龍興燦 張玲 黃燕

摘? 要? 針對無損檢測技術新興課程進行課程開發(fā)，設計無損檢測模型，利用在線開放課程教學平臺資源，對該課程進行線上線下混合式教學：在課前發(fā)布學習任務，引導學生預習；課中講解演示，安排學生進行檢測操作并上傳試驗報告；課后測試鞏固知識，提高教學效率，增強教學效果。

關鍵詞? 無損檢測技術；混合式教學；教學資源；檢測模型；在線開放課程教學平臺

中圖分類號：G712? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）18-0043-05

0? 引言

新冠肺炎疫情防控措施中不聚集、保持社交距離的要求，對教學造成極大影響。2020年以來，各院校大力開拓并推進網絡教學和線上線下混合式教學：線上教學是教師利用網絡教學資源，引導學生在線自主學習；線下教學是教師在課堂上面對面指導學生學習[1-3]。

目前，混合式教學主要有三方面的研究。

1）混合式教學模式研究，例如：于歆杰[4]總結了與混合式教學相關的投入和產出等六對關系；沙景榮等[5]研究混合式教學中教師支持策略；劉東等[6]通過對慕課運行期間各影響因子的研究，確定教師和學生兩個層面影響因子占比。

2）混合式教學應用研究，例如：陳曉娜等[7]、柳杰[8]、張朋艷[9]對某課程進行線上線下混合式教學研究。

3）教學效果分析研究，例如：呂鳳嬌等[10]、胡崗[11]對線下教學和混合式教學效果進行比較。

以上研究均在內地高校，學生漢語基礎較好的教學環(huán)境中進行，而本文在少數(shù)民族學生占比較大的學院對混合式教學進行研究。

受新型冠狀病毒疫情影響，筆者參與了全國交通運輸職業(yè)教育教學指導委員會的援疆行動，赴新疆交通職業(yè)技術學院支教，借助在線開放課程教學平臺，開展無損檢測技術課程教學。設計無損檢測教學模型，建立“以學生為中心、任務驅動、以立德樹人為根本”的線上線下混合式教學新體系，在無損檢測技術課程中進行探索和實踐，取得較好的效果。

1? 教學背景

混凝土結構是道路橋梁、港口等交通設施中應用最廣的一種結構形式?；炷两Y構在結構重力等永久作用、車輛行人等可變作用、地震等偶然作用下可能產生結構損傷，而凍融循環(huán)、干濕循環(huán)、化學腐蝕、碳化風化等外界環(huán)境因素也會對混凝土結構的耐久性產生一定影響。因此，橋梁等建筑物在營運期需要進行定期檢測，對結構損傷、混凝土耐久性、劣化的范圍和程度以及發(fā)展趨勢進行評估，并進行養(yǎng)護與維修加固。

無損檢測是指在不對結構造成破壞的條件下，測試與目標技術狀況有直接或間接關系的光、聲、電、熱、磁等物理參量，通過該物理參量變化來推定結構目標缺陷位置、大小、形狀等物理狀況并進行評價[12]。無損檢測技術是一門新興課程，原為公路工程檢測技術課程中的一部分教學內容，隨著檢測方法與設備的發(fā)展，許多院校將無損檢測技術設置為一門獨立的課程。公路工程中常用的無損檢測方法見表1。

混凝土結構的無損檢測方法主要是采用機械波、電磁波（雷達）等方法對混凝土結構進行間接檢測[13]，具有原理相對抽象、影響因素多、檢測結果分析難度大等特點，且檢測儀器均為電子產品，儀器操作與參數(shù)輸入也較煩瑣復雜，學生學習難度較大。筆者所授課的班級，少數(shù)民族學生比例達78%，普通話水平較低，對教師講授的理論知識理解較為困難，加上疫情防控工作的影響，教學進度滯后，有效課時緊張。基于班級學生的學情特點，為了讓學生在有限的課時內能熟練掌握無損檢測技術課程的學習內容，筆者利用在線開放課程教學平臺，根據(jù)學院既有實訓設備和實物模型等實訓條件，開展混合式教學。

2? 教學內容設計

無損檢測技術是一門實踐性和應用性較強的新興專業(yè)課程，課程的總體設計以“項目導向，任務驅動”為教學理念，把理實一體化、校企合作教學模式作為教學改革的切入點。教學內容以交通運輸部公路水運檢測師（助理師）資格證考試大綱、《沖擊彈性波理論與應用》和《教育部關于印發(fā)<中小學教材管理辦法><職業(yè)院校教材管理辦法>和<普通高等學校教材管理辦法>的通知》（教材〔2019〕3號）為指導，按照以“做”為中心的教學做合一原則編制。經科學分類和適度組合，將教學內容分為混凝土缺陷檢測等三大無損檢測項目，見表2。

3? 檢測模型設計

檢測模型分為混凝土缺陷模型、鋼筋混凝土模型、錨桿模型三種?；炷寥毕菽Ｐ托韪鶕?jù)檢測需要進行設計施工，其他模型為實物，可向施工單位訂購。無損檢測的實操訓練，2人/小組進行操作儀器、數(shù)據(jù)采集和記錄實訓。因此，分成6人/大組，每個班級學生人數(shù)按35人計，所需設備與模型數(shù)量見表3。

3.1? 混凝土厚度與缺陷設計

假定板狀混凝土結構物為理想彈性體，沖擊錘在其表面敲擊，將在混凝土結構物內部產生P波、S波和R波三種不同形式的彈性波，其中P波波速與混凝土強度之間有較好的相關關系。彈性波在混凝土內傳播時，在邊界（或缺陷）界面處發(fā)生反射（見圖1），其反射取決于界面處的兩種不同材料的聲阻抗率Zi。結構混凝土厚度（或缺陷位置）可按以下方法計算。

3.1.1? 時域法

較厚的混凝土構件，其底部信號與激發(fā)信號分離（見圖2），可直接讀取波的反射時間，根據(jù)式（1）或式（2）計算出混凝土厚度或缺陷頂面位置。

式中，H1為結構混凝土厚度（m），H2為缺陷（頂面）深度（m），v為混凝土波速（m/s），t1為波抵達結構底部并返回的時間（s），t2為波抵達缺陷頂部并返回的時間（s）。

3.1.2? 頻域法（IE法）

由于彈性波波長較長（米波），當混凝土結構厚度（或缺陷位置）小于波長的結構物，在時域上，激發(fā)信號與反射信號往往交織在一起，因此需利用傅立葉轉換（FFT）、頻譜分析（MEM）等手段對接收信號進行分離。彈性波在結構底面反射產生峰值，而缺陷處產生的反射將出現(xiàn)新的頻譜峰值（見圖3），其峰值處的時長即為時間t1（或t2）。

用IE多點掃描則可分析缺陷在某掃描軸線上的位置（圖4）。在厚度較薄的結構中，缺陷使底部的反射時間延長。

3.2? 裂縫深度設計

裂縫深度檢測可采用相位反轉法，將激振點與接收點沿裂縫兩側等間距布置（見圖5），擊振產生的彈性波在混凝土結構中傳播，彈性波在裂縫末端端點處將產生衍射。當傳感器到裂縫距離L小于裂縫深度H時，衍射角向下，此時接收信號的初始相位為同相（見圖6a）；當傳感器到裂縫距離L大于裂縫深度H時，衍射角向上，此時接收信號的初始相位為反相（見圖6b）。因此，當首波相位反轉臨界點為L=H時，則可以確定混凝土的裂縫深度。與超聲波等裂縫深度測試方法相比，無須通過試算，簡單直觀，且精度較高。

最終，將大小和位置不同的混凝土缺陷、裂縫深度、結構厚度結合在同一混凝土結構模型中，見圖7。

4? 線上教學資源建設

建設線上資源的基本原則是降低學生認知負荷、激發(fā)學生自主學習興趣，其表現(xiàn)形式應多樣化。教學平臺利用學習通，主要線上資源如下。

4.1? 教學文檔與教學視頻

編制相應的講義和PPT，盡量圖文并茂，多采用彩圖、動圖，生動活潑，增強趣味性與可視性。針對每個教學任務，教師錄制10 min左右的精華版教學視頻，根據(jù)少數(shù)民族學生漢語水平低的特點，視頻語速要慢，最好配字幕。將以上資源發(fā)布到在線開放課程教學平臺上。

4.2? 實訓任務書

無損檢測主要是彈性波、超聲波、雷達波、磁法、電法等參數(shù)的檢測，檢測儀器均為電子產品，廠家、檢測任務、儀器操作方法各不相同。每個實操任務都編制實訓指導書，包含試驗檢測規(guī)范、檢測步驟、儀器操作方法、試驗報告格式等內容。資源中還有實操微視頻，便于學生在實操過程中自行查閱。

4.3? 考核評價

考核評價由簽到、討論、觀看視頻等活躍程度，實訓報告小組互評成績，在線測試三個部分組成。在線測試分為預習自測、單元測驗、期末考試三種，題目根據(jù)公路水運工程試驗檢測人員考試的題型和分值比例進行編制，分為單選題、判斷題、多選題和綜合題四種類型。其中，自測題一般五題左右，為學習內容提綱，在預習后測試該任務主要內容，不計分；測驗題為該任務中的重點與難點知識，根據(jù)該任務在課程中的重要性（權重），一般為10～20題；期末考試可利用考試題庫中的題目單獨組卷。

4.4? 其他拓展知識

案例庫中，每個任務收集多個工程中的實測案例，根據(jù)工程概況和實測數(shù)據(jù)，對檢測結果進行分析。閱讀資源庫為檢測網站、微信公眾號關聯(lián)的檢測資訊、工程時事等，提高學生學習興趣。

5? 教學單元設計與實施

科學合理的教學設計能最大限度地克服在線學習的局限性[14]。無損檢測技術教學單元設計遵循職業(yè)教育的基本原則，見表4。根據(jù)疫情防控期間新疆交通職業(yè)學院的教學安排和少數(shù)民族學生學習特點，教學單元設計方法見圖8。

5.1? 課前布置任務、引導自主學習

課前主要是線上教學環(huán)節(jié)，一般學生能在30 min內完成。教師及時發(fā)布學習任務通知，通知中包括應觀看的教學視頻和實操視頻、需要學習的教材重點內容和PPT以及需要完成的自測題，還包括本次課的實訓室名稱、需攜帶的計算器等工具、試驗準備內容和需要領取的儀器名稱等，有效地增強見面課的課堂呈現(xiàn)效果，體現(xiàn)任務驅動式教學。

教學目標中，提出本任務的重點和難點，有利于學生在學習講義和PPT的過程中分配注意力和時間。教學視頻注重檢測原理、重點與難點等理論知識的講解，而操作視頻側重試驗操作流程及注意事項（難點），學生可結合自身需求控制學習進度，可反復學習某個知識點，也可跳過某個知識點。學生預習教師布置的教學任務后，還需完成在線自測，在討論區(qū)與教師和同學一起交流和答疑。同時，教師根據(jù)學生學習情況進行指導和監(jiān)督。

5.2? 課中突出重點、實操互評

課中遵循以學生為中心的原則，教師講解無損檢測原理并簡單演示檢測過程，隨后讓學生進行檢測實操，然后提交試驗報告并互評。教師先講解“彈性波法檢測混凝土厚度”教學任務中的重點與難點、演示檢測過程，給學生分組，安排檢測任務；然后讓學生領取儀器，對混凝土實物模型進行混凝土厚度檢測。在實操過程中，學生需要去查閱試驗操作規(guī)范資料并觀看試驗實操微視頻，認真操作，才能取得更好的成績。

學生對試驗數(shù)據(jù)進行分析并填寫試驗報告，將報告拍照后上傳到教學平臺。學生分組，組與組之間進行討論和互評，通過討論和互評使他們發(fā)現(xiàn)自己對知識理解的盲區(qū)以及試驗操作或數(shù)據(jù)處理中的錯誤，從而進行針對性復習。

5.3? 課后鞏固與提高

課后，學生需要對已學知識進行鞏固和提高，主要是進行該檢測任務的在線測試。教師針對該任務的重點與難點以及學生容易出現(xiàn)盲區(qū)的知識點出題，比如彈性波的檢測混凝土厚度原理、檢測結果分析等內容，使教學活動更加具有針對性。無損檢測案例庫收集工程實測數(shù)據(jù)，提供一些典型的特征波形供學生進行分析，可提高學生對工程實踐試驗檢測數(shù)據(jù)的分析能力。

6? 結束語

針對無損檢測技術新興課程，根據(jù)工程實際情況設計混凝土結構厚度、缺陷、裂縫模型以及混凝土梁、錨桿等實物模型，合理配置工位及儀器臺套；在教學平臺上配置講義、PPT、微視頻等教學文件，可供學生學習與討論；布置實訓任務書、隨堂練習、考核等，為學生提供練習與考核。遵循職業(yè)教育的基本原則，并將課程單元設計分成課前、課中、課后三個教學階段。無損檢測技術采用項目化教學方式，先是進行任務驅動（布置實訓任務），然后開展理實一體化教學（學生自學檢測理論，教師答疑，然后進行試驗檢測實訓）的線上線下混合式教學。教學中運用翻轉課堂等教學理論，采用以學生自主學習為中心的課程教學方式，從而提高學習效率和教學質量。

參考文獻

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*基金項目：全國交通運輸職業(yè)教育科研項目援疆項目（2020GJ604）。

作者：龍興燦，南京交通職業(yè)技術學院，副教授，研究方向為道路橋梁工程試驗檢測、評定、養(yǎng)護與加固；張玲，新疆交通職業(yè)技術學院（831400）；黃燕，南京交通職業(yè)技術學院（211188）。