智能檢測融入土木工程教學應用
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摘要:工程檢測與人工智能結合而生的智能檢測技術在土木工程領域的應用日趨廣泛，具有廣闊的發(fā)展前景，是土木工程應用型人才需要掌握的一項重要技術。智能檢測融入土木工程教學的應用型人才培養(yǎng)模式構建包含智能檢測師資培訓、智能檢測融入理論課程、智能檢測融入實踐課程、智能檢測教學與工程實踐相結合四個方面。以模糊綜合評價和學生問卷調查的方式考量，該人才培養(yǎng)模式應用效果為優(yōu)良。
關鍵詞:智能檢測;人才培養(yǎng)模式;土木工程專業(yè);模糊評價
近年來，工程檢測與人工智能相結合衍生出的智能檢測技術在建筑工程、公路工程和鐵路工程領域的應用逐漸展開。應用型本科院校土木工程(軌道交通方向)專業(yè)的學生畢業(yè)后主要從事鐵路和公路工程設計、建造和維護保養(yǎng)等方面的工作，工程結構測試是工作中的重要方面。智能檢測成為工程檢測的新技術和發(fā)展方向，高校需要對智能檢測融入土木工程教學的應用型人才培養(yǎng)模式進行探索。許多高校已開設工程結構試驗和工程結構檢測加固等傳統(tǒng)類的結構檢測課程，授課內容大多集中于應變、變形、裂縫和結構強度測試［1］等方面，教學改革研究也集中在傳統(tǒng)的檢測類課程［2－3］。近年來，智能檢測技術逐漸得到發(fā)展，但由于缺乏智能檢測師資力量等原因，部分高校在智能檢測技術方面的課程建設和人才培養(yǎng)體系尚未建立起來。要培養(yǎng)創(chuàng)新型、應用型、技能型的土木工程(軌道交通方向)專業(yè)人才，就必須將新興的智能檢測技術傳授給學生。因此，有必要對智能檢測融入土木工程教學的應用型人才培養(yǎng)模式進行研究和評價。
一、智能檢測融入土木工程教學的必要性
(一)智能檢測是工程檢測重要的發(fā)展方向
智能檢測是涉及土木工程、物理、電子和計算機等多學科的綜合性技術。將無損檢測設備與人工智能相結合開發(fā)的智能檢測技術，可減少人對檢測結果的干擾，減少檢測所需的人工，提高工作效率，保證檢測結果的可靠性，實現檢測過程和結果評價的自動化與智能化。智能檢測與傳統(tǒng)檢測相比具有工作效率高、數據管理簡便等優(yōu)點，近年來在土木工程領域廣泛應用，是工程檢測重要的發(fā)展方向。
(二)工程測試技術是土木工程專業(yè)的學生需要培養(yǎng)的重要能力
土木工程專業(yè)的學生在校學習的專業(yè)課程包括理論課和實踐課，土木工程測試技術是重要的實踐性教學環(huán)節(jié)［4］。土木工程(軌道交通方向)專業(yè)的畢業(yè)生需要掌握道路、橋梁和隧道的一般技術及檢測試驗的基本方法，需要具備常規(guī)工程測試儀器的應用能力。工程檢測設備的使用技術是該專業(yè)學生需要學習的重要內容。因此，教師需要將智能檢測融入課程教學，使學生逐步掌握該項技術。
(三)應用型人才培養(yǎng)模式要求教學與工程實踐發(fā)展緊密結合
土木工程專業(yè)應用型人才培養(yǎng)模式的主要特征是應用型、技能型、產教融合［5］。將工程現場日趨廣泛應用的智能檢測技術融入課程教學，是教學與工程實踐緊密結合的重要體現。傳授學生智能檢測技術，學生所學技術能實際應用到工作中，是培養(yǎng)應用型人才的體現。學生學習掌握智能檢測設備的操作步驟和使用方法，是培養(yǎng)技能型人才的表現。學校與智能檢測單位合作，通過工程檢測案例現場教學實現產教融合。應用型人才培養(yǎng)模式要求高校將工程實踐的最新發(fā)展成果融入課程教學。
二、智能檢測融入教學的應用型人才培養(yǎng)模式構建
(一)智能檢測師資培訓
智能檢測融入專業(yè)教學，需要較強的專業(yè)師資力量，而目前部分教師在智能檢測方面理論水平欠佳、實操技能缺乏。師資培訓可通過以下方面開展:選派專業(yè)教師到檢測基地進行實訓，掌握與本專業(yè)課程相關的智能檢測設備的操作流程;通過網絡課程、設備操作視頻等學習使用智能檢測設備;組織智能檢測師資培訓專題技術研討會，邀請工程檢測相關高校、科研、施工和檢測單位人員，探討智能檢測技術的應用，探索智能檢測技術進課堂的教學模式等。
(二)智能檢測融入理論課程
智能檢測設備種類繁多，學生在有限的時間內無法全部掌握。教師應選取與土木工程(軌道交通方向)專業(yè)課程和將來工作內容密切相關的幾套檢測設備，開發(fā)與教學內容匹配的教學案例，在理論課程教學中穿插講授。融入理論課程講授的智能檢測設備見表1。基樁低應變檢測儀可檢測樁身完整性，判定樁身缺陷程度和位置，判斷樁端嵌固情況，在基礎工程課程中的樁基部分講授。孔道灌漿密實度質量檢測儀可檢測預應力管道壓漿的施工質量，在施工技術課程中的預應力混凝土施工部分講授。無砟軌道多功能無損檢測儀可檢測無砟軌道的裂縫、損傷和脫空等病害，與軌道交通工程概論課程結合緊密，穿插在該課程中的無砟軌道部分講授。落球式回彈模量測試儀可測試軟黏土、砂土、碎石土、水泥穩(wěn)定土、瀝青混凝土等的回彈模量，應用于道路路基、路面基層回彈模量的測試，在路基工程課程中講授。預應力混凝土梁多功能檢測儀可檢測混凝土澆筑質量、錨下有效預應力、預應力管道灌漿密實度等，廣泛應用于預應力混凝土梁和預應力錨索(桿)的檢測，在橋梁工程課程的上部結構部分講授。隧道襯砌沖擊回波聲頻檢測儀可檢測混凝土襯砌與圍巖之間的空洞、襯砌結構厚度、混凝土襯砌的內部缺陷等，在隧道工程課程的襯砌結構部分講授。穿插在理論課程中的每個智能檢測設備教學，需要1～2個課時，簡要講解設備的檢測原理，重點突出設備的操作流程，通過操作視頻、現場照片等方式強化學生對操作方法的理解與掌握。
(三)智能檢測融入實踐課程
學生在理論課程中學習若干智能檢測設備的操作方法后，需要在相應的實踐課程中對該設備進行實操練習，以提高設備實操能力。因此，將智能檢測融入實踐課程顯得尤為重要。土木工程結構試驗是將智能檢測融入其中的重要實踐課程。在該課程中，學生實際操作預應力混凝土梁多功能檢測儀、落球式回彈模量測試儀等設備，對工程結構進行檢測，提高設備操作能力。將智能檢測作為學生畢業(yè)論文選題的一個方向，能夠使學生系統(tǒng)學習該技術，從而將智能檢測技術的掌握提升到新的高度。如土木工程(軌道交通方向)專業(yè)的一位畢業(yè)生以“智能無損檢測技術在道路路基工程中的應用”作為畢業(yè)論文選題，經過教師指導，對落球式回彈模量測試儀的檢測原理、使用方法和數據處理能夠熟練掌握。在頂崗實習過程中，學生在工程實習現場可以實際操作智能檢測設備，對智能檢測在工程中的應用有更深入的理解。
(四)智能檢測教學與工程實踐相結合
智能檢測教學結合工程實踐包括三個方面:學生現場參觀學習、實習實訓、頂崗實踐。在理論課程講授智能檢測設備之后，本專業(yè)教師帶領土木工程(軌道交通方向)專業(yè)的學生到相關檢測項目的工程現場參觀學習，如參觀學習套筒灌漿密實度檢測。工程檢測企業(yè)選派富有經驗的工程技術人員現場給學生講解檢測方法，指導學生實習實訓，比如現場指導路基回彈模量檢測。之后，學生參與企業(yè)的工程檢測項目，親自操作檢測儀器，記錄并分析數據，在頂崗實踐中鞏固所學的智能檢測知識。智能檢測教學在參觀學習、實習實訓和頂崗實踐三個方面與工程實踐相結合，能讓學生加深對智能檢測知識的理解、掌握工程實踐中智能檢測的應用技術，取得良好的教學效果。
三、智能檢測融入教學的應用型人才培養(yǎng)模式評價
(一)模糊綜合評價
1．建立因素集因素集是智能檢測融入土木工程教學人才培養(yǎng)模式應用效果影響因素的一個集合。依據對該人才培養(yǎng)模式的建構，確定影響因素，進而建立因素集為u={u1、u2、u3、u4}，見表2。2．建立評價集根據對該人才培養(yǎng)模式的分析，建立該模式應用效果的評價集V={v1、v2、v3、v4}，見表3。3．建立模糊評價矩陣選取土木工程學院理論教師、實驗教師、學生管理教師和土木工程(軌道交通方向)專業(yè)的學生共計20名，對該人才培養(yǎng)模式的四個影響因素的應用效果分別進行評價。單因素評價結果統(tǒng)計見表4。表4中，第i行第j列的數字表示:在選取的20名評價人員中，認為因素ui作用會導致該人才培養(yǎng)模式應用效果為vj的人數。如第1行第2列的數字5表示:在20個評價人員中，有5人認為，智能檢測師資培訓(u1)會導致該人才培養(yǎng)模式的應用效果是“中”(v2)。在表4的基礎上，計算第i行第j列表示的人數占總人數的比例，得到隸屬度，確定模糊評價矩陣R為4．建立因素權重集為了反映以上四個影響因素在應用效果評價目標中不同的地位和作用，需建立因素權重集，采用層次分析法確定各因素權重。對因素權重集中各因素兩兩比較，建立判斷矩陣C為其中，cij表示因素i和因素j相對于評價目標的重要程度。cij采用常用的“1～9標度法”［6］確定。根據影響該人才培養(yǎng)模式應用效果各因素的相對重要性程度，構造判斷矩陣為求出矩陣C的最大特征值ymax和其相應的特征向量A，即CA=ymaxA，則A的分量即為相應n個因素的權重。經檢驗，滿足一致性要求［7］。求得的權重集為A'=(0．07，0．36，0．36，0．2)。5．模糊綜合評價進行模糊變換B=A×R，歸一化處理后，使其滿足∑bi=1，得到評價結果集B'為B'=(0．050，0．149，0．365，0．436)。根據最大隸屬度原則，將B'元素中最大者確定為評價結果分級。經過模糊綜合評價，智能檢測融入土木工程教學的應用型人才培養(yǎng)模式的應用效果為“優(yōu)”。
(二)學生反饋評價
在智能檢測融入課程教學后對學生進行問卷調查，對土木工程(軌道交通方向)專業(yè)的60位同學發(fā)放調查問卷，回收有效問卷60份，部分統(tǒng)計結果見表5。由問卷調查結果可知，大部分同學肯定了智能檢測融入課程教學的應用型人才培養(yǎng)模式，認為該培養(yǎng)模式緊密結合工程實踐，提高了學習興趣，拓展了知識面，增強了實踐能力，學習效果良好。
四、結論
智能檢測技術在土木工程(軌道交通方向)中的應用日趨廣泛，是一種具有廣闊發(fā)展前景的工程檢測方式。培養(yǎng)應用型、技能型土木工程專業(yè)人才，需要傳授學生智能檢測技術。智能檢測融入土木工程教學的應用型人才培養(yǎng)模式構建包含四個方面:智能檢測師資培訓、智能檢測融入理論課程、智能檢測融入實踐課程、智能檢測教學與工程實踐相結合。采用模糊綜合評價和學生反饋評價兩種方式，對智能檢測融入土木工程教學的應用型人才培養(yǎng)模式應用效果進行評判。結果表明，該模式緊密結合工程實踐，增強了學生的實踐能力，實施效果良好。
作者:王一鳴 張明 單位:河南工程學院土木工程學院
