李秋鋒， 宋 凱， 盧 超， 李 堅(jiān)， 張士晶， 龍盛蓉

（南昌航空大學(xué)測試與光電工程學(xué)院，南昌330063）

0 引 言

《華盛頓協(xié)議》是國際間本科工程教育專業(yè)學(xué)位互認(rèn)協(xié)議，促進(jìn)了各成員國間的工程技術(shù)人員跨國流動(dòng)［-3］。2016年6月，我國成為該協(xié)議的正式成員后，工程教育專業(yè)認(rèn)證成為評(píng)價(jià)高校工科專業(yè)水平的新標(biāo)準(zhǔn)，全國工科高校都將通過專業(yè)認(rèn)證作為學(xué)校發(fā)展的重點(diǎn)工作，每年的受理數(shù)迅速增長，截止到2017年底，包括所有工科為主的985和211高校在內(nèi)的197個(gè)高校共833個(gè)專業(yè)接受認(rèn)證。工程教育專業(yè)認(rèn)證注重畢業(yè)生的自主創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，對(duì)構(gòu)建工科高校工程教育質(zhì)量保障體系，培養(yǎng)國際化工程技術(shù)人才，促進(jìn)畢業(yè)生走向世界舞臺(tái)發(fā)揮著重要作用［4-6］。

1 專業(yè)發(fā)展背景與課程現(xiàn)狀分析

1.1 專業(yè)發(fā)展背景

科技部2006年在《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》中明確提出：檢測監(jiān)測技術(shù)是農(nóng)業(yè)、制造業(yè)、公共安全多個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域的優(yōu)先主題，把高溫超導(dǎo)無損檢測裝置、極端制造工藝和檢測技術(shù)、重大產(chǎn)品和重大設(shè)施壽命預(yù)測技術(shù)列為前沿技術(shù)，把加強(qiáng)科學(xué)儀器設(shè)備及檢測技術(shù)的自主研究開發(fā)和國家標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)量和檢測技術(shù)體系作為科技投入與科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目［7-8］。

我校測控技術(shù)與儀器專業(yè)前身是無損檢測專業(yè)，至今近40年，目前已成為全面、系統(tǒng)培養(yǎng)無損檢測人才的本科專業(yè)。1998年，為了適應(yīng)教育部提出的“厚基礎(chǔ)，寬口徑”的培養(yǎng)目標(biāo)，完成從專業(yè)教育向通識(shí)教育轉(zhuǎn)變的要求，學(xué)校果斷將“電子儀器及測量技術(shù)”專業(yè)并入“無損檢測”專業(yè)，結(jié)合兩個(gè)傳統(tǒng)優(yōu)勢專業(yè)方向的共性，形成如今測控技術(shù)與儀器專業(yè)，始終堅(jiān)持以“培養(yǎng)具有扎實(shí)理論基礎(chǔ)和較強(qiáng)工程實(shí)踐能力的高級(jí)無損檢測技術(shù)專業(yè)人才”作為人才培養(yǎng)目標(biāo)［9］。目前，測控技術(shù)與儀器專業(yè)已經(jīng)成長為國家級(jí)特色專業(yè)、教育部卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃專業(yè)，是“儀器科學(xué)與技術(shù)”江西省一流學(xué)科、無損檢測與光電傳感及應(yīng)用國家工程實(shí)驗(yàn)室、無損檢測技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的主要支撐專業(yè)［10-11］。

1.2 課程現(xiàn)狀分析

由于社會(huì)對(duì)無損檢測專業(yè)人才的需求量較大，對(duì)于無損檢測專業(yè)人才培養(yǎng)，尤其注重學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、獨(dú)立思考和解決問題能力的培養(yǎng)，掌握扎實(shí)的基本功［12-13］，能夠讓學(xué)生畢業(yè)到崗后縮短過渡期，盡快進(jìn)入工程檢測主力隊(duì)伍，無損檢測工藝實(shí)驗(yàn)就是其中重要的一門課程。該課程是測控技術(shù)與儀器專業(yè)（無損檢測方向）的一門主要專業(yè)方向課，包含5大常規(guī)檢測課程以及一些新型無損檢測技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，是從事無損檢測專業(yè)重要理論的鞏固和實(shí)際操作技能的初步訓(xùn)練，是從理論知識(shí)到實(shí)踐應(yīng)用的銜接。在工程教育專業(yè)認(rèn)證評(píng)價(jià)體系中，實(shí)踐課程是培養(yǎng)工程技術(shù)人才的重要環(huán)節(jié)，能夠最直觀地體現(xiàn)目標(biāo)達(dá)成度。本課程按照工程教育專業(yè)認(rèn)證要求［14-15］，并結(jié)合本專業(yè)的特色，確定了以下4項(xiàng)課程學(xué)習(xí)目標(biāo)：

（1）熟悉無損檢測的相關(guān)基礎(chǔ)理論，掌握無損檢測操作的基本過程，了解無損檢測設(shè)備的類型和使用方法，并正確掌握各類無損檢測設(shè)備的基本操作步驟。

（2）結(jié)合實(shí)驗(yàn)加深理解無損檢測的理論運(yùn)用，學(xué)會(huì)解決實(shí)際無損檢測中的常見問題，在學(xué)習(xí)過程中逐步提高無損檢測的缺陷識(shí)別能力，并了解和掌握基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程。

（3）實(shí)驗(yàn)操作時(shí)能夠在符合職業(yè)素養(yǎng)的前提下正確理解實(shí)驗(yàn)意義，并能夠按照相關(guān)的職業(yè)規(guī)范對(duì)無損檢測基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行正確分析。

（4）實(shí)驗(yàn)過程中逐步學(xué)會(huì)以個(gè)人的角度理解無損檢測團(tuán)隊(duì)作業(yè)的重要性，并能夠?qū)ψ陨淼膶?shí)驗(yàn)過程提出基于團(tuán)隊(duì)角度的良好建議。

課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系見表1。但目前該課程的教學(xué)仍然存在如下一些問題：

表1 課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系表

（1）實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍然按照原有的教學(xué)內(nèi)容，以常規(guī)檢測儀器操作與理論知識(shí)驗(yàn)證為主，如掌握超聲檢測儀的參數(shù)測量與設(shè)定方法、使用儀器進(jìn)行典型工件的探測，通過工件檢測驗(yàn)證超聲傳播反射、折射與波形轉(zhuǎn)換等理論知識(shí)，而對(duì)一些新型無損檢測技術(shù)，由于沒有相關(guān)實(shí)驗(yàn)條件，所以涉及較少，很難讓學(xué)生與時(shí)俱進(jìn)地學(xué)習(xí)和體會(huì)新技術(shù)、新方法的特點(diǎn)與優(yōu)勢。

（2）實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中仍然采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，教師按部就班的講解實(shí)驗(yàn)操作步驟和檢測方法，學(xué)生大都是模仿學(xué)習(xí)，很難培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)進(jìn)行創(chuàng)新性探索能力。

（3）實(shí)驗(yàn)課上學(xué)生始終限制在實(shí)驗(yàn)臺(tái)旁，與工程檢測環(huán)境基本脫節(jié)，缺乏綜合性工程實(shí)踐訓(xùn)練，難以培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考和解決實(shí)際工程問題的能力。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)思考與探索

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)思考

無損檢測領(lǐng)域人才培養(yǎng)過程一般分為理論知識(shí)學(xué)習(xí)、檢測技能培養(yǎng)和工程實(shí)踐鍛煉3個(gè)階段，如圖1所示。

圖1 無損檢測人才培養(yǎng)一般過程與內(nèi)容

前兩個(gè)階段分別通過課堂理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)課程完成，工程實(shí)踐鍛煉通常要通過工作崗位實(shí)踐實(shí)現(xiàn)。但是由于社會(huì)對(duì)無損檢測人才需求量較大，而且希望工程實(shí)踐鍛煉時(shí)間減少，盡快成為工程檢測主力成員，服務(wù)社會(huì)，這就給高校培養(yǎng)提出了更高要求，能夠讓學(xué)生在高校就盡早進(jìn)入工程實(shí)踐鍛煉階段。

按照目前的實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容，在教學(xué)資源和實(shí)驗(yàn)條件有限的情況下，學(xué)生很難整體性的接受工程實(shí)踐鍛煉。然而，結(jié)合目前教師結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，具有博士學(xué)歷的教師比例不斷增加，其中許多都承擔(dān)著與工程實(shí)踐密切相關(guān)的科研項(xiàng)目，因此，對(duì)該實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整結(jié)果如圖2所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容調(diào)整結(jié)果

實(shí)際上就是在原來的教學(xué)內(nèi)容中增加一項(xiàng)拓展訓(xùn)練，該項(xiàng)內(nèi)容就是鼓勵(lì)學(xué)生以科研助手的身份參與教師科研項(xiàng)目研究，①可以拓寬視野、豐富知識(shí)面，接觸更多的無損檢測新技術(shù)、新設(shè)備、新方法；②學(xué)生在專業(yè)教師啟發(fā)性指導(dǎo)下，通過問題分析、現(xiàn)場考察、方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)探索、發(fā)現(xiàn)規(guī)律和解決問題等一系統(tǒng)研究過程，對(duì)相關(guān)無損檢測理論知識(shí)的理解更深刻；③可以初步進(jìn)入開展工程實(shí)踐鍛煉，不斷培養(yǎng)自己的獨(dú)立思考能力、學(xué)習(xí)能力、動(dòng)手能力和解決問題能力，積累工程檢測經(jīng)驗(yàn)，提升自信心，還可以提高學(xué)生對(duì)無損檢測專業(yè)繼續(xù)學(xué)習(xí)的興趣。

2.2 教學(xué)模式探索

該實(shí)驗(yàn)課程增加拓展訓(xùn)練內(nèi)容后，需要在學(xué)時(shí)安排、課程內(nèi)容、教學(xué)形式、課程考核結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行調(diào)整。

由于課程總學(xué)時(shí)為48學(xué)時(shí)，為了保證學(xué)生有足夠時(shí)間開展拓展訓(xùn)練，將原先用于介紹各種無損檢測新技術(shù)、新方法的學(xué)時(shí)進(jìn)行調(diào)整，給拓展訓(xùn)練安排8學(xué)時(shí)。這樣安排可以保證儀器基本操作和工件檢測實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本不變，然后按照學(xué)生意愿通過拓展訓(xùn)練有針對(duì)性地深入學(xué)習(xí)一種新技術(shù)和新方法，這樣比原來籠統(tǒng)地介紹有更好的學(xué)習(xí)效果。

拓展訓(xùn)練內(nèi)容是由系里統(tǒng)一向各位教師征集，教師根據(jù)自己的科研項(xiàng)目內(nèi)容，以創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目形式提出相關(guān)拓展訓(xùn)練內(nèi)容，但是必須符合課程教學(xué)要求，涉及無損檢測新技術(shù)和新方法，如漸變直徑管材超聲導(dǎo)波檢測實(shí)驗(yàn)探索、蜂窩結(jié)果復(fù)合材料脈沖渦流檢測實(shí)驗(yàn)研究等，同時(shí)提供現(xiàn)場工程實(shí)踐鍛煉的機(jī)會(huì)。

征集到訓(xùn)練內(nèi)容后，向?qū)W生發(fā)布，由學(xué)生根據(jù)自己的興趣或者簽約單位的行業(yè)特征選擇相應(yīng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。每個(gè)項(xiàng)目不限定人數(shù)要求，教學(xué)形式可以靈活安排，學(xué)生與相應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目責(zé)任教師聯(lián)系，以科研助手身份分散進(jìn)入到各科研實(shí)驗(yàn)室，由責(zé)任教師負(fù)責(zé)指導(dǎo)和安排各項(xiàng)訓(xùn)練內(nèi)容，利用責(zé)任教師具備的實(shí)驗(yàn)條件開展學(xué)習(xí)和實(shí)踐。

最后教師根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行該項(xiàng)內(nèi)容的成績?cè)u(píng)定。因此，對(duì)于整個(gè)課程的考核結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行調(diào)整，原來是5種常規(guī)無損檢測實(shí)驗(yàn)按照1＋2＋3＋4（實(shí)驗(yàn)解說10%、考勤20%、實(shí)驗(yàn)報(bào)告30%和實(shí)驗(yàn)操作40%）模式給出成績后取平均值為最后課程成績，調(diào)整后為9＋1模式，即計(jì)算出的平均值占90%，拓展訓(xùn)練責(zé)任教師成績占10%。

3 拓展訓(xùn)練教學(xué)實(shí)踐案例

3.1 拓展訓(xùn)練過程

3.1.1 項(xiàng)目來源

波形鋼腹板結(jié)構(gòu)超聲相控陣檢測實(shí)驗(yàn)研究是我系教師從承接南昌市建筑科學(xué)研究所委托的科研項(xiàng)目中衍生出的一個(gè)拓展訓(xùn)練內(nèi)容，該研究所在承擔(dān)南昌市朝陽大橋波形鋼腹板箱梁結(jié)構(gòu)的無損檢測中遇到困難時(shí)，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的無損檢測方法都無能為力，因此與我系合作開展相關(guān)新技術(shù)和新方法的探索［16-17］。在該拓展訓(xùn)練中學(xué)生可以通過超聲相控陣對(duì)該復(fù)雜結(jié)構(gòu)的實(shí)踐檢測，了解到超聲相控陣儀器使用方法和相控陣檢測優(yōu)勢，體會(huì)到工程實(shí)踐中可能遇到的實(shí)際困難，從中將得到許多收獲。

3.1.2 問題分析

學(xué)生在接受任務(wù)后，首先由責(zé)任教師召集學(xué)生介紹主要檢測對(duì)象以及采用的檢測方法，并進(jìn)行問題分析，說明檢測的主要難點(diǎn)。波形鋼腹板結(jié)構(gòu)如圖3所示，圖中FD所指位置為波形鋼腹板拼接處焊縫；SY/XY是腹板與翼緣板角接焊縫。其中SY/XY就是本次實(shí)驗(yàn)研究的對(duì)象。檢測困難是在檢測中，探頭只能在腹板上進(jìn)行檢測，而檢測過程中波浪形腹板將給探頭移動(dòng)、檢測靈敏度和分辨率帶來極大影響。因此，采用超聲相控陣檢測技術(shù)，利用其聲束偏轉(zhuǎn)和聚焦特性，控制檢測區(qū)域和范圍，完成對(duì)角接焊縫質(zhì)量檢測的實(shí)驗(yàn)探索。學(xué)生在進(jìn)行問題分析后，必須查閱相關(guān)文獻(xiàn)，進(jìn)一步學(xué)習(xí)超聲相控陣檢測方法，同時(shí)還根據(jù)現(xiàn)有條件，主動(dòng)學(xué)習(xí)使用如圖4所示的相控陣儀器。這樣不僅讓學(xué)生可以深入掌握一種新技術(shù)，而且還可以鍛煉學(xué)生的自學(xué)能力。

圖3 波形鋼腹板結(jié)構(gòu)與焊縫位置

圖4 相控陣檢測儀器

3.1.3 現(xiàn)場考察

為了讓學(xué)生對(duì)波形鋼腹板結(jié)構(gòu)有一個(gè)直觀的感受，專門帶學(xué)生到生產(chǎn)單位現(xiàn)場考察，進(jìn)一步了解產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)加工過程，圖5所示為在生產(chǎn)單位正在加工的波形鋼腹板實(shí)物圖。通過與工人溝通，可以了解材料尺寸、焊接方式、焊接工藝、缺陷類型和取向等信息。

圖5 波形鋼腹板實(shí)物圖

3.1.4 方案設(shè)計(jì)

在獲得以上必要信息后，學(xué)生結(jié)合自己學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，獨(dú)立確定檢測方案。如檢測試樣結(jié)構(gòu)、人工缺陷位置和尺寸、檢測工藝參數(shù)等，可以通過試樣檢測模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)檢測，探索檢測方法與效果。檢測試樣結(jié)構(gòu)如圖6所示，總共制備了5塊，腹板和翼緣板厚度都為22 mm，在每塊試樣中都加工了人工缺陷1～2個(gè)，包括裂紋、未熔合、未焊透3種主要危害性較大的缺陷類型（見表2）。

圖6 波形鋼腹板試樣結(jié)構(gòu)圖

表2 試樣人工缺陷設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1.5 實(shí)驗(yàn)檢測與分析

學(xué)生按照前期學(xué)習(xí)相控陣儀器的操作方法，采用不同的檢測參數(shù)對(duì)波形鋼腹板試樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢測，找到最佳儀器檢測參數(shù)和方法，使得缺陷反射靈敏度和檢測效果最佳。

實(shí)驗(yàn)檢測時(shí)的耦合劑為機(jī)油，按照實(shí)際檢測條件，探頭只能在腹板上進(jìn)行檢測，沿平行焊道方向進(jìn)行檢測。圖7所示為檢測含未焊透缺陷超聲相控陣檢測成像圖，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是在對(duì)各項(xiàng)參數(shù)校準(zhǔn)后獲得的。學(xué)生按照成像圖進(jìn)行分析，根據(jù)波形鋼腹板結(jié)構(gòu)特征和鋼材聲速，對(duì)焊縫根部未焊透缺陷回波進(jìn)行分析并發(fā)現(xiàn)圖像特征具有線狀面積型圖像特征。同樣也對(duì)其他兩種人工缺陷進(jìn)行了檢測，檢測結(jié)果見表3。

圖7 未焊透缺陷超聲相控陣檢測成像圖

表3 超聲相控陣缺陷檢測結(jié)果

3.1.6 實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練總結(jié)

學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)檢測后，按照檢測結(jié)果和分析數(shù)據(jù)對(duì)本次拓展訓(xùn)練進(jìn)行實(shí)驗(yàn)總結(jié)，包括檢測最佳參數(shù)、檢測操作過程、檢測數(shù)據(jù)分析、檢測結(jié)果比較、確定檢測結(jié)論等，并按照工程檢測要求填寫檢測報(bào)告，如圖8所示。責(zé)任教師根據(jù)學(xué)生表現(xiàn)與對(duì)整個(gè)訓(xùn)練的效果進(jìn)行成績?cè)u(píng)定。

圖8 學(xué)生模擬填寫檢測報(bào)告

3.2 教學(xué)成效分析

學(xué)生在完成自己選擇的拓展訓(xùn)練項(xiàng)目后，通過責(zé)任教師指導(dǎo)，經(jīng)過問題分析、現(xiàn)場考查對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的情況進(jìn)行了解，可以拓寬視野，認(rèn)識(shí)到工程檢測問題的發(fā)現(xiàn)與提出過程，并明確解決問題的途徑；經(jīng)過方案設(shè)計(jì)過程，可以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和解決問題能力，提出合理的方案開展項(xiàng)目研究，同時(shí)與項(xiàng)目內(nèi)容類似的同學(xué)共同探討，提升團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)；經(jīng)過實(shí)驗(yàn)探索和總結(jié)，可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、學(xué)習(xí)能力和歸納總結(jié)能力，找到解決問題的關(guān)鍵。

按照該教學(xué)模式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)后，該實(shí)驗(yàn)課程能夠達(dá)到工程教育專業(yè)認(rèn)證所提出的各項(xiàng)指標(biāo)和要求，滿足課程大綱中對(duì)畢業(yè)要求的支撐。

4 結(jié) 語

現(xiàn)代工程教育專業(yè)認(rèn)證更注重學(xué)生創(chuàng)新精神與工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。為了培養(yǎng)出高素質(zhì)無損檢測人才，對(duì)無損檢測工藝實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)進(jìn)行了探索與實(shí)踐，結(jié)合用人單位需求，在課程中新增拓展訓(xùn)練內(nèi)容，學(xué)生通過拓展訓(xùn)練，不僅能幫助解決教師科研項(xiàng)目中的一些工程問題，而且科研積累一些工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提升自己的各項(xiàng)能力。學(xué)生也能找到一定的成就感、滿足感，有利于增強(qiáng)自信心，提高專業(yè)學(xué)習(xí)興趣，帶到今后的學(xué)習(xí)工作中，必將產(chǎn)生積極的效果。

經(jīng)過新的課程教學(xué)的實(shí)踐，學(xué)生工程實(shí)踐能力顯著提高，連續(xù)3年參加由中國無損檢測學(xué)會(huì)舉辦的全國大學(xué)生無損檢測技能大賽，取得了3次團(tuán)體一等獎(jiǎng)和5次個(gè)人一等獎(jiǎng)的好成績。同時(shí)在畢業(yè)生參加各個(gè)相關(guān)工作領(lǐng)域的無損檢測資格取證的通過率逐年提高。就業(yè)率始終保持在98%以上，用人單位對(duì)我系畢業(yè)生非常認(rèn)可，都表示在工作中上手快、接受能力強(qiáng)，且具備一定的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。