工業X射線探傷擬真教學體系構建

劉軍華

（江蘇海事職業技術學院，江蘇南京 211100）

0 引言

X射線探傷為利用X射線可穿透物質且在物質中衰減的特性，以發現物質中缺陷的無損檢測方法［1］。X射線探傷可檢查金屬、非金屬材料及其制品的內部缺陷，如焊縫中的氣孔、夾渣、裂紋及未焊透等體積性缺陷。

射線探傷可直觀呈現工件內部缺陷大小和形狀，且射線底片可長期保存，成為無損檢測技術中首選的工藝方案。射線探傷技術作為產品內部質量檢測的核心，承載著優化工藝、降低成本及控制質量的生產重任，廣泛應用于諸多生產領域。

但X射線對生物細胞產生生物效應，X射線照射機體后致使組織細胞和體液發生系列變化，從而引發以造血組織損傷為主的放射性損害，對人及生物構成致命傷害。為有效防護X射線對人體及生物的傷害，X射線探傷技能訓練必須匹配專業、規范的曝光場所。受安全、環保、經濟、場地等諸多因素制約，致使X射線探傷技能實景訓練出現瓶頸。此外，X射線底片質量評定需要豐富經驗，對師資、底片素材、培訓周期等方面均提出了極高的要求。

實踐表明，生產領域對X射線探傷人才的需求，重點呈現了X射線探傷機理及檢測工藝要素，并將探傷操作工藝以及底片質量評定作為其檢測人員的核心技能。如射線探傷Ⅱ級職業資格，要求熟練的檢測操作及底片評定技術，人員資格證書的培訓、考取也完全與此吻合。

目前，大多設有X射線探傷教學的院校、培訓機構，射線探傷技能尚無法實機隨意訓練，底片評定多處于自主學習層面，致使相關學習、訓練無法與生產領域合理銜接。顯然，為有效解決X射線探傷損傷及底片評定技術瓶頸，亟須科學合理構建其擬真教學體系，以突破X射線傷害人體瓶頸，實景呈現X射線檢測工藝及底片評定，有效服務于生產領域。

1 正確認知虛擬仿真教學體系

虛擬仿真技術為利用計算機創建和模擬現實活動的技術。虛擬仿真教學則為利用計算機組建系統平臺，創建各種虛擬現實模擬真實環境，然后根據真實環境理論和操作情景，在虛擬環境中操作、驗證、設計及運行等的教學方式［2］。虛擬仿真技術可通過多種媒體手段，實現教學活動的沉浸性和交互性。

X射線探傷涉及高危和極端環境，其擬真教學體系可為學習、訓練提供可靠、安全及經濟的實驗項目，構建X射線探傷擬真教學體系，其核心宗旨是完成真實實驗難以實現的教學功能。此外，借助X射線探傷擬真教學體系，能充分調動學習者的聽、視、觸等感官，接受并反饋知識信息，從而激發學習興趣和創新意識，提高學習效率和學習者的主觀能動性。

1.1 擬真教學體系構建的基本原則

必須緊密結合工程實踐能力和職業素養需求，充分體現虛實結合、相互補充，尤其是能實不虛的原則［3］，開發虛擬仿真教學資源，科學合理構建射線探傷擬真教學體系。

1.1.1 嚴格遵循教育學和心理學客觀規律

虛擬仿真教學體系構建，必須以知識點有效應用到現實情景為主線設計學習行為，學習活動應完全建立于現實應用基礎之上。虛擬仿真教學體系構建，必須以學習者為核心開展教學活動，重點強調學習者的主觀能動性［4］。

虛擬仿真教學應呈現教與學、學與學間的互動，注重理論和實踐有機結合。

1.1.2 充分借鑒虛擬及仿真現實的技術特征

擺脫時間及空間束縛，將虛擬教育和現實教育有機融合，實現虛擬實驗室、虛擬現場及虛擬場景等，使學習者獲得身臨其境的感覺［5］。

通過仿真展現理論和實驗工藝流程，有效提升知識點認知，規避危險性實驗操作，突破X射線對人體損傷瓶頸，提升操作工藝技能。

1.2 擬真教學體系構建及應用瓶頸

隨科學技術的日新月異，虛擬仿真技術促進了教學理念、教學手段及學習方法等變革，成為教育發展的必然方向。需要注意的是，作為教學模式變革嘗試，擬真教學體系必然呈現出一定程度的應用瓶頸。

1.2.1 虛擬仿真教學軟硬件要求較高

虛擬仿真教學需要匹配教學平臺，對硬件設施、軟件系統及教學主體提出了較高要求，致使建設初期成本較高［6］。

1.2.2 教學主體主導性弱化

虛擬仿真教學活動由系統引導，教學主體地位淡化，致使其積極主動性貧乏，甚至出現對學習過程監督管理不到位。

1.2.3 學習者學習目標可能偏離

虛擬仿真教學大幅提升了學習的主動性及自主性，但必然呈現一定程度的隨意性，致使學習活動目的性不清晰，甚至導致理論和實踐教學目標脫節。

2 X射線探傷擬真教學體系構建舉措

智能制造理念及信息化時代背景下，制造業相關專業教育的生存與發展環境發生根本性變化。鑒于X射線對人體的嚴重傷害，開發虛擬仿真實驗教學資源，構建擬真教學體系則成為X射線探傷實驗教學關鍵所在。

2.1 強化虛擬仿真教學資源的實效性

各維度應高度重視虛擬仿真教學的推廣、應用，科學合理制定策略以有效促進相關研究和課題開展。

教育、教學的核心宗旨是為生產領域服務，所以必須正確剖析崗位能力及素質基本要素，以生產崗位技術要求開發教學項目，以生產領域工藝流程整合教學資源，針對職業要素構建考評體系建設方案及優化策略，進而形成完善的虛擬仿真教學體系。其中生產領域參與教學資源開發，與企業共享教學資源，無疑成為教學資源優化、實效的助推劑。

教學資源的教育主體應提升教學理念，持續優化教學手段和技巧，成為教學過程合格的監督者、引導者和管理者。

2.2 X射線探傷擬真教學體系的構建策略

X射線探傷擬真教學體系擬突破射線輻射瓶頸，實現射線探傷實景訓練，依照行業標準設計知識體系，建立科學合理的考核機制，開發程序搭建虛擬仿真教學體系有機載體。

（1）厘清工業射線探傷崗位能力及素質基本要素，依托行業標準配置專業知識體系。（2）根據行業資質證書考核規范，構建科學合理的考核體系。（3）依托工業射線探傷工藝流程，搭建虛擬仿真實驗體系有機載體。（4）結合實證結果，構建虛擬仿真實驗體系持續優化機制。

2.3 X射線探傷擬真教學體系設計

2.3.1 依托X射線探傷工藝流程構建擬真教學體系

X射線探傷擬真教學體系的構建，完全依照工藝流程實施，具體為知識體系、探傷機理、射線探傷操作（開機、訓機、參數設置、曝光）、暗室工藝、底片評定等工藝流程。

2.3.2 依托崗位職業要素設計教學項目

工業X射線探傷擬真教學體系依托立體化教學資源，并根據圖1所示生產領域職業要素設計、開發教學項目。

圖1 X射線探傷職業要素

X射線探傷擬真教學體系教學項目，貫穿設備制造、設備管理維護、射線探傷工藝流程及產品質量管理等諸環節，針對專業知識體系、職業技能、工程能力及綜合能力等維度，開發數字化、信息化、立體化教學資源，促進工業X射線探傷教學體系虛擬仿真技術變革如圖2所示。

圖2 X射線探傷擬真教學體系項目設計

圖3為依據現行行業規范NB/T47013.2—2015開發的底片評定練習及校核軟件，有效促進了職業技能培訓。

2.3.3 立體化教學資源設計開發

（1）X射線探傷實景訓練教學資源。

依照典型實機1∶1比例開發X射線探傷仿真系統，系統由X射線探傷仿真裝備（FZ3005）、胎架及仿真試件組成，圖4為仿真裝備實物照片。此外，設計開發X射線探傷虛擬操作系統，完善線上操作訓練及考核。

X射線探傷仿真系統可有效克服射線輻射隱患，尤其是無任何廢氣、廢水、廢渣及化學品排放。

X射線探傷仿真裝備匹配與實機一致的內部結構及操作面板，動態調控操作面板功能按鈕，可配合X射線探傷仿真操作，完成操作技能實景訓練。借助三軸可移動胎架及試件，射線探傷仿真系統還可模擬不同透照模式。

X射線探傷仿真系統，可實景呈現X射線探傷工藝流程，有效實施射線探傷操作技能訓練及考評，與生產領域資質證書培訓及考核完全匹配。

（2）暗室工藝資源開發。

依照工藝流程開發的暗室工藝資源，利用互動界面能夠有效提升使用者操作技能。

總之，X射線探傷擬真教學資源開發，重點圍繞射線探傷工藝技能及質量評定主線，與專業崗位職業技能要求完全匹配。

圖3 底片評定、校核軟件

圖4 FZ3005型X射線探傷仿真裝備

3 結語

為滿足智能制造理念下人才培養要求，借助虛擬仿真技術優化X射線虛擬仿真教學體系，通過虛擬現代信息化資源與仿真實景訓練，實現與崗位技能有機對接，能夠大幅提升專業技能訓練效果。