工程教育認證背景下材料防腐蝕設計課程的意義

李衛平，劉家銘，劉慧叢，朱立群

(北京航空航天大學材料科學與工程學院，北京市材料科學與工程實驗教學示范中心，北京　100191)

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工程教育認證背景下材料防腐蝕設計課程的意義

李衛平，劉家銘，劉慧叢，朱立群

(北京航空航天大學材料科學與工程學院，北京市材料科學與工程實驗教學示范中心，北京100191)

工程教育認證是國際通行的工程教育質量保證制度，具體到材料專業本科教育上的一個重要指標點就是培養學生解決材料復雜工程應用問題的能力。材料防腐蝕設計課程實踐性與專業針對性極強，并突顯以學生為中心，以學生學習產出為導向的工程教育認證理念，對培養材料化學方向本科生的工程素養，完善其腐蝕與防護知識體系具有重要的意義。

工程教育認證；材料防腐蝕設計；解決實際問題；工程素養

隨著我國加入“華盛頓協議”并將很快成為正式會員，高等學校工程教育正迅速走向國際化。在2015年工程教育認證中，北航材料學院提出的本科教育畢業要求的重要指標點之一是解決材料復雜工程的應用問題。其具體指標點包括[1]：設計/開發解決方案、基于科學原理并釆用科學方法對復雜工程問題進行研究，評價專業工程實踐和復雜工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，理解和評價針對復雜工程問題的工程實踐對環境、社會可持續發展的影響等方面。工程教育認證的核心理念是以學生為中心[2]，聚焦于學生未來發展的需要，故而實踐性極強的材料防腐蝕設計課程在培養本科生解決材料復雜工程問題能力過程中具有十分重要的意義。

1　課程簡介

材料防腐蝕設計培養環節是針對材料科學與工程專業大四學生開設的專業理論與工程設計類課程。課程的目的在于，通過一定課時的教學與實踐，使學生依據材料表面的基本腐蝕理論和防護技術，掌握工程結構(材料)的防腐蝕設計原理與方法。

材料防腐蝕設計課程安排在本科生第七學期，其先修課程包括《材料腐蝕原理》等主干理論課程和《電化學測試技術》等分析測試基礎課程，隨后學生將進入畢業設計等培養環節。因此，探索結合工程實際的專業針對性設計類課程并以此提升學生工程素養，對培育學生獨立解決實際問題的熱情與能力，完善學生對腐蝕與防護知識體系的認知具有十分重要的意義。

2　培養學生解決問題的能力

材料防腐蝕設計培養環節必須著重體現“設計性”，以此促使學生逐步從“圖書館”走向“實驗室”，貫徹理論與實踐相結合原則[3]，對材料專業的學生而言，關鍵就是培養其解決材料復雜工程問題的能力。

以學生為中心的工程教育認證的根本目的，是考核學生學到什么，而非教師教什么。著名數學家華羅庚先生比喻導師和研究生的關系是：導師負責給研究生指出兔子在哪里，并指導學生學會打兔子的本領。反之，研究生則是從導師那里了解到兔子的位置、大小、肥瘦，并采用從導師那里學到的打兔子本領擒獲一只兔子(就是完成論文)。有人由此衍生出本科生的學習屬于撿“死”兔子，本科及以前所學知識都是別人已經發現、并經過了反復驗證的知識，是固定、穩定的，屬于“死兔子”。可見，本科生的教學和訓練，可以通俗的理解成，如何幫助學生找到一條比較便捷的路徑把已經死在那里的“兔子”拿回來的問題，拿到“兔子”是最終的目的，也就是更加關注教育的結果和產出。下面，我們將以電偶腐蝕為例，探討一下材料防腐蝕設計課程在訓練本科生撿兔子的過程的作用。

2.1理解原理——找到“兔子”

腐蝕是材料在各種環境作用下發生的破壞和變質，遍及國民經濟各部門，給國民經濟帶來巨大損失。通過《材料腐蝕原理》這類專業基礎課的學習，學生掌握了金屬腐蝕的基本原理和控制腐蝕的主要途徑，理解典型材料工程應用中面臨的腐蝕問題及其對環境、社會的影響。

所以有關腐蝕的基本概念、基本理論都是“兔子”，需要通過授課環節幫助學生掌握材料腐蝕的基本原理、規律、特征，了解工程材料在復雜環境下的腐蝕萌生、發展規律，評價方法和預防手段，體會腐蝕現象、腐蝕原理和防腐蝕技術之間的關系，并最終能利用已有知識分析工程材料的在實際環境下的腐蝕防護問題。

例如，有關電偶腐蝕[4]，其定義是：由于腐蝕電位不同，造成同一介質中異種金屬接觸處的局部腐蝕，就是電偶腐蝕，亦稱為接觸腐蝕或雙金屬腐蝕。該兩種金屬構成原電池，產生電偶電流，使電位較低的金屬(陽極)溶解速度增加，電位較高的金屬(陰極)溶解速度減小。所以，陰極是受到陽極保護的。陰陽極面積比增大，介質電導率減小，都使陽極腐蝕加重。對應的關鍵詞是：電位差、電偶腐蝕效應；因此，防止電偶腐蝕的關鍵是[5]：避免異種金屬接觸；結構上避免大陰極對小陽極；設計易更換陽極部件的結構；兩種不同金屬接觸面間采用電絕緣。

2.2設計方法——撿“兔子”

為撿兔子知道“兔子”是什么是第一步，設計撿兔子的方法才是關鍵。材料化學專業在人才培養方面充分考慮到國民經濟發展和用人單位的需求，亦把解決材料復雜工程的應用問題作為畢業要求的重要支撐。設計撿兔子的方法正是培養學生解決材料復雜工程的應用問題的能力的一個關鍵環節。

例如，在《材料腐蝕原理》中知道了電偶腐蝕的基本原理，在課程設計環節中以實際工程中十分常見的法蘭結構，給出了防電偶腐蝕設計方法[6]，即三種撿兔子的方法：

①增大陽極面積的比例：當兩種金屬接觸不可避免地會產生接觸腐蝕時，適當地調整面積，可以控制腐蝕的程度。

②采用犧牲性陽極：利用犧牲陽極的原理，換中間法蘭作為陽極的M3，φ最負，過一段時間換掉。

③利用絕緣材料：在兩種金屬之間加入絕緣材料、非金屬材料、涂料等，保持兩金屬互相不接觸。還可在兩種金屬的接觸面上涂覆絕緣材料將兩金屬絕緣。需要注意的是不可只涂陽極性金屬，因為涂層存在孔隙，以致出現大陰極小陽極的情況，使金屬腐蝕加重。而涂料涂在陰極，則效果較好。

3　引領學生進行課程相關領域的思考

在課程設計環節訓練本專業學生在材料研究和應用方面的能力非常重要，例如在材料防腐蝕設計課程中，學生調研相關文獻，聯系相關的理論課程，復習/學習相關測試方法，設計大體的實驗思路。而后進入實驗室進行短期的認識性實踐，努力熟悉自己課程設計涉及到的具體實驗技術與方法，對自己設計的實驗思路進行可行性思考，完善“設計”的體系與流程。學生在此期間獲得了實驗設計、數據分析、綜合性能評價等多方面的訓練，在最終的成果匯總階段還要培養了學生對材料復雜工程問題進行研究后得到的結果進行歸納得出有效結論的能力。材料的制造、生產與應用過程離不開材料現代研究測試技術的使用[7]，對于材料化學專業本科生來說，能夠針對復雜工程問題開發、選擇與使用恰當的技術、資源、現代工程工具和信息技術工具，包括對復雜工程問題的預測與模擬亦是材料防腐蝕設計這一培養環節重要使命。

材料及材料結構受服役環境條件的影響(溫度、濕度、載荷等)而發生變化的規律特點十分復雜，僅就腐蝕領域而言，材料耐蝕性能的理論預測與實際服役情況是存在一定差異的，在實驗室中使用的耐蝕性表征手段無論多么先進，都是具有一定局限性的。后續的材料化學方向的特色實驗及畢業設計環節也應與材料防腐蝕設計課程深度融合，著力構建預期學習結果制定、分解及監控的協調機制，將先修及后續課程任課教師的活動有機地整合到促進學生發展的目標之中[8]。在未來培養計劃中創造機會讓學生具體實踐自己的“設計”(實驗設計/研究計劃)，進一步體會理論與實踐的聯系與差別。

工程結構(材料)的防腐蝕設計實施過程中往往會涉及到諸多材料領域之外的問題，以最典型的防腐蝕手段電鍍為例，其在鍍層制備與材料使用過程中通常都會對環境、資源、能源等帶來不同的影響[9]。在材料防腐蝕設計這一培養環節之中，讓學生在學習材料科學與工程專業知識的同時，理解材料工程活動可能對環境和可持續發展帶來的影響，分析材料工程實踐中可能存在的問題，體會材料工程師對公眾安全應該承擔的道德和專業責任是其中應有之義。在當代工程教育中，責任意識已成為一個綜合性的核心[10]。作為一個即將步入社會的工程技術人員，能夠分析、評價材料工程實踐和材料復雜工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，具備相當的社會責任感，既是大學生素質教育的應有之義，也是材料防腐蝕設計課程所著力實現的培養目標。

4　結　語

工程教育認證的標準和理念，對于材料專業課程改革和教育質量保證具有十分重要的引領作用。材料防腐蝕設計課程著力培養學生解決材料復雜工程應用問題的能力，突顯以學生為中心，以學生學習產出為導向的工程教育認證理念。該培養環節的實踐性與專業針對性極強，促使學生逐步從“圖書館”走向“實驗室”，從理論知識走向工程實踐，并以此為樞紐將先修及后續課程有機地整合到促進學生發展的目標之中，多角度培養材料化學方向本科生的工程素養，從根本上為提高工程技術人才國際競爭力打下堅實基礎。

[1]周玲,馬曉娜,孫艷麗,等.工程教育，讓世界更美好[J].高等工程教育研究,2015(4):27-35.

[2]曾德偉,沈潔,席海濤.剖析專業認證標準與理念，提升工程教育質量[J].實驗技術與管理,2013(12):169-171.

[3]羅曉東,胡彬,陽輝.基于“工作過程”法的課程設計探索[J].重慶科技學院學報(社會科學版),2015(2):99-101.

[4]劉道新.材料的腐蝕與防護[M].西安:西北工業大學出版社,2006:112-113.

[5]李金桂.腐蝕控制系統工程學概論[M].北京:化學工業出版社,2009:55-56.

[6]李金桂.腐蝕控制設計手冊[M].北京:化學工業出版社,2006:210-214.

[7]江濤.材料專業本科課程設計教學過程的研究與討論[J].人力資源管理,2011(10):153-154.

[8]胡文龍.工程專業認證背景下的高校教師教學發展[J].高等工程教育研究,2015(1):73-78.

[9]Oswald Igel,吳雪穎,高俊健.電鍍及表面處理工業的目標、趨勢及遠景[J].電鍍與涂飾,2009(7):4-8.

[10]范靜波.工程教育中工程師的社會責任：內涵、演變與培育[J].現代教育管理,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

李衛平(1972-)，女，副教授，博士。主要研究方向為材料腐蝕與防護、功能涂鍍層及新型能源材料。

G642.0

A

1001-9677(2016)011-0234-03