工程教育认证背景下材料防腐蚀设计课程的意义

李卫平，刘家铭，刘慧丛，朱立群

(北京航空航天大学材料科学与工程学院，北京市材料科学与工程实验教学示范中心，北京　100191)



工程教育认证背景下材料防腐蚀设计课程的意义

李卫平，刘家铭，刘慧丛，朱立群

(北京航空航天大学材料科学与工程学院，北京市材料科学与工程实验教学示范中心，北京100191)

工程教育认证是国际通行的工程教育质量保证制度，具体到材料专业本科教育上的一个重要指标点就是培养学生解决材料复杂工程应用问题的能力。材料防腐蚀设计课程实践性与专业针对性极强，并突显以学生为中心，以学生学习产出为导向的工程教育认证理念，对培养材料化学方向本科生的工程素养，完善其腐蚀与防护知识体系具有重要的意义。

工程教育认证；材料防腐蚀设计；解决实际问题；工程素养

随着我国加入“华盛顿协议”并将很快成为正式会员，高等学校工程教育正迅速走向国际化。在2015年工程教育认证中，北航材料学院提出的本科教育毕业要求的重要指标点之一是解决材料复杂工程的应用问题。其具体指标点包括[1]：设计/开发解决方案、基于科学原理并釆用科学方法对复杂工程问题进行研究，评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，理解和评价针对复杂工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响等方面。工程教育认证的核心理念是以学生为中心[2]，聚焦于学生未来发展的需要，故而实践性极强的材料防腐蚀设计课程在培养本科生解决材料复杂工程问题能力过程中具有十分重要的意义。

1　课程简介

材料防腐蚀设计培养环节是针对材料科学与工程专业大四学生开设的专业理论与工程设计类课程。课程的目的在于，通过一定课时的教学与实践，使学生依据材料表面的基本腐蚀理论和防护技术，掌握工程结构(材料)的防腐蚀设计原理与方法。

材料防腐蚀设计课程安排在本科生第七学期，其先修课程包括《材料腐蚀原理》等主干理论课程和《电化学测试技术》等分析测试基础课程，随后学生将进入毕业设计等培养环节。因此，探索结合工程实际的专业针对性设计类课程并以此提升学生工程素养，对培育学生独立解决实际问题的热情与能力，完善学生对腐蚀与防护知识体系的认知具有十分重要的意义。

2　培养学生解决问题的能力

材料防腐蚀设计培养环节必须着重体现“设计性”，以此促使学生逐步从“图书馆”走向“实验室”，贯彻理论与实践相结合原则[3]，对材料专业的学生而言，关键就是培养其解决材料复杂工程问题的能力。

以学生为中心的工程教育认证的根本目的，是考核学生学到什么，而非教师教什么。著名数学家华罗庚先生比喻导师和研究生的关系是：导师负责给研究生指出兔子在哪里，并指导学生学会打兔子的本领。反之，研究生则是从导师那里了解到兔子的位置、大小、肥瘦，并采用从导师那里学到的打兔子本领擒获一只兔子(就是完成论文)。有人由此衍生出本科生的学习属于捡“死”兔子，本科及以前所学知识都是别人已经发现、并经过了反复验证的知识，是固定、稳定的，属于“死兔子”。可见，本科生的教学和训练，可以通俗的理解成，如何帮助学生找到一条比较便捷的路径把已经死在那里的“兔子”拿回来的问题，拿到“兔子”是最终的目的，也就是更加关注教育的结果和产出。下面，我们将以电偶腐蚀为例，探讨一下材料防腐蚀设计课程在训练本科生捡兔子的过程的作用。

2.1理解原理——找到“兔子”

腐蚀是材料在各种环境作用下发生的破坏和变质，遍及国民经济各部门，给国民经济带来巨大损失。通过《材料腐蚀原理》这类专业基础课的学习，学生掌握了金属腐蚀的基本原理和控制腐蚀的主要途径，理解典型材料工程应用中面临的腐蚀问题及其对环境、社会的影响。

所以有关腐蚀的基本概念、基本理论都是“兔子”，需要通过授课环节帮助学生掌握材料腐蚀的基本原理、规律、特征，了解工程材料在复杂环境下的腐蚀萌生、发展规律，评价方法和预防手段，体会腐蚀现象、腐蚀原理和防腐蚀技术之间的关系，并最终能利用已有知识分析工程材料的在实际环境下的腐蚀防护问题。

例如，有关电偶腐蚀[4]，其定义是：由于腐蚀电位不同，造成同一介质中异种金属接触处的局部腐蚀，就是电偶腐蚀，亦称为接触腐蚀或双金属腐蚀。该两种金属构成原电池，产生电偶电流，使电位较低的金属(阳极)溶解速度增加，电位较高的金属(阴极)溶解速度减小。所以，阴极是受到阳极保护的。阴阳极面积比增大，介质电导率减小，都使阳极腐蚀加重。对应的关键词是：电位差、电偶腐蚀效应；因此，防止电偶腐蚀的关键是[5]：避免异种金属接触；结构上避免大阴极对小阳极；设计易更换阳极部件的结构；两种不同金属接触面间采用电绝缘。

2.2设计方法——捡“兔子”

为捡兔子知道“兔子”是什么是第一步，设计捡兔子的方法才是关键。材料化学专业在人才培养方面充分考虑到国民经济发展和用人单位的需求，亦把解决材料复杂工程的应用问题作为毕业要求的重要支撑。设计捡兔子的方法正是培养学生解决材料复杂工程的应用问题的能力的一个关键环节。

例如，在《材料腐蚀原理》中知道了电偶腐蚀的基本原理，在课程设计环节中以实际工程中十分常见的法兰结构，给出了防电偶腐蚀设计方法[6]，即三种捡兔子的方法：

①增大阳极面积的比例：当两种金属接触不可避免地会产生接触腐蚀时，适当地调整面积，可以控制腐蚀的程度。

②采用牺牲性阳极：利用牺牲阳极的原理，换中间法兰作为阳极的M3，φ最负，过一段时间换掉。

③利用绝缘材料：在两种金属之间加入绝缘材料、非金属材料、涂料等，保持两金属互相不接触。还可在两种金属的接触面上涂覆绝缘材料将两金属绝缘。需要注意的是不可只涂阳极性金属，因为涂层存在孔隙，以致出现大阴极小阳极的情况，使金属腐蚀加重。而涂料涂在阴极，则效果较好。

3　引领学生进行课程相关领域的思考

在课程设计环节训练本专业学生在材料研究和应用方面的能力非常重要，例如在材料防腐蚀设计课程中，学生调研相关文献，联系相关的理论课程，复习/学习相关测试方法，设计大体的实验思路。而后进入实验室进行短期的认识性实践，努力熟悉自己课程设计涉及到的具体实验技术与方法，对自己设计的实验思路进行可行性思考，完善“设计”的体系与流程。学生在此期间获得了实验设计、数据分析、综合性能评价等多方面的训练，在最终的成果汇总阶段还要培养了学生对材料复杂工程问题进行研究后得到的结果进行归纳得出有效结论的能力。材料的制造、生产与应用过程离不开材料现代研究测试技术的使用[7]，对于材料化学专业本科生来说，能够针对复杂工程问题开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟亦是材料防腐蚀设计这一培养环节重要使命。

材料及材料结构受服役环境条件的影响(温度、湿度、载荷等)而发生变化的规律特点十分复杂，仅就腐蚀领域而言，材料耐蚀性能的理论预测与实际服役情况是存在一定差异的，在实验室中使用的耐蚀性表征手段无论多么先进，都是具有一定局限性的。后续的材料化学方向的特色实验及毕业设计环节也应与材料防腐蚀设计课程深度融合，着力构建预期学习结果制定、分解及监控的协调机制，将先修及后续课程任课教师的活动有机地整合到促进学生发展的目标之中[8]。在未来培养计划中创造机会让学生具体实践自己的“设计”(实验设计/研究计划)，进一步体会理论与实践的联系与差别。

工程结构(材料)的防腐蚀设计实施过程中往往会涉及到诸多材料领域之外的问题，以最典型的防腐蚀手段电镀为例，其在镀层制备与材料使用过程中通常都会对环境、资源、能源等带来不同的影响[9]。在材料防腐蚀设计这一培养环节之中，让学生在学习材料科学与工程专业知识的同时，理解材料工程活动可能对环境和可持续发展带来的影响，分析材料工程实践中可能存在的问题，体会材料工程师对公众安全应该承担的道德和专业责任是其中应有之义。在当代工程教育中，责任意识已成为一个综合性的核心[10]。作为一个即将步入社会的工程技术人员，能够分析、评价材料工程实践和材料复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，具备相当的社会责任感，既是大学生素质教育的应有之义，也是材料防腐蚀设计课程所着力实现的培养目标。

4　结　语

工程教育认证的标准和理念，对于材料专业课程改革和教育质量保证具有十分重要的引领作用。材料防腐蚀设计课程着力培养学生解决材料复杂工程应用问题的能力，突显以学生为中心，以学生学习产出为导向的工程教育认证理念。该培养环节的实践性与专业针对性极强，促使学生逐步从“图书馆”走向“实验室”，从理论知识走向工程实践，并以此为枢纽将先修及后续课程有机地整合到促进学生发展的目标之中，多角度培养材料化学方向本科生的工程素养，从根本上为提高工程技术人才国际竞争力打下坚实基础。

[1]周玲,马晓娜,孙艳丽,等.工程教育，让世界更美好[J].高等工程教育研究,2015(4):27-35.

[2]曾德伟,沈洁,席海涛.剖析专业认证标准与理念，提升工程教育质量[J].实验技术与管理,2013(12):169-171.

[3]罗晓东,胡彬,阳辉.基于“工作过程”法的课程设计探索[J].重庆科技学院学报(社会科学版),2015(2):99-101.

[4]刘道新.材料的腐蚀与防护[M].西安:西北工业大学出版社,2006:112-113.

[5]李金桂.腐蚀控制系统工程学概论[M].北京:化学工业出版社,2009:55-56.

[6]李金桂.腐蚀控制设计手册[M].北京:化学工业出版社,2006:210-214.

[7]江涛.材料专业本科课程设计教学过程的研究与讨论[J].人力资源管理,2011(10):153-154.

[8]胡文龙.工程专业认证背景下的高校教师教学发展[J].高等工程教育研究,2015(1):73-78.

[9]Oswald Igel,吴雪颖,高俊健.电镀及表面处理工业的目标、趋势及远景[J].电镀与涂饰,2009(7):4-8.

[10]范静波.工程教育中工程师的社会责任：内涵、演变与培育[J].现代教育管理,2011(1):75-78.

The Significance of Anti-corrosion Materials Design Course Based on Professional Accreditation of Engineering Education

LI Wei-ping,LIU Jia-ming,LIU Hui-cong,ZHU Li-qun

(School of Materials Science and Engineering,Beihang University,Beijing Experiment Teaching Demonstration Center for Materials Science and Engineering,Beijing 100191,China)

Professional Accreditation of Engineering Education is an internationally accepted quality assurance system of engineering education.This system specific to the materials field undergraduate education is an important embodiment of cultivating students’ ability to solve the complex engineering problems in the field of materials.The anti-corrosion materials design course has a strong practical and professional pertinence which highlights the Professional Accreditation of Engineering Education concept of student-centered and student learning outcomes-oriented.What’s more,this course design is of great significance for cultivating the engineering accomplishment and improving the knowledge system of material corrosion and protection of the undergraduates who major in material chemistry.

Professional Accreditation of Engineering Education; anti-corrosion materials design; solving practical problems; engineering accomplishment

李卫平(1972-)，女，副教授，博士。主要研究方向为材料腐蚀与防护、功能涂镀层及新型能源材料。

G642.0

A

1001-9677(2016)011-0234-03