劉玉欣，　魏世丞，　王玉江，　梁　義

(裝甲兵工程學(xué)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(xué)實驗教學(xué)的幾點思考

劉玉欣，魏世丞，王玉江，梁義

(裝甲兵工程學(xué)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(xué)實驗教學(xué)中，通過加強教學(xué)與研究方向相結(jié)合、鼓勵學(xué)生設(shè)計實驗裝置、綜合實驗方案設(shè)計及利用計算機軟件技術(shù)分析實驗數(shù)據(jù)等方法，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力、動手實踐能力及科研創(chuàng)新能力與綜合素質(zhì)，為學(xué)生進入課題研究打下實驗基礎(chǔ)。

實驗教學(xué)； 實驗裝置； 方案設(shè)計； 創(chuàng)新能力

引言

腐蝕電化學(xué)實驗是建立在電化學(xué)基本理論上的系統(tǒng)研究方法，是物理化學(xué)的一個重要分支學(xué)科，既包含物理化學(xué)的基本原理知識，又結(jié)合實踐應(yīng)用的一門交叉性實驗學(xué)科，是利用物理化學(xué)的基本原理去解決理論研究與實際生產(chǎn)中有關(guān)腐蝕電化學(xué)實際應(yīng)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(xué)和熱力學(xué)規(guī)律及材料腐蝕壽命預(yù)測等。腐蝕電化學(xué)在環(huán)境、化學(xué)化工、金屬材料及能源等諸多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，具有很強的實用性和綜合性[2-3]。腐蝕電化學(xué)實驗是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用多種實驗技能的重要環(huán)節(jié)，對培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性、養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和方法、激發(fā)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力等方面都起著關(guān)鍵的作用。根據(jù)對腐蝕電化學(xué)實驗教學(xué)的探索實踐，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，動手實踐能力，創(chuàng)新思維和分析問題的能力。

1　加強實驗教學(xué)與研究方向相結(jié)合

腐蝕電化學(xué)實驗具有應(yīng)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(yè)實驗課程，應(yīng)該使學(xué)生通過對腐蝕電化學(xué)實驗的學(xué)習(xí)，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(xué)知識解決實際問題的能力。因此，實驗教學(xué)中應(yīng)根據(jù)學(xué)生的不同研究課題，在與其相關(guān)的研究內(nèi)容上進行擴充，不僅能夠使學(xué)生認識到腐蝕電化學(xué)實驗課與其研究方向的緊密關(guān)系，還可以激發(fā)學(xué)生對進行腐蝕電化學(xué)實驗的興趣，從而提升腐蝕電化學(xué)實驗在工科專業(yè)教學(xué)和科研實驗中的作用和影響力。例如電化學(xué)腐蝕實驗是研究金屬腐蝕與防護的重要實驗技術(shù)，對于材料防護研究方向的學(xué)生，探討的是金屬陽極溶解極化曲線。開設(shè)相關(guān)內(nèi)容的極化曲線測試課可以加深學(xué)生對電化學(xué)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(xué)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(shù)，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(xué)生來說，要對極化曲線展開討論，把電鍍的內(nèi)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(xué)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(jié)合的實驗教學(xué)，提高了不同研究方向?qū)W生的實驗興趣、拓寬了學(xué)生的視野和知識面、加深了學(xué)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(lián)系在一起，對學(xué)到的理論和方法做到融會貫通，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，為今后進入課題研究打下堅實的基礎(chǔ)。

2　鼓勵學(xué)生自行設(shè)計搭建實驗裝置

自行設(shè)計實驗裝置是學(xué)生在進行腐蝕電化學(xué)實驗時應(yīng)該經(jīng)歷的一個過程，是提高學(xué)生科學(xué)探索能力和動手能力的一個重要方面[4]。目前腐蝕電化學(xué)實驗涉及的實驗內(nèi)容多為驗證性實驗，學(xué)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(fā)揮學(xué)生創(chuàng)造性的設(shè)計實驗，很難讓學(xué)生把腐蝕電化學(xué)的基本原理、方法與應(yīng)用實踐聯(lián)系起來，也不利于學(xué)生創(chuàng)新能力和動手能力的培養(yǎng)。因此實驗過程中，鼓勵學(xué)生自行設(shè)計搭建裝置，根據(jù)研究課題的需要，設(shè)定不同的實驗條件，測試實驗結(jié)果。例如實驗室某課題組學(xué)生在做模擬海洋腐蝕電化學(xué)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(diào)研，自行設(shè)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(xué)腐蝕性能。實踐證明，學(xué)生通過自行設(shè)計實驗裝置,可以更加深刻地理解腐蝕電化學(xué)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(xué)實驗方法，并且有利于在實踐過程中培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、解決問題的能力和創(chuàng)造性思維。

3　引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計綜合實驗方案

培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、實踐能力及創(chuàng)新能力是實驗教學(xué)的重要內(nèi)容[5]。腐蝕電化學(xué)實驗教學(xué)的目的不僅僅是幫助學(xué)生加深和鞏固對基礎(chǔ)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(dǎo)學(xué)生進行細致地觀察、勇于探索和學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的實驗動手能力、觀察能力、分析能力和創(chuàng)新能力。目前，腐蝕電化學(xué)實驗多數(shù)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(shè)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(wù)，學(xué)生依照設(shè)計好的實驗步驟和內(nèi)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(xué)生創(chuàng)新思維和探索能力的培養(yǎng)。為適應(yīng)新形勢下對創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求，在現(xiàn)有的實驗儀器和設(shè)備條件下，以讓學(xué)生掌握基本知識、基本操作和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為前提，引導(dǎo)學(xué)生進行與科研課題相結(jié)合的綜合性實驗方案設(shè)計。例如，實驗教學(xué)中設(shè)計了綜合性實驗“鋁合金電化學(xué)腐蝕行為研究”，在老師指導(dǎo)下，鼓勵學(xué)生設(shè)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(dǎo)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(xué)實驗測試有關(guān)的開路電位測試、極化實驗、交流阻抗測試等實驗方法的應(yīng)用。學(xué)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(shè)計實驗，并和老師一起探討實驗方案的可行性，然后調(diào)整方案進行實驗。最后對整個實驗結(jié)果進行分析、總結(jié)并在正課時間匯報，與老師、同學(xué)一起分析討論實驗結(jié)果的科學(xué)性和合理性。整個實驗從開始設(shè)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(xué)測試確定腐蝕電流、腐蝕電位及腐蝕電阻等參數(shù)，第三周進行實驗結(jié)果的總結(jié)分析和匯報討論。經(jīng)過這種綜合性實驗設(shè)計操作，不僅調(diào)動了學(xué)生參與實驗的積極性，更有助于培養(yǎng)學(xué)生進行主動實驗及分析實驗結(jié)果的能力，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造思維，達到提高學(xué)生創(chuàng)新能力的目的。

4　利用計算機分析腐蝕電化學(xué)實驗數(shù)據(jù)

由于計算機技術(shù)的發(fā)展和在腐蝕電化學(xué)實驗中的廣泛應(yīng)用，使腐蝕電化學(xué)實驗過程快速、簡捷、方便，實驗結(jié)果誤差小、精度高，也促進了腐蝕電化學(xué)實驗的快速發(fā)展。實驗室使用Zahner電化學(xué)工作站及與之配套的Zview軟件，開設(shè)了穩(wěn)態(tài)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(xué)生能用工作站自帶Zview軟件或Origin軟件繪圖，通過對實驗數(shù)據(jù)的處理和分析，判斷電極過程的動力學(xué)規(guī)律，獲得相關(guān)的腐蝕電化學(xué)參數(shù)。例如用Origin軟件做出實驗曲線后，可以非常方便地把穩(wěn)態(tài)極化曲線轉(zhuǎn)化為Tafel曲線，由曲線的斜率與截距，求得電化學(xué)反應(yīng)的交換電流密度和電子交換系數(shù)[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(shù)。

利用計算機軟件技術(shù)進行腐蝕電化學(xué)實驗教學(xué)及實驗結(jié)果分析，大大提高了學(xué)生的實驗興趣和實驗?zāi)芰?，根?jù)實驗現(xiàn)象、實驗數(shù)據(jù)分析問題、解決問題的能力也得到很大提升。

5　結(jié)束語

為了充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和能動性，培養(yǎng)學(xué)生對腐蝕電化學(xué)實驗的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的科研能力，以達到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目的，通過加強腐蝕電化學(xué)實驗教學(xué)與研究方向相結(jié)合、鼓勵學(xué)生自行設(shè)計搭建實驗裝置、引導(dǎo)學(xué)生進行綜合實驗方案設(shè)計及引入計算機軟件技術(shù)到實驗數(shù)據(jù)分析等方法，既培養(yǎng)了學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力、動手實踐能力以及分析問題的能力，又培養(yǎng)了學(xué)生科研創(chuàng)新能力與綜合素質(zhì)。

[1]楊輝，盧文慶.應(yīng)用電化學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社,2001:1-10

[2]江莉,衛(wèi)國英,葛洪良.應(yīng)用電化學(xué)課程教學(xué)改革[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊,2011,(31):59.

[3]趙煒,孫康,梁靜.應(yīng)用電化學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[J].計算機與應(yīng)用化學(xué),2008,25(10):1291-1294.

[4]許力,任宗禮,趙玉玲,等.大學(xué)電化學(xué)實驗的改革與實踐[J].甘肅聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2011,25(2):119-121.

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

[6]王艷,曹中秋,康艷紅等.注重創(chuàng)新能力培養(yǎng)的應(yīng)用電化學(xué)教學(xué)模式研究[J].沈陽師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2014,32(3):446-449.

[7]楊余芳,鄧斌.應(yīng)用電化學(xué)初探[J].湘南學(xué)院學(xué)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(nèi)預(yù)研基金項目(9140C850206140C85)；自主研究基金項目(SQZZ56)

G642.0

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