PBL教学法在“力学测量与无损检测”实验教学中的应用初探
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摘 要：“力学测量与无损检测”是我校开设的集理论教学与实验教学于一体的全日制专业学位必修课程，具有极强的实践性，实验教学环节非常重要。由于传统实验教学模式已无法适用，文章以金属构件涡流测厚实验为例，基于PBL教学法（问题导向式学习），结合混合式教学模式开展实验教学探索，以实现课程实验教学效果的有力提升。
关键词：实践教学 PBL教学法 混合式教学 无损检测
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：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
作为工程力学专业课程，“力学测量与无损检测”是我校全日制专业学位必修课程之一。该课程结合工程力学学科特点，着力教授力学测量技术与无损检测技术，以培养工程力学专业学位研究生在应力、振动测试和结构安全与完整性评估方面的专业能力。与偏重理论授课的课程不同，作为专业学位必修课程，“力学测量与无损检测”是一门强调理论与实践相结合的课程，具有极强的实践性，课程的实验教学环节极为重要，特别注重培养学生的实践动手解决工程问题的能力。
传统实验教学思想常将实验教学视为理论教学的辅助，弱化了实验教学的重要性，其教学模式较单一，教学目标相对薄弱，教学预期效果仅体现在学生对实验仪器以及实验步骤的感性认识，缺乏学生实践动手能力的培养。采取传统实验教学模式进行“力学测量与无损检测”的实验环节教学，必将造成所培养学生无法满足当今社會对工程力学专业人才的要求。有鉴于此，本文将分析并明确传统实验教学在“力学测量与无损检测”实验教学中存在的问题，在此基础上基于PBL教学法，结合混合式教学模式探索实验教学新模式，有望为应用型院校相关实践教学提供借鉴。
1 传统实验教学存在的问题
在课程实验教学初期采取传统实验教学模式，在教学过程中，教师作为演示者首先对实验步骤进行演示，学生在观摩后按照实验手册所述步骤进行具体实验，在测取相关数据后，以分析结果和讨论作为实验报告的主要内容。通过后期对实验报告和期末考试答卷情况的分析，发现在这种教学模式下，学生更易倾向于对所观摩的实验操作步骤进行简单“复制”，缺乏深层思考，未深入了解实验方法的物理原理、各个实验步骤背后的理论知识、实验数据处理的相关理论及方法，并未达成实际操作的动手能力培养要求。这种流于形式的课程实验教学难以达到设定的实验教学目标。同时，教学模式单一，造成学生仅仅是“为了完成实验环节而去做实验”，对实验结果缺乏有效分析，易造成学生丧失对本课程的兴趣及应有的重视。课程的实验教学未能有效支撑相关理论教学内容。
2 “力学测量与无损检测”实验教学改革的探索
有鉴于上述问题，为有效提升课程实验教学效果，使学生有效掌握实验原理、实验步骤、相关理论及数据分析手段等，以达到培养学生实践动手解决工程问题能力的教学目的，本文以金属构件涡流测厚实验项目为例，结合PBL教学法及混合教学模式，对金属构件厚度的涡流检测实验开展了新实验教学方法的探索，其他实验项目亦采用了此种教学方法。
2.1 PBL教学法
PBL教学法是一种以问题为导向的现代教学方法，是以学生为中心、“理论与实践相结合”的教育方式。针对本课程的金属构件涡流测厚实验项目，在进行问题设置时，从学生角度出发综合考虑力学专业学生现有的知识水平以及问题的难易程度，结合工程实际中检测问题，设定了四个问题：（1）涡流检测的基本原理和检测原理;（2）涡流检测探头的设计及制备;（3）涡流检测金属构件厚度的检测步骤;（4）涡流检测信号与金属构件厚度的关联规律，并在开展实验教学前将这些问题发布给各实验小组。小组成员在获得问题后通过理论教学环节所获取的相关知识、电子期刊、探头设计软件、检测规范（ASTM-E-243等）以“自主学习-集中讨论”循环迭代的模式最终完成各问题的解决方案。 在具体实验环节中，学生按照解决方案制备所设计好的涡流检测探头（如图1所示），配合阻抗分析仪，分别对预制的标准样件厚度对应的阻抗信号进行测取，同时采用千分尺对标准样件的实际厚度进行记录，用以获取涡流探头阻抗信号与样件厚度的关联规律曲线（如图2所示），并以此曲线进一步分析金属构件厚度对阻抗信号实部与虚部的影响规律。通过这种自主学习、集中讨论、自主制备、实际操作、综合分析的模式，学生可有效掌握理论教学的各知识点和重点内容，有效培养了学生实践动手解决实际工程问题的能力。
2.2 混合式教学
混合式教学是一种基于在线教学和传统课堂教学的“线上”与“线下”相结合的教学模式，线上资源的有效建立是混合式教学的前提。针对本课程“金属构件涡流测厚”实验项目，面向学生建设了相关线上资源，包括探头设计软件、检测理论讲解及实验演示视频、习题及解答等，使学生在实验前掌握实验的相关理论，利用探头设计软件对涡流探头进行设计，详细了解实验步骤及各步骤背后的理论要点，充分做好预习工作。同时，在实验完成后，学生可利用线上资源，结合实验测取结果，深入分析金属构件厚度对阻抗信号实部与虚部的影响规律，进一步掌握涡流检测在工程实际金属构件厚度检测中的应用关键。
在制作线上资源的核心“检测理论讲解及实验演示视频”时，充分考虑了力学专业学生的知识结构和水平，对授课PPT、讲解音频、授课视频三部分进行了编制/录制。在理论教学用PPT基础上，对在线授课PPT进行了编写，删除了冗余内容，取其精华部分作为在线授课PPT的核心内容，着重强调在线授课知识点及动画演示等。参照授课脚本，录制授课音频和视频，采用Windows Movie Maker对采集到的音频和视频进行进一步编辑，形成授课音/视频终稿。三部分的组合采用Camtasia Studio，通过在Camtasia Studio平台对PPT、音频和视频的组合和进一步美化编辑，最终导出在线授课课件，如图3所示。将混合式教学模式引入本课程的实验教学中，有效提升了学生学习的积极性、学习的深度和广度，打破了传统实验教学模式，在提高学生协作能力的同時有效培养了学生的实践能力。
3 结语
针对传统实验教学在我校全日制专业学位必修课程“力学测量与无损检测”实验教学中存在的问题，本文以金属构件涡流测厚实验项目为例，将PBL教学法和混合式教学模式引入实验教学环节中，对这种实验教学新模式进行了细致探索。实践成效表明采用该实验教学新模式可有效提升学生的自主学习能力、实践和协作能力以及实践动手解决实际工程问题的能力，对力学专业学生的转型培养有一定意义。
参考文献
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