工业X射线探伤拟真教学体系构建

刘军华

（江苏海事职业技术学院，江苏南京 211100）

0 引言

X射线探伤为利用X射线可穿透物质且在物质中衰减的特性，以发现物质中缺陷的无损检测方法［1］。X射线探伤可检查金属、非金属材料及其制品的内部缺陷，如焊缝中的气孔、夹渣、裂纹及未焊透等体积性缺陷。

射线探伤可直观呈现工件内部缺陷大小和形状，且射线底片可长期保存，成为无损检测技术中首选的工艺方案。射线探伤技术作为产品内部质量检测的核心，承载着优化工艺、降低成本及控制质量的生产重任，广泛应用于诸多生产领域。

但X射线对生物细胞产生生物效应，X射线照射机体后致使组织细胞和体液发生系列变化，从而引发以造血组织损伤为主的放射性损害，对人及生物构成致命伤害。为有效防护X射线对人体及生物的伤害，X射线探伤技能训练必须匹配专业、规范的曝光场所。受安全、环保、经济、场地等诸多因素制约，致使X射线探伤技能实景训练出现瓶颈。此外，X射线底片质量评定需要丰富经验，对师资、底片素材、培训周期等方面均提出了极高的要求。

实践表明，生产领域对X射线探伤人才的需求，重点呈现了X射线探伤机理及检测工艺要素，并将探伤操作工艺以及底片质量评定作为其检测人员的核心技能。如射线探伤Ⅱ级职业资格，要求熟练的检测操作及底片评定技术，人员资格证书的培训、考取也完全与此吻合。

目前，大多设有X射线探伤教学的院校、培训机构，射线探伤技能尚无法实机随意训练，底片评定多处于自主学习层面，致使相关学习、训练无法与生产领域合理衔接。显然，为有效解决X射线探伤损伤及底片评定技术瓶颈，亟须科学合理构建其拟真教学体系，以突破X射线伤害人体瓶颈，实景呈现X射线检测工艺及底片评定，有效服务于生产领域。

1 正确认知虚拟仿真教学体系

虚拟仿真技术为利用计算机创建和模拟现实活动的技术。虚拟仿真教学则为利用计算机组建系统平台，创建各种虚拟现实模拟真实环境，然后根据真实环境理论和操作情景，在虚拟环境中操作、验证、设计及运行等的教学方式［2］。虚拟仿真技术可通过多种媒体手段，实现教学活动的沉浸性和交互性。

X射线探伤涉及高危和极端环境，其拟真教学体系可为学习、训练提供可靠、安全及经济的实验项目，构建X射线探伤拟真教学体系，其核心宗旨是完成真实实验难以实现的教学功能。此外，借助X射线探伤拟真教学体系，能充分调动学习者的听、视、触等感官，接受并反馈知识信息，从而激发学习兴趣和创新意识，提高学习效率和学习者的主观能动性。

1.1 拟真教学体系构建的基本原则

必须紧密结合工程实践能力和职业素养需求，充分体现虚实结合、相互补充，尤其是能实不虚的原则［3］，开发虚拟仿真教学资源，科学合理构建射线探伤拟真教学体系。

1.1.1 严格遵循教育学和心理学客观规律

虚拟仿真教学体系构建，必须以知识点有效应用到现实情景为主线设计学习行为，学习活动应完全建立于现实应用基础之上。虚拟仿真教学体系构建，必须以学习者为核心开展教学活动，重点强调学习者的主观能动性［4］。

虚拟仿真教学应呈现教与学、学与学间的互动，注重理论和实践有机结合。

1.1.2 充分借鉴虚拟及仿真现实的技术特征

摆脱时间及空间束缚，将虚拟教育和现实教育有机融合，实现虚拟实验室、虚拟现场及虚拟场景等，使学习者获得身临其境的感觉［5］。

通过仿真展现理论和实验工艺流程，有效提升知识点认知，规避危险性实验操作，突破X射线对人体损伤瓶颈，提升操作工艺技能。

1.2 拟真教学体系构建及应用瓶颈

随科学技术的日新月异，虚拟仿真技术促进了教学理念、教学手段及学习方法等变革，成为教育发展的必然方向。需要注意的是，作为教学模式变革尝试，拟真教学体系必然呈现出一定程度的应用瓶颈。

1.2.1 虚拟仿真教学软硬件要求较高

虚拟仿真教学需要匹配教学平台，对硬件设施、软件系统及教学主体提出了较高要求，致使建设初期成本较高［6］。

1.2.2 教学主体主导性弱化

虚拟仿真教学活动由系统引导，教学主体地位淡化，致使其积极主动性贫乏，甚至出现对学习过程监督管理不到位。

1.2.3 学习者学习目标可能偏离

虚拟仿真教学大幅提升了学习的主动性及自主性，但必然呈现一定程度的随意性，致使学习活动目的性不清晰，甚至导致理论和实践教学目标脱节。

2 X射线探伤拟真教学体系构建举措

智能制造理念及信息化时代背景下，制造业相关专业教育的生存与发展环境发生根本性变化。鉴于X射线对人体的严重伤害，开发虚拟仿真实验教学资源，构建拟真教学体系则成为X射线探伤实验教学关键所在。

2.1 强化虚拟仿真教学资源的实效性

各维度应高度重视虚拟仿真教学的推广、应用，科学合理制定策略以有效促进相关研究和课题开展。

教育、教学的核心宗旨是为生产领域服务，所以必须正确剖析岗位能力及素质基本要素，以生产岗位技术要求开发教学项目，以生产领域工艺流程整合教学资源，针对职业要素构建考评体系建设方案及优化策略，进而形成完善的虚拟仿真教学体系。其中生产领域参与教学资源开发，与企业共享教学资源，无疑成为教学资源优化、实效的助推剂。

教学资源的教育主体应提升教学理念，持续优化教学手段和技巧，成为教学过程合格的监督者、引导者和管理者。

2.2 X射线探伤拟真教学体系的构建策略

X射线探伤拟真教学体系拟突破射线辐射瓶颈，实现射线探伤实景训练，依照行业标准设计知识体系，建立科学合理的考核机制，开发程序搭建虚拟仿真教学体系有机载体。

（1）厘清工业射线探伤岗位能力及素质基本要素，依托行业标准配置专业知识体系。（2）根据行业资质证书考核规范，构建科学合理的考核体系。（3）依托工业射线探伤工艺流程，搭建虚拟仿真实验体系有机载体。（4）结合实证结果，构建虚拟仿真实验体系持续优化机制。

2.3 X射线探伤拟真教学体系设计

2.3.1 依托X射线探伤工艺流程构建拟真教学体系

X射线探伤拟真教学体系的构建，完全依照工艺流程实施，具体为知识体系、探伤机理、射线探伤操作（开机、训机、参数设置、曝光）、暗室工艺、底片评定等工艺流程。

2.3.2 依托岗位职业要素设计教学项目

工业X射线探伤拟真教学体系依托立体化教学资源，并根据图1所示生产领域职业要素设计、开发教学项目。

图1 X射线探伤职业要素

X射线探伤拟真教学体系教学项目，贯穿设备制造、设备管理维护、射线探伤工艺流程及产品质量管理等诸环节，针对专业知识体系、职业技能、工程能力及综合能力等维度，开发数字化、信息化、立体化教学资源，促进工业X射线探伤教学体系虚拟仿真技术变革如图2所示。

图2 X射线探伤拟真教学体系项目设计

图3为依据现行行业规范NB/T47013.2—2015开发的底片评定练习及校核软件，有效促进了职业技能培训。

2.3.3 立体化教学资源设计开发

（1）X射线探伤实景训练教学资源。

依照典型实机1∶1比例开发X射线探伤仿真系统，系统由X射线探伤仿真装备（FZ3005）、胎架及仿真试件组成，图4为仿真装备实物照片。此外，设计开发X射线探伤虚拟操作系统，完善线上操作训练及考核。

X射线探伤仿真系统可有效克服射线辐射隐患，尤其是无任何废气、废水、废渣及化学品排放。

X射线探伤仿真装备匹配与实机一致的内部结构及操作面板，动态调控操作面板功能按钮，可配合X射线探伤仿真操作，完成操作技能实景训练。借助三轴可移动胎架及试件，射线探伤仿真系统还可模拟不同透照模式。

X射线探伤仿真系统，可实景呈现X射线探伤工艺流程，有效实施射线探伤操作技能训练及考评，与生产领域资质证书培训及考核完全匹配。

（2）暗室工艺资源开发。

依照工艺流程开发的暗室工艺资源，利用互动界面能够有效提升使用者操作技能。

总之，X射线探伤拟真教学资源开发，重点围绕射线探伤工艺技能及质量评定主线，与专业岗位职业技能要求完全匹配。

图3 底片评定、校核软件

图4 FZ3005型X射线探伤仿真装备

3 结语

为满足智能制造理念下人才培养要求，借助虚拟仿真技术优化X射线虚拟仿真教学体系，通过虚拟现代信息化资源与仿真实景训练，实现与岗位技能有机对接，能够大幅提升专业技能训练效果。