中圖分類號:G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:2096-000X(2025)14-0142-04
Abstract: This paper deals withthereformsand practices onthe materialsselection,teaching content,and teaching methodsof thephysicalpropertyanalysisandon-destructivetestingcoursebasedontheconceptofproject-basedteachingmethodThisarticle elaboratesontheapplicationofproject-basedteachingmethodintheteachingofphysicalpropertyanalysisandnon-destructive testing courses,explorestherelevantisuesthatneedtobepaidatention toandsolvedinproject-basedteachingincourseteaching summariestheadvantagesofproject-basedteachingmethodincultivatingstudentsvariousabiliesincourseteachingandthe requirementsofteachers'ownknowledgelevelstructure.Throughtheimplementationofthenewproject-basedteachingmethod,the mutualcoordinationofknowledgetransmision,abilitycultivationndvalueguidanceforstudentscanbeachievedinthecourse teaching processand then providing certain ideas and references for the construction of other practical courses.
Keywords:physical propertyanalysis;non-destructivetesting;teaching mode;poject-basedteachingmethod;curiulum revolution
無損檢測技術(shù)是以不損害被檢測對象的使用性能為前提,應(yīng)用多種物理原理和化學(xué)現(xiàn)象,對各種工程材料、零部件、結(jié)構(gòu)件的組織缺陷進(jìn)行有效的檢驗和測試,借以評價它們的連續(xù)性、完整性、安全可靠性及某些物理性質(zhì)的技術(shù)[1-4]。無損檢測技術(shù)往往與失效分析聯(lián)系在一起,具有顯著的實踐屬性。在無損檢測技術(shù)的教學(xué)方面,以無損檢測為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索,目前可以發(fā)現(xiàn)湘潭大學(xué)、常州大學(xué)等單位開設(shè)的無損檢測技術(shù)課程,大連理工大學(xué)開設(shè)的無損檢測新技術(shù)課程以及南京農(nóng)業(yè)大學(xué)開設(shè)的食品物性與無損檢測課程等。
作為一門為哈爾濱工程大學(xué)材料物理專業(yè)學(xué)生開設(shè)的專業(yè)選修課程,物性分析及無損檢測課程內(nèi)容包括物性分析部分和無損檢測技術(shù)部分。課程的常規(guī)授課方法是先介紹材料的各種物理性能(主要包括熱學(xué)、電學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)等五種),為學(xué)生理解無損檢測技術(shù)原理、技術(shù)發(fā)展提供理論支持,為無損檢測技術(shù)部分提供物理基礎(chǔ)。但是目前該課程在教學(xué)過程中存在以下一些問題:本課程具有較強(qiáng)的實踐屬性,將技術(shù)和理論割裂開來進(jìn)行分階段講述,不利于學(xué)生對課程知識的理解和掌握;無損檢測技術(shù)豐富多樣且呈現(xiàn)不斷更新的趨勢,涉及的理論知識多而抽象,由于學(xué)時的限制會出現(xiàn)學(xué)生對知識的理解不深刻和不充分等問題;無損檢測技術(shù)的操作和應(yīng)用性強(qiáng),只采用課堂教學(xué)無法實現(xiàn)學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng);傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方法無法為學(xué)生提供足夠的實踐鍛煉,不利于培養(yǎng)學(xué)生面對實際問題的解決能力?;谝陨蠁栴},對物性分析及無損檢測課程教學(xué)來說,一方面需要對典型常規(guī)技術(shù)的課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化,增加實踐或模擬實踐教學(xué)環(huán)節(jié),提高學(xué)生應(yīng)用和創(chuàng)新能力;另一方面需要提高學(xué)生對理論知識學(xué)習(xí)的興趣和主動性,但是常規(guī)技術(shù)和新技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容和復(fù)雜程度不同,需要針對不同檢測技術(shù)進(jìn)行課堂教學(xué)方法的變化。因此,對物性分析及無損檢測課程進(jìn)行改革勢在必行。然而,通過前期的調(diào)研發(fā)現(xiàn),目前能找到的基本都是針對無損檢測技術(shù)課程相關(guān)的教學(xué)改革方案和措施3-4,無法為物性分析及無損檢測課程提供直接的借鑒或參考。
項目教學(xué)法是一種師生通過共同實施一個完整的“項目\"工作而進(jìn)行的教學(xué)活動[5-8]。該方法最早起源于18 世紀(jì)歐洲,在 20 世紀(jì)中期正式提出了“The projectmethod\"的概念,即項目教學(xué)法。其最顯著的特點是“以項目為主線、教師為引導(dǎo)、學(xué)生為主體”,改變了常規(guī)的“教師講,學(xué)生聽\"的教學(xué)模式,形成了學(xué)生主動參與、互相協(xié)作、探索創(chuàng)新的一種全新教學(xué)模式8-。其中,葉飛等結(jié)合工科實驗教學(xué)的特點,提出了項自教學(xué)法在實驗教學(xué)中應(yīng)具備開放化、系列化、模塊化、個性化、規(guī)范化和信息化等6個核心要素。作者以材料科學(xué)與工程專業(yè)能源材料系列實驗為例,圍繞實驗項目準(zhǔn)備、執(zhí)行和評價3個階段,詳細(xì)說明實驗項目的設(shè)計和準(zhǔn)備、管理和指導(dǎo)、評價和反思等教學(xué)實施過程,闡明上述核心要素在實驗教學(xué)中的指導(dǎo)作用。郝德勇等采用項目化教學(xué)法對數(shù)控專業(yè)教學(xué)進(jìn)行了探索與實踐,結(jié)果表明,項目教學(xué)法通過將理論教學(xué)和實踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合,提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性,挖掘了學(xué)生的潛力,讓學(xué)生體會到學(xué)習(xí)的樂趣,學(xué)生還可以參與項目考核評價,增強(qiáng)了師生的互動性,保證并提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的質(zhì)量。同時,通過不斷改革,項目教學(xué)法不僅增強(qiáng)了師生互動性,還提高了教學(xué)質(zhì)量,使教學(xué)更貼近企業(yè)和社會需求。吳德新研究了項目教學(xué)法在無損檢測技術(shù)及設(shè)備課程教學(xué)中的應(yīng)用效果,結(jié)果表明:項目教學(xué)法不僅有利于學(xué)生加深理解和掌握課本中的理論知識,而且使學(xué)生們懂得如何靈活運用理論知識,充分做到了把理論教學(xué)和實踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來。項目教學(xué)法使學(xué)生的創(chuàng)新潛力得到了激發(fā),并培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維以及解決實際問題的能力。尤其是在實踐過程中,項目教學(xué)法既突出了教師的引導(dǎo)職責(zé),又強(qiáng)化了學(xué)員作為學(xué)習(xí)主體的作用,充分展現(xiàn)了現(xiàn)代教育機(jī)構(gòu)的教學(xué)特色和理念。以上課程教學(xué)研究表明,項目教學(xué)法具有顯著的效果,且特別適用于較強(qiáng)的實踐屬性課程的教學(xué)。
基于以上背景,本項目擬借助項目教學(xué)法原理,擬對物性分析及無損檢測課程的教材選用、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等方面進(jìn)行改革和實踐,以期對物性分析及無損檢測課程的教學(xué)培養(yǎng)效果進(jìn)行全面提升,充分發(fā)揮項目教學(xué)法的作用,培養(yǎng)具有創(chuàng)新實踐能力的人才。
一 物性分析及無損檢測課程改革方案設(shè)計
(1) 新課程教學(xué)體系的建立
由于物性分析部分教學(xué)質(zhì)量的好壞會直接影響后續(xù)無損檢測部分的教學(xué)質(zhì)量,因此物性分析部分的教學(xué)需要建立在無損檢測技術(shù)需求的基礎(chǔ)上,針對不同的無損檢測技術(shù),需要對相應(yīng)的物理性能進(jìn)行有側(cè)重的講解,注重兩者之間的聯(lián)系,形成理論教學(xué)與實驗教學(xué)相結(jié)合、多媒體教學(xué)與黑板教學(xué)相結(jié)合等多模式、立體化的物理知識教學(xué)體系。
無損檢測部分則重視典型無損檢測技術(shù)和新型無損檢測技術(shù)原理、特點、儀器設(shè)備以及適用對象等,通過“檢測項目”的實施來實現(xiàn),為了將兩者有機(jī)結(jié)合起來,需要建立新的課程教學(xué)體系。
(二)正確定位物性分析部分的教學(xué)思想
物性分析部分的教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生充分掌握物理基本理論和規(guī)律及其應(yīng)用,幫助培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力,并能運用所學(xué)的物理知識解釋相關(guān)現(xiàn)象、分析和解決相關(guān)問題。同時,這一部分還需提升學(xué)生的觀察與實驗操作能力,塑造學(xué)生實事求是的態(tài)度,促進(jìn)學(xué)生可持續(xù)發(fā)展的能力。針對物性分析部分內(nèi)容多、學(xué)時少、以及學(xué)生基礎(chǔ)存在較大差異的問題。改革物性分析部分的教學(xué)內(nèi)容,可將物性分析部分的知識和無損檢測技術(shù)部分的知識進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)。
(三) 項目任務(wù)的設(shè)立
建立針對不同被測件和無損檢測技術(shù)的 ??xx 件xx無損檢測分析與評價》項目任務(wù),突破傳統(tǒng)的“從原理到設(shè)計\"逐步講解的授課模式,以實際應(yīng)用中的典型材料檢測案例和需要研究的問題為切入點,通過項目任務(wù)的建立引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、主動思考。在項自實施過程中,逐步深人、逐漸覆蓋課程的知識體系,將教學(xué)內(nèi)容中的關(guān)鍵知識點在項目實施過程中重點突出出來。課程所涉及的“具體項目\"以不同材料的無損檢測過程和分析方法為主線,將無損檢測知識與實際應(yīng)用有機(jī)結(jié)合,強(qiáng)化學(xué)生對知識的理解與實踐能力[2]。進(jìn)而,老師和學(xué)生通過共同實施和經(jīng)歷一個完整的“項目”工作,實現(xiàn)\"理實一體化\"的課程教學(xué)效果。
(四) 項目案例教學(xué)的實現(xiàn)方法
基于典型的“無損檢測項目”,通過典型的“無損檢測項目”的分析,體現(xiàn)課程講授的關(guān)鍵知識和關(guān)鍵問題,啟發(fā)學(xué)生主動思考、主動學(xué)習(xí)。在此基礎(chǔ)上,組織學(xué)生進(jìn)行分析討論,并提出項目檢測的優(yōu)化方案。隨后,通過教師對學(xué)生提交檢測項目的設(shè)計方案進(jìn)行剖析,總結(jié)各種無損檢測技術(shù)教學(xué)的關(guān)鍵知識點,充分調(diào)動教師與學(xué)生之間的雙向互動。最后,針對無損檢測技術(shù)中存在的問題,教師結(jié)合國際前沿研究動態(tài),提出相應(yīng)的解決方法。通過這種新型教學(xué)方式促使學(xué)生獨立思考、培養(yǎng)創(chuàng)新意識,從而有效調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,培養(yǎng)學(xué)生主動探索、積極思考的能力[2]。
(五)革新的課程考核方式
現(xiàn)有的教學(xué)經(jīng)驗表明,利用期末考試對學(xué)生進(jìn)行考核的方式存在明顯的弊端:學(xué)生考試前對課程內(nèi)容和知識點進(jìn)行死記硬背??荚嚭?,學(xué)生所學(xué)的課程內(nèi)容將很快忘掉,無法為學(xué)生帶來真正的知識儲備和能力提升。本研究探索在課程教學(xué)期間,基于“檢測項目\"的實施,將課程知識點分階段傳授給學(xué)生,學(xué)生逐漸掌握各種知識內(nèi)容,將知識點的考核體現(xiàn)在上交的項目總結(jié)中。通過考核學(xué)生提交的項目總結(jié)和項目匯報,對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行考核和評價。在課程考核期間,學(xué)生通過積極學(xué)習(xí)、合理應(yīng)用,有效加深對相關(guān)課程知識的理解和應(yīng)用能力[12]。
二項目教學(xué)法在物性分析及無損檢測課程教學(xué)中的實踐與效果
基于以上課程改革方案,項自教學(xué)法在物性分析及無損檢測課程教學(xué)中的實施流程如圖1所示。
(1) 課程性質(zhì)的定位
如前所述,無損檢測技術(shù)是在不影響被測對象使用性能的前提下,對各類工程材料、零部件和結(jié)構(gòu)件進(jìn)行檢測、分析與評價的一種技術(shù),可有效評估或評價工件的服役安全性和可靠性[1-4,13]。隨著科技的進(jìn)步,已有的無損檢測技術(shù)也在不斷地發(fā)展和進(jìn)步當(dāng)中。
實踐教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生的素質(zhì)和能力方面具有非常重要的作用,與單一的無損檢測技術(shù)課程相比,物性分析及無損檢測課程是理論學(xué)習(xí)和實踐學(xué)習(xí)結(jié)合成一體的課程,具有顯著的實踐屬性。該課程不僅涉及多項理論知識,而且需要綜合運用實踐知識。但是由于課程學(xué)時的限制,無法真正實現(xiàn)實踐教學(xué)環(huán)節(jié),因此,需要通過課程的教學(xué)改革,實現(xiàn)課程的實踐教學(xué)過程,新型的項目教學(xué)法為該課程改革的實施提供了有效的手段。
(二) 課程教學(xué)體系和教學(xué)模式的創(chuàng)新
對物性分析及無損檢測課程,常規(guī)的教學(xué)模式是將物性部分和無損檢測部分分開進(jìn)行介紹。但是學(xué)生對枯燥的物理理論知識不感興趣,學(xué)習(xí)興致不高,對需要實踐過程的無損檢測部分難以深切體會,兩方面教學(xué)脫節(jié),學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低、教學(xué)效果差。
考慮到科技的進(jìn)步對無損檢測技術(shù)帶來的變化,可將物性分析部分的原有教學(xué)內(nèi)容調(diào)整為熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)(電磁學(xué))聲學(xué)、力學(xué)和原子物理7個部分。其中熱學(xué)部分包括液體表面張力和毛細(xì)現(xiàn)象,以及分子理論基礎(chǔ)等內(nèi)容,對應(yīng)無損檢測部分的滲透檢測技術(shù);光學(xué)部分包括光的波粒二象性、光強(qiáng)等內(nèi)容;電磁學(xué)部分包括靜電場、穩(wěn)恒磁場、電磁感應(yīng)等內(nèi)容,對應(yīng)無損檢測部分的磁粉檢測和渦流檢測技術(shù);力學(xué)部分包括運動學(xué)、動力學(xué)、振動和波動等內(nèi)容,對應(yīng)無損檢測部分的超聲檢測技術(shù);原子物理部分包括原子和原子核結(jié)構(gòu)理論、射線等知識,對應(yīng)無損檢測部分的射線檢測技術(shù)。
本項目采用的項目教學(xué)方法是多種教學(xué)方法和體驗性學(xué)習(xí)的靈活運用,輔以多媒體教學(xué)影片、多媒體課件、互聯(lián)網(wǎng)等教學(xué)方式,充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性,通過學(xué)生所作項目的實施,完成該課程的創(chuàng)新教學(xué)過程。
特別地,教師從設(shè)計的“無損檢測項目\"的檢測方案入手,以工件制備和加工過程為重點,按實際材料無損檢測所經(jīng)歷的流程,進(jìn)行物性分析和無損檢測課程內(nèi)容的設(shè)計和整合,形成以不同材料或結(jié)構(gòu)為對象進(jìn)行檢測的知識點。進(jìn)一步,從整體設(shè)計優(yōu)化無損檢測的角度出發(fā),分析各項目檢測方案的合理性,提升學(xué)生對應(yīng)用知識點的理解,同時培養(yǎng)其全局觀念和作為無損檢測專家應(yīng)具備的綜合素質(zhì)與能力[12-13]。針對不同被檢測工件的制備及結(jié)構(gòu)特點,采用課內(nèi)課外與課上課下結(jié)合,形成利用實物、多媒體課件、演示動畫、測試視頻等多介質(zhì)、多手段并用的教學(xué)方式。
在教學(xué)改革實施過程中,基于課程教學(xué)內(nèi)容、利用新型的先進(jìn)授課方法和教學(xué)手段,構(gòu)建物性分析及無損檢測課程的演示動畫與測試視頻資源庫,不斷補(bǔ)充和豐富教學(xué)資源。特別地,利用多媒體直觀展現(xiàn)課程核心內(nèi)容,幫助學(xué)生理解和掌握知識點,進(jìn)而提升教學(xué)質(zhì)量和水平。該教學(xué)法可滿足研究型大學(xué)實施精英教育的需求,為培養(yǎng)高素質(zhì)精英人才提供了有力支持[12-16。
(三) 課程教學(xué)實施過程及效果
在物性分析部分實施以“模塊”為主的教學(xué)方式,在教學(xué)中不追求物理知識內(nèi)容的系統(tǒng)性,而強(qiáng)調(diào)其應(yīng)用、注重實踐。在無損檢測部分,采取不同檢測材料類型和無損檢測技術(shù)種類進(jìn)行分組的方法,建立5\~8個??xx 件xx無損檢測分析與評價》檢測項目,通過各個“無損檢測項目\"的文獻(xiàn)調(diào)研、理論分析和方案設(shè)計,使學(xué)生充分挖掘和分析各種無損檢測技術(shù)的原理、特點、儀器設(shè)備及其應(yīng)用領(lǐng)域。
基于以上研究方案,本課程的“檢測項目\"的運行步驟如下。
1項目小組分配
根據(jù)需要將學(xué)生劃分為若干小組,便于教師管理和控制。以哈爾濱工程大學(xué)材料物理專業(yè)為例,該專業(yè)每年招收兩個班,每班20人左右,總?cè)藬?shù)40人左右。按照每組5人規(guī)劃,一個班分4組,根據(jù)實際選課的人數(shù),可分為5\~9組。每組分配一種無損檢測技術(shù),保證本課程大綱涉及所有無損檢測技術(shù),通過合理分配小組成員,并選擇一名同學(xué)擔(dān)任組長,保證各個項目的有效實施。
2小組項目信息收集
對每個小組下發(fā)針對不同被測件和無損檢測技術(shù)的 件 xx 無損檢測分析與評價》項目任務(wù)書,明確項自實施自標(biāo),交代學(xué)習(xí)內(nèi)容和任務(wù),推薦相關(guān)學(xué)習(xí)資料。該過程以學(xué)生查找和閱讀相關(guān)資料為主,教師答疑指導(dǎo)為輔。
3小組項目計劃制訂
由小組內(nèi)每位學(xué)生獨自寫出項目涉及到的理論知識、技術(shù)原理、研究路線和測試方案,然后把小組內(nèi)所有同學(xué)的方案在小組內(nèi)討論、交流、比較,最后形成小組的項目研究路線和項目測試實施方案[14]。
4小組項目實施效果評估與評價
在項目實施效果評價階段,由每組選出一位代表進(jìn)行交流,教師進(jìn)行點評,共同討論優(yōu)化。各組之間根據(jù)評價表自我評分,再由教師檢查評分,完成測試結(jié)果評定。
本文對物性分析及無損檢測課程以典型案例分析與評價為核心的項目教學(xué)法進(jìn)行了研究與探索,建立了一套適合物性分析及無損檢測課程特點的教學(xué)模式。該教學(xué)模式便于學(xué)生理解和掌握課程主要知識點,有效提升學(xué)生分析和解決問題的能力。在無損檢測項自實施的過程中,學(xué)生能夠主動學(xué)習(xí),積極思考,培養(yǎng)創(chuàng)新意識,進(jìn)而全面提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)。該教學(xué)改革受到學(xué)生的廣泛歡迎和認(rèn)可,可進(jìn)一步推廣應(yīng)用。
三 結(jié)束語
本文通過物性分析及無損檢測課程的改革和實踐,得出主要的結(jié)論如下:
1)利用項目教學(xué)法理論對物性分析及無損檢測課程的教學(xué)方法進(jìn)行改革,可構(gòu)建理論知識培養(yǎng)、實踐技能培養(yǎng)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素質(zhì)能力訓(xùn)練于一體的課程教學(xué)模式。
2)基于項自教學(xué)法理論的物性分析及無損檢測課程教學(xué)改革研究,注重學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與積極參與,充分激發(fā)其學(xué)習(xí)的主動性、創(chuàng)造力和積極性。這種教學(xué)方式可以有效地促進(jìn)學(xué)生自學(xué)能力與創(chuàng)新能力,為提升綜合素質(zhì)提供了重要支持。
3)項目教學(xué)法將教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)定為一個完整項目,通過完成項目來挖掘?qū)W生創(chuàng)造潛能,進(jìn)而達(dá)到提升學(xué)生解決工程實際的能力。
4)項目教學(xué)法有利于學(xué)生理解無損檢測基礎(chǔ)理論及應(yīng)用,引導(dǎo)學(xué)生開展不同材料的無損檢測分析與評價,提升了學(xué)生處理交叉學(xué)科課程的能力。
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