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智能检测融入土木工程教学应用

期刊目录网智能科学技术论文发表2021-10-21 10:08关注(1)

  工程检测与人工智能结合而生的智能检测技术在土木工程领域的应用日趋广泛,具有广阔的发展前景,是土木工程应用型人才需要掌握的一项重要技术。智能检测融入土木工程教学的应用型人才培养模式构建包含智能检测师资培训、智能检测融入理论课程、智能检测融入实践课程、智能检测教学与工程实践相结合四个方面。以模糊综合评价和学生问卷调查的方式考量,该人才培养模式应用效果为优良。

智能检测融入土木工程教学应用

  关键词:智能检测;人才培养模式;土木工程专业;模糊评价

  近年来,工程检测与人工智能相结合衍生出的智能检测技术在建筑工程、公路工程和铁路工程领域的应用逐渐展开。应用型本科院校土木工程(轨道交通方向)专业的学生毕业后主要从事铁路和公路工程设计、建造和维护保养等方面的工作,工程结构测试是工作中的重要方面。智能检测成为工程检测的新技术和发展方向,高校需要对智能检测融入土木工程教学的应用型人才培养模式进行探索。许多高校已开设工程结构试验和工程结构检测加固等传统类的结构检测课程,授课内容大多集中于应变、变形、裂缝和结构强度测试[1]等方面,教学改革研究也集中在传统的检测类课程[2-3]。近年来,智能检测技术逐渐得到发展,但由于缺乏智能检测师资力量等原因,部分高校在智能检测技术方面的课程建设和人才培养体系尚未建立起来。要培养创新型、应用型、技能型的土木工程(轨道交通方向)专业人才,就必须将新兴的智能检测技术传授给学生。因此,有必要对智能检测融入土木工程教学的应用型人才培养模式进行研究和评价。

  一、智能检测融入土木工程教学的必要性

  (一)智能检测是工程检测重要的发展方向

  智能检测是涉及土木工程、物理、电子和计算机等多学科的综合性技术。将无损检测设备与人工智能相结合开发的智能检测技术,可减少人对检测结果的干扰,减少检测所需的人工,提高工作效率,保证检测结果的可靠性,实现检测过程和结果评价的自动化与智能化。智能检测与传统检测相比具有工作效率高、数据管理简便等优点,近年来在土木工程领域广泛应用,是工程检测重要的发展方向。

  (二)工程测试技术是土木工程专业的学生需要培养的重要能力

  土木工程专业的学生在校学习的专业课程包括理论课和实践课,土木工程测试技术是重要的实践性教学环节[4]。土木工程(轨道交通方向)专业的毕业生需要掌握道路、桥梁和隧道的一般技术及检测试验的基本方法,需要具备常规工程测试仪器的应用能力。工程检测设备的使用技术是该专业学生需要学习的重要内容。因此,教师需要将智能检测融入课程教学,使学生逐步掌握该项技术。

  (三)应用型人才培养模式要求教学与工程实践发展紧密结合

  土木工程专业应用型人才培养模式的主要特征是应用型、技能型、产教融合[5]。将工程现场日趋广泛应用的智能检测技术融入课程教学,是教学与工程实践紧密结合的重要体现。传授学生智能检测技术,学生所学技术能实际应用到工作中,是培养应用型人才的体现。学生学习掌握智能检测设备的操作步骤和使用方法,是培养技能型人才的表现。学校与智能检测单位合作,通过工程检测案例现场教学实现产教融合。应用型人才培养模式要求高校将工程实践的最新发展成果融入课程教学。

  二、智能检测融入教学的应用型人才培养模式构建

  (一)智能检测师资培训

  智能检测融入专业教学,需要较强的专业师资力量,而目前部分教师在智能检测方面理论水平欠佳、实操技能缺乏。师资培训可通过以下方面开展:选派专业教师到检测基地进行实训,掌握与本专业课程相关的智能检测设备的操作流程;通过网络课程、设备操作视频等学习使用智能检测设备;组织智能检测师资培训专题技术研讨会,邀请工程检测相关高校、科研、施工和检测单位人员,探讨智能检测技术的应用,探索智能检测技术进课堂的教学模式等。

  (二)智能检测融入理论课程

  智能检测设备种类繁多,学生在有限的时间内无法全部掌握。教师应选取与土木工程(轨道交通方向)专业课程和将来工作内容密切相关的几套检测设备,开发与教学内容匹配的教学案例,在理论课程教学中穿插讲授。融入理论课程讲授的智能检测设备见表1。基桩低应变检测仪可检测桩身完整性,判定桩身缺陷程度和位置,判断桩端嵌固情况,在基础工程课程中的桩基部分讲授。孔道灌浆密实度质量检测仪可检测预应力管道压浆的施工质量,在施工技术课程中的预应力混凝土施工部分讲授。无砟轨道多功能无损检测仪可检测无砟轨道的裂缝、损伤和脱空等病害,与轨道交通工程概论课程结合紧密,穿插在该课程中的无砟轨道部分讲授。落球式回弹模量测试仪可测试软黏土、砂土、碎石土、水泥稳定土、沥青混凝土等的回弹模量,应用于道路路基、路面基层回弹模量的测试,在路基工程课程中讲授。预应力混凝土梁多功能检测仪可检测混凝土浇筑质量、锚下有效预应力、预应力管道灌浆密实度等,广泛应用于预应力混凝土梁和预应力锚索(杆)的检测,在桥梁工程课程的上部结构部分讲授。隧道衬砌冲击回波声频检测仪可检测混凝土衬砌与围岩之间的空洞、衬砌结构厚度、混凝土衬砌的内部缺陷等,在隧道工程课程的衬砌结构部分讲授。穿插在理论课程中的每个智能检测设备教学,需要1~2个课时,简要讲解设备的检测原理,重点突出设备的操作流程,通过操作视频、现场照片等方式强化学生对操作方法的理解与掌握。

  (三)智能检测融入实践课程

  学生在理论课程中学习若干智能检测设备的操作方法后,需要在相应的实践课程中对该设备进行实操练习,以提高设备实操能力。因此,将智能检测融入实践课程显得尤为重要。土木工程结构试验是将智能检测融入其中的重要实践课程。在该课程中,学生实际操作预应力混凝土梁多功能检测仪、落球式回弹模量测试仪等设备,对工程结构进行检测,提高设备操作能力。将智能检测作为学生毕业论文选题的一个方向,能够使学生系统学习该技术,从而将智能检测技术的掌握提升到新的高度。如土木工程(轨道交通方向)专业的一位毕业生以“智能无损检测技术在道路路基工程中的应用”作为毕业论文选题,经过教师指导,对落球式回弹模量测试仪的检测原理、使用方法和数据处理能够熟练掌握。在顶岗实习过程中,学生在工程实习现场可以实际操作智能检测设备,对智能检测在工程中的应用有更深入的理解。

  (四)智能检测教学与工程实践相结合

  智能检测教学结合工程实践包括三个方面:学生现场参观学习、实习实训、顶岗实践。在理论课程讲授智能检测设备之后,本专业教师带领土木工程(轨道交通方向)专业的学生到相关检测项目的工程现场参观学习,如参观学习套筒灌浆密实度检测。工程检测企业选派富有经验的工程技术人员现场给学生讲解检测方法,指导学生实习实训,比如现场指导路基回弹模量检测。之后,学生参与企业的工程检测项目,亲自操作检测仪器,记录并分析数据,在顶岗实践中巩固所学的智能检测知识。智能检测教学在参观学习、实习实训和顶岗实践三个方面与工程实践相结合,能让学生加深对智能检测知识的理解、掌握工程实践中智能检测的应用技术,取得良好的教学效果。

  三、智能检测融入教学的应用型人才培养模式评价

  (一)模糊综合评价

  1.建立因素集因素集是智能检测融入土木工程教学人才培养模式应用效果影响因素的一个集合。依据对该人才培养模式的建构,确定影响因素,进而建立因素集为u={u1、u2、u3、u4},见表2。2.建立评价集根据对该人才培养模式的分析,建立该模式应用效果的评价集V={v1、v2、v3、v4},见表3。3.建立模糊评价矩阵选取土木工程学院理论教师、实验教师、学生管理教师和土木工程(轨道交通方向)专业的学生共计20名,对该人才培养模式的四个影响因素的应用效果分别进行评价。单因素评价结果统计见表4。表4中,第i行第j列的数字表示:在选取的20名评价人员中,认为因素ui作用会导致该人才培养模式应用效果为vj的人数。如第1行第2列的数字5表示:在20个评价人员中,有5人认为,智能检测师资培训(u1)会导致该人才培养模式的应用效果是“中”(v2)。在表4的基础上,计算第i行第j列表示的人数占总人数的比例,得到隶属度,确定模糊评价矩阵R为4.建立因素权重集为了反映以上四个影响因素在应用效果评价目标中不同的地位和作用,需建立因素权重集,采用层次分析法确定各因素权重。对因素权重集中各因素两两比较,建立判断矩阵C为其中,cij表示因素i和因素j相对于评价目标的重要程度。cij采用常用的“1~9标度法”[6]确定。根据影响该人才培养模式应用效果各因素的相对重要性程度,构造判断矩阵为求出矩阵C的最大特征值ymax和其相应的特征向量A,即CA=ymaxA,则A的分量即为相应n个因素的权重。经检验,满足一致性要求[7]。求得的权重集为A'=(0.07,0.36,0.36,0.2)。5.模糊综合评价进行模糊变换B=A×R,归一化处理后,使其满足∑bi=1,得到评价结果集B'为B'=(0.050,0.149,0.365,0.436)。根据最大隶属度原则,将B'元素中最大者确定为评价结果分级。经过模糊综合评价,智能检测融入土木工程教学的应用型人才培养模式的应用效果为“优”。

  (二)学生反馈评价

  在智能检测融入课程教学后对学生进行问卷调查,对土木工程(轨道交通方向)专业的60位同学发放调查问卷,回收有效问卷60份,部分统计结果见表5。由问卷调查结果可知,大部分同学肯定了智能检测融入课程教学的应用型人才培养模式,认为该培养模式紧密结合工程实践,提高了学习兴趣,拓展了知识面,增强了实践能力,学习效果良好。

  四、结论

  智能检测技术在土木工程(轨道交通方向)中的应用日趋广泛,是一种具有广阔发展前景的工程检测方式。培养应用型、技能型土木工程专业人才,需要传授学生智能检测技术。智能检测融入土木工程教学的应用型人才培养模式构建包含四个方面:智能检测师资培训、智能检测融入理论课程、智能检测融入实践课程、智能检测教学与工程实践相结合。采用模糊综合评价和学生反馈评价两种方式,对智能检测融入土木工程教学的应用型人才培养模式应用效果进行评判。结果表明,该模式紧密结合工程实践,增强了学生的实践能力,实施效果良好。

  作者:王一鸣 张明

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