《聲學檢測》 課程線上教學探索與實踐

陳振華，帥珍珍，陸銘慧，朱 穎，盧 超,2

(1.南昌航空大學 無損檢測技術教育部重點實驗室, 南昌 330063；2.贛南師范大學 物理與電子信息學院, 贛州 341000)

無損檢測技術能夠在不損傷被檢件使用性能、形狀、內部結構和形態的前提下實現對被檢件的全面檢查，從而達到了解和評價被檢材料、產品和設備構件的性質、狀態、質量或內部結構等目的[1-2],其在工業生產、在役檢驗、物理研究、生物工程等領域獲得了高度重視和廣泛應用，為適應新材料、新工藝的需求，目前正在迅速發展。南昌航空工業學院(現南昌航空大學)于1986年培養了無損檢測專業(當時被列為軍工試辦本科專業)首屆畢業生，并逐步建立了較完善的教學體系。在20世紀90年代，由于教育部對高等院校本科專業目錄的調整，無損檢測專業被歸并到其他相近專業。目前，許多高校均在“本科專業目錄”中現有的各種相近專業下開設“無損檢測方向”，來培養國家急需的無損檢測技術人才，諸如“測控技術與儀器(無損檢測方向)”、“應用物理(無損檢測方向)”、“焊接技術(無損檢測方向)”、“材料工程(無損檢測)方向”等[3-4]。

《聲學檢測》 是南昌航空大學測控技術與儀器專業(無損檢測方向)重要的專業方向課之一。在2020年抗擊新冠疫情期間， 《聲學檢測》 教學團隊響應國家號召，通過線上教學確保“停課不停學”；教學團隊克服困難,堅持不懈，構建了 《聲學檢測》 課程的線上教學體系。在錄制了全課程教學視頻的同時，建設和完善了省級超聲檢測虛擬仿真試驗平臺，有效地提升了遠程實踐教學體驗，實現了理論課程和實踐課程的遠程線上教學，并取得了良好的教學成果。

1 課程簡介

《聲學檢測》 課程教材以全國特種設備無損檢測人員資格考核統編教材 《超聲檢測》 為主，配合教師講義及超聲檢測新技術自編課件用于無損檢測專業的教學工作，課程內容涵蓋聲學檢測的基本方法、檢測設備、典型應用、檢測標準及檢測新方法等[5]。通過課程的學習，學生可掌握聲學檢測的基本方法和基本應用，了解聲學檢測新技術。該課程在培養學生聲學檢測專業基礎、綜合分析能力、應用能力以及解決實際工程問題的能力等方面占有重要地位。 《聲學檢測》 線上課程建設的指導思想是以解決學生學習障礙、培養學生自主學習能力為核心，以學生為中心，突出學生的主體地位和教師的主導作用，同時重視學生的線上實踐體驗。目前， 《聲學檢測》 線上課程全部64學時的理論課在詳細教授聲學檢測理論知識的同時，還積極引導學生對工程和科研案例進行分析與思考，增強學生的創新實踐能力，培養高水平創新型的無損檢測高級工程人才。

2 課程混合式教學實施過程及成果

2.1 構建多維教學平臺

課程教學團隊充分利用網絡平臺資源，基于超星泛雅平臺(學習通)錄播、QQ 群討論、騰訊會議、問卷星(或學習通)等構建線上課程的多維教學平臺。充分利用各平臺優勢特點開展相關教學活動，具體規劃為：① 學生通過手機端和計算機端收看課程視頻、參與課前測試和問卷以及完成課后作業；② 通過QQ群上傳課程資源；③ 通過騰訊會議進行直播授課、疑難解答、案例討論以及學生答辯等；④ 通過問卷星收集直播授課前后的問題。多維線上教學平臺構成如圖1所示。多維教學平臺既具備穩定、標準化的教學資源，又兼顧教師與學生對各種教學問題的交流互動。該系統從課前準備、課堂教學、課后考核和反思這三大環節對線上教學全過程進行精細化管理，結合工程安全的討論和研究式的課堂形式，更加高效地開展線上教學活動。

圖1 多維線上教學平臺構成示意

2.2 完善網絡教學過程

線下到線上的改變將師生聚集在網絡課程中，師生客觀上的直接聯系被阻斷，易造成教師單向灌輸知識、學生被動接受的狀況[6]。因此，相比傳統線下教學，線上教學過程更加需要周密的教學組織。

線上教學過程由教學環節、考核環節、綜合評估以及持續改進等4部分組成，各環節形成閉環反饋系統，促進教學效果的改善，網絡教學過程框圖如圖2所示。

圖2 網絡教學過程框圖

在教學環節中，要求學生通過觀看網絡視頻預習課程內容，采用610個可覆蓋課程內容的選擇題進行課前測試和問卷調查，使用“學習通”自動統計選擇題得分并評價結果；提倡問題式、討論式的授課方法，根據課前測試和問卷調查結果分析課程難點以調整直播授課內容。例如，在學習第6章“脈沖反射法超聲檢測通用技術”后，學生已基本掌握超聲無損檢測技術的一般方法，是開展網絡工程研討活動的良好時機，此時由教師提出工程案例并引導學生分組分析案例，進行網絡答辯和討論。工程案例討論可有效鞏固教學成果，使學生由原來的被動接受知識向主動學習、主動挖掘知識轉變，也使教師從原來的單一灌輸型教學方式向引導型教學方式轉變。除理論課講授外，課程還依托 《超聲無損檢測工藝及聲場控制虛擬仿真試驗》 開展實踐教學工作，由此進一步增強和改善教學效果。

考核環節中的考核內容包括課程作業、階段考核、期末考試、問卷調查等7課程作業通常在課后作業的基礎上進行適當“變形”，在緊密聯系課程內容的同時加強作業的考核功能；階段考試主要為期中測試，用于評測中期學習效果；期末考試安排在學完全部課程后，期末考試成績占學生最終成績的60%。

最后，綜合各種考核手段，按照工程教育認證的課程目標要求分析課程目標達成度，并將其反饋至持續改進機制以對授課過程進行進一步優化和完善。

基于騰訊會議和QQ群的教學界面如圖3所示，學生可通過手機端和計算機端學習直播課程，并可與授課老師實時互動。

圖3 基于騰訊會議和QQ群的教學界面

設置在學期末的問卷調查取得了一些具有教學指導性的調查結果。例如對于“是否有必要增加超聲檢測案例式(工程項目)教學內容？”的調查，參與調查的人數為55人，其中78.2%的被調查學生認為有必要(非常有必要占34.5%；有必要占43.7%)，該調查結果進一步證實了引入案例式(工程項目)教學內容的緊迫性和必要性，圖4所示為該問題的網絡調查結果。

2.3 網絡教學資源建設

圖5 虛擬仿真試驗教學項目場景

教學資源是線上課程教學的基礎保障，已建成的課程資源包括理論課授課視頻、習題/試題庫、工程案例、專家講座等。聲學檢測課程經過長期探索形成了教學資源的更新機制，聚焦超聲檢測發展前沿,不斷補充教學素材，使教學內容適應時代發展、常講常新，更為重要的是，為實現聲學檢測實踐課的線上教學，課程團隊開發了名為 《超聲無損檢測工藝及聲場控制虛擬仿真試驗》 的虛擬仿真試驗教學項目。該項目根據檢測對象、檢測要求設計檢測方法，實施檢測過程，嚴格執行縱波直探頭和橫波斜探頭的標準檢測步驟，使學生掌握超聲無損檢測的操作。同時，在關鍵檢測步驟中穿插檢測聲場分布特征，直觀觀察超聲波聲場的分布特征，明確關鍵檢測參數對檢測聲場的影響，在深入理解超聲波聲場特征及其控制方法的前提下獲得創造性解決工程問題的能力。南昌航空大學依托該仿真項目已開展了線上實踐課的教學工作，2020年該課題已被江西省教育廳認定為省級虛擬仿真試驗教學課程。圖5所示為該虛擬仿真試驗項目部分虛擬教學試驗場景，圖5(a)所示為檢測聲場仿真的虛擬試驗場景，據此可直觀觀察和分析晶片直徑、頻率、阻尼等關鍵參數對檢測聲場的影響；圖5(b)所示為試驗過程的仿真場景，學生在虛擬仿真試驗過程中的體驗和訓練接近于真實的超聲無損檢測操作。

2.4 教學效果

《聲學檢測》 線上課程于2020年全面實施授課，參與授課學生人數約為100人，授課對象為測控技術與儀器專業(無損檢測方向)本科生(不包括：卓越工程師培養計劃單獨培養班級)。近3年考試成績平均分與及格率如圖6所示，2018，2019，2020年期末考試成績平均分分別為63分，61分，65分，及格率分別為0.88，0.83，0.90； 線上課程的教學效果良好，達到了甚至優于往年正常的線下教學效果。

3 結語

(1) 《聲學檢測》 線上課程整合了網絡資源，構建了多維線上教學平臺，組成了涵蓋課前、課中、課后的全過程穩定的線上教學環境和教學體系；突出學生在教學過程中的主體地位，提升線上課堂師生交流效率和教學體驗。

(2) 該課程明確授課過程中工程案例分析和討論的重要性，使學生由原來的被動接受知識向主動學習、主動挖掘知識轉變，使教師從原來單一灌輸型教學方式向引導型教學方式轉變。

(3) 建成超聲無損檢測技術的虛擬仿真教學試驗項目，開展了線上實踐教學活動，實現了線上網絡課程從理論到實踐的完整授課環節全覆蓋，可應用于高校教學和社會培訓。

圖6 近3年考試成績平均分與及格率