劉 剛， 劉光明， 彭叔森， 師 超， 王春霞

（南昌航空大學材料科學與工程學院，南昌 330063）

0 引 言

在當前我國新的經(jīng)濟形勢及社會意識形態(tài)下，高等教育呼喚創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐型人才的培養(yǎng)。2017 年的“新工科”建設(shè)復旦共識中強調(diào)“新工科建設(shè)需要加強研究和實踐”，《工程教育認證標準》修改版中也明確提出培養(yǎng)學生實踐和創(chuàng)新能力［1-2］。早在2015 年國務院就頒布《國務院辦公廳關(guān)于深化高教創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育革新的實施意見》，同年各省、市、院校均制定一系列創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)具體的實施意見及方案，高校教育中的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程建設(shè)提速，以培養(yǎng)能快速適應新形勢下的高素質(zhì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐型人才［3-4］。金屬腐蝕學課程是金屬材料工程專業(yè)腐蝕與防護方向的學生必須掌握的一門重要的專業(yè)課程，金屬腐蝕學是在金屬學、金屬物理學、物理化學、力學、電化學及生物學等學科基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門綜合性學科［5-6］。金屬腐蝕學實驗是金屬腐蝕學課程的重要組成部分。金屬腐蝕學實驗著力于提高金屬腐蝕學課程的教學效果，幫助學生全面掌握課程知識，培養(yǎng)學生實驗設(shè)計及對工程問題綜合分析處理的能力，提高學生實踐創(chuàng)新能力及培養(yǎng)創(chuàng)新意識。學生通過實驗設(shè)計及實踐操作理解金屬腐蝕學課程的基本理論及原理，掌握金屬腐蝕規(guī)律及防護措施。我校的金屬材料工程專業(yè)頗具航空特色，利用材料“腐蝕大數(shù)據(jù)”結(jié)合金屬腐蝕學實驗教學任務，以實驗課程為依托開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育建設(shè)的理論與實踐，探討了金屬腐蝕學實驗教學過程中的教學改革思路和舉措。

1 開展金屬腐蝕學實驗創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程建設(shè)的意義

金屬在自然界中廣泛存在、應用普遍。金屬腐蝕問題嚴重，科學家一直致力于材料腐蝕數(shù)據(jù)的積累及研究應用工作。在多年應用研究的基礎(chǔ)上，北京科技大學李曉剛團隊［7］建立了標準化的“腐蝕大數(shù)據(jù)”數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)建模，利用“腐蝕大數(shù)據(jù)”進行金屬腐蝕過程模擬仿真、共享及工程應用等，使“腐蝕大數(shù)據(jù)”所構(gòu)建的金屬腐蝕學科新模式快速推動腐蝕研究成果在更多領(lǐng)域系統(tǒng)化應用。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，許多領(lǐng)域均涉及到金屬腐蝕與防護的問題，這要求學生不斷提高工程實踐動手能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。傳統(tǒng)的實驗教學模式與方法、教學大綱與內(nèi)容、考核形式等均難以滿足于當前的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的要求。金屬腐蝕學實驗教學小組利用“腐蝕大數(shù)據(jù)”，結(jié)合實際應用，積極對金屬腐蝕學實驗進行實驗教學改革，構(gòu)建創(chuàng)新性實驗教學模式，充分發(fā)揮金屬腐蝕學實驗教學在課程體系的作用。在實驗內(nèi)容上增設(shè)探究型實驗、綜合創(chuàng)新型實驗、模擬仿真實驗等，并把驗證性和一些單一實驗融入科研創(chuàng)新型實驗中。通過新實驗教學模式的探索，加強了學生對金屬腐蝕學理論知識的理解，還提升了學生創(chuàng)新能力、實踐動手能力的培養(yǎng)，激發(fā)了學生創(chuàng)新性思維，提升了學生整個綜合素養(yǎng)，有力推動金屬腐蝕學科建設(shè)發(fā)展、促進高校教育中實踐創(chuàng)新型人才的快速培養(yǎng)。

2 建設(shè)金屬腐蝕學實驗創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程的舉措

新時代社會發(fā)展對本科生培養(yǎng)提出了更高要求，高校要培養(yǎng)適應社會主義現(xiàn)代化經(jīng)濟發(fā)展要求、具有道德品質(zhì)崇高、知識基礎(chǔ)寬厚、能力潛質(zhì)突出、綜合素質(zhì)優(yōu)秀以及國際視野開闊的創(chuàng)新人才。創(chuàng)新人才還應具有較強的人文素質(zhì)、團隊精神、創(chuàng)新意識，能夠勝任材料表面處理相關(guān)的科學研究、技術(shù)開發(fā)、工藝設(shè)計、生產(chǎn)經(jīng)營及管理等方面的工作［8-9］。金屬腐蝕學實驗創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程建設(shè)的基本思路是利用“腐蝕大數(shù)據(jù)”，結(jié)合我校金屬材料工程專業(yè)的培養(yǎng)目標和金屬腐蝕學實驗教學的目的，基于“厚基礎(chǔ)、強實踐、重創(chuàng)新、懂管理”的復合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才培養(yǎng)的要求，緊緊圍繞省部提出的高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐教育戰(zhàn)略部署，從金屬腐蝕學實驗教學面臨實際情況作出以下實驗教學改革措施。

2.1 革新實驗教學內(nèi)容

傳統(tǒng)的金屬腐蝕學實驗內(nèi)容基本上以驗證性實驗為主，一些實驗內(nèi)容已不太適合當前腐蝕與防護學科的發(fā)展，實驗內(nèi)容缺乏交叉學科知識，學生綜合應用能力得不到鍛煉。因此，需重新編寫實驗教學教材、更新實驗內(nèi)容。為提升學生自主思考意識以及創(chuàng)新意識，金屬腐蝕學實驗要以學生自主設(shè)計為主導、教師引導為輔助，結(jié)合金屬腐蝕學理論知識和腐蝕大數(shù)據(jù)的科研研究成果，開設(shè)出具有航空特色的設(shè)計性、綜合性、創(chuàng)新性實驗。

（1）精簡或淘汰以往教材中單一性及驗證性實驗，將探究性實驗教學引入經(jīng)典實驗內(nèi)容中，引入影響因素及變量，實驗結(jié)果需經(jīng)實踐探究得出，讓學生對實驗現(xiàn)象及原（機）理有更深的理解。

（2）在實驗教材中增加開設(shè)一些設(shè)計性實驗、創(chuàng)新性實驗以及綜合性實驗。學生可結(jié)合腐蝕大數(shù)據(jù)和金屬腐蝕學理論知識，將自主思考意識融入實驗，綜合運用所學知識和技能自主設(shè)計實驗。增開的實驗要廣度和深度適宜，能系統(tǒng)地體現(xiàn)當前學科研究發(fā)展前沿，開闊學生視野，激發(fā)學生參與金屬腐蝕學實驗研究的興趣［10］。

（3）以科教融合型教學方式，將科研成果轉(zhuǎn)化為金屬腐蝕學實驗教學資源、科研項目轉(zhuǎn)化為金屬腐蝕學實驗項目。本科生介入科學研究、科技創(chuàng)新，能培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神及創(chuàng)新意識，這種方式是培養(yǎng)和鍛煉學生的實踐能力、科研創(chuàng)新能力的重要途徑之一［11-13］。比如：將高精密化學銑切加工技術(shù)和科研成果引入到輕合金腐蝕加工實驗中，開設(shè)“鈦合金散熱片U型窄道深臺階高精密化學銑切工藝研究實驗”。在做實驗前，指導教師召開學生動員會，激發(fā)學生進入科研實驗室，參與科學研究。實驗教學小組給出金屬腐蝕實驗研究方向，讓學生查閱相關(guān)文獻資料，自擬實驗項目，制定具體實驗方案。

（4）對于一些實驗問題，因?qū)嶒炂鞑牟痪邆?，或因?qū)嶒灄l件限制，或因?qū)嶒炇抑胁僮骶哂懈呶ｋU、對環(huán)境高污染的實驗，或因材料在極端環(huán)境中的應用實驗，或因?qū)嶋H運行困難、短時間無法完成的實驗等，均可利用腐蝕大數(shù)據(jù)資源開設(shè)成模擬仿真類實驗教學項目。例如，鉆井架、船舶等在海洋環(huán)境中的腐蝕，高架、變電站等接地材料在土壤中的腐蝕實驗，利用金屬在土壤、海水、大氣等方面的腐蝕大數(shù)據(jù)共享資源，相應地把實驗開設(shè)成金屬土壤腐蝕模擬仿真實驗、金屬在海洋環(huán)境下的腐蝕仿真實驗、金屬在工業(yè)大氣下的腐蝕仿真實驗、金屬在高溫氣氛下的腐蝕仿真實驗等。構(gòu)思巧妙、獨具金屬腐蝕與防護特色的虛擬仿真實驗教學項目能調(diào)動學生實驗實踐的積極性、主動性和創(chuàng)造性，激發(fā)學生科研創(chuàng)新的熱情及興趣，培養(yǎng)學生的實踐創(chuàng)新能力及意識［14］。

2.2 革新實驗教學方法

以往金屬腐蝕學實驗在全面培養(yǎng)和鍛煉本科生的實踐動手能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力及創(chuàng)新思維上存在某些不足，因此，急需在實驗教學上增加實踐教學環(huán)節(jié)，以激發(fā)學生實驗學習的主觀能動性，提高實驗學習的興趣。探討啟發(fā)式、研討式實驗教學模式，合理設(shè)計多層次、多樣式的實驗（實踐）教學是金屬腐蝕學實驗課程教學改革中的重要環(huán)節(jié)［15-18］。

（1）成立科學研究興趣小組，灌輸企業(yè)管理理念。打通教師科研實驗室和普通教學實驗室的壁壘，吸引優(yōu)秀學生到實驗指導教師所在科研課題組或科研團隊中參與科學研究，師生共同組建科學研究興趣小組。實驗指導教師要求有企業(yè)實際生產(chǎn)及管理經(jīng)驗。在創(chuàng)新性、研究性實驗教學過程中，實驗指導教師要培訓指導學生的科學研究（技術(shù)）論文的寫作，要把先進的企業(yè)經(jīng)營及管理理念融入實驗教學中來，例如企業(yè)的“5S、6S、7S、8S、9S”等生產(chǎn)現(xiàn)場管理法、品質(zhì)質(zhì)量管理、企業(yè)文化等。企業(yè)先進的管理理念使學生初步具備自我管理意識，學生在現(xiàn)實生活和學習中能方方面面安排得井然有序。學生在學習企業(yè)一般管理法后，在學生宿舍里（尤其是男生）生活物品及書籍等均擺放有序，生活飲食作息均富有規(guī)律性，精神面貌煥然一新。指導教師引導學生在整個實驗過程中積極參與、主動學習、認真實踐，讓探究性、研究性實驗教學模式切實可行，學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神和管理意識慢慢形成［19-23］。

（2）科學實驗方法引入實驗教學，激發(fā)學生創(chuàng)新思維及創(chuàng)業(yè)意識。一般情況下，大學生的實驗自行設(shè)計能力較弱。學生對實驗設(shè)計相關(guān)的知識了解較少，當碰到探究性、綜合性及創(chuàng)新性實驗項目時，由于在實驗配方優(yōu)化方案中，研究要求對比的實驗次數(shù)較多，學生就會很難把握，而設(shè)計性、探究性及綜合創(chuàng)新性實驗一般都要求學生先進行實驗方案設(shè)計。因此，在做實驗前非常有必要讓學生學習并掌握一種科學實驗方法—正交試驗法。正交試驗設(shè)計是從析因設(shè)計的水平組合中，挑選出一部分具有代表性的點（或“水平組合”）進行試驗的一種重要數(shù)理設(shè)計方法，尤其適合研究多因素多水平的試驗。學生利用正交試驗設(shè)計可以對實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果進行分析、總結(jié)，找出試驗水平組合的最優(yōu)方案。學生一般在選擇適當?shù)姆质轿鲆蛟O(shè)計上是有難度的，但經(jīng)過金屬腐蝕學實驗的實踐學習與鍛煉，學生就能較好地掌握正交試驗設(shè)計法，能跟隨科研團隊從事科研實踐活動，參與科研創(chuàng)新。這種把科學實驗方法引入實驗教學的模式能大大增強學生的科研自信心，并能鍛煉學生的實踐動手能力、科研創(chuàng)新能力及分析問題解決問題的能力，激發(fā)學生的科研創(chuàng)新的熱情與興趣，啟發(fā)學生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識［24-25］。金屬腐蝕學實驗把科學實驗方法引入實驗教學的教學改革為后續(xù)的專業(yè)課程設(shè)計和畢業(yè)（論文）設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)打下良好的基礎(chǔ)，學生的論文質(zhì)量均有極大的提高。

（3）理論聯(lián)系實際，分組同伴互動。在實驗教學過程中，實驗指導教師引導學生把腐蝕學理論及原理與實際應用中的防護技術(shù)結(jié)合起來，進一步加深學生對金屬腐蝕學課程內(nèi)容的理解。我院的金屬材料工程專業(yè)腐蝕與防護系現(xiàn)有幾條模擬生產(chǎn)線，其中有電鍍工藝生產(chǎn)線、（電）化學氧化工藝生產(chǎn)線、噴涂工藝生產(chǎn)線等。在教師指導下，學生分批在模擬生產(chǎn)線上實踐操作，學生對生產(chǎn)現(xiàn)場上所有材料、儀器設(shè)備、生產(chǎn)槽體及門窗墻地面等的腐蝕與防護有一個直觀了解和認識，這也為后面的專業(yè)課程設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。這種教學效果極佳，學生非常愿意學，教師也有實際例子可以講，互動效果良好，這給學生的感覺是比任何理論上講解加上做簡單的驗證性實驗要深刻很多。金屬腐蝕學的實驗教學，使學生對金屬腐蝕學上理論及原理有了直觀的認識和理解，金屬腐蝕學的學習成績也在逐年上升。

在實驗教學及實踐操作過程中，指導教師對學生采用分組同伴互動教學法［26］。實驗過程如圖1 所示。

圖1 分組同伴互動教學法過程表

步驟1學生分批、分組（每批次7 ～8 組、每組2人）。在實驗指導教師指導下，學生查閱與金屬腐蝕學實驗相關(guān)的材料腐蝕大數(shù)據(jù)庫，結(jié)合金屬腐蝕學理論知識和金屬腐蝕學實驗指導書，找出自己感興趣的腐蝕研究方向，擬定實驗項目給指導教師審閱，指導教師核實實驗項目可行后即可。此外，學生還需學習正交試驗設(shè)計法有關(guān)文獻資料，為后續(xù)實驗方案設(shè)計打下基礎(chǔ)。

步驟2完成實驗方案設(shè)計。學生在實驗指導教師的指導下，小組成員充分發(fā)揮學習的主觀能動性，圍繞制定的實驗項目共同探討并擬定實驗研究方案。在實驗方案設(shè)計過程中，學生要自主學習、相互討論，與指導教師互動。實驗指導教師負責答疑，審核學生自主設(shè)計實驗方案的合理性及可行性，并提出整改意見或措施。

步驟3每位同學均需提交一份實驗預習報告。實驗預習報告內(nèi)容包括：選擇試驗材料、藥品及儀器設(shè)備、工藝配方及實驗條件、主要工藝操作流程及工序說明、正交試驗設(shè)計表及性能測試等。

步驟4在實驗操作中，學生自行配置試驗所需溶液（槽液），按實驗設(shè)計方案進行實驗。實驗期間，學生要觀察及記錄實驗現(xiàn)象、記錄測試數(shù)據(jù)。實驗完成后學生要及時處理及分析實驗數(shù)據(jù)，得出實驗結(jié)果（或結(jié)論），并提交一份實驗總結(jié)報告。

整個實驗過程中，指導教師為實驗的組織者和引導者，學生為實驗的設(shè)計者及實驗操作完成者。學生按照自主設(shè)計的實驗研究方案，有針對性帶著具體問題進入實驗，其專注性和熱情度較高，實驗效果極佳。因此，在實驗教學過程中，革新和完善實驗（實踐）教學環(huán)節(jié)，對培養(yǎng)及提高學生科學實驗的能力、鍛煉學生實踐動手能力、提高學生分工協(xié)作和團隊合作意識、激發(fā)學生對科學研究的興趣及對提升學生綜合素質(zhì)均有極大意義。

（4）利用網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)勢，融合及探究新的實驗教學方法。在實驗教學方法上，不少學者作出了各種探索，取得了較好的成效，值得學習和借鑒。如：田振國［27］的融合式教學法，提出結(jié)合工程教育認證標準，將實驗、仿真、多媒體融合式的教學方法，培養(yǎng)工程性人才，提升學生專業(yè)素養(yǎng)；羅超等［28］提出開放實驗室交叉組合培養(yǎng)方法來拓展學生的知識面、提升學生綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維、意識及能力；阮環(huán)陽等［29］將BOPPPS（導入、學習目標、前測、參與式學習、后測、總結(jié)）模型引入到有機化學實驗教學中，強調(diào)以學生為中心，參與式學習達成學習目標；吳春雷等［30］在綜合實踐課程中應用小規(guī)模專有在線課程（SPOC）混合教學模式，充分利用SPOC平臺特點，使學生個性化成長，學生學習主體性能得到體現(xiàn)，很多實驗教學探索經(jīng)驗值得我們?nèi)W習和借鑒。往后，金屬腐蝕學實驗教學改革可取長補短，結(jié)合金屬腐蝕學學科的特點和金屬材料工程專業(yè)的工科優(yōu)勢，探究新的適合金屬腐蝕學實驗的教學模式及方法—在腐蝕大數(shù)據(jù)下的金屬腐蝕學模擬仿真實驗。

2.3 革新實驗考核機制

革新后的金屬腐蝕學實驗教學內(nèi)容大多以設(shè)計性、探究性、綜合創(chuàng)新性實驗為主，在實驗中增加了學生利用腐蝕大數(shù)據(jù)自行設(shè)計實驗研究方案環(huán)節(jié)。由于每組學生自主設(shè)計的實驗方案靈活性和獨立性較大，探究性比較強，且在實驗過程中實驗操作及結(jié)果可能會有較大偏差，因此，原有的實驗考核機制不適合用來評價學生的金屬腐蝕學實驗成績。金屬腐蝕學實驗教學研究小組在判定學生實驗成績上著重于學生的實驗設(shè)計能力、實踐動手能力以及創(chuàng)新能力。評分考核機制從學生查閱實驗項目相關(guān)文獻資料開始考核，后續(xù)考核包括學生在設(shè)計實驗研究方案中與指導教師互動環(huán)節(jié)，提交的實驗預習報告，實驗的整個操作過程、實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)的記錄、整理及分析，提交的實驗總結(jié)報告等均納入考核范圍。實驗指導教師跟蹤整個實驗（實踐）環(huán)節(jié)，給每一位同學每一個細節(jié)打分。評分過程中，對學生實驗設(shè)計能力、實踐動手操作能力、實驗數(shù)據(jù)處理分析能力及創(chuàng)新能力上評分權(quán)重較大。實驗考核具體評分體系如圖2 所示。

圖2 實驗成績考核體系

3 金屬腐蝕學實驗課程管理

金屬腐蝕學課程教學小組由5 名教師組成，由1名教授作為課程總負責人，其中3 名博士和1 名碩士輔助理論和實驗教學實驗課程，且理論教學和實驗教學均安排一個課程負責人。理論教學和實驗教學的成員是要相互聽課的（每個成員不少于3 次），并定期共同探討教學內(nèi)容及方法。課程總負責人主要負責組織課程小組成員商討編寫金屬腐蝕學實驗大綱和實驗指導書，并參與實驗成績評定，督促實驗進程。實驗課程負責人協(xié)調(diào)好實驗實踐環(huán)節(jié)的各個方面，確保學生實驗安全有序地開展。整個實驗教學小組均參與給學生答疑解惑、審核學生的實驗設(shè)計方案、追蹤學生實驗進展、材料、試劑、儀器使用等情況。為了便于實驗室管理及安排好實驗計劃，課程總負責人指定2 名實驗指導教師在開設(shè)實驗期間，每周1 ～5 在正常時間輪流坐班。由于金屬材料工程專業(yè)腐蝕與防護方向有3 ～4個班，每班分2 ～3 批次做實驗，所以每個實驗項目循環(huán)次數(shù)均在6 次以上。為了更好地了解實驗進展情況，課程總負責人要求上理論課的教師在每一個實驗項目上至少聽課一次，聽課后提出改進意見及措施。

4 結(jié) 語

當前我國高等教育創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大環(huán)境良好，尤其是在創(chuàng)新創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式上的改革探索積累了許多寶貴經(jīng)驗。在汲取前人教學改革創(chuàng)新經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，金屬腐蝕學實驗教學小組對金屬腐蝕學實驗課改革新做了初步的探索，在實驗教學內(nèi)容、教學模式及方法、課程考核機制及課程管理上進行革新。實驗內(nèi)容上依托“腐蝕大數(shù)據(jù)”，以設(shè)計性、探究性，綜合創(chuàng)新性實驗為主，提升學生的實驗設(shè)計能力、動手能力、科研創(chuàng)新能力及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識。教學方法上把科學實驗方法引入實驗教學，成立科學研究興趣小組，向?qū)W生傳輸企業(yè)管理理念，利用學?，F(xiàn)有資源，讓腐蝕理論聯(lián)系實際應用，實驗過程采用分組同伴互動法。革新后的教學模式加深了學生對金屬腐蝕學理論的理解。今后可以充分利用網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)勢，融合及探究新的實驗教學方法及模式，以更好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識，以達到高校培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的戰(zhàn)略目的。

·名人名言·

知識是一座寶庫，而實踐則是開啟寶庫的鑰匙。

——托馬斯·富勒