研究生“材料的腐蚀原理与测试技术”课程的教学思考

＊胡津 唐莎巍

（哈尔滨工业大学 材料科学与工程学院 黑龙江 150001）

在世界大步迈入现代工业社会文明，甚至是“工业后”社会文明的大趋势下，“可持续发展”已逐渐成为许多国家的基本发展战略。材料从生产到消费，都必须考虑在可持续发展的战略指引下工作[1]。

材料是人类从事生产和生活的物质基础，是人类文明的重要支柱。但材料及其制品在使用过程中由于周围环境的影响会遭受不同形式或不同程度的腐蚀。腐蚀的危害性是严重的，搞好对材料的防腐蚀工作关系到保护环境、节约能源、保证正常生产和人身安全、发展新技术等一系列社会与经济问题[2-5]。材料的腐蚀与保护是与实际应用息息相关的一门重要科学。腐蚀行为、腐蚀保护等领域的研究日新月异，研究内容的范畴也不断更新及扩展[6-7]。腐蚀与防护是一门综合性强，交叉性大，且处于自身发展中的学科，由于在国内外均得到了广泛的重视，因此在材料科学与工程专业学科中，无论是针对本科生还是硕士生均开展了与腐蚀相关的课程。该类课程不仅是学生学习的重要基础知识，而且对学生在今后的工作中也有着重要的实用效应，是一门理论性和实际应用性都很强的课程。

“材料的腐蚀原理与测试技术”是哈工大材料学院为硕士研究生所开设的一门选修课程，其主要目的是使学生熟悉腐蚀的基本原理，了解材料发生腐蚀的本质以及影响腐蚀的因素等。以期培养学生具有针对不同环境正确选择、合理使用不同材料的能力，并能够对处于复杂环境中使用的材料进行合理的防腐设计。

课程的主要内容包括：研究材料腐蚀的意义及腐蚀科学技术发展简史；材料腐蚀过程中的不可逆热力学问题；材料电化学腐蚀的动力学过程；材料腐蚀的研究方法；材料腐蚀测量的若干种评定方法与腐蚀失效分析；材料腐蚀的控制方法及应用实例。

本课程的主要任务是培养学生掌握腐蚀的基本概念及基础理论，掌握材料产生腐蚀的原因以及控制的方法，了解金属发生各种腐蚀的电化学本质，并结合材料的成分与结构特征，从材料学的角度，分析耐腐蚀材料的设计原理。使学生具备用掌握的理论和实验方法来分析与解决毕业设计中出现的实际问题的能力，具备良好的语言表达能力以及独立完成科研工作的能力。

高等学校是培养高科技人才的重要基地，高校培养的人才不能是单一基础研究型的，更需培养具有扎实基础、实践能力和创新意识、全面发展的高素质人才[8-9]。本课程的主要目的是使学生熟悉材料腐蚀的基本概念，掌握腐蚀电极反应以不可逆过程的方式进行的特征；了解腐蚀机理以及影响腐蚀速度的各种因素，掌握腐蚀动力学规律；了解材料在各种环境介质条件下的腐蚀形态、起因和作用机理；了解和掌握控制腐蚀的方法，针对具体腐蚀体系所应采取的防护措施，教会学生从防护效果、施工难易以及经济效益等多方面综合考虑。通过本课程的学习使学生掌握腐蚀研究方法、了解腐蚀实验设计的基本方案、明确实验方法和测量技术的选择、学会分析实验数据并对实验结果进行解析。从而提高学生的实验技能及分析问题和解决问题的能力。

掌握材料腐蚀与防护的基本理论，熟悉材料的组织结构与性能特点；掌握材料在大气、土壤、海水等自然环境中的腐蚀规律；掌握材料成分、工艺、组织结构与性能的相互关系，了解材料防护手段与措施；掌握材料发生不同腐蚀的条件、影响因素及特点。

掌握腐蚀失效的判据，根据实际案例以及对腐蚀形貌及断口的观察，判断和分析腐蚀发生的原因，能够提出材料选择方案，具备开发新材料、研究新工艺及解决工程实际中出现问题的能力。通过设计实验、分析与解释数据以及综合分析得到合理有效的结论。

基于基础理论针对材料在服役过程中易与环境相互作用从而发生腐蚀的现象，结合材料组织结构的自身特点及环境的具体状态，提出防护措施并对工程实践有指导意义。针对具体材料与环境，设计出有效的防腐涂层或电化学保护参数。掌握腐蚀测试方法及评价参数，能够基于腐蚀原理对复杂工程腐蚀问题进行研究。

1.课程教学中面临的问题

(1)思想认识问题

学生对知识的渴求以及对课程的重视程度不够。由于这是一门选修课程，学生们的主要目的是为了获取学分，因此课堂上缺乏主动学习的热情，课下更没有预习、复习的欲望。尽管绝大部分学生的出勤率很高，但大多数学生注意力不够集中，课堂上积极思考并参与互动的学生寥寥无几，故而当老师提问相关讲授内容时，学生们更多表现出的是茫然或不知所措。

(2)研究方向问题

硕士阶段学生们的导师已经确定，因此他们毕业论文大致的研究方向也已经基本明确。如果选修课的内容与他们的研究方向没有相关性，学生们则不愿意花精力去精修这门课程。选修课学习成绩的好坏既不会对学生的科研工作产生影响，更不会对学生的毕业就业造成阻碍，从而导致一些选修课仅仅成为了学生们获取学分的铺设。教学效果体现不出来，教学质量也难以提升。因此一些选修课不仅没有为学生们拓展知识开辟出新的课堂，更没有发挥出学生们的主观能动性。

(3)考核方式问题

为充分提高学生们的综合素质与能力，减轻考试压力，以往选修课程的考核方式都是以提交读书报告为主，考核成绩仅以合格或不合格来体现，即便不通过还可以重修其它课程。这种考核方式不存在补考、挂科现象，也不存在分数高低不同的现象。此外，学生们从网上获取大量信息的能力越来越强，撰写一篇8000字左右的读书报告对他们来说并非难事，课堂上的听课效果如何都不会影响他们的成绩。因此，大部分学生上选修课所投入的精力远低于上学位课的，不管课堂上听懂与否，表现如何都可以获得最终的学分，因此学生学习的主动性和积极性不高。

2.教学思考与改进

(1)教学方式与方法

针对以上问题，我们改进了教学方法，在教学环节中我们首先通过一些小故事的讲解引入腐蚀的实例以及与腐蚀相关的图片，来提高学生对腐蚀学习的兴趣与认识。如自由女神像腐蚀的发现与电偶腐蚀相关联、孙中山先生铜像的腐蚀与文物保护相联系、冬奥会滑雪滑冰场地建设与防腐措施相协调以及耐蚀材料相结合。在教学中我们还将材料的腐蚀与防护同生活中的事物紧密相连，如餐具为何选择奥氏体不锈钢（并由此拓展相关知识：如何检测不锈钢是否为优质奥氏体不锈钢）；列举日常生活中出现腐蚀的案例，如水管的生锈、铜器的绿锈以及银首饰变黑等现象引导学生通过日常生活观察腐蚀现象，了解腐蚀发生的规律，进而掌握腐蚀相关概念及理论。借此来吸引学生注意力、提高学生关注度、增加学生兴趣点。此外将学生毕业设计的相关内容与腐蚀联系在一起，通过布置读书报告让学生结合自己课题组的研究方向来探讨腐蚀，了解他们今后研究的材料在制备、测试、存放以及运输过程中是否会受到腐蚀以及与服役环境的相互作用。希望学生能够将课堂上所学习的理论知识与科研工作联系在一起，从而全面提高学生的综合素质，以适应应用型人才的需求。

(2)教学手段

通过改进教学手段，使学生变被动学习为主动学习。在考核环节中增设课堂考核，促进学生及时消化与理解所学内容，同时间接起到督促学生及时复习所学内容的作用。此外，为了便于学生之间的交流与讨论，在上课的第一天授课教师将学生分成若干组（一般4～6人一组），并建议他们在每次上课期间集中就坐。在教学的不同阶段，教师会围绕所学内容或与以前所学知识相关联的内容在课堂上提出几个问题进行分组讨论。然后各组选派代表来回答这些问题。由于所提的问题在网上及书上不容易找到答案，学生只能通过讨论做答，尽管每组的答案都有差别，但调动了学生的积极性、增加了学生的参与感，同时培养了学生的荣誉感并提高了学生的独立思考能力以及分析问题的能力。

(3)教学与科研相融合

在教学过程中，适当引入教师以往或正在开展的科研工作，通过科研报告的形式向学生介绍和讲解控制或防止腐蚀而采取的不同方法。因为对于实际应用的材料构件，人们的最终目的是千方百计降低腐蚀反应速度，以延长材料构件的使用寿命。因此，课程中所讲述的腐蚀概念、腐蚀机理、影响腐蚀速度的各种因素、腐蚀动力学规律以及针对材料腐蚀所采取的各种测试手段及评定方法等，都是为了在实际中能够有针对性、有目的性、有理论性地对材料构件采取好相应的保护措施。

案例1，镁合金的化学活性很高，在水溶液及潮湿的大气中极易腐蚀。课堂上我们将通过在镁合金表面制备超疏水涂层来显著提高镁合金耐蚀性的科研成果展示给学生，并结合金属表面钝化章节的基础理论，让学生了解金属的表面处理是最直接的将金属与环境介质隔离开来的有效手段。同时在讲解过程中让学生掌握如何通过涂层的设计以及制备工艺参数的改变来建立涂层微观组织结构与耐蚀性的关系。

案例2，铝基复合材料在航天航空及汽车等领域有着广泛的应用前景。增强体的引入是提高铝合金机械性能的重要手段，然而却增加了材料发生腐蚀的敏感性。课堂上我们将通过改善增强体与铝合金之间的界面状态来降低复合材料腐蚀敏感性的研究成果展示给学生，并结合局部腐蚀章节的内容，让学生充分了解材料的自身特性与耐蚀性的关系。

每一种防腐措施都有其应用条件和范围。对于一个具体的腐蚀体系而言，究竟采取哪种防护措施，是用一种还是几种方法，主要应从防护效果、施工难易以及经济效益等各方面综合考虑。

(4)考核方式的合理调整

在考核方式上充分考虑选修课程的特点，采用累加式考核方法，即读书报告+课堂讨论+课堂考核+期末考试，以强化过程化考核。让同学们在学习中积累知识并发挥主观能动性。在撰写读书报告过程中避免以往学生采取复制+粘贴的普遍现象，让他们根据导师的研究方向，结合环境腐蚀的特点来讲解。如材料、热处理、焊接与腐蚀的关系等。由于课堂讨论占考核成绩的一部分比例，因此学生也会积极参与。期末考试采用开卷的形式，既不给学生增加过多的负担，也不让学生躺平拿分，而是让学生进一步强化知识点的记忆、知识的串接以及运用。

3.总结

综上所述，虽然《材料的腐蚀原理与测试技术》这门选修课程在实际教学中还存在不足，但只要教师以培养人才为己任，在教学工作中不断改进自身的教学方法、丰富教学手段、调整考核方式，就一定能充分调动学生的积极性和主动性，进而激发学生的创造性，使学生在学习过程中丰富知识、扩展视野、尽早成为适合社会发展需要的高素质专业人才。