腐蝕電化學實驗教學的幾點思考

劉玉欣，　魏世丞，　王玉江，　梁　義

(裝甲兵工程學院 裝備再制造工程系國防科技重點實驗室, 北京　100072)

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腐蝕電化學實驗教學的幾點思考

劉玉欣，魏世丞，王玉江，梁義

(裝甲兵工程學院 裝備再制造工程系國防科技重點實驗室, 北京100072)

在腐蝕電化學實驗教學中，通過加強教學與研究方向相結合、鼓勵學生設計實驗裝置、綜合實驗方案設計及利用計算機軟件技術分析實驗數據等方法，培養學生理論聯系實際的能力、動手實踐能力及科研創新能力與綜合素質，為學生進入課題研究打下實驗基礎。

實驗教學； 實驗裝置； 方案設計； 創新能力

引言

腐蝕電化學實驗是建立在電化學基本理論上的系統研究方法，是物理化學的一個重要分支學科，既包含物理化學的基本原理知識，又結合實踐應用的一門交叉性實驗學科，是利用物理化學的基本原理去解決理論研究與實際生產中有關腐蝕電化學實際應用問題的實驗課程[1]，比如金屬材料的腐蝕速度、腐蝕控制因素、腐蝕過程動力學和熱力學規律及材料腐蝕壽命預測等。腐蝕電化學在環境、化學化工、金屬材料及能源等諸多領域廣泛應用，具有很強的實用性和綜合性[2-3]。腐蝕電化學實驗是培養學生綜合運用多種實驗技能的重要環節，對培養學生的學習自主性、養成良好的學習習慣和方法、激發創新意識和創新能力等方面都起著關鍵的作用。根據對腐蝕電化學實驗教學的探索實踐，培養學生理論聯系實際的能力，動手實踐能力，創新思維和分析問題的能力。

1　加強實驗教學與研究方向相結合

腐蝕電化學實驗具有應用性強的特點，在金屬材料的防護中起著重要作用。對于工科專業實驗課程，應該使學生通過對腐蝕電化學實驗的學習，掌握基本原理和處理問題的基本方法，從而獲得利用腐蝕電化學知識解決實際問題的能力。因此，實驗教學中應根據學生的不同研究課題，在與其相關的研究內容上進行擴充，不僅能夠使學生認識到腐蝕電化學實驗課與其研究方向的緊密關系，還可以激發學生對進行腐蝕電化學實驗的興趣，從而提升腐蝕電化學實驗在工科專業教學和科研實驗中的作用和影響力。例如電化學腐蝕實驗是研究金屬腐蝕與防護的重要實驗技術，對于材料防護研究方向的學生，探討的是金屬陽極溶解極化曲線。開設相關內容的極化曲線測試課可以加深學生對電化學腐蝕理論的認識，熟悉常見的陰極保護法和陽極保護法等電化學防腐措施。又如通過金屬極化-鈍化曲線的測定，可明確金屬的腐蝕電流、腐蝕電位、致鈍電流、致鈍電位、維鈍電流和維鈍電位等參數，找出防止金屬腐蝕的電位、計算金屬的腐蝕速度等。同時對電鍍研究方向的學生來說，要對極化曲線展開討論，把電鍍的內容進行補充講解。電鍍實驗和腐蝕實驗不同，主要研究的是陰極還原過程，是在被鍍基體上利用電化學方法沉積一層金屬的過程。實驗中要正確選擇陽極和被鍍金屬、選擇合適的電解液體系等。

通過與研究方向相結合的實驗教學，提高了不同研究方向學生的實驗興趣、拓寬了學生的視野和知識面、加深了學生對腐蝕實驗和電鍍原理及方法的深刻理解與靈活運用，使實驗方法與研究方向有機的聯系在一起，對學到的理論和方法做到融會貫通，培養學生理論聯系實際的能力，為今后進入課題研究打下堅實的基礎。

2　鼓勵學生自行設計搭建實驗裝置

自行設計實驗裝置是學生在進行腐蝕電化學實驗時應該經歷的一個過程，是提高學生科學探索能力和動手能力的一個重要方面[4]。目前腐蝕電化學實驗涉及的實驗內容多為驗證性實驗，學生通常是照方抓藥式地完成實驗操作，基本沒有綜合性的搭建實驗裝置實驗及發揮學生創造性的設計實驗，很難讓學生把腐蝕電化學的基本原理、方法與應用實踐聯系起來，也不利于學生創新能力和動手能力的培養。因此實驗過程中，鼓勵學生自行設計搭建裝置，根據研究課題的需要，設定不同的實驗條件，測試實驗結果。例如實驗室某課題組學生在做模擬海洋腐蝕電化學實驗時，為了達到海水腐蝕條件，通過大量的查閱文獻和實地調研，自行設計搭建實驗平臺，控制實驗條件，來表征金屬涂層的極化、阻抗和噪聲等各種電化學腐蝕性能。實踐證明，學生通過自行設計實驗裝置,可以更加深刻地理解腐蝕電化學的理論知識、更加有效地提高知識的綜合運用能力、熟練掌握腐蝕電化學實驗方法，并且有利于在實踐過程中培養學生的動手能力、解決問題的能力和創造性思維。

3　引導學生設計綜合實驗方案

培養學生的創新思維、實踐能力及創新能力是實驗教學的重要內容[5]。腐蝕電化學實驗教學的目的不僅僅是幫助學生加深和鞏固對基礎原理、基本知識的理解和掌握[6]，更重要的是在實驗過程中引導學生進行細致地觀察、勇于探索和學習，培養學生的實驗動手能力、觀察能力、分析能力和創新能力。目前，腐蝕電化學實驗多數情況下都是實驗老師準備好實驗材料和樣品，在正課時間介紹實驗所用的儀器設備及其性能特點，講解實驗原理和操作步驟，然后布置實驗任務，學生依照設計好的實驗步驟和內容一步步進行實驗操作，這種按部就班的實驗操作限制了學生創新思維和探索能力的培養。為適應新形勢下對創新人才培養的要求，在現有的實驗儀器和設備條件下，以讓學生掌握基本知識、基本操作和培養學生創新能力為前提，引導學生進行與科研課題相結合的綜合性實驗方案設計。例如，實驗教學中設計了綜合性實驗“鋁合金電化學腐蝕行為研究”，在老師指導下，鼓勵學生設計完整的實驗方案，包括實驗原材料的準備、實驗樣品制備、樣品導線焊接、封樣方法選擇、實驗樣品灌封和樣品灌封后的冷卻干燥，以及與腐蝕電化學實驗測試有關的開路電位測試、極化實驗、交流阻抗測試等實驗方法的應用。學生在正課時間掌握了腐蝕測試基本理論后，利用課余時間查閱文獻，設計實驗，并和老師一起探討實驗方案的可行性，然后調整方案進行實驗。最后對整個實驗結果進行分析、總結并在正課時間匯報，與老師、同學一起分析討論實驗結果的科學性和合理性。整個實驗從開始設計到實驗匯報完成一般需要三周的時間，第一周主要用于實驗樣品制備與灌裝，第二周進行腐蝕電化學測試確定腐蝕電流、腐蝕電位及腐蝕電阻等參數，第三周進行實驗結果的總結分析和匯報討論。經過這種綜合性實驗設計操作，不僅調動了學生參與實驗的積極性，更有助于培養學生進行主動實驗及分析實驗結果的能力，激發了學生的創造思維，達到提高學生創新能力的目的。

4　利用計算機分析腐蝕電化學實驗數據

由于計算機技術的發展和在腐蝕電化學實驗中的廣泛應用，使腐蝕電化學實驗過程快速、簡捷、方便，實驗結果誤差小、精度高，也促進了腐蝕電化學實驗的快速發展。實驗室使用Zahner電化學工作站及與之配套的Zview軟件，開設了穩態恒電位法測定材料或涂層的極化曲線、交流阻抗等。實驗完成后，要求學生能用工作站自帶Zview軟件或Origin軟件繪圖，通過對實驗數據的處理和分析，判斷電極過程的動力學規律，獲得相關的腐蝕電化學參數。例如用Origin軟件做出實驗曲線后，可以非常方便地把穩態極化曲線轉化為Tafel曲線，由曲線的斜率與截距，求得電化學反應的交換電流密度和電子交換系數[7]；通過用Zview軟件可以對交流阻抗曲線進行定性定量分析，模擬等效電路，確定溶液電阻、極化電阻和雙電層電容等參數。

利用計算機軟件技術進行腐蝕電化學實驗教學及實驗結果分析，大大提高了學生的實驗興趣和實驗能力，根據實驗現象、實驗數據分析問題、解決問題的能力也得到很大提升。

5　結束語

為了充分調動學生學習的積極性和能動性，培養學生對腐蝕電化學實驗的學習興趣，提高學生的科研能力，以達到培養學生創新能力的目的，通過加強腐蝕電化學實驗教學與研究方向相結合、鼓勵學生自行設計搭建實驗裝置、引導學生進行綜合實驗方案設計及引入計算機軟件技術到實驗數據分析等方法，既培養了學生理論聯系實際的能力、動手實踐能力以及分析問題的能力，又培養了學生科研創新能力與綜合素質。

[1]楊輝，盧文慶.應用電化學[M].北京：科學出版社,2001:1-10

[2]江莉,衛國英,葛洪良.應用電化學課程教學改革[J].中國科教創新導刊,2011,(31):59.

[3]趙煒,孫康,梁靜.應用電化學網絡教學系統的設計與開發[J].計算機與應用化學,2008,25(10):1291-1294.

[4]許力,任宗禮,趙玉玲,等.大學電化學實驗的改革與實踐[J].甘肅聯合大學學報(自然科學版),2011,25(2):119-121.

[5]王其軍,呂棟梁,辜音奎,等.實驗室開放對學生創新能力培養的研究[J].實驗科學與技術,2009,7(3):88-89.

[6]王艷,曹中秋,康艷紅等.注重創新能力培養的應用電化學教學模式研究[J].沈陽師范大學學報(自然科學版),2014,32(3):446-449.

[7]楊余芳,鄧斌.應用電化學初探[J].湘南學院學報,2011,32(2):52-54.

Deliberation on the Corrosion-Electrochemistry Experiment Teaching

LIU Yuxin,WEI Shicheng,WANG Yujiang,LIANG Yi

(National Key Laboratory for Remanufacturing,Academy of Armored Forces Engineering,Beijing 100072,China)

During the corrosion-electrochemistry experiment teaching, students' ability for integration of theory with practice, practical ability, innovation ability in scientific research as well as comprehensive quality are cultivated through strengthening combination of teaching and research direction, encouraging students to design experimental device themselves, designing integrated experiment scheme, analyzing experimental data using computer software and so on. And all of these provides experiment foundations for the future research of students.

experiment Teaching; experiment set; conceptual design; innovation ability

10.3969/j.issn.1001-3849.2016.09.006

2016-01-18

2016-04-12

軍內預研基金項目(9140C850206140C85)；自主研究基金項目(SQZZ56)

G642.0

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