PBL教學(xué)法在“力學(xué)測量與無損檢測”實驗教學(xué)中的應(yīng)用初探

李勇 張改慧 陳振茂

摘? ?要：“力學(xué)測量與無損檢測”是我校開設(shè)的集理論教學(xué)與實驗教學(xué)于一體的全日制專業(yè)學(xué)位必修課程，具有極強的實踐性，實驗教學(xué)環(huán)節(jié)非常重要。由于傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式已無法適用，文章以金屬構(gòu)件渦流測厚實驗為例，基于PBL教學(xué)法（問題導(dǎo)向式學(xué)習(xí)），結(jié)合混合式教學(xué)模式開展實驗教學(xué)探索，以實現(xiàn)課程實驗教學(xué)效果的有力提升。

關(guān)鍵詞：實踐教學(xué)? PBL教學(xué)法? 混合式教學(xué)? 無損檢測

中圖分類號：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)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(xué)專業(yè)課程，“力學(xué)測量與無損檢測”是我校全日制專業(yè)學(xué)位必修課程之一。該課程結(jié)合工程力學(xué)學(xué)科特點，著力教授力學(xué)測量技術(shù)與無損檢測技術(shù)，以培養(yǎng)工程力學(xué)專業(yè)學(xué)位研究生在應(yīng)力、振動測試和結(jié)構(gòu)安全與完整性評估方面的專業(yè)能力。與偏重理論授課的課程不同，作為專業(yè)學(xué)位必修課程，“力學(xué)測量與無損檢測”是一門強調(diào)理論與實踐相結(jié)合的課程，具有極強的實踐性，課程的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)極為重要，特別注重培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手解決工程問題的能力。

傳統(tǒng)實驗教學(xué)思想常將實驗教學(xué)視為理論教學(xué)的輔助，弱化了實驗教學(xué)的重要性，其教學(xué)模式較單一，教學(xué)目標(biāo)相對薄弱，教學(xué)預(yù)期效果僅體現(xiàn)在學(xué)生對實驗儀器以及實驗步驟的感性認(rèn)識，缺乏學(xué)生實踐動手能力的培養(yǎng)。采取傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式進(jìn)行“力學(xué)測量與無損檢測”的實驗環(huán)節(jié)教學(xué)，必將造成所培養(yǎng)學(xué)生無法滿足當(dāng)今社會對工程力學(xué)專業(yè)人才的要求。有鑒于此，本文將分析并明確傳統(tǒng)實驗教學(xué)在“力學(xué)測量與無損檢測”實驗教學(xué)中存在的問題，在此基礎(chǔ)上基于PBL教學(xué)法，結(jié)合混合式教學(xué)模式探索實驗教學(xué)新模式，有望為應(yīng)用型院校相關(guān)實踐教學(xué)提供借鑒。

1? 傳統(tǒng)實驗教學(xué)存在的問題

在課程實驗教學(xué)初期采取傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式，在教學(xué)過程中，教師作為演示者首先對實驗步驟進(jìn)行演示，學(xué)生在觀摩后按照實驗手冊所述步驟進(jìn)行具體實驗，在測取相關(guān)數(shù)據(jù)后，以分析結(jié)果和討論作為實驗報告的主要內(nèi)容。通過后期對實驗報告和期末考試答卷情況的分析，發(fā)現(xiàn)在這種教學(xué)模式下，學(xué)生更易傾向于對所觀摩的實驗操作步驟進(jìn)行簡單“復(fù)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(shù)據(jù)處理的相關(guān)理論及方法，并未達(dá)成實際操作的動手能力培養(yǎng)要求。這種流于形式的課程實驗教學(xué)難以達(dá)到設(shè)定的實驗教學(xué)目標(biāo)。同時，教學(xué)模式單一，造成學(xué)生僅僅是“為了完成實驗環(huán)節(jié)而去做實驗”，對實驗結(jié)果缺乏有效分析，易造成學(xué)生喪失對本課程的興趣及應(yīng)有的重視。課程的實驗教學(xué)未能有效支撐相關(guān)理論教學(xué)內(nèi)容。

2? “力學(xué)測量與無損檢測”實驗教學(xué)改革的探索

有鑒于上述問題，為有效提升課程實驗教學(xué)效果，使學(xué)生有效掌握實驗原理、實驗步驟、相關(guān)理論及數(shù)據(jù)分析手段等，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生實踐動手解決工程問題能力的教學(xué)目的，本文以金屬構(gòu)件渦流測厚實驗項目為例，結(jié)合PBL教學(xué)法及混合教學(xué)模式，對金屬構(gòu)件厚度的渦流檢測實驗開展了新實驗教學(xué)方法的探索，其他實驗項目亦采用了此種教學(xué)方法。

2.1 PBL教學(xué)法

PBL教學(xué)法是一種以問題為導(dǎo)向的現(xiàn)代教學(xué)方法，是以學(xué)生為中心、“理論與實踐相結(jié)合”的教育方式。針對本課程的金屬構(gòu)件渦流測厚實驗項目，在進(jìn)行問題設(shè)置時，從學(xué)生角度出發(fā)綜合考慮力學(xué)專業(yè)學(xué)生現(xiàn)有的知識水平以及問題的難易程度，結(jié)合工程實際中檢測問題，設(shè)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(shè)計及制備;（3）渦流檢測金屬構(gòu)件厚度的檢測步驟;（4）渦流檢測信號與金屬構(gòu)件厚度的關(guān)聯(lián)規(guī)律，并在開展實驗教學(xué)前將這些問題發(fā)布給各實驗小組。小組成員在獲得問題后通過理論教學(xué)環(huán)節(jié)所獲取的相關(guān)知識、電子期刊、探頭設(shè)計軟件、檢測規(guī)范（ASTM-E-243等）以“自主學(xué)習(xí)-集中討論”循環(huán)迭代的模式最終完成各問題的解決方案。

在具體實驗環(huán)節(jié)中，學(xué)生按照解決方案制備所設(shè)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(yù)制的標(biāo)準(zhǔn)樣件厚度對應(yīng)的阻抗信號進(jìn)行測取，同時采用千分尺對標(biāo)準(zhǔn)樣件的實際厚度進(jìn)行記錄，用以獲取渦流探頭阻抗信號與樣件厚度的關(guān)聯(lián)規(guī)律曲線（如圖2所示），并以此曲線進(jìn)一步分析金屬構(gòu)件厚度對阻抗信號實部與虛部的影響規(guī)律。通過這種自主學(xué)習(xí)、集中討論、自主制備、實際操作、綜合分析的模式，學(xué)生可有效掌握理論教學(xué)的各知識點和重點內(nèi)容，有效培養(yǎng)了學(xué)生實踐動手解決實際工程問題的能力。

2.2 混合式教學(xué)

混合式教學(xué)是一種基于在線教學(xué)和傳統(tǒng)課堂教學(xué)的“線上”與“線下”相結(jié)合的教學(xué)模式，線上資源的有效建立是混合式教學(xué)的前提。針對本課程“金屬構(gòu)件渦流測厚”實驗項目，面向?qū)W生建設(shè)了相關(guān)線上資源，包括探頭設(shè)計軟件、檢測理論講解及實驗演示視頻、習(xí)題及解答等，使學(xué)生在實驗前掌握實驗的相關(guān)理論，利用探頭設(shè)計軟件對渦流探頭進(jìn)行設(shè)計，詳細(xì)了解實驗步驟及各步驟背后的理論要點，充分做好預(yù)習(xí)工作。同時，在實驗完成后，學(xué)生可利用線上資源，結(jié)合實驗測取結(jié)果，深入分析金屬構(gòu)件厚度對阻抗信號實部與虛部的影響規(guī)律，進(jìn)一步掌握渦流檢測在工程實際金屬構(gòu)件厚度檢測中的應(yīng)用關(guān)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(xué)專業(yè)學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和水平，對授課PPT、講解音頻、授課視頻三部分進(jìn)行了編制/錄制。在理論教學(xué)用PPT基礎(chǔ)上，對在線授課PPT進(jìn)行了編寫，刪除了冗余內(nèi)容，取其精華部分作為在線授課PPT的核心內(nèi)容，著重強調(diào)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(jìn)行進(jìn)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(jìn)一步美化編輯，最終導(dǎo)出在線授課課件，如圖3所示。將混合式教學(xué)模式引入本課程的實驗教學(xué)中，有效提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、學(xué)習(xí)的深度和廣度，打破了傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式，在提高學(xué)生協(xié)作能力的同時有效培養(yǎng)了學(xué)生的實踐能力。

3? 結(jié)語

針對傳統(tǒng)實驗教學(xué)在我校全日制專業(yè)學(xué)位必修課程“力學(xué)測量與無損檢測”實驗教學(xué)中存在的問題，本文以金屬構(gòu)件渦流測厚實驗項目為例，將PBL教學(xué)法和混合式教學(xué)模式引入實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，對這種實驗教學(xué)新模式進(jìn)行了細(xì)致探索。實踐成效表明采用該實驗教學(xué)新模式可有效提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、實踐和協(xié)作能力以及實踐動手解決實際工程問題的能力，對力學(xué)專業(yè)學(xué)生的轉(zhuǎn)型培養(yǎng)有一定意義。

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