《声学检测》 课程线上教学探索与实践

陈振华，帅珍珍，陆铭慧，朱 颖，卢 超,2

(1.南昌航空大学 无损检测技术教育部重点实验室, 南昌 330063；2.赣南师范大学 物理与电子信息学院, 赣州 341000)

无损检测技术能够在不损伤被检件使用性能、形状、内部结构和形态的前提下实现对被检件的全面检查，从而达到了解和评价被检材料、产品和设备构件的性质、状态、质量或内部结构等目的[1-2],其在工业生产、在役检验、物理研究、生物工程等领域获得了高度重视和广泛应用，为适应新材料、新工艺的需求，目前正在迅速发展。南昌航空工业学院(现南昌航空大学)于1986年培养了无损检测专业(当时被列为军工试办本科专业)首届毕业生，并逐步建立了较完善的教学体系。在20世纪90年代，由于教育部对高等院校本科专业目录的调整，无损检测专业被归并到其他相近专业。目前，许多高校均在“本科专业目录”中现有的各种相近专业下开设“无损检测方向”，来培养国家急需的无损检测技术人才，诸如“测控技术与仪器(无损检测方向)”、“应用物理(无损检测方向)”、“焊接技术(无损检测方向)”、“材料工程(无损检测)方向”等[3-4]。

《声学检测》 是南昌航空大学测控技术与仪器专业(无损检测方向)重要的专业方向课之一。在2020年抗击新冠疫情期间， 《声学检测》 教学团队响应国家号召，通过线上教学确保“停课不停学”；教学团队克服困难,坚持不懈，构建了 《声学检测》 课程的线上教学体系。在录制了全课程教学视频的同时，建设和完善了省级超声检测虚拟仿真试验平台，有效地提升了远程实践教学体验，实现了理论课程和实践课程的远程线上教学，并取得了良好的教学成果。

1 课程简介

《声学检测》 课程教材以全国特种设备无损检测人员资格考核统编教材 《超声检测》 为主，配合教师讲义及超声检测新技术自编课件用于无损检测专业的教学工作，课程内容涵盖声学检测的基本方法、检测设备、典型应用、检测标准及检测新方法等[5]。通过课程的学习，学生可掌握声学检测的基本方法和基本应用，了解声学检测新技术。该课程在培养学生声学检测专业基础、综合分析能力、应用能力以及解决实际工程问题的能力等方面占有重要地位。 《声学检测》 线上课程建设的指导思想是以解决学生学习障碍、培养学生自主学习能力为核心，以学生为中心，突出学生的主体地位和教师的主导作用，同时重视学生的线上实践体验。目前， 《声学检测》 线上课程全部64学时的理论课在详细教授声学检测理论知识的同时，还积极引导学生对工程和科研案例进行分析与思考，增强学生的创新实践能力，培养高水平创新型的无损检测高级工程人才。

2 课程混合式教学实施过程及成果

2.1 构建多维教学平台

课程教学团队充分利用网络平台资源，基于超星泛雅平台(学习通)录播、QQ 群讨论、腾讯会议、问卷星(或学习通)等构建线上课程的多维教学平台。充分利用各平台优势特点开展相关教学活动，具体规划为：① 学生通过手机端和计算机端收看课程视频、参与课前测试和问卷以及完成课后作业；② 通过QQ群上传课程资源；③ 通过腾讯会议进行直播授课、疑难解答、案例讨论以及学生答辩等；④ 通过问卷星收集直播授课前后的问题。多维线上教学平台构成如图1所示。多维教学平台既具备稳定、标准化的教学资源，又兼顾教师与学生对各种教学问题的交流互动。该系统从课前准备、课堂教学、课后考核和反思这三大环节对线上教学全过程进行精细化管理，结合工程安全的讨论和研究式的课堂形式，更加高效地开展线上教学活动。

图1 多维线上教学平台构成示意

2.2 完善网络教学过程

线下到线上的改变将师生聚集在网络课程中，师生客观上的直接联系被阻断，易造成教师单向灌输知识、学生被动接受的状况[6]。因此，相比传统线下教学，线上教学过程更加需要周密的教学组织。

线上教学过程由教学环节、考核环节、综合评估以及持续改进等4部分组成，各环节形成闭环反馈系统，促进教学效果的改善，网络教学过程框图如图2所示。

图2 网络教学过程框图

在教学环节中，要求学生通过观看网络视频预习课程内容，采用610个可覆盖课程内容的选择题进行课前测试和问卷调查，使用“学习通”自动统计选择题得分并评价结果；提倡问题式、讨论式的授课方法，根据课前测试和问卷调查结果分析课程难点以调整直播授课内容。例如，在学习第6章“脉冲反射法超声检测通用技术”后，学生已基本掌握超声无损检测技术的一般方法，是开展网络工程研讨活动的良好时机，此时由教师提出工程案例并引导学生分组分析案例，进行网络答辩和讨论。工程案例讨论可有效巩固教学成果，使学生由原来的被动接受知识向主动学习、主动挖掘知识转变，也使教师从原来的单一灌输型教学方式向引导型教学方式转变。除理论课讲授外，课程还依托 《超声无损检测工艺及声场控制虚拟仿真试验》 开展实践教学工作，由此进一步增强和改善教学效果。

考核环节中的考核内容包括课程作业、阶段考核、期末考试、问卷调查等7课程作业通常在课后作业的基础上进行适当“变形”，在紧密联系课程内容的同时加强作业的考核功能；阶段考试主要为期中测试，用于评测中期学习效果；期末考试安排在学完全部课程后，期末考试成绩占学生最终成绩的60%。

最后，综合各种考核手段，按照工程教育认证的课程目标要求分析课程目标达成度，并将其反馈至持续改进机制以对授课过程进行进一步优化和完善。

基于腾讯会议和QQ群的教学界面如图3所示，学生可通过手机端和计算机端学习直播课程，并可与授课老师实时互动。

图3 基于腾讯会议和QQ群的教学界面

设置在学期末的问卷调查取得了一些具有教学指导性的调查结果。例如对于“是否有必要增加超声检测案例式(工程项目)教学内容？”的调查，参与调查的人数为55人，其中78.2%的被调查学生认为有必要(非常有必要占34.5%；有必要占43.7%)，该调查结果进一步证实了引入案例式(工程项目)教学内容的紧迫性和必要性，图4所示为该问题的网络调查结果。

2.3 网络教学资源建设

图5 虚拟仿真试验教学项目场景

教学资源是线上课程教学的基础保障，已建成的课程资源包括理论课授课视频、习题/试题库、工程案例、专家讲座等。声学检测课程经过长期探索形成了教学资源的更新机制，聚焦超声检测发展前沿,不断补充教学素材，使教学内容适应时代发展、常讲常新，更为重要的是，为实现声学检测实践课的线上教学，课程团队开发了名为 《超声无损检测工艺及声场控制虚拟仿真试验》 的虚拟仿真试验教学项目。该项目根据检测对象、检测要求设计检测方法，实施检测过程，严格执行纵波直探头和横波斜探头的标准检测步骤，使学生掌握超声无损检测的操作。同时，在关键检测步骤中穿插检测声场分布特征，直观观察超声波声场的分布特征，明确关键检测参数对检测声场的影响，在深入理解超声波声场特征及其控制方法的前提下获得创造性解决工程问题的能力。南昌航空大学依托该仿真项目已开展了线上实践课的教学工作，2020年该课题已被江西省教育厅认定为省级虚拟仿真试验教学课程。图5所示为该虚拟仿真试验项目部分虚拟教学试验场景，图5(a)所示为检测声场仿真的虚拟试验场景，据此可直观观察和分析晶片直径、频率、阻尼等关键参数对检测声场的影响；图5(b)所示为试验过程的仿真场景，学生在虚拟仿真试验过程中的体验和训练接近于真实的超声无损检测操作。

2.4 教学效果

《声学检测》 线上课程于2020年全面实施授课，参与授课学生人数约为100人，授课对象为测控技术与仪器专业(无损检测方向)本科生(不包括：卓越工程师培养计划单独培养班级)。近3年考试成绩平均分与及格率如图6所示，2018，2019，2020年期末考试成绩平均分分别为63分，61分，65分，及格率分别为0.88，0.83，0.90； 线上课程的教学效果良好，达到了甚至优于往年正常的线下教学效果。

3 结语

(1) 《声学检测》 线上课程整合了网络资源，构建了多维线上教学平台，组成了涵盖课前、课中、课后的全过程稳定的线上教学环境和教学体系；突出学生在教学过程中的主体地位，提升线上课堂师生交流效率和教学体验。

(2) 该课程明确授课过程中工程案例分析和讨论的重要性，使学生由原来的被动接受知识向主动学习、主动挖掘知识转变，使教师从原来单一灌输型教学方式向引导型教学方式转变。

(3) 建成超声无损检测技术的虚拟仿真教学试验项目，开展了线上实践教学活动，实现了线上网络课程从理论到实践的完整授课环节全覆盖，可应用于高校教学和社会培训。

图6 近3年考试成绩平均分与及格率