金屬材料工程專業的無損檢測課程教學改革探討

韋莉莉 黃宏鋒 秦芳誠 劉崇宇 劉淑輝

摘?要：本文針對金屬材料工程專業特點分析了無損檢測課程教學現狀及存在問題，結合教學內容和培養目標，從課堂教學、實驗教學和實踐教學等三個方面分別提出教學改革方案，以提高該課程學生參與度和主動學習能力，為培養兼備扎實的無損檢測理論知識和實踐能力的金屬材料行業從業畢業生提供參考。

關鍵詞：金屬材料工程;無損檢測;教學改革;實踐和創新能力

Teaching?Reformof?Nondestructive?Testing?Course

in?Metal?Material?Engineering?Specialty

Wei?Lili?Huang?Hongfeng?Qin?Fangcheng?Liu?Chongyu?Liu?Shuhui

College?of?Materials?Science?and?Engineering，Guilin?University?of?Technology?GuangxiGuilin?541004

Abstract：Based?on?the?characteristics?of?metal?material?engineering，this?paper?analyzes?the?teaching?status?and?existing?problems?of?nondestructive?testing?course.Combined?with?the?teaching?content?and?training?objectives，this?paper?proposes?teaching?reform?schemes?from?three?aspects，namely?classroom?teaching，experimental?teaching?and?practical?teaching?respectively，in?order?to?improve?participation?and?active?learning?ability?of?students?in?this?course.This?provides?a?reference?for?the?training?of?metal?material?industry?graduates?having?both?solid?theoretical?knowledge?and?practical?ability?of?nondestructive?testing.

Keywords：Metal?material?engineering;Nondestructive?testing;Teaching?reform;Practice?and?innovation?ability

制造業是立國之本、強國之基，在國民經濟和中華民族偉大復興中具有十分重要的戰略地位。根據制造強國的基本方針，要堅持把質量作為建設制造強國的生命線，堅持把人才作為建設制造強國的根本。金屬材料工程專業的人才培養也應該符合國家發展的需求，不僅需要培養學生掌握金屬材料科學與工程專業知識及基本技能，同時還應該具備創新等高綜合素質[1]。目前，在工程教育專業認證的國際背景下，我國工程教育、技術人才存在與國際接軌的必然要求，對金屬材料工程專業的人才培養、教學內容與教學體系模式等提出了更高要求，以期望學生可在金屬材料加工、冶金等領域從事技術開發、工藝和設備設計、工程設計與技術改造等方面工作的復合型人才[2]。基于此，我們在金屬材料工程專業的課程教學中不斷改進教學內容和教學方法，本文以材料無損檢測課程為例，探討該課程在面向本專業學生教學過程中可以采取的教學改革措施及成效。

一、課程現狀和存在問題

無損檢測技術可在不損傷或不破壞被檢測對象的前提下，對結構或材料的缺陷、損傷和微結構等質量和性能參數做出定性和定量評定，因而在建筑、航空、交通等領域受到歡迎，特別是隨著現代工程技術向大尺寸、高精度結構件發展，該技術在實時檢測工程質量等方面發揮了重要作用[34]。對金屬材料工程專業的學生而言，掌握該技術可以有效增強學生就業競爭力，是一門專業技術必修課程。由于材料的組織與性能特點是無損檢測技術的基礎，該技術與材料科學與工程學科關系緊密，因此本課程主要的教學目的是使學生了解典型的無損檢測知識，掌握無損檢測技術的原理、方法、設備及其實際應用，能夠正確進行無損檢測方法和檢測工藝的選擇與設計，為應用這些技術從事開發和研究工作打下基礎。但由于該課程具有理論性和實踐性強的特點，在教學過程中存在一些問題，主要涉及課堂教學、實驗教學和實踐教學三個環節：

（1）無損檢測技術豐富多樣化且呈現不斷更新的趨勢，涉及的理論知識多而抽象，但由于學時的限制會出現學生對知識的理解不深刻和不充分等問題，一方面需要對典型常規技術的課堂教學內容進行選擇與優化。另一方面還要增加新技術新思想的教學，另外，常規技術和新技術的教學內容復雜程度不同，需要針對不同的檢測技術進行課堂教學方法改革，以提高學生對理論知識學習的興趣和主動性。

（2）無損檢測技術的操作和應用性強，只強調課堂教學無法實現學生應用能力的培養，因此需要對實驗教學進行規劃和改革，通過實驗和實際操作等手段培養學生興趣，提高學生動手能力，真正實現理論學習與實際應用相結合。

（3）無損檢測技術是本專業學生就業的重要技能之一，但傳統的課堂教學無法提供足夠的實踐鍛煉，也不利于培養學生面對實際問題的解決能力，需要增加實踐教學環節，提高學生應用和創新能力，為畢業和就業提供扎實的能力保證。

二、課堂教學改革與實施

無損檢測課程系統介紹典型無損檢測方法基本原理和主要設備構成，對比分析在不同應用條件下不同檢測方法的適用性和局限性。教學內容上可以采用的改革措施有：

（1）常規無損檢測技術的教學可根據金屬材料的特點進行教學內容的選擇和優化。例如，超聲波檢測和射線檢測的應用較為廣泛，是本課程的教學重點，相比較而言，渦流檢測方法原理較抽象，教學學時安排通常較少。但是，渦流檢測方法適合于各種金屬材料，并且更容易實現檢測自動化，特別是對管材、棒材和線材有很高的檢測效率，因此，面向金屬材料工程專業的學生可增加相應的教學學時。磁粉檢測和滲透檢測的技術原理相比其他技術較容易，課程教學應該著重于檢測現象的分析，并且重點結合材料科學基礎知識對檢測結果進行分析，例如滲透檢測技術進行鑄件檢測時，由于鑄造常見氣孔、疏松、非金屬夾渣、裂紋、冷隔等缺陷，需要結合鑄造相關知識判斷滲透檢測的顯像屬于何種缺陷類型。此類教學內容的優化加深了該課程與其他專業課程的聯系，有利于提高學生的專業學習積極性，增強學生對本專業各課程的興趣。

（2）現代新檢測技術的教學可根據金屬材料目前在航空航天、交通運輸、石油化工等領域的快速發展進行教學內容的補充，例如激光全息無損檢測、微波檢測法、聲發射檢測技術、紅外無損檢測等技術。在講授過程中注重引用新型無損檢測技術的應用實例，例如激光全息無損檢測技術對蜂窩夾層結構、復合材料的缺陷具有很好的檢測靈敏度，微波檢測技術特別適合對航空航天用的復合材料工件進行檢測，聲發射檢測技術適合用于焊接接頭質量、壓力容器在役狀況等方面檢測，紅外無損檢測技術在熱加工、電器設備、換熱器、電子產品等方面具有較大的檢測優勢。

根據教學內容的調整，教學方式應該采用“以學生為中心”的教學模式。例如，常規無損檢測技術的教學可預先布置教學預習，課堂上多采用問題教學、小組討論等互動模式，吸引學生的注意力;現代新檢測技術的教學可采用自主選題、小組匯報的模式，鼓勵學生收集新檢測技術的應用實例，既提高學生的參與度，又通過實際應用例子激發學生的興趣，通過自主學習增強學生收集資料和總結的能力。

三、實驗教學改革與實施

實驗教學是非常重要的教學環節，實驗教學應該以有效鍛煉學生的實踐動手能力，強化課堂教學內容為教學目標[5]。無損檢測技術是現代材料和工程質量檢驗的重要手段，該課程的學習內容具有較高的應用性，更需要重視實驗教學環節的設計與改革。為了促使學生將所學課堂知識向技能轉換，切實提高分析和解決實際問題的能力，該課程可增加無損檢測儀器使用的驗證性實驗教學環節，特別是一些便攜式、體積較小的儀器設備的操作和使用，例如，超聲檢測、渦流檢測和磁粉檢測等儀器的使用方法。在實驗教學過程中，結合儀器的構造、組裝、使用方法進行演示，加深學生對該技術原理和工藝流程的整體認識。例如，超聲檢測和滲透檢測等技術在課堂教學中主要側重于原理的講解，通過實驗教學使得學生對檢測過程中材料表面預處理和檢測前儀器的校正有更深的了解，例如超聲檢測、渦流檢測和磁粉檢測都需要利用標準試塊、標準試片對儀器進行校正和參數選擇，并且針對不同的檢測對象，如管材、鑄件，每種檢測技術的標準試塊和試片都有不同的要求。通過標準試樣的演示操作，讓學生進一步掌握這些典型無損檢測的表面預處理、檢測標準和規范、后處理等環節。

另外，為了幫助學生更好地聯系金屬材料專業的材料基礎學習內容，還可設計綜合性實驗，例如通過磁粉檢測技術檢測焊接鋼板表面焊接裂紋、氣孔等缺陷，通過磁粉檢測技術檢測疲勞微裂紋、淬火裂紋、鍛造裂紋等缺陷，通過超聲檢測技術檢測鋁合金板材內部夾渣、疏松、裂紋、氣孔等缺陷。利用實際試樣進行實驗教學，增加了學生對復雜問題的思考，也避免采用標準試樣進行實驗教學時每組學生的實驗數據重復率高的問題。在綜合性實驗教學實施中，學生對儀器設備和試樣的研究興趣較高，通過實驗的操作和現象的分析，將抽象的無損檢測技術原理與實際設備、材料加工和性能聯系起來，加深了學生對所學知識的理解。

四、實踐教學改革與實施

實踐教學是金屬材料專業培養中的重要教學環節。在本課程的教學中，可面向金屬材料工程專業的學生開設適合的實踐教學訓練[6]。在實踐教學過程中，充分利用學校、企業聯合建立的實習基地，有效加強學生接觸生產實際的訓練。例如，參觀企業質量檢測生產線，了解無損檢測技術在實際生產過程中的應用，也使學生通過了解企業生產模式來獲得就業指導，增強對無損檢測技術的學習興趣，并且通過和企業技術人員的交流，增強學生自主發現問題和尋求解決問題的能力。通過實踐教學環節，真正提高學生的就業競爭力，培養適應社會發展需求的學生。對于一些特殊的無損檢測技術，由于新穎性或者設備規格無法進行實踐教學，可以通過虛擬仿真、視頻教學等技術進行模擬，增加學生學習的趣味性[7]。另外，學生還可以參與教師的省級、校級科研課題、大學生創新創業訓練等項目，通過選擇無損檢測技術對新材料新構件進行檢測，親身體驗無損檢測技術的設計和應用，鍛煉學生團隊協作精神、創新思維和創新意識，通過科研、競賽等環節激勵學生的專業自豪感。

在該課程的實踐教學過程中，要堅持以學生為主體，重點培養學生的自主學習能力，教師引導學生自己提問、自己解決，鼓勵學生創新提問、積極動手操作。實踐教學的考核機制要進行改革，實踐教學的考核可以選擇課程設計、報告、小論文等形式，要求學生根據自己興趣自行選題，通過參觀交流、動手操作、查找資料等環節尋找答案，完成無損檢測技術的設計和應用。實踐教學過程中注重考核學生學習態度、動手能力、思考能力和團隊合作精神。考核內容除了實踐過程的記錄，還應該增加實踐過程的分析和思考，對具有創新思路的實踐報告增加成績權重，鼓勵學生結合實際提出創新思想。

結語

作為金屬材料工程專業學生的一門重要專業課程，材料無損檢測課程由于具有理論性和實踐性強的特點，為了讓學生達到既理解無損檢測技術的原理、方法，又掌握相關的設備及實際應用的目的，需要對該課程教學方法進行改革。根據金屬材料工程專業的特點，該課程可以從課堂教學上對常規無損檢測技術和現代新檢測技術的教學內容進行調整優化，并且針對性地采用不同的教學模式;從實驗教學上增加儀器使用實驗和驗證性實驗;從實踐教學上可通過參觀企業生產流程、虛擬仿真練習、視頻等方法進行教學。這些教學改革方法和措施可更有效提高學生課堂學習參與度和主動學習能力，培養學生實踐應用能力，為學生畢業就業后切實應用無損檢測技術從事金屬材料相關的開發和研究工作打下基礎。

參考文獻：

[1]劉金明，曹瑛.多因素嵌入提升大學生創新能力——以金屬材料工程專業為例[J].教育，2020（18）：40.

[2]秦芳誠，亓海全，韋莉莉，等.地方高校金屬材料加工學科發展思考與改革模式探索[J].高教學刊，2021（08）：129132.

[3]王自平，郝東暉，熊禧強，等.結構無損檢測課程混合教學模式探索與改革[J].科技視界，2021（06）：8284.

[4]朱新杰，李小梅，蔣亮，等.基于強化實踐能力的無損檢測教學研究[J].山東化工，2020，49（04）：221222.

[5]楊霞，劉崇宇，藍貴文.創新實踐型人才導向下的理工類專業教學模式研究與實踐[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2018（01）：7475.

[6]黃宏鋒，韋莉莉，亓海全，等.基于實踐和創新能力培養的金屬材料工程專業課程教學改革[J].科技視界，2019（34）：6364.

[7]秦芳誠，李義兵，黃宏鋒，等.金屬冶金工程材料制備技術教學改革與虛擬仿真實習創新[J].科技視界，2018（01）：119182.

[8]孟征兵，李義兵，肖超，等.冶金工程專業學生創新能力培養的虛擬教學研究[J].廣東化工，2018，45（01）：207208.

基金項目：桂林理工大學教學改革工程項目（編號：2020B57、2019B07）

作者簡介：韋莉莉（1985—?），女，漢族，廣西北海人，博士，講師，研究方向：金屬材料工程。