑冰場地建設(shè)與防腐措施相協(xié)調(diào)以及耐蝕材料相結(jié)合。在教學中我們還將材料的腐蝕與防護同生活中的事物緊密相連，如餐具為何選擇奧氏體不銹鋼（并由此拓展相關(guān)知識：如何檢測不銹鋼是否為優(yōu)質(zhì)奧氏體不銹鋼）；列舉日常生活中出現(xiàn)腐蝕的案例，如水管的生銹、銅器的綠銹以及銀首飾變黑等現(xiàn)象引導學生通過日常生活觀察腐蝕現(xiàn)象，了解腐蝕發(fā)生的規(guī)律，進而掌握腐蝕相關(guān)概念及理論。借此來吸引學生注意力、提高學生關(guān)注度、增加學生興趣點。此外將學生畢業(yè)設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容與腐蝕聯(lián)系在一起，通過布置讀書報告讓學生結(jié)合自己課題組的研究方向來探討腐蝕，了解他們今后研究的材料在制備、測試、存放以及運輸過程中是否會受到腐蝕以及與服役環(huán)境的相互作用。希望學生能夠?qū)⒄n堂上所學習的理論知識與科研工作聯(lián)系在一起，從而全面提高學生的綜合素質(zhì)，以適應(yīng)應(yīng)用型人才的需求。

(2)教學手段

通過改進教學手段，使學生變被動學習為主動學習。在考核環(huán)節(jié)中增設(shè)課堂考核，促進學生及時消化與理解所學內(nèi)容，同時間接起到督促學生及時復習所學內(nèi)容的作用。此外，為了便于學生之間的交流與討論，在上課的第一天授課教師將學生分成若干組（一般4～6人一組），并建議他們在每次上課期間集中就坐。在教學的不同階段，教師會圍繞所學內(nèi)容或與以前所學知識相關(guān)聯(lián)的內(nèi)容在課堂上提出幾個問題進行分組討論。然后各組選派代表來回答這些問題。由于所提的問題在網(wǎng)上及書上不容易找到答案，學生只能通過討論做答，盡管每組的答案都有差別，但調(diào)動了學生的積極性、增加了學生的參與感，同時培養(yǎng)了學生的榮譽感并提高了學生的獨立思考能力以及分析問題的能力。

(3)教學與科研相融合

在教學過程中，適當引入教師以往或正在開展的科研工作，通過科研報告的形式向?qū)W生介紹和講解控制或防止腐蝕而采取的不同方法。因為對于實際應(yīng)用的材料構(gòu)件，人們的最終目的是千方百計降低腐蝕反應(yīng)速度，以延長材料構(gòu)件的使用壽命。因此，課程中所講述的腐蝕概念、腐蝕機理、影響腐蝕速度的各種因素、腐蝕動力學規(guī)律以及針對材料腐蝕所采取的各種測試手段及評定方法等，都是為了在實際中能夠有針對性、有目的性、有理論性地對材料構(gòu)件采取好相應(yīng)的保護措施。

案例1，鎂合金的化學活性很高，在水溶液及潮濕的大氣中極易腐蝕。課堂上我們將通過在鎂合金表面制備超疏水涂層來顯著提高鎂合金耐蝕性的科研成果展示給學生，并結(jié)合金屬表面鈍化章節(jié)的基礎(chǔ)理論，讓學生了解金屬的表面處理是最直接的將金屬與環(huán)境介質(zhì)隔離開來的有效手段。同時在講解過程中讓學生掌握如何通過涂層的設(shè)計以及制備工藝參數(shù)的改變來建立涂層微觀組織結(jié)構(gòu)與耐蝕性的關(guān)系。

案例2，鋁基復合材料在航天航空及汽車等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。增強體的引入是提高鋁合金機械性能的重要手段，然而卻增加了材料發(fā)生腐蝕的敏感性。課堂上我們將通過改善增強體與鋁合金之間的界面狀態(tài)來降低復合材料腐蝕敏感性的研究成果展示給學生，并結(jié)合局部腐蝕章節(jié)的內(nèi)容，讓學生充分了解材料的自身特性與耐蝕性的關(guān)系。

每一種防腐措施都有其應(yīng)用條件和范圍。對于一個具體的腐蝕體系而言，究竟采取哪種防護措施，是用一種還是幾種方法，主要應(yīng)從防護效果、施工難易以及經(jīng)濟效益等各方面綜合考慮。

(4)考核方式的合理調(diào)整

在考核方式上充分考慮選修課程的特點，采用累加式考核方法，即讀書報告+課堂討論+課堂考核+期末考試，以強化過程化考核。讓同學們在學習中積累知識并發(fā)揮主觀能動性。在撰寫讀書報告過程中避免以往學生采取復制+粘貼的普遍現(xiàn)象，讓他們根據(jù)導師的研究方向，結(jié)合環(huán)境腐蝕的特點來講解。如材料、熱處理、焊接與腐蝕的關(guān)系等。由于課堂討論占考核成績的一部分比例，因此學生也會積極參與。期末考試采用開卷的形式，既不給學生增加過多的負擔，也不讓學生躺平拿分，而是讓學生進一步強化知識點的記憶、知識的串接以及運用。

3.總結(jié)

綜上所述，雖然《材料的腐蝕原理與測試技術(shù)》這門選修課程在實際教學中還存在不足，但只要教師以培養(yǎng)人才為己任，在教學工作中不斷改進自身的教學方法、豐富教學手段、調(diào)整考核方式，就一定能充分調(diào)動學生的積極性和主動性，進而激發(fā)學生的創(chuàng)造性，使學生在學習過程中豐富知識、擴展視野、盡早成為適合社會發(fā)展需要的高素質(zhì)專業(yè)人才。