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(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京　100072)

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腐蝕電化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的幾點(diǎn)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(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京100072)

在腐蝕電化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過(guò)加強(qiáng)教學(xué)與研究方向相結(jié)合、鼓勵(lì)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置、綜合實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及利用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等方法，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力、動(dòng)手實(shí)踐能力及科研創(chuàng)新能力與綜合素質(zhì)，為學(xué)生進(jìn)入課題研究打下實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)； 實(shí)驗(yàn)裝置； 方案設(shè)計(jì)； 創(chuàng)新能力

引言

腐蝕電化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(gè)重要分支學(xué)科，既包含物理化學(xué)的基本原理知識(shí)，又結(jié)合實(shí)踐應(yīng)用的一門(mén)交叉性實(shí)驗(yàn)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(shí)際生產(chǎn)中有關(guān)腐蝕電化學(xué)實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)課程[1]，比如金屬材料的腐蝕速度、腐蝕控制因素、腐蝕過(guò)程動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)規(guī)律及材料腐蝕壽命預(yù)測(cè)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(qiáng)的實(shí)用性和綜合性[2-3]。腐蝕電化學(xué)實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用多種實(shí)驗(yàn)技能的重要環(huán)節(jié)，對(duì)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(shí)和創(chuàng)新能力等方面都起著關(guān)鍵的作用。根據(jù)對(duì)腐蝕電化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，動(dòng)手實(shí)踐能力，創(chuàng)新思維和分析問(wèn)題的能力。

1　加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與研究方向相結(jié)合

腐蝕電化學(xué)實(shí)驗(yàn)具有應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，在金屬材料的防護(hù)中起著重要作用。對(duì)于工科專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程，應(yīng)該使學(xué)生通過(guò)對(duì)腐蝕電化學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，掌握基本原理和處理問(wèn)題的基本方法，從而獲得利用腐蝕電化學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。因此，實(shí)驗(yàn)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?jī)?nèi)容上進(jìn)行擴(kuò)充，不僅能夠使學(xué)生認(rèn)識(shí)到腐蝕電化學(xué)實(shí)驗(yàn)課與其研究方向的緊密關(guān)系，還可以激發(fā)學(xué)生對(duì)進(jìn)行腐蝕電化學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣，從而提升腐蝕電化學(xué)實(shí)驗(yàn)在工科專(zhuān)業(yè)教學(xué)和科研實(shí)驗(yàn)中的作用和影響力。例如電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)是研究金屬腐蝕與防護(hù)的重要實(shí)驗(yàn)技術(shù)，對(duì)于材料防護(hù)研究方向的學(xué)生，探討的是金屬陽(yáng)極溶解極化曲線。開(kāi)設(shè)相關(guān)內(nèi)容的極化曲線測(cè)試課可以加深學(xué)生對(duì)電化學(xué)腐蝕理論的認(rèn)識(shí)，熟悉常見(jiàn)的陰極保護(hù)法和陽(yáng)極保護(hù)法等電化學(xué)防腐措施。又如通過(guò)金屬極化-鈍化曲線的測(cè)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(jì)算金屬的腐蝕速度等。同時(shí)對(duì)電鍍研究方向的學(xué)生來(lái)說(shuō)，要對(duì)極化曲線展開(kāi)討論，把電鍍的內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充講解。電鍍實(shí)驗(yàn)和腐蝕實(shí)驗(yàn)不同，主要研究的是陰極還原過(guò)程，是在被鍍基體上利用電化學(xué)方法沉積一層金屬的過(guò)程。實(shí)驗(yàn)中要正確選擇陽(yáng)極和被鍍金屬、選擇合適的電解液體系等。

通過(guò)與研究方向相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高了不同研究方向?qū)W生的實(shí)驗(yàn)興趣、拓寬了學(xué)生的視野和知識(shí)面、加深了學(xué)生對(duì)腐蝕實(shí)驗(yàn)和電鍍?cè)砑胺椒ǖ纳羁汤斫馀c靈活運(yùn)用，使實(shí)驗(yàn)方法與研究方向有機(jī)的聯(lián)系在一起，對(duì)學(xué)到的理論和方法做到融會(huì)貫通，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，為今后進(jìn)入課題研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2　鼓勵(lì)學(xué)生自行設(shè)計(jì)搭建實(shí)驗(yàn)裝置

自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置是學(xué)生在進(jìn)行腐蝕電化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)該經(jīng)歷的一個(gè)過(guò)程，是提高學(xué)生科學(xué)探索能力和動(dòng)手能力的一個(gè)重要方面[4]。目前腐蝕電化學(xué)實(shí)驗(yàn)涉及的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通常是照方抓藥式地完成實(shí)驗(yàn)操作，基本沒(méi)有綜合性的搭建實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)及發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，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(shí)踐聯(lián)系起來(lái)，也不利于學(xué)生創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力的培養(yǎng)。因此實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，鼓勵(lì)學(xué)生自行設(shè)計(jì)搭建裝置，根據(jù)研究課題的需要，設(shè)定不同的實(shí)驗(yàn)條件，測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果。例如實(shí)驗(yàn)室某課題組學(xué)生在做模擬海洋腐蝕電化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了達(dá)到海水腐蝕條件，通過(guò)大量的查閱文獻(xiàn)和實(shí)地調(diào)研，自行設(shè)計(jì)搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，控制實(shí)驗(yàn)條件，來(lái)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(shí)踐證明，學(xué)生通過(guò)自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置,可以更加深刻地理解腐蝕電化學(xué)的理論知識(shí)、更加有效地提高知識(shí)的綜合運(yùn)用能力、熟練掌握腐蝕電化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，并且有利于在實(shí)踐過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)造性思維。

3　引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)方案

培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要內(nèi)容[5]。腐蝕電化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的不僅僅是幫助學(xué)生加深和鞏固對(duì)基礎(chǔ)原理、基本知識(shí)的理解和掌握[6]，更重要的是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行細(xì)致地觀察、勇于探索和學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)多數(shù)情況下都是實(shí)驗(yàn)老師準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)材料和樣品，在正課時(shí)間介紹實(shí)驗(yàn)所用的儀器設(shè)備及其性能特點(diǎn)，講解實(shí)驗(yàn)原理和操作步驟，然后布置實(shí)驗(yàn)任務(wù)，學(xué)生依照設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)步驟和內(nèi)容一步步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，這種按部就班的實(shí)驗(yàn)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(shì)下對(duì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求，在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備條件下，以讓學(xué)生掌握基本知識(shí)、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(jìn)行與科研課題相結(jié)合的綜合性實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。例如，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中設(shè)計(jì)了綜合性實(shí)驗(yàn)“鋁合金電化學(xué)腐蝕行為研究”，在老師指導(dǎo)下，鼓勵(lì)學(xué)生設(shè)計(jì)完整的實(shí)驗(yàn)方案，包括實(shí)驗(yàn)原材料的準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)樣品制備、樣品導(dǎo)線焊接、封樣方法選擇、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)測(cè)試有關(guān)的開(kāi)路電位測(cè)試、極化實(shí)驗(yàn)、交流阻抗測(cè)試等實(shí)驗(yàn)方法的應(yīng)用。學(xué)生在正課時(shí)間掌握了腐蝕測(cè)試基本理論后，利用課余時(shí)間查閱文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并和老師一起探討實(shí)驗(yàn)方案的可行性，然后調(diào)整方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。最后對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、總結(jié)并在正課時(shí)間匯報(bào)，與老師、同學(xué)一起分析討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性和合理性。整個(gè)實(shí)驗(yàn)從開(kāi)始設(shè)計(jì)到實(shí)驗(yàn)匯報(bào)完成一般需要三周的時(shí)間，第一周主要用于實(shí)驗(yàn)樣品制備與灌裝，第二周進(jìn)行腐蝕電化學(xué)測(cè)試確定腐蝕電流、腐蝕電位及腐蝕電阻等參數(shù)，第三周進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的總結(jié)分析和匯報(bào)討論。經(jīng)過(guò)這種綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)操作，不僅調(diào)動(dòng)了學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性，更有助于培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)實(shí)驗(yàn)及分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造思維，達(dá)到提高學(xué)生創(chuàng)新能力的目的。

4　利用計(jì)算機(jī)分析腐蝕電化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和在腐蝕電化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的廣泛應(yīng)用，使腐蝕電化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程快速、簡(jiǎn)捷、方便，實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差小、精度高，也促進(jìn)了腐蝕電化學(xué)實(shí)驗(yàn)的快速發(fā)展。實(shí)驗(yàn)室使用Zahner電化學(xué)工作站及與之配套的Zview軟件，開(kāi)設(shè)了穩(wěn)態(tài)恒電位法測(cè)定材料或涂層的極化曲線、交流阻抗等。實(shí)驗(yàn)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(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析，判斷電極過(guò)程的動(dòng)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(shí)驗(yàn)曲線后，可以非常方便地把穩(wěn)態(tài)極化曲線轉(zhuǎn)化為T(mén)afel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(guò)用Zview軟件可以對(duì)交流阻抗曲線進(jìn)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(jì)算機(jī)軟件技術(shù)進(jìn)行腐蝕電化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，大大提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，根?jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力也得到很大提升。

5　結(jié)束語(yǔ)

為了充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)腐蝕電化學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的科研能力，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目的，通過(guò)加強(qiáng)腐蝕電化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與研究方向相結(jié)合、鼓勵(lì)學(xué)生自行設(shè)計(jì)搭建實(shí)驗(yàn)裝置、引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及引入計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析等方法，既培養(yǎng)了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力、動(dòng)手實(shí)踐能力以及分析問(wèn)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)。

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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(xiàng)目(9140C850206140C85)；自主研究基金項(xiàng)目(SQZZ56)

G642.0

A