摘"要：針對理工科專業(yè)拓展課理論性較強(qiáng)和內(nèi)容枯燥晦澀的特點，依托超星學(xué)習(xí)通平臺，選取“材料腐蝕與防護(hù)”課程為例，以提升學(xué)生學(xué)習(xí)過程參與度和學(xué)習(xí)輸出為目的，進(jìn)行線上線下混合式課程教學(xué)設(shè)計及實踐。研究表明，混合式教學(xué)模式所提供的多種學(xué)習(xí)資源極大地方便了同學(xué)們的碎片時間學(xué)習(xí)，多種教學(xué)方法使得學(xué)生化被動為主動，提升了課堂的參與率。多種考核形式為同學(xué)們個性化與差異化的學(xué)習(xí)需要提供了培養(yǎng)空間，學(xué)生的參與感和展示力顯著提高。雙向案例展示和小組分析討論有效地提升了知識重難點掌握程度和材料學(xué)基本分析方法思路的理解程度，促進(jìn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)好奇心和知識獲得感，課程目標(biāo)達(dá)成度同時出現(xiàn)提升，是有效的教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：材料腐蝕與防護(hù)；混合式教學(xué)；教學(xué)改革

Abstract：In"view"of"the"characteristics"as"strong"theoretical"and"difficult"to"understand，the"course"of"Materials"Corrosion"and"Protection"is"considered"to"be"educational"designed"and"practiced"as"online"and"offline"blending"learning，based"on"the"Super"Star"platform.The"research"shows"that"the"multiple"teaching"and"learning"method"and"multiple"evaluation"method"effectively"improve"the"classroom"participation"and"key"and"difficult"points"master"degree.The"learning"curiosity"and"knowledge"obtainment"of"students"are"promoted，and"the"goal"achievement"degree"of"course"is"enhanced，so"the"blending"teaching"is"effective"mode.

Keywords：Materials"Corrosion"and"Protection；Blended"teaching；educational"reform

“材料腐蝕與防護(hù)”課程在各個高校的材料科學(xué)與工程、金屬材料工程和材料成型及控制工程等專業(yè)開設(shè)，是一門以物理化學(xué)為基礎(chǔ)，涉及材料科學(xué)基礎(chǔ)、電化學(xué)、金屬學(xué)、表面科學(xué)、無機(jī)材料、微生物學(xué)等的綜合交叉性學(xué)科［1，2］。除了在少數(shù)實力較強(qiáng)、歷史較久的高校，將此課程設(shè)置為專業(yè)基礎(chǔ)課，大多數(shù)高校對此課程的定位均為專業(yè)選修課。由于其學(xué)科交叉的特性，本課程的基礎(chǔ)理論和實踐應(yīng)用結(jié)合性較強(qiáng)，學(xué)習(xí)過程具有一定的難度。雖然其對應(yīng)的行業(yè)不能形成單獨的規(guī)?；漠a(chǎn)業(yè)，但是所有涉及材料的行業(yè)基本上都需要腐蝕與防護(hù)專業(yè)的人才，只是需求量大小不同的問題。很多材料的服役環(huán)境相當(dāng)惡劣，對不同材料腐蝕機(jī)理進(jìn)行正確分析并設(shè)計防護(hù)措施以保證及延長材料及設(shè)備的使用壽命周期，從而解決工程問題，對于資源能源節(jié)約和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展都具有重要意義。

“材料腐蝕與防護(hù)”以材料電化學(xué)腐蝕的熱力學(xué)及動力學(xué)為理論基礎(chǔ)，闡述了腐蝕的分類及發(fā)生原理、影響因素和腐蝕控制的方法，其中對金屬材料的鈍化機(jī)理、高溫腐蝕與防護(hù)、氧化膜的生長及防護(hù)機(jī)理進(jìn)行脈絡(luò)拓展［3］。課程教學(xué)目標(biāo)是在具體工程問題中識別材料腐蝕的類型，應(yīng)用基礎(chǔ)理論分析綜合和正確表達(dá)復(fù)雜腐蝕工程問題的發(fā)生路徑、影響因素，考慮經(jīng)濟(jì)社會和清潔能源等因素，制定出合理的防護(hù)和控制方法。本校課程使用的教材是教育部高等學(xué)校材料科學(xué)與工程教學(xué)指導(dǎo)委員會規(guī)劃教材，涉及內(nèi)容廣泛。既討論了腐蝕基本原理，又介紹了腐蝕的實際工程問題；講述了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料的腐蝕機(jī)理與防護(hù)技術(shù)，也兼顧了新型功能材料中出現(xiàn)的新問題新理論；同時重點關(guān)注了作為材料腐蝕學(xué)科基礎(chǔ)的金屬材料腐蝕理論體系，又總結(jié)了無機(jī)非金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料的腐蝕失效與防護(hù)技術(shù)的研究成果。在腐蝕環(huán)境方面，關(guān)注了傳統(tǒng)工業(yè)和自然環(huán)境與新出現(xiàn)的太空環(huán)境、生物環(huán)境和其他嚴(yán)酷環(huán)境下腐蝕研究的新成果。在腐蝕研究方法方面，介紹了基礎(chǔ)測量方法和新的研究方法；在防護(hù)手段和方法方面，重點講述了基于電化學(xué)理論的方法，但對其衍生的各種方法的詳細(xì)實施沒有展開闡述?？偟膩碚f，課程內(nèi)容理論性較強(qiáng)，信息量較大。

課程開設(shè)于第六學(xué)期，在此時間段大部分學(xué)生開始了考研復(fù)習(xí)。近幾年學(xué)生報考研究生的熱情持續(xù)高漲，學(xué)校和教師都對此持積極支持的態(tài)度。但是大部分考研學(xué)生基礎(chǔ)較差，需要投入大量的時間復(fù)習(xí)基礎(chǔ)課，在課堂上投入的精力和時間較為有限。因此，非常有必要將學(xué)生的精力和關(guān)注點適當(dāng)拉回課堂內(nèi)容。同時，課程基礎(chǔ)理論部分較難，后續(xù)不同腐蝕類型的機(jī)理需要結(jié)合理解進(jìn)行背記的內(nèi)容非常多，基本的講授法不能較長時間吸引學(xué)生的注意力。所以，需要根據(jù)學(xué)生的實際學(xué)情，改變教學(xué)方式和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)好奇心和積極性，并豐富考核方式，以促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和工程問題認(rèn)知能力的提升培養(yǎng)。

混合式教學(xué)是基于線上網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源和線下課堂教學(xué)方式結(jié)合起來，實現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)的一種教學(xué)方式［4］。為學(xué)生提供線上學(xué)習(xí)資源，采用任務(wù)驅(qū)動模式，促使學(xué)生主動參與，帶著問題學(xué)習(xí)，養(yǎng)成發(fā)現(xiàn)問題并尋求解決問題方法的工程思維。既讓學(xué)生最大化利用碎片時間進(jìn)行了提前學(xué)習(xí)和重點學(xué)習(xí)［5］，又避免了線下課堂由于時長較長學(xué)生無法集中精力而錯過知識重難點的問題。對“材料腐蝕與防護(hù)”課程進(jìn)行線上線下混合式教學(xué)，推送不同難度的教學(xué)資源以適應(yīng)不同基礎(chǔ)的同學(xué)進(jìn)行自學(xué)，通過課前習(xí)題測試和課后學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生沉浸式學(xué)習(xí)，輔助提升了學(xué)生的課堂吸收率和課程吸收率。從完全是教師主導(dǎo)的課堂，到借助翻轉(zhuǎn)課堂和PBL小組討論等教學(xué)方式提升學(xué)生參與度，采用多元化評價考核方式，加強(qiáng)過程考核，提升學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的獲得感。

1"線上教學(xué)內(nèi)容的準(zhǔn)備

學(xué)習(xí)通平臺為線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)模式提供了一個非常便捷的方式［6］。教師可以通過該平臺上傳學(xué)習(xí)資源，如微課和教學(xué)課件；發(fā)起課堂活動，如簽到、討論、搶答、選人等；進(jìn)行教學(xué)效果檢測評價，如發(fā)布作業(yè)、測驗等。學(xué)生在平臺上可以查收到教師發(fā)布的所有信息和內(nèi)容，做出即時反饋。

在線教學(xué)資源的建立，其中最重要的部分是錄制微課講解視頻。材料電化學(xué)腐蝕的熱力學(xué)及動力學(xué)基礎(chǔ)理論部分難度較大，按照重要知識點分布錄制視頻，包括電極系統(tǒng)和電極電位、腐蝕電池的建立及其特性、金屬電化學(xué)腐蝕傾向判斷、電位pH圖及其應(yīng)用、極化的原因及類型、電化學(xué)極化、濃差極化、電阻極化和電化學(xué)動力學(xué)方程。其中電極系統(tǒng)和腐蝕電池的建立采用分解圖片結(jié)合動圖進(jìn)行講解，金屬電化學(xué)腐蝕傾向判斷結(jié)合經(jīng)典公式能斯特方程和熱力學(xué)方程進(jìn)行解析，這部分和工科基礎(chǔ)化學(xué)結(jié)合緊密，詳解容易做到通俗易懂。電位pH圖對于實際材料腐蝕發(fā)生機(jī)理分析提供重要的方法依據(jù)，這里需要更深入地理解吉布斯自由能和能斯特方程的計算方法和參數(shù)變化，以Fe水體系為例，詳細(xì)分析每個方程對應(yīng)的曲線。按以往的學(xué)情調(diào)研，此部分學(xué)生理解障礙很大，通過微課錄制，學(xué)生可以使用手機(jī)在碎片時間反復(fù)觀看，從而理解掌握要點。

錄制微課的難點在于出現(xiàn)大面積公式的情況下，而往往學(xué)生理解的難點就是大篇幅的公式。極化的電化學(xué)動力學(xué)方程是本課程中最難理解吸收的大型知識點，從平衡電極極化動力學(xué)方程、穩(wěn)態(tài)極化動力學(xué)方程、濃差極化動力學(xué)方程到多電極反應(yīng)動力學(xué)方程，借助手寫板進(jìn)行每一步的詳細(xì)拆解，務(wù)必使多項式的方程能夠簡化到掌握關(guān)鍵點。其中，塔菲爾公式及其曲線對于研究材料的腐蝕過程及腐蝕機(jī)理具有極其重要的意義，其推導(dǎo)簡化過程和曲線的基本數(shù)據(jù)分析具有十分重要的工業(yè)分析實際用途。確定腐蝕電流、腐蝕電位和腐蝕速度的理論方法及實驗方法的講解，對于我們學(xué)生理解和識別實際腐蝕工況有較大的幫助。后續(xù)電偶腐蝕、點腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、選擇性腐蝕、應(yīng)力腐蝕、高溫腐蝕的原理均是上述理論的延續(xù)，學(xué)生學(xué)習(xí)微課的難度降低，可降低錄制視頻的頻次。

將微課設(shè)置為預(yù)習(xí)視頻，并設(shè)置相應(yīng)內(nèi)容的測試習(xí)題，上傳對應(yīng)的學(xué)習(xí)課件，使得對于兩學(xué)時的課堂預(yù)習(xí)內(nèi)容，學(xué)生可以通過半小時內(nèi)觀看3～5個知識點微課視頻完成，從而對下節(jié)課的重難點有清晰的概念。完成視頻后進(jìn)行預(yù)習(xí)習(xí)題測試，反饋的問題教師在課堂上重點講解。

2"教學(xué)方法的改革

基于在線學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，課堂上進(jìn)一步引入案例教學(xué)法、分組討論和翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的教學(xué)方法來保持學(xué)生的好奇心和注意力，幫助學(xué)生形成并建立知識重難點和工程實踐問題的聯(lián)系、轉(zhuǎn)換和融合［7］。參考在線學(xué)習(xí)反饋的共性問題，教師有側(cè)重性地講授重難點?；旌鲜浇虒W(xué)模式的實施流程見下圖。

課堂以案例教學(xué)和學(xué)生案例分享為載體，通過互動交流，理論聯(lián)系實際，實現(xiàn)對基礎(chǔ)知識的靈活應(yīng)用。案例選擇立足于材料腐蝕熱力學(xué)及動力學(xué)的基礎(chǔ)，結(jié)合不同類型材料的本征特性，將科學(xué)發(fā)展最前沿的成果介紹給學(xué)生，拓寬其國際視野。對于知識點的導(dǎo)入案例，第一步先選擇與實際生活息息相關(guān)的材料腐蝕現(xiàn)象，或選擇有造成重大影響的案例，加深學(xué)生對工業(yè)中材料失效嚴(yán)重后果的認(rèn)知，建立起對知識的敬畏和材料對工業(yè)生產(chǎn)安全重要性的認(rèn)知。第二步，對于知識點的鞏固和應(yīng)用方面，選擇材料腐蝕與防護(hù)科學(xué)研究前沿的科研成果，在國際高水平期刊上發(fā)表反映最新研究進(jìn)展的研究論文案例，以實用為目標(biāo)驅(qū)動學(xué)生學(xué)習(xí)和探究的熱情。從分析材料組成結(jié)構(gòu)的基本出發(fā)點入手，分析其采用基本的電化學(xué)方法和手段測試極化曲線、伏安曲線、阻抗曲線和鈍化現(xiàn)象等，結(jié)合材料熱學(xué)、力學(xué)的分析手段，分析材料的根本腐蝕機(jī)理。進(jìn)一步探究從材料的結(jié)構(gòu)和成分設(shè)計、材料的制備和后處理工藝、表面處理工藝和介質(zhì)環(huán)境調(diào)控等方面，設(shè)計優(yōu)化的腐蝕防護(hù)方案，延長材料的使用壽命和設(shè)備設(shè)施的安全周期。

案例分享主要有兩種方式：第一，教師給出相關(guān)案例，用設(shè)問等方式，通過學(xué)生獨立思考和小組討論，在師生共同參與的教學(xué)討論互動中，達(dá)到學(xué)生開闊思路、理解和運(yùn)用知識點的目的。第二，學(xué)生查閱最新的英文科研文獻(xiàn)以選擇案例，在教師的指導(dǎo)下翻譯、理解和分享案例。案例分享包括以下幾個部分：研究背景，針對什么科學(xué)問題，什么研究思路，得到了什么樣的結(jié)論，并發(fā)現(xiàn)案例中存在哪些問題，提高其獨立思考、分析問題的能力，并培養(yǎng)其大膽質(zhì)疑的科研素質(zhì)和解決問題的研究思路。

本課程有對應(yīng)的課程設(shè)計，研究不同金屬材料在不同的腐蝕環(huán)境介質(zhì)下的塔菲爾曲線和極化曲線，在基礎(chǔ)理論部分學(xué)習(xí)完成后展開，和局部腐蝕的原理及路徑分析并行，學(xué)生進(jìn)一步加深對線上線下學(xué)習(xí)的理論知識的理解。探討和設(shè)計防護(hù)方法，預(yù)習(xí)并驗證腐蝕防護(hù)方法內(nèi)容。同時，在課堂環(huán)節(jié)上，融入多元素教學(xué)，以抓住學(xué)生的注意力。如適當(dāng)?shù)丶尤胍恍┕こ谈g過程和后果的動畫和視頻，讓學(xué)生意識到材料的成分、結(jié)構(gòu)乃至功能對社會的經(jīng)濟(jì)資源及可持續(xù)發(fā)展有著舉足輕重的影響，并在討論區(qū)提出課內(nèi)知識點相關(guān)話題，請同學(xué)們參與。如使用學(xué)習(xí)通的“簽到”及“隨機(jī)點名”功能，抽取學(xué)生面對面回答問題，提升課堂參與度。

3"考核方式及實踐效果

不同于傳統(tǒng)的線下課堂教學(xué)，混合式教學(xué)的考核方式更加多元化，考核形式從重期末的結(jié)果性考核轉(zhuǎn)變?yōu)橹貐⑴c度的過程性考核。將線上預(yù)習(xí)、線上測試、案例分享展示、線下習(xí)題和期末考試分別作為考核的內(nèi)容，百分比分別占到5%、10%、15%、10%和60%。前四項為平時成績，總計占比40%，期末考試為開卷考試，目的在于考核本門課程基礎(chǔ)理論的掌握及應(yīng)用。本門課程理論性和應(yīng)用性均較強(qiáng)，基于工程認(rèn)證的要求，試卷簡答、分析及論述題占比超過60%，充分考查了學(xué)生理論知識與實際工程應(yīng)用相結(jié)合的能力。

在2022—2023學(xué)年春季學(xué)期，2020級材料科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生教學(xué)改革后的學(xué)生考核結(jié)果與2019級相比，卷面成績對應(yīng)的優(yōu)良率和課程目標(biāo)達(dá)成度有小幅度提升。說明過程參與度提高后，學(xué)生對于知識的掌握和應(yīng)用能力有所提升，從而體現(xiàn)在卷面上。但是平時考核達(dá)成度的提升，由于從只看作業(yè)改成了更為豐富的四種方式結(jié)合的考核，達(dá)成度略有下降。其中，文獻(xiàn)分享得分率比其他三項偏低，說明學(xué)生對理論應(yīng)用于材料前沿研究的理解和表述還需要進(jìn)一步提升。

從課堂效果來看，雙向案例分享階段貫穿了課程始終，連帶小組討論及發(fā)言，聽課效果較單純講授課本內(nèi)容有明顯提升。課程問卷調(diào)查顯示，課程滿意度較高。在2023—2024學(xué)年春季學(xué)期，繼續(xù)加強(qiáng)現(xiàn)有模式的實踐，推動學(xué)生的線上參與度和課堂參與度。

結(jié)語

針對“材料腐蝕與防護(hù)”課程進(jìn)行的線上線下混合式教學(xué)模式改革，不但為學(xué)生提供了課前預(yù)習(xí)微課視頻和線上測試的重要基礎(chǔ)資料，而且在課中教師和學(xué)生雙重案例探討結(jié)合小組式討論學(xué)習(xí)，進(jìn)一步采用課后作業(yè)和線上討論鞏固重點難點。這種多種教學(xué)方法結(jié)合多種考核方式的學(xué)習(xí)模式極大地豐富了教學(xué)內(nèi)涵，并活躍了課堂氛圍，提升了教學(xué)效果，學(xué)生期末成績也顯著高于先前傳統(tǒng)教學(xué)模式。教學(xué)實踐取得良好效果，為進(jìn)一步的教學(xué)改革打下良好基礎(chǔ)。

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基金項目：北方民族大學(xué)2022年度校級一般教改項目（2022JY015）：材料科學(xué)與工程國家級一流本科專業(yè)建設(shè)

作者簡介：劉美玲（1982—"），女，漢族，寧夏石嘴山人，博士研究生，講師，研究方向：金屬陶瓷和碳化物結(jié)構(gòu)陶瓷。