浅谈无损探伤中超声检测的教学探索

【摘要】无损探伤是武汉大学面向核工程与核技术系大三学生开设的一门以物理、数学、力学、材料学等课程为基础的专业选修课。其中，超声检测在无损探伤学习中占据极为重要的地位。本文针对这部分内容的教学和学生学习现状，主要从精选教学内容、优化教学方法和改善学生考核方式这三方面进行探讨如何提高教学效果和扩大学生知识面的有效方法，为无损探伤中超声检测的教学改革提供新的思路。

【关键词】无损探伤 超声检测 教学

【基金项目】本文系“武汉大学2017-2018学年实验教学中心开放实验项目”的研究成果。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）50-0246-02

一、引言

无损探伤是在不破坏检测对象使用性能的情况下，对各工程材料、结构件和零部件的质量特性进行有效检验和测试，借以评价它们的完整性、连续性、安全可靠性及其他物理性能[1]，[2]。超声波无损检测因其灵敏度高、指向性好、穿透性强、成本低、操作简单和对人体无害等优点而被航空航天、核工业和石油化工等领域广泛应用于材料缺陷探伤和结构表征。因此，超声检测的教学在无损探伤课程中占据极为重要的地位，与X射线、渗透、磁粉和涡流被称为五大常规无损检测技术，为制造阶段和使用阶段的产品质量安全保驾护航[1]。随着各类新材料和新结构的更新换代，质量、性能和安全要求不断提高，给无损探伤从业人员带来了新的机遇与挑战。因此，该部分课程内容的教学效果直接影响学生无损探伤技术的学习掌握以及今后工作的工程实际应用。目前，无损探伤课程面临着学时被压减、学生对本课程重视程度偏低及学生学习兴趣不高等问题，导致学生在挑选合格产品和检测零部件缺陷等方面的能力明显存在不足。针对这些问题，本文主要从精选教学内容、优化教学方法和改善学生考核方式这三方面进行探讨如何提高教学效果和扩大学生知识面的有效方法。

二、精选教学内容

无损探伤是一门涉及物理、数学、力学、材料学等多门学科的课程，其中超声检测更主要以声学、数学和弹性力学等课程为基础，建议以波动学的传播原理和偏微方程求解波动方程作为超声波基础知识进行讲授，为后续检测原理的学习打下夯实的基础。因本课程的授课对象为核工程与核技术系大三学生，因此建议在简明扼要地阐述传统超声检测应用的基础上，重点讲授超声检测在核电站工程中的应用，特别是针对核电站关键部件的堆焊层、金属焊接、粗晶各向异性和受辐照效应等特殊条件下的超声检测。为学生梳理国内外学者的最新科研动态和工程师们提出的新颖解决方案。引导学生查阅最新科研成果，鼓励学生用已有的知识对现有疑难问题提出自己的见解与看法，激发学生的学习兴趣，提高学生解决实际工程问题的能力。鉴于超声相控阵技术在核电站设备检测中发挥的重要作用，建议使用约3个学时围绕声场分析、超声波传播机制和缺陷识别等问题详细讲授超声相控阵技术，使学生掌握其工作原理和信号处理方法[3]，[4]，[5]。总之，教学内容应做到因材施教，教学内容应紧扣核工程与核技术这一专业特性进行展开。

三、优化教学方法

无损探伤作为核工程与核技术专业的选修课，其课程设置为36学时，传统的课程教学中采用以课本讲授和传授为主，展示实验为辅的教学方法。考虑到超声波是一种现实中看不见、摸不着以及无法听到但却实际存在的声波，实验课是学生对超声波最直接的感性认识。建议增设2个学时的超声实验，使学生掌握超声检测仪的主要性能及仪器与探头的综合性能测试方法，可选择进行“超声检测仪的使用和性能测试”这一实验 [6]，让学生能动手完成超声检测的操作训练，有利于后续缺陷识别理论的学习与理解。实验课的原则是以学生为中心，调动学生对超声检测的学习热情。实验课上教师讲授实验原理和基本操作示范，学生以4人为一组，协同合作完成实验，期间教师以答疑形式纠正不规范操作，从而使学生对超声检测的认知进一步加深。

对于课堂内没有涉及到的实验，学生可以根据课本中的已给实验或者文献里包含的具体案例，通过自主设计实验方案，以小组合作方式制定实验步骤、实施方案和预期结果。期间，教师提供必要的指导。最终以实验报告的形式提交给教师。同时，教师可以鼓励学生将实验内容和结果尝试写成科技论文，以此来提高学生的学习主动性和积极性。对于有科研兴趣的学生，教师可加以引导使其参与到相关超声无损检测老师的科研课题组中，为今后的进一步学习深造和实际工作开拓视野，真正地做到学以致用。

四、改善学生考核方式

闭卷考试是衡量学生对本课程知识点掌握熟练程度的重要标准之一，但不是唯一标准。无损探伤课程考核当前普遍采用平时成绩和闭卷考试相结合的方式。无损探伤課程属于工程应用，其知识点的考查应符合其自身特点。建议增设课程小论文，从而实现课程小论文、平时成绩和期末考试成绩的比重各占20%、20%和60%，用以弥补传统考核方式的不足。平时成绩主要考查学生的平时作业、实验报告和课堂小测试。为保证学生能更好地消化各知识点，建议2次实验报告、8-10次平时作业和3次随堂小测试。根据作者在美国的博士求学经历和带本科生的经验，只有足量的实验、作业和小测试才能更好地覆盖各章节的知识重难点，使学生真正掌握一门课程，而不是仅仅为了考试成绩。

超声检测在无损检测课程中的重要地位决定了其各方面考核应占整个课程比重的50%，建议所增设的课程小论文围绕超声检测展开。结合所学的其他课程，学生自主选择一篇超声检测技术在核电站内应用的前沿英文文献（综述类论文除外）。根据英文文献和他的参考文献完成一篇课程小论文，并要求学生在班上做一份口头报告PPT，用于解释英文文献中所阐述的研究背景、研究对象、解决方案和科研结论，并就所研究的问题提出自己的解决方案。在现有实验条件允许的情况下，教师可鼓励学生大胆实施个人的解决方案。设置课程小论文的初衷是拓宽学生的学术视野和提高学生的口头报告PPT的展示能力。首先，通过查阅前沿英文文献为学生大四毕业论文的写作和今后的研究生学习提供宝贵的经验。其次，大三学生面临的两大选择大致可分为进一步深造和直接投入工作岗位。不管是深造还是工作，口头报告PPT都将是学生们展现个人成果的有力法宝。最后，让听报告的同学有所收获是课程小论文的评分标准之一。因此，增设的课堂小论文不仅能让学生自己获益，同时也可以让教师和其他同学获取新知识。

五、结语

通过精选教学内容、优化教学方法以及改善学生考核方式这三方面的措施来进一步提高无损探伤中超声检测的教学效果和拓展学生的知识面，培养了学生自主获取知识、动手完成实验的能力、独立思考能力和实际解决工程应用问题的能力。这是每一个无损检测人员的必备基本素养。通过超声检测的学习，举一反三，进一步延伸到X射线、渗透、磁粉和涡流的学习，使学生的综合素质得到显著的提高。无损探伤课程教改后，获得学生的一致好评，虽然教学内容和作业比其他课程多，但学生学得很充实。特别是课程小论文的口头PPT展示后的教师和学生们的评语让大家受益颇深。

参考文献：

[1]胡天明.超声探伤[M].武汉：武汉测绘科技大学出版社， 1994.

[2]张俊哲等.无损检测技术及应用[M].北京：科学出版社， 1993.

[3]丁辉.计算超声学——声场分析及应用[M].北京：科学出版社，2010.

[4]L. Satyanarayan， C.Sridhar，C.V.Krishnamurthy，K.Balasubram？鄄aniam，Simulation of ultrasonic phased array technique for imaging and sizing of defects using longitudinal waves[J]. Pressure Vessels and Piping， 2007， 84（12）：716-729.

[5]R. J. Huang， L.W. Jr Schmerr， A.Sedov，Modeling the radiation of ultrasonic phase？鄄array transducers with Gaussian beams[J].Ultrasonic， Ferroelectrics and Frequency Control， 2008， 55（112）：3692-3702.

[6]郑晖，林树青.超声检测[M].北京：中国劳动社会保障出版社， 2008.

作者简介：

胡平（1984-），女，江西南丰人，武汉大学动力与机械学院材料工程系讲师。