PBL教學法在“力學測量與無損檢測”實驗教學中的應用初探

李勇 張改慧 陳振茂

摘? ?要：“力學測量與無損檢測”是我校開設的集理論教學與實驗教學于一體的全日制專業學位必修課程，具有極強的實踐性，實驗教學環節非常重要。由于傳統實驗教學模式已無法適用，文章以金屬構件渦流測厚實驗為例，基于PBL教學法（問題導向式學習），結合混合式教學模式開展實驗教學探索，以實現課程實驗教學效果的有力提升。

關鍵詞：實踐教學? PBL教學法? 混合式教學? 無損檢測

中圖分類號：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）11（c）-0196-02

Abstract："Mechanical Measurements and Nondestructive Testing" is the compulsory course for full-time postgraduate students towards professional degree， which integrates theoretical teaching and practical teaching. It has significant practicality， in consequence of which the practical teaching is of great importance. In light of the fact that the traditional mode of practical teaching is inapplicable， in this paper by taking the testing experiment regarding eddy current inspection of wall-thinning in conductors as an example， the practical teaching mode for the course is intensively investigated， which is proposed based on Problem-based Learning （PBL） and Blending Learning （BL）. The improvement in practical teaching effectiveness by using the proposed teaching mode has been identified.

Key Words： Practical teaching; Problem-based learning; Blending learning; Nondestructive testing

作為工程力學專業課程，“力學測量與無損檢測”是我校全日制專業學位必修課程之一。該課程結合工程力學學科特點，著力教授力學測量技術與無損檢測技術，以培養工程力學專業學位研究生在應力、振動測試和結構安全與完整性評估方面的專業能力。與偏重理論授課的課程不同，作為專業學位必修課程，“力學測量與無損檢測”是一門強調理論與實踐相結合的課程，具有極強的實踐性，課程的實驗教學環節極為重要，特別注重培養學生的實踐動手解決工程問題的能力。

傳統實驗教學思想常將實驗教學視為理論教學的輔助，弱化了實驗教學的重要性，其教學模式較單一，教學目標相對薄弱，教學預期效果僅體現在學生對實驗儀器以及實驗步驟的感性認識，缺乏學生實踐動手能力的培養。采取傳統實驗教學模式進行“力學測量與無損檢測”的實驗環節教學，必將造成所培養學生無法滿足當今社會對工程力學專業人才的要求。有鑒于此，本文將分析并明確傳統實驗教學在“力學測量與無損檢測”實驗教學中存在的問題，在此基礎上基于PBL教學法，結合混合式教學模式探索實驗教學新模式，有望為應用型院校相關實踐教學提供借鑒。

1? 傳統實驗教學存在的問題

在課程實驗教學初期采取傳統實驗教學模式，在教學過程中，教師作為演示者首先對實驗步驟進行演示，學生在觀摩后按照實驗手冊所述步驟進行具體實驗，在測取相關數據后，以分析結果和討論作為實驗報告的主要內容。通過后期對實驗報告和期末考試答卷情況的分析，發現在這種教學模式下，學生更易傾向于對所觀摩的實驗操作步驟進行簡單“復制”，缺乏深層思考，未深入了解實驗方法的物理原理、各個實驗步驟背后的理論知識、實驗數據處理的相關理論及方法，并未達成實際操作的動手能力培養要求。這種流于形式的課程實驗教學難以達到設定的實驗教學目標。同時，教學模式單一，造成學生僅僅是“為了完成實驗環節而去做實驗”，對實驗結果缺乏有效分析，易造成學生喪失對本課程的興趣及應有的重視。課程的實驗教學未能有效支撐相關理論教學內容。

2? “力學測量與無損檢測”實驗教學改革的探索

有鑒于上述問題，為有效提升課程實驗教學效果，使學生有效掌握實驗原理、實驗步驟、相關理論及數據分析手段等，以達到培養學生實踐動手解決工程問題能力的教學目的，本文以金屬構件渦流測厚實驗項目為例，結合PBL教學法及混合教學模式，對金屬構件厚度的渦流檢測實驗開展了新實驗教學方法的探索，其他實驗項目亦采用了此種教學方法。

2.1 PBL教學法

PBL教學法是一種以問題為導向的現代教學方法，是以學生為中心、“理論與實踐相結合”的教育方式。針對本課程的金屬構件渦流測厚實驗項目，在進行問題設置時，從學生角度出發綜合考慮力學專業學生現有的知識水平以及問題的難易程度，結合工程實際中檢測問題，設定了四個問題：（1）渦流檢測的基本原理和檢測原理;（2）渦流檢測探頭的設計及制備;（3）渦流檢測金屬構件厚度的檢測步驟;（4）渦流檢測信號與金屬構件厚度的關聯規律，并在開展實驗教學前將這些問題發布給各實驗小組。小組成員在獲得問題后通過理論教學環節所獲取的相關知識、電子期刊、探頭設計軟件、檢測規范（ASTM-E-243等）以“自主學習-集中討論”循環迭代的模式最終完成各問題的解決方案。

在具體實驗環節中，學生按照解決方案制備所設計好的渦流檢測探頭（如圖1所示），配合阻抗分析儀，分別對預制的標準樣件厚度對應的阻抗信號進行測取，同時采用千分尺對標準樣件的實際厚度進行記錄，用以獲取渦流探頭阻抗信號與樣件厚度的關聯規律曲線（如圖2所示），并以此曲線進一步分析金屬構件厚度對阻抗信號實部與虛部的影響規律。通過這種自主學習、集中討論、自主制備、實際操作、綜合分析的模式，學生可有效掌握理論教學的各知識點和重點內容，有效培養了學生實踐動手解決實際工程問題的能力。

2.2 混合式教學

混合式教學是一種基于在線教學和傳統課堂教學的“線上”與“線下”相結合的教學模式，線上資源的有效建立是混合式教學的前提。針對本課程“金屬構件渦流測厚”實驗項目，面向學生建設了相關線上資源，包括探頭設計軟件、檢測理論講解及實驗演示視頻、習題及解答等，使學生在實驗前掌握實驗的相關理論，利用探頭設計軟件對渦流探頭進行設計，詳細了解實驗步驟及各步驟背后的理論要點，充分做好預習工作。同時，在實驗完成后，學生可利用線上資源，結合實驗測取結果，深入分析金屬構件厚度對阻抗信號實部與虛部的影響規律，進一步掌握渦流檢測在工程實際金屬構件厚度檢測中的應用關鍵。

在制作線上資源的核心“檢測理論講解及實驗演示視頻”時，充分考慮了力學專業學生的知識結構和水平，對授課PPT、講解音頻、授課視頻三部分進行了編制/錄制。在理論教學用PPT基礎上，對在線授課PPT進行了編寫，刪除了冗余內容，取其精華部分作為在線授課PPT的核心內容，著重強調在線授課知識點及動畫演示等。參照授課腳本，錄制授課音頻和視頻，采用Windows Movie Maker對采集到的音頻和視頻進行進一步編輯，形成授課音/視頻終稿。三部分的組合采用Camtasia Studio，通過在Camtasia Studio平臺對PPT、音頻和視頻的組合和進一步美化編輯，最終導出在線授課課件，如圖3所示。將混合式教學模式引入本課程的實驗教學中，有效提升了學生學習的積極性、學習的深度和廣度，打破了傳統實驗教學模式，在提高學生協作能力的同時有效培養了學生的實踐能力。

3? 結語

針對傳統實驗教學在我校全日制專業學位必修課程“力學測量與無損檢測”實驗教學中存在的問題，本文以金屬構件渦流測厚實驗項目為例，將PBL教學法和混合式教學模式引入實驗教學環節中，對這種實驗教學新模式進行了細致探索。實踐成效表明采用該實驗教學新模式可有效提升學生的自主學習能力、實踐和協作能力以及實踐動手解決實際工程問題的能力，對力學專業學生的轉型培養有一定意義。

參考文獻

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