面向工程应用能力的课程案例式教学创新——以“腐蚀防护技术”为例

刘文娟，朱承飞

（南京工业大学 材料科学与工程学院，江苏 南京 211816）

金属腐蚀问题遍及所有行业，造成的损失巨大［1］。中国腐蚀调查报告（The Cost of Corrosion in China）指出，2015年，我国腐蚀成本为21278.2亿元人民币，约占当年国内生产总值的3.34%，因此开展腐蚀防护技术及相关课程教学至关重要［2］。“腐蚀防护技术”融合了多门专业基础课程知识，围绕电化学保护技术和缓蚀剂技术，是进行金属材料腐蚀防护设计的一门重要的综合性专业课。金属材料种类繁多、性质各异，在工程实际应用环境多样性和服役严苛性的要求下，腐蚀防护设计的重要性不言而喻，金属的选材、腐蚀防护方案制定、介质和条件选择至关重要。因而培养学生面对复杂的金属材料腐蚀工况，能正确和合理地制定腐蚀防护措施、进行腐蚀保护设计是提高学生工程应用能力的关键。

一、“腐蚀防护技术”课程概况

2017年，金属材料工程专业开始按照工程教育认证的标准，基于OBE理念进行本科教学课程的整体改革。工程教育认证注重对学生工程应用能力的培养，突出毕业生掌握、分析和解决工程中复杂问题的能力［3-4］，这就意味着专业在课程教学过程中需要突出体现复杂工程问题的专业性和具体性，同时在理论课程的授课过程中要将工程实际问题引入课程教学中，从而进一步实现从“知识导向”向“产出导向”转换。同时，工程教育认证也要求学生能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。因此，为了接轨国际，培养具有国际意识和国际竞争能力人才，2017年“腐蚀防护技术”课程开始进行双语教学。课程将中文教学与英文教学相融合，以双语教学为手段、教学内容为载体，培养学生的国际合作意识、国际交流和竞争能力，探索实用型双语教学模式，激发学生的学习热情。

二、“腐蚀防护技术”课程教学现状

通过工程教育认证、双语课程等建设，学生的综合能力有了一定提高，但是，面对金属材料工程专业工程应用性强的特点，“腐蚀防护技术”课程教学仍面临着一系列挑战：（1）课程综合性强，知识面跨度大，结合了金属腐蚀理论、电化学基础、表面工程设备及设计、先进金属材料等课程知识，涉及金属的选材、金属腐蚀机制、电化学保护原理及物理化学等专业知识，而专业课程教学分散在大三和大四两学年，部分学生没有定期巩固强化专业知识，从而导致专业基础不够扎实，不能分析和判断复杂问题产生的缘由。（2）课程内容实践性强，不同行业和不同环境下金属腐蚀防护的需求不同，学生目前主要偏重于课堂学习，侧重于知识训练，工程素养及人文素养培养欠缺，缺乏针对具体工况解决实际问题的能力。需要培养学生针对具体的腐蚀失效问题进行合理选材的能力；使学生能够综合运用电化学保护和缓蚀剂的具体腐蚀防护技术的基本原理、影响因素和技术特点，针对具体环境介质和应用范畴制定和实施正确的腐蚀防护方案。（3）课程虽然采用了双语教学，但学生目前大部分仅通过了全国大学生英语四级或六级，对于英文专业术语的词汇量掌握较少，专业英文阅读和理解能力有限，国际交流的能力有待提高。

三、“腐蚀防护技术”课程教学创新

为贯彻落实《中国教育现代化2035》精神，本课程秉承“以学生为中心、以产出为导向”的理念，面向工程应用能力培养，遵循“两性一度”的标准，开展了“腐蚀防护技术”的教学创新。

（一）线上载体、双语教学及互动式教学有机结合，培养学生的参与意识

多媒体教学内容精练、深入浅出、形象生动，利用图片、视频、音频等传播手段，让学生进一步认识和了解腐蚀的具体表现形式和腐蚀防护方法类型，如各种阴极保护设备、保护涂层的微观结构、缓蚀剂的实际应用场所等。同时利用线上载体、网络平台如中国大学MOOC等，结合教师双语教学加强对学生英语专业术语的培养；采取小组作业、小组报告等形式培养学生的团队意识，加强师生互动。

（二）优化教学内容，挖掘典型案例，融合课程思政，实现工程教育与德育统一

在课程目标指导下，对教学内容进行优化设计，挖掘典型案例作为讲授内容，在案例讲授过程中对专业基础知识进行穿插回顾，采取以点带面、辐射课堂全过程的基础理论重温模式，强化学生对基础知识的回忆和再认识，夯实专业基础。同时大量案例成为腐蚀防护专业形象化的渠道，搭建了学生认识专业的桥梁。如通过影视、新闻等手段，介绍腐蚀危害的具体案例，引入日本福岛核泄漏等由腐蚀失效造成的重大灾难事故，强调腐蚀防护的重要性，使学生理解金属腐蚀防护的行业价值。深入挖掘“腐蚀防护技术”课程中的思政元素，结合时事新闻、大国重器、中华文明等使思想政治教育如春风化雨、如盐入水般融入专业教育中，如在绿色缓蚀剂的开发中引入“绿水青山就是金山银山”的环保教育，实现工程教育与德育统一。

（三）基于前沿性和工程性，结合学科热点，以丰富的案例为媒介，创建翻转课堂

针对金属材料工程专业的特点，重点挖掘腐蚀防护技术的学科前沿及工程应用案例，以学生耳熟能详或者亲自参与的科研实例，如南京长江大桥的腐蚀防护方法、南京工业大学（原南京化工大学）与南京博物院联合开发的青铜器缓蚀剂等为媒介，增加课程的趣味性、知识性、新颖性，激发学生的探索热情。在翻转课堂的形式下，将实际问题如某油田的储罐、某石化公司的码头等电化学保护的保护方法的选择、保护装置的设计等问题带入课堂，以学生为中心创建讨论小组，在具体的案例分析中，启发和诱导学生认真探讨“未知世界”，陈述个人观点，鼓励学生勇于发现问题，培养学生对于具体腐蚀问题的思考和解决能力，强化学生对基础理论的理解，提升学生解决复杂工程问题的能力，同时锻炼英文交流和表达能力，增强国际合作能力和竞争力。

（四）强化实践教学，以专业案例为载体，重视工程能力及创新能力培养

以大学生创新创业训练、专业实践、产学融合项目为支撑，打破课程藩篱，整合和贯通金属材料工程专业知识，在专业实验案例中融合腐蚀防护知识。例如将一纯铁块、Q235碳钢、316不锈钢放到油田污水溶液中进行阴极极化曲线的测量，学生充分理解在进行阴极保护设计时电流密度的取得需要根据材质、环境的不同而不同，以及腐蚀实验在阴极保护设计中的作用。另外在大学生创新创业项目中设计腐蚀防护专业案例，如在大学生创新创业项目中开展“海洋环境下316L不锈钢缓蚀剂的筛选”，从而使学生熟悉和了解实际腐蚀问题，能够根据实际应用场景分析腐蚀因素，正确地制定腐蚀防护措施，强化学生理论联系实际、解决复杂工程问题的能力，提升教学质量。

四、“腐蚀防护技术”课程创新成效

自实施以学生为中心、面向工程应用能力和产出导向的案例式教学以来，“腐蚀防护技术”课程教学创新取得了一系列成效。

（一）激发学生的学习热情和探索欲，全面提升学生自主学习和工程应用能力

在课程案例教学过程中，构建翻转课堂教学，教师提前将讨论案例推送给学生，与学生进行课外互动。课中，教师从内容的呈现者转变为学习的教练，学生成为学习的主导者。学生自主创建学习小组，对案例进行讨论，通过讨论、发言、提问、练习、答疑、辩论的形式自主研究和解决问题。翻转课程的教学方式激发了学生的学习热情，增强了学生自主探索的意愿。同时，针对不同案例的训练，如某海上钻井平台防腐蚀案例，学生提前查阅资料，自主学习，能够有效分辨和分析不同工况下的腐蚀因素，根据实际需求，选择合理的腐蚀防护技术，全面提升自主学习和工程应用能力。

（二）强化思想政治教育，培养学生的爱国精神和大国工匠精神

课程思政是我国教育事业的重要内容［5-6］，“腐蚀防护技术”课程的专业性强、精准度高，在长期理工科思维模式下学生逻辑思维能力极强，但对抽象的社会理论认识较为浅薄。因此在课程教学中，紧密围绕价值塑造、能力培养和知识传授“三位一体”的目标，对“腐蚀防护技术”的课程思政进行了系统化的设计。在课程教学中布局了腐蚀学科的开创、《大国重器——布局海洋》：海洋工程材料的开发和防腐蚀新要求、“一带一路”建设与社会主义核心价值观、新时代的工匠精神等思政主题，以典型的正面案例和先进事迹为载体，将思想政治教育融入专业课程的教学过程中，如讲授思想腐蚀的危害、海洋工程材料的腐蚀防护技术、中国制造等案例，激发学生的爱国热情，引导学生树立科技强国理念，培养学生不畏困难、勇于承担的大国工匠精神。

（三）提升了人才培养质量，学生工程实践和创新创业能力不断增强

基于OBE理念，通过案例教学，极大提高了人才培养质量。近三年学生获得了多项国家级和省部级奖励；毕业本科生一次平均就业率大于90%。毕业生综合素质高、工程实践能力强，服务于国有大型企业，石油化工企业，化工、冶金、金属材料类的研究所，设计院等，并迅速成长为技术骨干。

（四）赋予了教学团队新的教学活力，促进了教师的发展和进步

案例式教学要求教师对学科前沿和工程实践有非常敏锐的感知能力，能够把抽象的专业知识转化为形象的案例［7-8］。结合教师科研课题和企业需求，在大量案例的收集和设置过程中，有效提高了教师的科研能力、产研结合能力。同时翻转课堂教学构建要求教师因时制宜、合理运用教学方法，对教学内容具有整合能力，善于将学科知识转化为学生易于接受理解的教学形式及表达方式，还需要准确把握备课重点，根据学生诉求与存在的薄弱点来解决问题和难点。这些要求都促使教师必须提升教学和研究能力，才能不断去改进、完善和提升。同时，教师通过科学研究和指导竞赛获得的实践成果，来提高自身的研创能力，并反哺教学，促进教研能力的提高。

结语

“腐蚀防护技术”课程的案例教学改革切实提高了金属材料工程专业学生的人才培养质量，学生工程实践和创新创业能力不断增强。以学生为中心的翻转课堂案例讨论深受学生欢迎，并能全面提高教师的教学研创能力，促进教学进步，可推广至金属材料工程其他专业课程建设中。