创新创业教育建设中金属腐蚀学实践教学改革探讨

刘 刚， 刘光明， 彭叔森， 师 超， 王春霞

（南昌航空大学材料科学与工程学院，南昌 330063）

0 引 言

在当前我国新的经济形势及社会意识形态下，高等教育呼唤创新创业实践型人才的培养。2017 年的“新工科”建设复旦共识中强调“新工科建设需要加强研究和实践”，《工程教育认证标准》修改版中也明确提出培养学生实践和创新能力［1-2］。早在2015 年国务院就颁布《国务院办公厅关于深化高教创新创业教育革新的实施意见》，同年各省、市、院校均制定一系列创新创业具体的实施意见及方案，高校教育中的创新创业课程建设提速，以培养能快速适应新形势下的高素质创新创业实践型人才［3-4］。金属腐蚀学课程是金属材料工程专业腐蚀与防护方向的学生必须掌握的一门重要的专业课程，金属腐蚀学是在金属学、金属物理学、物理化学、力学、电化学及生物学等学科基础上发展起来的一门综合性学科［5-6］。金属腐蚀学实验是金属腐蚀学课程的重要组成部分。金属腐蚀学实验着力于提高金属腐蚀学课程的教学效果，帮助学生全面掌握课程知识，培养学生实验设计及对工程问题综合分析处理的能力，提高学生实践创新能力及培养创新意识。学生通过实验设计及实践操作理解金属腐蚀学课程的基本理论及原理，掌握金属腐蚀规律及防护措施。我校的金属材料工程专业颇具航空特色，利用材料“腐蚀大数据”结合金属腐蚀学实验教学任务，以实验课程为依托开展创新创业教育建设的理论与实践，探讨了金属腐蚀学实验教学过程中的教学改革思路和举措。

1 开展金属腐蚀学实验创新创业教育课程建设的意义

金属在自然界中广泛存在、应用普遍。金属腐蚀问题严重，科学家一直致力于材料腐蚀数据的积累及研究应用工作。在多年应用研究的基础上，北京科技大学李晓刚团队［7］建立了标准化的“腐蚀大数据”数据仓库、数据建模，利用“腐蚀大数据”进行金属腐蚀过程模拟仿真、共享及工程应用等，使“腐蚀大数据”所构建的金属腐蚀学科新模式快速推动腐蚀研究成果在更多领域系统化应用。随着我国经济的快速发展，许多领域均涉及到金属腐蚀与防护的问题，这要求学生不断提高工程实践动手能力、创新创业能力。传统的实验教学模式与方法、教学大纲与内容、考核形式等均难以满足于当前的创新创业教育的要求。金属腐蚀学实验教学小组利用“腐蚀大数据”，结合实际应用，积极对金属腐蚀学实验进行实验教学改革，构建创新性实验教学模式，充分发挥金属腐蚀学实验教学在课程体系的作用。在实验内容上增设探究型实验、综合创新型实验、模拟仿真实验等，并把验证性和一些单一实验融入科研创新型实验中。通过新实验教学模式的探索，加强了学生对金属腐蚀学理论知识的理解，还提升了学生创新能力、实践动手能力的培养，激发了学生创新性思维，提升了学生整个综合素养，有力推动金属腐蚀学科建设发展、促进高校教育中实践创新型人才的快速培养。

2 建设金属腐蚀学实验创新创业教育课程的举措

新时代社会发展对本科生培养提出了更高要求，高校要培养适应社会主义现代化经济发展要求、具有道德品质崇高、知识基础宽厚、能力潜质突出、综合素质优秀以及国际视野开阔的创新人才。创新人才还应具有较强的人文素质、团队精神、创新意识，能够胜任材料表面处理相关的科学研究、技术开发、工艺设计、生产经营及管理等方面的工作［8-9］。金属腐蚀学实验创新创业教育课程建设的基本思路是利用“腐蚀大数据”，结合我校金属材料工程专业的培养目标和金属腐蚀学实验教学的目的，基于“厚基础、强实践、重创新、懂管理”的复合创新创业型人才培养的要求，紧紧围绕省部提出的高校创新创业实践教育战略部署，从金属腐蚀学实验教学面临实际情况作出以下实验教学改革措施。

2.1 革新实验教学内容

传统的金属腐蚀学实验内容基本上以验证性实验为主，一些实验内容已不太适合当前腐蚀与防护学科的发展，实验内容缺乏交叉学科知识，学生综合应用能力得不到锻炼。因此，需重新编写实验教学教材、更新实验内容。为提升学生自主思考意识以及创新意识，金属腐蚀学实验要以学生自主设计为主导、教师引导为辅助，结合金属腐蚀学理论知识和腐蚀大数据的科研研究成果，开设出具有航空特色的设计性、综合性、创新性实验。

（1）精简或淘汰以往教材中单一性及验证性实验，将探究性实验教学引入经典实验内容中，引入影响因素及变量，实验结果需经实践探究得出，让学生对实验现象及原（机）理有更深的理解。

（2）在实验教材中增加开设一些设计性实验、创新性实验以及综合性实验。学生可结合腐蚀大数据和金属腐蚀学理论知识，将自主思考意识融入实验，综合运用所学知识和技能自主设计实验。增开的实验要广度和深度适宜，能系统地体现当前学科研究发展前沿，开阔学生视野，激发学生参与金属腐蚀学实验研究的兴趣［10］。

（3）以科教融合型教学方式，将科研成果转化为金属腐蚀学实验教学资源、科研项目转化为金属腐蚀学实验项目。本科生介入科学研究、科技创新，能培养学生的创新精神及创新意识，这种方式是培养和锻炼学生的实践能力、科研创新能力的重要途径之一［11-13］。比如：将高精密化学铣切加工技术和科研成果引入到轻合金腐蚀加工实验中，开设“钛合金散热片U型窄道深台阶高精密化学铣切工艺研究实验”。在做实验前，指导教师召开学生动员会，激发学生进入科研实验室，参与科学研究。实验教学小组给出金属腐蚀实验研究方向，让学生查阅相关文献资料，自拟实验项目，制定具体实验方案。

（4）对于一些实验问题，因实验器材不具备，或因实验条件限制，或因实验室中操作具有高危险、对环境高污染的实验，或因材料在极端环境中的应用实验，或因实际运行困难、短时间无法完成的实验等，均可利用腐蚀大数据资源开设成模拟仿真类实验教学项目。例如，钻井架、船舶等在海洋环境中的腐蚀，高架、变电站等接地材料在土壤中的腐蚀实验，利用金属在土壤、海水、大气等方面的腐蚀大数据共享资源，相应地把实验开设成金属土壤腐蚀模拟仿真实验、金属在海洋环境下的腐蚀仿真实验、金属在工业大气下的腐蚀仿真实验、金属在高温气氛下的腐蚀仿真实验等。构思巧妙、独具金属腐蚀与防护特色的虚拟仿真实验教学项目能调动学生实验实践的积极性、主动性和创造性，激发学生科研创新的热情及兴趣，培养学生的实践创新能力及意识［14］。

2.2 革新实验教学方法

以往金属腐蚀学实验在全面培养和锻炼本科生的实践动手能力、创新创业能力及创新思维上存在某些不足，因此，急需在实验教学上增加实践教学环节，以激发学生实验学习的主观能动性，提高实验学习的兴趣。探讨启发式、研讨式实验教学模式，合理设计多层次、多样式的实验（实践）教学是金属腐蚀学实验课程教学改革中的重要环节［15-18］。

（1）成立科学研究兴趣小组，灌输企业管理理念。打通教师科研实验室和普通教学实验室的壁垒，吸引优秀学生到实验指导教师所在科研课题组或科研团队中参与科学研究，师生共同组建科学研究兴趣小组。实验指导教师要求有企业实际生产及管理经验。在创新性、研究性实验教学过程中，实验指导教师要培训指导学生的科学研究（技术）论文的写作，要把先进的企业经营及管理理念融入实验教学中来，例如企业的“5S、6S、7S、8S、9S”等生产现场管理法、品质质量管理、企业文化等。企业先进的管理理念使学生初步具备自我管理意识，学生在现实生活和学习中能方方面面安排得井然有序。学生在学习企业一般管理法后，在学生宿舍里（尤其是男生）生活物品及书籍等均摆放有序，生活饮食作息均富有规律性，精神面貌焕然一新。指导教师引导学生在整个实验过程中积极参与、主动学习、认真实践，让探究性、研究性实验教学模式切实可行，学生的创新创业精神和管理意识慢慢形成［19-23］。

（2）科学实验方法引入实验教学，激发学生创新思维及创业意识。一般情况下，大学生的实验自行设计能力较弱。学生对实验设计相关的知识了解较少，当碰到探究性、综合性及创新性实验项目时，由于在实验配方优化方案中，研究要求对比的实验次数较多，学生就会很难把握，而设计性、探究性及综合创新性实验一般都要求学生先进行实验方案设计。因此，在做实验前非常有必要让学生学习并掌握一种科学实验方法—正交试验法。正交试验设计是从析因设计的水平组合中，挑选出一部分具有代表性的点（或“水平组合”）进行试验的一种重要数理设计方法，尤其适合研究多因素多水平的试验。学生利用正交试验设计可以对实验数据及结果进行分析、总结，找出试验水平组合的最优方案。学生一般在选择适当的分式析因设计上是有难度的，但经过金属腐蚀学实验的实践学习与锻炼，学生就能较好地掌握正交试验设计法，能跟随科研团队从事科研实践活动，参与科研创新。这种把科学实验方法引入实验教学的模式能大大增强学生的科研自信心，并能锻炼学生的实践动手能力、科研创新能力及分析问题解决问题的能力，激发学生的科研创新的热情与兴趣，启发学生的创新思维，培养学生创新创业意识［24-25］。金属腐蚀学实验把科学实验方法引入实验教学的教学改革为后续的专业课程设计和毕业（论文）设计等实践环节打下良好的基础，学生的论文质量均有极大的提高。

（3）理论联系实际，分组同伴互动。在实验教学过程中，实验指导教师引导学生把腐蚀学理论及原理与实际应用中的防护技术结合起来，进一步加深学生对金属腐蚀学课程内容的理解。我院的金属材料工程专业腐蚀与防护系现有几条模拟生产线，其中有电镀工艺生产线、（电）化学氧化工艺生产线、喷涂工艺生产线等。在教师指导下，学生分批在模拟生产线上实践操作，学生对生产现场上所有材料、仪器设备、生产槽体及门窗墙地面等的腐蚀与防护有一个直观了解和认识，这也为后面的专业课程设计打下良好的基础。这种教学效果极佳，学生非常愿意学，教师也有实际例子可以讲，互动效果良好，这给学生的感觉是比任何理论上讲解加上做简单的验证性实验要深刻很多。金属腐蚀学的实验教学，使学生对金属腐蚀学上理论及原理有了直观的认识和理解，金属腐蚀学的学习成绩也在逐年上升。

在实验教学及实践操作过程中，指导教师对学生采用分组同伴互动教学法［26］。实验过程如图1 所示。

图1 分组同伴互动教学法过程表

步骤1学生分批、分组（每批次7 ～8 组、每组2人）。在实验指导教师指导下，学生查阅与金属腐蚀学实验相关的材料腐蚀大数据库，结合金属腐蚀学理论知识和金属腐蚀学实验指导书，找出自己感兴趣的腐蚀研究方向，拟定实验项目给指导教师审阅，指导教师核实实验项目可行后即可。此外，学生还需学习正交试验设计法有关文献资料，为后续实验方案设计打下基础。

步骤2完成实验方案设计。学生在实验指导教师的指导下，小组成员充分发挥学习的主观能动性，围绕制定的实验项目共同探讨并拟定实验研究方案。在实验方案设计过程中，学生要自主学习、相互讨论，与指导教师互动。实验指导教师负责答疑，审核学生自主设计实验方案的合理性及可行性，并提出整改意见或措施。

步骤3每位同学均需提交一份实验预习报告。实验预习报告内容包括：选择试验材料、药品及仪器设备、工艺配方及实验条件、主要工艺操作流程及工序说明、正交试验设计表及性能测试等。

步骤4在实验操作中，学生自行配置试验所需溶液（槽液），按实验设计方案进行实验。实验期间，学生要观察及记录实验现象、记录测试数据。实验完成后学生要及时处理及分析实验数据，得出实验结果（或结论），并提交一份实验总结报告。

整个实验过程中，指导教师为实验的组织者和引导者，学生为实验的设计者及实验操作完成者。学生按照自主设计的实验研究方案，有针对性带着具体问题进入实验，其专注性和热情度较高，实验效果极佳。因此，在实验教学过程中，革新和完善实验（实践）教学环节，对培养及提高学生科学实验的能力、锻炼学生实践动手能力、提高学生分工协作和团队合作意识、激发学生对科学研究的兴趣及对提升学生综合素质均有极大意义。

（4）利用网络资源优势，融合及探究新的实验教学方法。在实验教学方法上，不少学者作出了各种探索，取得了较好的成效，值得学习和借鉴。如：田振国［27］的融合式教学法，提出结合工程教育认证标准，将实验、仿真、多媒体融合式的教学方法，培养工程性人才，提升学生专业素养；罗超等［28］提出开放实验室交叉组合培养方法来拓展学生的知识面、提升学生综合素质、培养学生创新思维、意识及能力；阮环阳等［29］将BOPPPS（导入、学习目标、前测、参与式学习、后测、总结）模型引入到有机化学实验教学中，强调以学生为中心，参与式学习达成学习目标；吴春雷等［30］在综合实践课程中应用小规模专有在线课程（SPOC）混合教学模式，充分利用SPOC平台特点，使学生个性化成长，学生学习主体性能得到体现，很多实验教学探索经验值得我们去学习和借鉴。往后，金属腐蚀学实验教学改革可取长补短，结合金属腐蚀学学科的特点和金属材料工程专业的工科优势，探究新的适合金属腐蚀学实验的教学模式及方法—在腐蚀大数据下的金属腐蚀学模拟仿真实验。

2.3 革新实验考核机制

革新后的金属腐蚀学实验教学内容大多以设计性、探究性、综合创新性实验为主，在实验中增加了学生利用腐蚀大数据自行设计实验研究方案环节。由于每组学生自主设计的实验方案灵活性和独立性较大，探究性比较强，且在实验过程中实验操作及结果可能会有较大偏差，因此，原有的实验考核机制不适合用来评价学生的金属腐蚀学实验成绩。金属腐蚀学实验教学研究小组在判定学生实验成绩上着重于学生的实验设计能力、实践动手能力以及创新能力。评分考核机制从学生查阅实验项目相关文献资料开始考核，后续考核包括学生在设计实验研究方案中与指导教师互动环节，提交的实验预习报告，实验的整个操作过程、实验现象、数据的记录、整理及分析，提交的实验总结报告等均纳入考核范围。实验指导教师跟踪整个实验（实践）环节，给每一位同学每一个细节打分。评分过程中，对学生实验设计能力、实践动手操作能力、实验数据处理分析能力及创新能力上评分权重较大。实验考核具体评分体系如图2 所示。

图2 实验成绩考核体系

3 金属腐蚀学实验课程管理

金属腐蚀学课程教学小组由5 名教师组成，由1名教授作为课程总负责人，其中3 名博士和1 名硕士辅助理论和实验教学实验课程，且理论教学和实验教学均安排一个课程负责人。理论教学和实验教学的成员是要相互听课的（每个成员不少于3 次），并定期共同探讨教学内容及方法。课程总负责人主要负责组织课程小组成员商讨编写金属腐蚀学实验大纲和实验指导书，并参与实验成绩评定，督促实验进程。实验课程负责人协调好实验实践环节的各个方面，确保学生实验安全有序地开展。整个实验教学小组均参与给学生答疑解惑、审核学生的实验设计方案、追踪学生实验进展、材料、试剂、仪器使用等情况。为了便于实验室管理及安排好实验计划，课程总负责人指定2 名实验指导教师在开设实验期间，每周1 ～5 在正常时间轮流坐班。由于金属材料工程专业腐蚀与防护方向有3 ～4个班，每班分2 ～3 批次做实验，所以每个实验项目循环次数均在6 次以上。为了更好地了解实验进展情况，课程总负责人要求上理论课的教师在每一个实验项目上至少听课一次，听课后提出改进意见及措施。

4 结 语

当前我国高等教育创新创业大环境良好，尤其是在创新创新型人才培养模式上的改革探索积累了许多宝贵经验。在汲取前人教学改革创新经验的基础上，金属腐蚀学实验教学小组对金属腐蚀学实验课改革新做了初步的探索，在实验教学内容、教学模式及方法、课程考核机制及课程管理上进行革新。实验内容上依托“腐蚀大数据”，以设计性、探究性，综合创新性实验为主，提升学生的实验设计能力、动手能力、科研创新能力及创新创业意识。教学方法上把科学实验方法引入实验教学，成立科学研究兴趣小组，向学生传输企业管理理念，利用学校现有资源，让腐蚀理论联系实际应用，实验过程采用分组同伴互动法。革新后的教学模式加深了学生对金属腐蚀学理论的理解。今后可以充分利用网络资源优势，融合及探究新的实验教学方法及模式，以更好地培养学生的创新创业意识，以达到高校培养高素质创新型人才的战略目的。

·名人名言·

知识是一座宝库，而实践则是开启宝库的钥匙。

——托马斯·富勒