项目管理模式下的《金属腐蚀学实验》教学改革探索*

陈国亮，孙 杰，郝建军，孙海静，张爱黎，周 欣

(沈阳理工大学环境与化学工程学院，辽宁 沈阳 110159)

随着教育部关于《关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》文件的出台、“新工科”建设中对加强研究与实践的强调以及《工程教育认证体系》要求[1-2]，结合我国现代工业虽受全球疫情影响，但依然保持显著增长，基础建设稳步推进，故国家提出了对于适应工业快速发展的既有创新理论知识，又有工程意识和实践能力的应用型工程技术人才的需求。对于高校，实验教学作为培养高校学生的动手实践能力、综合素质能力必不可少的环节，是高校培养技能型人才的重要部分。实验课程的教学改革对于高校应用型人才培养具有显著作用。

《金属腐蚀学实验》是金属表面防护领域中必不可少的实验课程。行业内，我国钢铁腐蚀每年至少造成1万亿经济损失[3]，腐蚀问题应该受到社会各界重视[4-5]。故《金属腐蚀学实验》课程作为本校应用化学专业本科和硕士生的非常重要的必修专业课程。2020年其理论课程金属腐蚀学获评省级一流课程，2021年金属腐蚀学实验评为校级一流课程。开设目的在于帮助学生掌握盐桥制作方法，熟悉恒电位仪、三电极体系、盐雾箱、湿热箱、电化学工作站以及金相显微镜等常用设备的操作。并且结合金属材料使学生深入理解局部腐蚀、加速腐蚀的分析及评定方法。为学生将来从事金属表面防护领域工作奠定理论及实践基础。

项目管理，通常是把项目当做系统管理的对象，为暂时的专门的临时组织，可以高效的对项目进行计划、组织、指导和控制，对项目全过程和项目目标进行动态管理以及综合协调与优化[6]。项目概念已经不仅局限于“工程项目”，一切皆为项目。将“项目管理”模式引入实验教学中，转化教师相关科研项目为实验教学资源[7]，结合实验教学内容，形成学生在科研项目中进行实验的环境，紧跟工业快速发展，培养有理论创新和实践能力的应用型人才[8-9]。中国石油大学王义平老师[9]将项目管理模式应用到材料力学实验教学中，对教学内容及方法进行改革，使学生真正将所学理论知识用于工程实际问题中，有效提升学生实践能力。河北工业大学程菲老师[10]将“项目化教学”引入到功能材料课程中，极大激发学生兴趣，提升学生解决实际问题能力。仲恺农业工程学院杨冬燕老师[11]提出基于项目驱动模式，提升学生科研创新能力，通过让本科生尽早进入实验室进行科研训练，形成了“导师-学生-企业”三方共赢的创新人才培养方案。因此，本文采用“项目管理模式”对《金属腐蚀学实验》教学内容、教学方法、教学组织进行改革。

1 《金属腐蚀学实验》教学现状

在培养腐蚀与防护领域应用型人才背景下，金属腐蚀学实验课程在培养学生分析能力、动手实践能力上仍有差距，存在的问题如下。

(1)实验课时设定较少，实验教学内容有限。当前金属腐蚀学实验课程共计16学时，包括失重法测金属腐蚀速度、塔菲尔曲线测定金属腐蚀速度、钝化曲线测定以及盐雾湿热实验等4个实验项目，每个实验4学时。实验课时较少，主要用于帮助学生理解理论知识，巩固其课堂教学内容。学生没有时间尝试关于金属腐蚀防护相关的其他实验项目，不利于创新实践能力的培养。

(2)教学方法老旧，学生兴趣不高。实验授课采用传统的“实验讲解+动手实验+实验报告”教学模式，老师对实验项目原理、操作等进行讲解，学生被动学习。本着在课堂及时完成规定实验的想法，不能有效调动学生在实验课程中的积极性。

(3)实验教学内容单调，与表面处理工业技术应用交叉较少，所授实验内容缺乏创新和综合设计性实验项目。实验结束后，学生只是掌握了部分零散知识。当进入大四毕业论文实验阶段，大多出现了研究内容设计不合理，实验技能缺乏，实验设备操作不熟练等问题，而毕业后进入社会面对实际生产技术难题时，所学技能不能有效支撑其解决问题[12]。

(4)课程考核方式单调。通常实验课程考核一般以实验报告为主要评定依据，课堂出勤及实验表现在考核中占比较少。使学生养成被动实验并完成实验报告的习惯，对于动手能力较差的学生，有时候会通过拷贝同学实验报告来完成“任务”，造成恶性循环，进而影响课程学风建设[13]。

2 “项目管理”模式《金属腐蚀学实验》教学设计

实验课程教学的终极目标就是要培养学生实践动手能力、分析问题解决问题能力。以项目管理模式为依托，结合金属腐蚀学实验课程教学文件、教师科研及现有实验，设计相应实验项目，学生以项目为中心进行自由组队。整个教学过程，使学生带着具体任务去完成课上实验项目。《金属腐蚀学实验》教学中采用项目管理模式的实验项目设计如图1所示。

对《金属腐蚀学实验》课程按照项目设计成四个阶段，分别为实验项目启动、实验研究规划、实验执行监控、实验结果分析。

图1 《金属腐蚀学实验》采用项目管理模式的教学设计图Fig.1 Teaching design diagram of using project management mode in the experiment of Metal Corrosion

(1)实验项目启动阶段，借助各大专业网站、学校图书馆电子资源及期刊书籍，组织学生查阅金属腐蚀相关的大量文献资料，借助各专家学者的应用成果及经验，结合课上所学金属腐蚀理论知识，学生自主选择项目，设立团队，实行组长负责制。

(2)实验研究规划阶段，根据查阅总结的相关资料，进行组内探讨，对比分析各组员间所收集的关于实验项目相关资料，确定金属腐蚀领域内可行的相应项目研究方案、项目用时及所需设备及耗材，并对项目执行过程进行风险和环保评估。

(3)实验执行监控阶段，根据掌握的理论知识以及实验仪器设备的操作方法，组长根据项目特点及组员自身差异进行分工，进行实验具体操作，各组员间应该相互配合，团队组员间以及组员与老师间积极进行沟通交流，做好数据的记录及实验现象的观察，及时对实验进程进行修正。

(4)实验结果分析阶段，根据项目所要求的各项指标对实验结果进行分析评定，判断是否解决实验初期确定的目标。如有问题，需要团队间进一步讨论提出解决方案和对策。

3 “项目管理模式”《金属腐蚀学实验》教学成效

(1)项目管理教学模式下，实验内容的多元化

课上除失重法测定金属腐蚀速度、Tafel曲线测定、阳极钝化曲线测定及盐雾腐蚀实验等基础实验外，增设了综合型、设计型、创新型实验项目。同时将教师相关科研项目引入实验课堂作为案例分析[14]，如深海钢铁腐蚀、封严涂层耐腐蚀测试等相关项目。或者引入实际生产中由于腐蚀引起的事故作为案例分析，如阿拉斯加油田爆炸事故等[15]。使实验向工程实际问题靠拢，极大丰富实验教学内容和实验教学设计，通过试做实验项目，统筹有限学时实验，让不同层次学生在实验课程中均能参与与实际问题相关的实验。同时设置必做实验内容和选做实验内容，供不同类型学生进行选择、提升。

(2)项目管理教学模式下，教学形式的多样化：

打破传统“讲解+操作+报告”的实验教学模式，使学生带着问题进行实验。实验前给学生发送基础实验讲义、相应实验设备使用方法以及安全规程等资料，使学生能够充分预习。课上进行问答考核，顺利开展实验。对于设计型、创新型实验，学生可根据各自实验项目，结合课上课下的相应资源，进行自主设计，开展实验。应某些科研项目要求，可增加电化学工作站的阻抗测试、循环伏安测试等方法对腐蚀性能进一步评测。增强学生的学习深度和自主实验能力。所有实验项目均以3～4人规模的团队形式开展，实施组长负责制，增强学生的团队协作能力。

(3)项目管理教学模式下，教学内容的特色化：

结合学校军工背景及专业特色，增加基于严苛条件下军械涂层及特种合金复杂腐蚀分析以及防护的设计性和创新性实验项目。激发学生的学习兴趣，自主选择相应实验项目，其中基础型实验为必做实验，设计型和创新型实验项目为选做实验，学生可通过课上内容和查阅资料等资源，自行组队制定实验方案，完成实验。有助于学生自主整合知识并拓展应用，提升学生实践能力、团队协作能力，培养出高水平应用型普适人才及军工人才。

(4)项目管理教学模式下，评价体系的科学化：

深化教学评价体系改革，注重对学生在选题、定题、执行、结果、分析各阶段的表现进行评价，观察学生的过程表现，综合评价学生的整体实验过程，尤其是对设计型、创新型实验项目中的团队协作能力、实践能力的评价，使实验课程成绩评价更加科学公正。最终成绩构成为：实验操作20%，方案设计20%，团队协作20%，实验结果评定10%，实验现象及处理问题能力25%，出勤5%。实现了对学生整个实验过程的考核，如图2所示。

图2 实验成绩构成Fig.2 Composition of experimental results

4 “项目管理模式”《金属腐蚀学实验》教学应用

在《金属腐蚀学实验》课程中，以研究航空发动机Al/BN封严涂层的耐腐蚀性能为例，封严涂层在航空发动机中作用是缩小叶片和压缩机、涡轮间隙，对于提高发动机效率具有重要作用，而涂层腐蚀问题是导致涂层失效的主要原因之一。此项目作为工程中所面临的的实际问题之一，在实验课堂中作为理论与实践的结合点进行研究。经过初步分析，叶片上A/BN涂层的腐蚀问题涵盖了摩擦磨损腐蚀、应力腐蚀以及电化学腐蚀等因素。以电化学工作站测试腐蚀速度为例，应用项目管理模式进行教学。

在实验教学中采用项目管理模式需要以下实施步骤：

(1)明确项目的任务以及项目范围，启动项目。课程中根据课程性质明确项目任务为探索Al/BN封严涂层的电化学腐蚀问题。在课程中结合实验学时4学时，采用电化学工作站、盐雾箱对材料腐蚀速度进行测试研究。

(2)组建团队，对项目进行研究规划，并进行任务分解。找出感兴趣的3名同学自由组队，领取任务，组内成员根据角色进行分工实验。做出详细项目规划，团队根据任务分解各自实验(如表1所示)，查阅电化学测试技术及金属腐蚀学实验讲义了解电化学工作站、盐雾试验箱的使用及对涂层进行腐蚀测试方法，确定Al/BN封严涂层腐蚀性能评估手段，设计实验方案。并且根据项目的时间安排，设计项目及实验时长，确定涂层放置位置、腐蚀环境及实验参数设定，并考虑实验过程中可能遇到的风险及应对办法等。

表1 组内成员分工情况Table 1 Division of labor among members within the group

(3)项目执行监控阶段，首先对封严涂层进行成分、形貌分析，选择有代表性部位并切割规定尺寸多片，封边处理后，根据前期制定的实验方案对涂层进行电化学分析、盐雾湿热试验。监控实验数据和进度，仔细观察试样表面腐蚀情况、记录实验现象、结果及盐雾喷雾量，及时对试验进行修正，实验过程中需要组员间积极沟通、交流意见。

(4)实验结果分析，根据记录数据及实验后样品表面情况，结合涂层元素种类、晶体类型的影响，研究封严涂层在不同条件下的耐腐蚀性能。试验结果显示此封严涂层在海水环境下耐腐蚀性能达到使用要求。同时在课题完成后，对学生整个实验过程进行综合评定。

5 “项目管理模式”《金属腐蚀学实验》教学效果

“项目管理模式”在《金属腐蚀学实验》课程实际应用后，根据课后反馈结果表明，教师能够通过实际项目有效引导学生，激发学生兴趣，促使学生根据自身所学自主进行实验方案设计、实验执行及结果分析，充分将理论知识应用于实际问题中，使学生具有成就感，并增强其实践能力。

6 结 语

将“项目管理模式”融入到《金属腐蚀学实验》教学中，综合考量有限学时下，引入合适科研项目，课程中对项目各阶段进行设计并综合评定，打破了以往老套的“讲解+操作+报告”的实验教学模式，建立长效的金属腐蚀学实验课程的评价机制，覆盖不同类型学生的多元化评价，保证每一位学生能有效参与实验中。使实验结果评价更加全面、合理。学生端可以根据自身特点、兴趣自由选择实验项目并进行自由组队，实现了整体和差异化实验教学。课后学生反馈效果良好，可以提高自主学习能力、动手实践能力、分析实际问题及解决实际问题能力，不仅对《金属腐蚀学实验》课程本身培养应用人才具有重要意义，对于化学化工类实验课程教学模式的探索提供参考。