航空航天材料无损检测实践能力的教改探索_邹乃夫.pdf

第 51 卷第 3 期2023 年 2 月广 州 化 工Guangzhou Chemical IndustryVol.51 No.3Mar.2023航空航天材料无损检测实践能力的教改探索邹乃夫,刘 红,高恩志(沈阳航空航天大学材料科学与工程学院,辽宁 沈阳 110136)摘 要:在建设“双一流”学科背景下,无损检测技术作为一门实践性较强的课程,更应注重培养学生用该技术解决材料探伤问题的实践能力。对此,文章分析了目前教学中有待改进之处,提出课程要以学生为主体,在实践环节分配足够的课时,利用丰富的教学手段和方法,辅以互联网、多媒体工具,营造真实、具体的教学背景,培养具有较强综合素养和实践能力的新工科人才。关键词:航空航天材料;无损检测;实践能力;教学改革中图分类号:G642 文献标志码:A文章编号:1001-9677(2023)03-0239-03 基金项目:2021 年沈阳航空航天大学优秀课程思政教学团队项目:焊接专业核心课程群教学团队;2021 年沈阳航空航天大学优秀教学团队项目:材料科学基础理论教学团队;2021 年教育部产学合作协同育人项目:基于航空特色的有限元仿真分析教学应用。第一作者:邹乃夫(1988-),男,副教授,主要从事金属材料变形机制、晶体学取向研究。Exploration on Teaching Reform of Practical Ability ofNondestructive Testing of Aerospace MaterialsZOU Nai-fu,LIU Hong,GAO En-zhi(Institute of Materials Science and Engineering,Shenyang Aerospace University,Liaoning Shenyang 110136,China)Abstract:Under the background of construction of“Double First-Class”Subject,as a comprehensive course withstrong practicality,non-destructive testing technology teaching should pay more attention to cultivate students practicalability to use this technology to solve material flaw detection problems.In this situation,the aspect to be improved incurrent teaching was studied,proposing that in order to cultivate new engineering talents with strong comprehensiveliteracy and practical ability,the course should be student-oriented,sufficient class hours should be allocated in thepractice part,utilization of teaching methods should be abundant,Internet and multimedia tools should be assisted.Key words:aerospace materials;non-destructive testing;practical ability;teaching reform1 航空航天材料无损检测实践能力培养重要意义 自古以来,人类对天空和太空就有着强烈的好奇心和探知欲,随着新时代高新技术的发展,这一夙愿得以逐渐实现。想要进一步探索宇宙中的未知,就需要有足以穿梭宇宙的工具和手段,因此人们对于航空航天材料各方面性能的要求也日益提高。从最早用木头、布料制作飞机机体,到之后以铝、钢为主体的飞机机身,再到现在以钛合金、复合材料等新型材料制备航空航天飞行器,航空航天材料的飞速发展满足了飞行器轻质高强、耐高温、低成本、多功能、多规格等要求,从基础条件上保证了航空航天领域的不断进步1。伴随着对航空航天材料性能要求的不断提高和这类材料本身的迅猛发展,材料制备、加工过程中和成型之后的缺陷检测和质量评估作为重要环节确保了航空航天材料在服役过程中的稳定性和安全性。无损检测技术具有非破坏性、高效性等特点,检测手段多样且应用范围广泛,可以动态地、有效地检测航空航天材料在制备和服役过程中的缺陷情况,评定材料本身的结构完整性和性能稳定性,结合服役环境对材料服役的安全性进行评价2。无损检测技术作为航空航天材料缺陷检测和质量评估的关键手段受到相关行业的广泛关注和重点研究,作为航空航天特色高校的材料专业学生,掌握这门技术的理论知识并具备一定的实践能力对学生未来就业和长期发展有着不可替代的意义,是成长为一名合格的航空航天材料人必须具备的能力和素养。2 当下高校无损检测技术课程教学现状分析航空航天材料无损检测课程在前期专业课程知识的基础上拓展介绍无损检测技术的特征、基本原理和应用范围等,并在航空航天领域这一特定应用背景下,以航空航天工件的加工和工作评价情况为案例,结合实际应用中多种类的服役环境,加深学生对航空航天材料和无损检测技术领域的认识,增强学生对航空航天材料加工成型过程中工艺参数调控意义的理解,增进学生对航空航天材料可靠性和安全性评价标准的认知;并通过实际生产生活中相关领域的代表人物和知名典故激发学生对科学研究的兴趣和热情,引导学生从中发现问题,利用所学知240 广 州 化 工2023 年 2 月识分析、设计方案、解决问题,培养具有一定实践能力的航空航天材料无损检测专业技术人才。在辽宁省促进产业转型升级、加快新旧动能转换的背景下,作为航空航天类特色高校,应结合新工科理念,培养具有过硬专业素养的应用型人才3。综上所述,笔者认为现阶段的航空航天材料无损检测技术课程教学主要存在以下三个问题有待解决。2.1 理论课时数与实践课时数配置不合理航空航天材料无损检测技术是一门综合性和实践性很强的课程,涉及到的理论知识范围较广,且要求能够灵活运用所学知识解决实际问题,需要有足够的课时数才能保证学生兼具扎实的理论知识和一定的动手能力。目前该门课程作为大三下学期的专业选修课,选课人数较为有限,再加上受到下半年考研复习的冲击,很大程度上降低了课程的受重视程度,而最根本的问题在于总课时数相对偏少。这个问题使得分配到理论课和实践课上的课时都很有限,如果优先保证理论课时数,将导致学生缺少足够的相关实践经验,空有满腹的知识和理论却苦于不知该如何根据实际情况动手测试和解决问题;如果优先保证实践课时数,则学生的理论知识不够牢固,在实践环节中容易因为不理解、跟不上而产生畏难、厌学情绪,对相关领域形成不正确的认识和理解,严重的甚至可能会因为缺乏相关知识产生安全隐患。除此之外,理论课时和实践课时的搭配也存在不合理的现象。理论课时是实践课时的基础和前提,而实践课时是理论课时的应用和拓展,二者关系密切且遵循一定的逻辑先后顺序。目前的课程教学中,通常是理论课时授课结束后统一进行实践课时授课,有时会受其他因素影响导致二者相隔较长时间,使得学生在理论知识最扎实的时候没有付诸实践的机会;等到能够实践时又因为对理论知识记忆的减弱而束手束脚导致无法有效地锻炼实践能力。理论课时和实践课时之间相互独立,衔接不够紧密,是制约课程教学有效开展的重要因素。2.2 实践教学手段不够丰富航空航天材料无损检测技术测试手段多样,应用领域广泛,仅常用的五种常规检测手段:射线检测、超声检测、渗透检测、磁粉检测和涡流检测,就涵盖了光学、声学、力学、电磁学等方面的相关知识,因此需要借助丰富的教学手段整合和梳理抽象、分散的知识并生动、具象地向学生讲授,进而实现系统、有效的课程教学4。然而,目前该门课程的教学手段却并没有丰富到足以支撑多种多样的无损检测手段在不同服役环境下检测航空航天材料的教学内容,特别是实践教学环节的手段仍然比较单调,以“看得见摸不着”的演示实验和“固定发展模式”的课程实验为主。演示实验主要是通过教师把抽象的理论原理实际演示出来,能够加深学生对原理的认识和理解并一定程度上激发他们的学习兴趣,但对于锻炼学生的实践能力却力有不逮。目前对于学生实践能力的培养主要依靠实验类课程,此类课程通常会设计明确的实验目的、意义,规范的实验步骤和方法,以及比较明确的实验结果和结论,学生在指导下按部就班地完成实验,如此一来,的确能够验证课堂上所学知识,积累一定的实践经验,但也会将学生的思维束缚在实验室内,使他们产生如“在实验室中看到的就是全部”这般错误认识,在未来面对复杂多变的条件和环境时倾向于依循思维定势去分析、解决问题,不利于全面培养学生真正动手解决实际问题的实践能力。2.3 实践教学背景不够具体培养学生的实践能力是锻炼他们在一定环境和条件下通过分析收集到的信息发现并解决实际问题的能力,这个过程既涵盖了学生观察事物、发现问题、分析问题、解决问题的个人行动能力,也包括学生之间沟通交流、合作共事的社会活动能力,是学生把课堂所学知识根据具体情况应用到生活实际情景中进而不断积累经验提升自身综合素养的必要途径。航空航天材料无损检测技术是以培养学生将无损检测手段运用到航空航天工件探伤和评估为目标的课程,具有较强的实用性和针对性,虽然从表面上看限定材料的类别是缩小知识范围且把问题具体化,但实际上航空航天材料种类繁多且有各自的位置和作用,在工作中更面临复杂多变的服役条件,材料类别、工件用途和工作环境等因素之间的结合使得这门课程更加灵活多变,需要考虑更多、更复杂的影响因素。实践课程的主要任务是培养学生利用课堂所学理论知识解决具体问题的能力,究其本质是一个从抽象到具体,从简单到复杂,从固定到变化的过程。利用“固定发展模式”的实践课程培养学生的实践能力好比是把灵活多变的水倒进杯子,本可以有更多形态的水再怎么流动也脱离不了杯子的框架,学生很难自主思考“做什么”、“为什么做”、“怎么做”,而是倾向于将其当作任务完成;归根究底,是“固定发展模式”的实践课程没有给学生营造出真实、具体的实践教学背景,导致学生的教学情景代入感不足,无法全身心投入到用知识积累经验的过程中5。就航空航天材料无损检测技术的实践课程来说,为学生提供一个具体的教学背景能帮助他们挣脱实验室的束缚,以一名专业无损检测工作人员的角度思考和分析问题,有利于学生理解各种影响因素对检测评价结果的影响,认识实际检测过程的复杂多变,锻炼真正实用的实践能力。3 突出实践能力培养的教学改革探索新时代科技发展和市场需求要求当代教育将综合素质、实践能力作为人才培养的主要任务,调整教学理念和方法,使学生真正成长为“应用型”人才。航空航天材料无损检测技术这门课程将材料无损探伤技术融入到航空航天领域中,具有很强的综合性和实践性,对培养航空航天特色高校材料专业学生的实践能力有着重要的意义。针对目前航空航天材料无损检测技术教学中的一些问题,应着手从以下三个方面进行改进。首先,对于教学中理论课时数与实践课时数配置不合理的问题,应根据学生的专业方向、课程所在学期的教学安排以及前置课程情况等进行调整,在保证理论教学质量的前提下将课时数向实践课程适当倾斜。材料专业学生在学习此门课程之前,已经学习过大学物理、物理化学、材料科学基础等课程,对无损检测技术中的原理有一定的理论基础,因此,理论教学的主要任务是引导学生如何将学过的知识和理论拓展和关联最终演化成一门实用的测试技术,并掌握这门技术的特征、应用范围和方法等。在此基础上,应把注意力更多地集中在学生实践能力的培养上,保证实践课时数充足,使学生在每学习完一部分知识后都有学以致用的机会。此外,保证实践学时数充足只是满足了前提条件,为了进一步提升教学质量保证实践能力的培养效果,需要对实践课时进行