淺談無損探傷中超聲檢測的教學探索

【摘要】無損探傷是武漢大學面向核工程與核技術系大三學生開設的一門以物理、數學、力學、材料學等課程為基礎的專業選修課。其中，超聲檢測在無損探傷學習中占據極為重要的地位。本文針對這部分內容的教學和學生學習現狀，主要從精選教學內容、優化教學方法和改善學生考核方式這三方面進行探討如何提高教學效果和擴大學生知識面的有效方法，為無損探傷中超聲檢測的教學改革提供新的思路。

【關鍵詞】無損探傷 超聲檢測 教學

【基金項目】本文系“武漢大學2017-2018學年實驗教學中心開放實驗項目”的研究成果。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）50-0246-02

一、引言

無損探傷是在不破壞檢測對象使用性能的情況下，對各工程材料、結構件和零部件的質量特性進行有效檢驗和測試，借以評價它們的完整性、連續性、安全可靠性及其他物理性能[1]，[2]。超聲波無損檢測因其靈敏度高、指向性好、穿透性強、成本低、操作簡單和對人體無害等優點而被航空航天、核工業和石油化工等領域廣泛應用于材料缺陷探傷和結構表征。因此，超聲檢測的教學在無損探傷課程中占據極為重要的地位，與X射線、滲透、磁粉和渦流被稱為五大常規無損檢測技術，為制造階段和使用階段的產品質量安全保駕護航[1]。隨著各類新材料和新結構的更新換代，質量、性能和安全要求不斷提高，給無損探傷從業人員帶來了新的機遇與挑戰。因此，該部分課程內容的教學效果直接影響學生無損探傷技術的學習掌握以及今后工作的工程實際應用。目前，無損探傷課程面臨著學時被壓減、學生對本課程重視程度偏低及學生學習興趣不高等問題，導致學生在挑選合格產品和檢測零部件缺陷等方面的能力明顯存在不足。針對這些問題，本文主要從精選教學內容、優化教學方法和改善學生考核方式這三方面進行探討如何提高教學效果和擴大學生知識面的有效方法。

二、精選教學內容

無損探傷是一門涉及物理、數學、力學、材料學等多門學科的課程，其中超聲檢測更主要以聲學、數學和彈性力學等課程為基礎，建議以波動學的傳播原理和偏微方程求解波動方程作為超聲波基礎知識進行講授，為后續檢測原理的學習打下夯實的基礎。因本課程的授課對象為核工程與核技術系大三學生，因此建議在簡明扼要地闡述傳統超聲檢測應用的基礎上，重點講授超聲檢測在核電站工程中的應用，特別是針對核電站關鍵部件的堆焊層、金屬焊接、粗晶各向異性和受輻照效應等特殊條件下的超聲檢測。為學生梳理國內外學者的最新科研動態和工程師們提出的新穎解決方案。引導學生查閱最新科研成果，鼓勵學生用已有的知識對現有疑難問題提出自己的見解與看法，激發學生的學習興趣，提高學生解決實際工程問題的能力。鑒于超聲相控陣技術在核電站設備檢測中發揮的重要作用，建議使用約3個學時圍繞聲場分析、超聲波傳播機制和缺陷識別等問題詳細講授超聲相控陣技術，使學生掌握其工作原理和信號處理方法[3]，[4]，[5]。總之，教學內容應做到因材施教，教學內容應緊扣核工程與核技術這一專業特性進行展開。

三、優化教學方法

無損探傷作為核工程與核技術專業的選修課，其課程設置為36學時，傳統的課程教學中采用以課本講授和傳授為主，展示實驗為輔的教學方法。考慮到超聲波是一種現實中看不見、摸不著以及無法聽到但卻實際存在的聲波，實驗課是學生對超聲波最直接的感性認識。建議增設2個學時的超聲實驗，使學生掌握超聲檢測儀的主要性能及儀器與探頭的綜合性能測試方法，可選擇進行“超聲檢測儀的使用和性能測試”這一實驗 [6]，讓學生能動手完成超聲檢測的操作訓練，有利于后續缺陷識別理論的學習與理解。實驗課的原則是以學生為中心，調動學生對超聲檢測的學習熱情。實驗課上教師講授實驗原理和基本操作示范，學生以4人為一組，協同合作完成實驗，期間教師以答疑形式糾正不規范操作，從而使學生對超聲檢測的認知進一步加深。

對于課堂內沒有涉及到的實驗，學生可以根據課本中的已給實驗或者文獻里包含的具體案例，通過自主設計實驗方案，以小組合作方式制定實驗步驟、實施方案和預期結果。期間，教師提供必要的指導。最終以實驗報告的形式提交給教師。同時，教師可以鼓勵學生將實驗內容和結果嘗試寫成科技論文，以此來提高學生的學習主動性和積極性。對于有科研興趣的學生，教師可加以引導使其參與到相關超聲無損檢測老師的科研課題組中，為今后的進一步學習深造和實際工作開拓視野，真正地做到學以致用。

四、改善學生考核方式

閉卷考試是衡量學生對本課程知識點掌握熟練程度的重要標準之一，但不是唯一標準。無損探傷課程考核當前普遍采用平時成績和閉卷考試相結合的方式。無損探傷課程屬于工程應用，其知識點的考查應符合其自身特點。建議增設課程小論文，從而實現課程小論文、平時成績和期末考試成績的比重各占20%、20%和60%，用以彌補傳統考核方式的不足。平時成績主要考查學生的平時作業、實驗報告和課堂小測試。為保證學生能更好地消化各知識點，建議2次實驗報告、8-10次平時作業和3次隨堂小測試。根據作者在美國的博士求學經歷和帶本科生的經驗，只有足量的實驗、作業和小測試才能更好地覆蓋各章節的知識重難點，使學生真正掌握一門課程，而不是僅僅為了考試成績。

超聲檢測在無損檢測課程中的重要地位決定了其各方面考核應占整個課程比重的50%，建議所增設的課程小論文圍繞超聲檢測展開。結合所學的其他課程，學生自主選擇一篇超聲檢測技術在核電站內應用的前沿英文文獻（綜述類論文除外）。根據英文文獻和他的參考文獻完成一篇課程小論文，并要求學生在班上做一份口頭報告PPT，用于解釋英文文獻中所闡述的研究背景、研究對象、解決方案和科研結論，并就所研究的問題提出自己的解決方案。在現有實驗條件允許的情況下，教師可鼓勵學生大膽實施個人的解決方案。設置課程小論文的初衷是拓寬學生的學術視野和提高學生的口頭報告PPT的展示能力。首先，通過查閱前沿英文文獻為學生大四畢業論文的寫作和今后的研究生學習提供寶貴的經驗。其次，大三學生面臨的兩大選擇大致可分為進一步深造和直接投入工作崗位。不管是深造還是工作，口頭報告PPT都將是學生們展現個人成果的有力法寶。最后，讓聽報告的同學有所收獲是課程小論文的評分標準之一。因此，增設的課堂小論文不僅能讓學生自己獲益，同時也可以讓教師和其他同學獲取新知識。

五、結語

通過精選教學內容、優化教學方法以及改善學生考核方式這三方面的措施來進一步提高無損探傷中超聲檢測的教學效果和拓展學生的知識面，培養了學生自主獲取知識、動手完成實驗的能力、獨立思考能力和實際解決工程應用問題的能力。這是每一個無損檢測人員的必備基本素養。通過超聲檢測的學習，舉一反三，進一步延伸到X射線、滲透、磁粉和渦流的學習，使學生的綜合素質得到顯著的提高。無損探傷課程教改后，獲得學生的一致好評，雖然教學內容和作業比其他課程多，但學生學得很充實。特別是課程小論文的口頭PPT展示后的教師和學生們的評語讓大家受益頗深。

參考文獻：

[1]胡天明.超聲探傷[M].武漢：武漢測繪科技大學出版社， 1994.

[2]張俊哲等.無損檢測技術及應用[M].北京：科學出版社， 1993.

[3]丁輝.計算超聲學——聲場分析及應用[M].北京：科學出版社，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]鄭暉，林樹青.超聲檢測[M].北京：中國勞動社會保障出版社， 2008.

作者簡介：

胡平（1984-），女，江西南豐人，武漢大學動力與機械學院材料工程系講師。endprint