金属材料工程专业的无损检测课程教学改革探讨

韦莉莉 黄宏锋 秦芳诚 刘崇宇 刘淑辉

摘 要：本文针对金属材料工程专业特点分析了无损检测课程教学现状及存在问题，结合教学内容和培养目标，从课堂教学、实验教学和实践教学等三个方面分别提出教学改革方案，以提高该课程学生参与度和主动学习能力，为培养兼备扎实的无损检测理论知识和实践能力的金属材料行业从业毕业生提供参考。

关键词：金属材料工程;无损检测;教学改革;实践和创新能力

Teaching Reformof Nondestructive Testing Course

in Metal Material Engineering Specialty

Wei Lili Huang Hongfeng Qin Fangcheng Liu Chongyu Liu Shuhui

College of Materials Science and Engineering，Guilin University of Technology GuangxiGuilin 541004

Abstract：Based on the characteristics of metal material engineering，this paper analyzes the teaching status and existing problems of nondestructive testing course.Combined with the teaching content and training objectives，this paper proposes teaching reform schemes from three aspects，namely classroom teaching，experimental teaching and practical teaching respectively，in order to improve participation and active learning ability of students in this course.This provides a reference for the training of metal material industry graduates having both solid theoretical knowledge and practical ability of nondestructive testing.

Keywords：Metal material engineering;Nondestructive testing;Teaching reform;Practice and innovation ability

制造業是立国之本、强国之基，在国民经济和中华民族伟大复兴中具有十分重要的战略地位。根据制造强国的基本方针，要坚持把质量作为建设制造强国的生命线，坚持把人才作为建设制造强国的根本。金属材料工程专业的人才培养也应该符合国家发展的需求，不仅需要培养学生掌握金属材料科学与工程专业知识及基本技能，同时还应该具备创新等高综合素质[1]。目前，在工程教育专业认证的国际背景下，我国工程教育、技术人才存在与国际接轨的必然要求，对金属材料工程专业的人才培养、教学内容与教学体系模式等提出了更高要求，以期望学生可在金属材料加工、冶金等领域从事技术开发、工艺和设备设计、工程设计与技术改造等方面工作的复合型人才[2]。基于此，我们在金属材料工程专业的课程教学中不断改进教学内容和教学方法，本文以材料无损检测课程为例，探讨该课程在面向本专业学生教学过程中可以采取的教学改革措施及成效。

一、课程现状和存在问题

无损检测技术可在不损伤或不破坏被检测对象的前提下，对结构或材料的缺陷、损伤和微结构等质量和性能参数做出定性和定量评定，因而在建筑、航空、交通等领域受到欢迎，特别是随着现代工程技术向大尺寸、高精度结构件发展，该技术在实时检测工程质量等方面发挥了重要作用[34]。对金属材料工程专业的学生而言，掌握该技术可以有效增强学生就业竞争力，是一门专业技术必修课程。由于材料的组织与性能特点是无损检测技术的基础，该技术与材料科学与工程学科关系紧密，因此本课程主要的教学目的是使学生了解典型的无损检测知识，掌握无损检测技术的原理、方法、设备及其实际应用，能够正确进行无损检测方法和检测工艺的选择与设计，为应用这些技术从事开发和研究工作打下基础。但由于该课程具有理论性和实践性强的特点，在教学过程中存在一些问题，主要涉及课堂教学、实验教学和实践教学三个环节：

（1）无损检测技术丰富多样化且呈现不断更新的趋势，涉及的理论知识多而抽象，但由于学时的限制会出现学生对知识的理解不深刻和不充分等问题，一方面需要对典型常规技术的课堂教学内容进行选择与优化。另一方面还要增加新技术新思想的教学，另外，常规技术和新技术的教学内容复杂程度不同，需要针对不同的检测技术进行课堂教学方法改革，以提高学生对理论知识学习的兴趣和主动性。

（2）无损检测技术的操作和应用性强，只强调课堂教学无法实现学生应用能力的培养，因此需要对实验教学进行规划和改革，通过实验和实际操作等手段培养学生兴趣，提高学生动手能力，真正实现理论学习与实际应用相结合。

（3）无损检测技术是本专业学生就业的重要技能之一，但传统的课堂教学无法提供足够的实践锻炼，也不利于培养学生面对实际问题的解决能力，需要增加实践教学环节，提高学生应用和创新能力，为毕业和就业提供扎实的能力保证。

二、课堂教学改革与实施

无损检测课程系统介绍典型无损检测方法基本原理和主要设备构成，对比分析在不同应用条件下不同检测方法的适用性和局限性。教学内容上可以采用的改革措施有：

（1）常规无损检测技术的教学可根据金属材料的特点进行教学内容的选择和优化。例如，超声波检测和射线检测的应用较为广泛，是本课程的教学重点，相比较而言，涡流检测方法原理较抽象，教学学时安排通常较少。但是，涡流检测方法适合于各种金属材料，并且更容易实现检测自动化，特别是对管材、棒材和线材有很高的检测效率，因此，面向金属材料工程专业的学生可增加相应的教学学时。磁粉检测和渗透检测的技术原理相比其他技术较容易，课程教学应该着重于检测现象的分析，并且重点结合材料科学基础知识对检测结果进行分析，例如渗透检测技术进行铸件检测时，由于铸造常见气孔、疏松、非金属夹渣、裂纹、冷隔等缺陷，需要结合铸造相关知识判断渗透检测的显像属于何种缺陷类型。此类教学内容的优化加深了该课程与其他专业课程的联系，有利于提高学生的专业学习积极性，增强学生对本专业各课程的兴趣。

（2）现代新检测技术的教学可根据金属材料目前在航空航天、交通运输、石油化工等领域的快速发展进行教学内容的补充，例如激光全息无损检测、微波检测法、声发射检测技术、红外无损检测等技术。在讲授过程中注重引用新型无损检测技术的应用实例，例如激光全息无损检测技术对蜂窝夹层结构、复合材料的缺陷具有很好的检测灵敏度，微波检测技术特别适合对航空航天用的复合材料工件进行检测，声发射检测技术适合用于焊接接头质量、压力容器在役状况等方面检测，红外无损检测技术在热加工、电器设备、换热器、电子产品等方面具有较大的检测优势。

根据教学内容的调整，教学方式应该采用“以学生为中心”的教学模式。例如，常规无损检测技术的教学可预先布置教学预习，课堂上多采用问题教学、小组讨论等互动模式，吸引学生的注意力;现代新检测技术的教学可采用自主选题、小组汇报的模式，鼓励学生收集新检测技术的应用实例，既提高学生的参与度，又通过实际应用例子激发学生的兴趣，通过自主学习增强学生收集资料和总结的能力。

三、实验教学改革与实施

实验教学是非常重要的教学环节，实验教学应该以有效锻炼学生的实践动手能力，强化课堂教学内容为教学目标[5]。无损检测技术是现代材料和工程质量检验的重要手段，该课程的学习内容具有较高的应用性，更需要重视实验教学环节的设计与改革。为了促使学生将所学课堂知识向技能转换，切实提高分析和解决实际问题的能力，该课程可增加无损检测仪器使用的验证性实验教学环节，特别是一些便携式、体积较小的仪器设备的操作和使用，例如，超声检测、涡流检测和磁粉检测等仪器的使用方法。在实验教学过程中，结合仪器的构造、组装、使用方法进行演示，加深学生对该技术原理和工艺流程的整体认识。例如，超声检测和渗透检测等技术在课堂教学中主要侧重于原理的讲解，通过实验教学使得学生对检测过程中材料表面预处理和检测前仪器的校正有更深的了解，例如超声检测、涡流检测和磁粉检测都需要利用标准试块、标准试片对仪器进行校正和参数选择，并且针对不同的检测对象，如管材、铸件，每种检测技术的标准试块和试片都有不同的要求。通过标准试样的演示操作，让学生进一步掌握这些典型无损检测的表面预处理、检测标准和规范、后处理等环节。

另外，为了帮助学生更好地联系金属材料专业的材料基础学习内容，还可设计综合性实验，例如通过磁粉检测技术检测焊接钢板表面焊接裂紋、气孔等缺陷，通过磁粉检测技术检测疲劳微裂纹、淬火裂纹、锻造裂纹等缺陷，通过超声检测技术检测铝合金板材内部夹渣、疏松、裂纹、气孔等缺陷。利用实际试样进行实验教学，增加了学生对复杂问题的思考，也避免采用标准试样进行实验教学时每组学生的实验数据重复率高的问题。在综合性实验教学实施中，学生对仪器设备和试样的研究兴趣较高，通过实验的操作和现象的分析，将抽象的无损检测技术原理与实际设备、材料加工和性能联系起来，加深了学生对所学知识的理解。

四、实践教学改革与实施

实践教学是金属材料专业培养中的重要教学环节。在本课程的教学中，可面向金属材料工程专业的学生开设适合的实践教学训练[6]。在实践教学过程中，充分利用学校、企业联合建立的实习基地，有效加强学生接触生产实际的训练。例如，参观企业质量检测生产线，了解无损检测技术在实际生产过程中的应用，也使学生通过了解企业生产模式来获得就业指导，增强对无损检测技术的学习兴趣，并且通过和企业技术人员的交流，增强学生自主发现问题和寻求解决问题的能力。通过实践教学环节，真正提高学生的就业竞争力，培养适应社会发展需求的学生。对于一些特殊的无损检测技术，由于新颖性或者设备规格无法进行实践教学，可以通过虚拟仿真、视频教学等技术进行模拟，增加学生学习的趣味性[7]。另外，学生还可以参与教师的省级、校级科研课题、大学生创新创业训练等项目，通过选择无损检测技术对新材料新构件进行检测，亲身体验无损检测技术的设计和应用，锻炼学生团队协作精神、创新思维和创新意识，通过科研、竞赛等环节激励学生的专业自豪感。

在该课程的实践教学过程中，要坚持以学生为主体，重点培养学生的自主学习能力，教师引导学生自己提问、自己解决，鼓励学生创新提问、积极动手操作。实践教学的考核机制要进行改革，实践教学的考核可以选择课程设计、报告、小论文等形式，要求学生根据自己兴趣自行选题，通过参观交流、动手操作、查找资料等环节寻找答案，完成无损检测技术的设计和应用。实践教学过程中注重考核学生学习态度、动手能力、思考能力和团队合作精神。考核内容除了实践过程的记录，还应该增加实践过程的分析和思考，对具有创新思路的实践报告增加成绩权重，鼓励学生结合实际提出创新思想。

结语

作为金属材料工程专业学生的一门重要专业课程，材料无损检测课程由于具有理论性和实践性强的特点，为了让学生达到既理解无损检测技术的原理、方法，又掌握相关的设备及实际应用的目的，需要对该课程教学方法进行改革。根据金属材料工程专业的特点，该课程可以从课堂教学上对常规无损检测技术和现代新检测技术的教学内容进行调整优化，并且针对性地采用不同的教学模式;从实验教学上增加仪器使用实验和验证性实验;从实践教学上可通过参观企业生产流程、虚拟仿真练习、视频等方法进行教学。这些教学改革方法和措施可更有效提高学生课堂学习参与度和主动学习能力，培养学生实践应用能力，为学生毕业就业后切实应用无损检测技术从事金属材料相关的开发和研究工作打下基础。

参考文献：

[1]刘金明，曹瑛.多因素嵌入提升大学生创新能力——以金属材料工程专业为例[J].教育，2020（18）：40.

[2]秦芳诚，亓海全，韦莉莉，等.地方高校金属材料加工学科发展思考与改革模式探索[J].高教学刊，2021（08）：129132.

[3]王自平，郝东晖，熊禧强，等.结构无损检测课程混合教学模式探索与改革[J].科技视界，2021（06）：8284.

[4]朱新杰，李小梅，蒋亮，等.基于强化实践能力的无损检测教学研究[J].山东化工，2020，49（04）：221222.

[5]杨霞，刘崇宇，蓝贵文.创新实践型人才导向下的理工类专业教学模式研究与实践[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2018（01）：7475.

[6]黃宏锋，韦莉莉，亓海全，等.基于实践和创新能力培养的金属材料工程专业课程教学改革[J].科技视界，2019（34）：6364.

[7]秦芳诚，李义兵，黄宏锋，等.金属冶金工程材料制备技术教学改革与虚拟仿真实习创新[J].科技视界，2018（01）：119182.

[8]孟征兵，李义兵，肖超，等.冶金工程专业学生创新能力培养的虚拟教学研究[J].广东化工，2018，45（01）：207208.

基金项目：桂林理工大学教学改革工程项目（编号：2020B57、2019B07）

作者简介：韦莉莉（1985— ），女，汉族，广西北海人，博士，讲师，研究方向：金属材料工程。