石吉勇，鄒小波，趙杰文

(江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212013)

在本科生第4學(xué)年的教學(xué)安排中，上半學(xué)年主要開設(shè)專業(yè)必修課和專業(yè)選修課，這些課程可以使學(xué)生接觸到相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)知識;大四下半學(xué)年的主要教學(xué)安排是畢業(yè)論文或者畢業(yè)設(shè)計，主要鍛煉的是學(xué)生的動手操作、動腦思考的能力，為將來學(xué)生的擇業(yè)、就業(yè)做好鋪墊。在食品與科學(xué)工程專業(yè)的眾多專業(yè)選修課和專業(yè)必修課當(dāng)中，專門開設(shè)了農(nóng)產(chǎn)品無損檢測技術(shù)這門課程，為有志于從事農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)控制、質(zhì)量檢測等崗位，以及選擇無損檢測領(lǐng)域讀研的學(xué)生提供幫助［1］。

無損檢測是在不破壞檢測對象的前提條件下，借助計算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、化學(xué)計量學(xué)等手段對被測對象的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行檢測［2］。一般包括待測對象成分的定量檢測以及性質(zhì)、狀態(tài)的定性檢測。無損檢測技術(shù)的應(yīng)用范圍非常廣泛，已涉及農(nóng)業(yè)、化工、制藥、環(huán)境、航空航天等領(lǐng)域。針對農(nóng)產(chǎn)品這一類檢測對象，無損檢測技術(shù)主要用于評價農(nóng)產(chǎn)品的外觀指標(biāo)和內(nèi)部品質(zhì)指標(biāo)，其中外觀指標(biāo)包括顏色、色澤、形狀、紋理、外觀缺陷等，而內(nèi)部品質(zhì)指標(biāo)主要包括糖度、酸度、主要組分及營養(yǎng)成分等。無損檢測技術(shù)已被成功應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品的種植、生產(chǎn)、流通、銷售等各個環(huán)節(jié)，有效增加了農(nóng)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益。

該課程講述的農(nóng)產(chǎn)品無損檢測技術(shù)主要包括:利用力學(xué)(機(jī)械)特性的檢測技術(shù)、利用電學(xué)特性的檢測技術(shù)、利用光學(xué)特性的檢測技術(shù)、利用計算機(jī)圖像的快速檢測技術(shù)、其他快速檢測新技術(shù)及化學(xué)計量學(xué)在快速檢測中的應(yīng)用等。該課程屬多學(xué)科交叉領(lǐng)域，涉及的知識面非常寬泛，僅檢測技術(shù)的理論就涉及化學(xué)、電學(xué)、力學(xué)、光學(xué)等方方面面。為了使大四學(xué)生通過有限學(xué)時的學(xué)習(xí)，理解農(nóng)產(chǎn)品無損檢測理論的精髓，掌握農(nóng)產(chǎn)品無損檢測的關(guān)鍵技術(shù)，以及了解農(nóng)產(chǎn)品無損檢測技術(shù)的國際前沿，筆者從農(nóng)產(chǎn)品無損檢測的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實踐教學(xué)等方面進(jìn)行了探索。

1 農(nóng)產(chǎn)品無損檢測技術(shù)教學(xué)內(nèi)容及國內(nèi)外發(fā)展趨勢

農(nóng)產(chǎn)品無損檢測技術(shù)的課堂教學(xué)內(nèi)容主要包括緒論、利用力學(xué)(機(jī)械)特性的檢測技術(shù)、利用電學(xué)特性的檢測技術(shù)、利用光學(xué)特性的檢測技術(shù)、利用計算機(jī)圖像的快速檢測技術(shù)、其他快速檢測新技術(shù)及化學(xué)計量學(xué)在快速檢測中的應(yīng)用等。緒論是課程重點講述的內(nèi)容，主要闡述農(nóng)產(chǎn)品無損檢測的概念、特征、基本原理及常用步驟。利用力學(xué)(機(jī)械)特性的檢測技術(shù)講解農(nóng)產(chǎn)品力學(xué)特性與農(nóng)產(chǎn)品生化變化、變質(zhì)情況之間的關(guān)系，通過力學(xué)性質(zhì)的測定可以表征農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)變化。利用電學(xué)特性的檢測技術(shù)是通過測定農(nóng)產(chǎn)品的電流密度、磁導(dǎo)率、電容率等，對農(nóng)產(chǎn)品的組織、成分、結(jié)構(gòu)和狀態(tài)進(jìn)行檢測。利用光學(xué)特性的檢測技術(shù)講解紫外、可見、紅外等光線與農(nóng)產(chǎn)相互作用而產(chǎn)生反射和吸收等現(xiàn)象，對農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行檢驗。利用計算機(jī)圖像的快速檢測技術(shù)主要通過相機(jī)獲取農(nóng)產(chǎn)品的圖像，通過計算機(jī)結(jié)合圖像處理算法自動獲取農(nóng)產(chǎn)品顏色、形狀、紋理、外觀缺陷等參數(shù)，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的快速檢測。其他快速檢測新技術(shù)主要包括氣體傳感器檢測技術(shù)、高光譜圖像技術(shù)等新技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測中的應(yīng)用。

近年來，農(nóng)產(chǎn)品無損檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢大致可概括為靜態(tài)檢測走向動態(tài)檢測、離線檢測走向在線檢測、單一技術(shù)檢測走向多技術(shù)融合檢測。此外，伴隨著計算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)的長足進(jìn)步，檢測儀器和裝備越來越先進(jìn)，幾分鐘內(nèi)就可得到幾百兆字節(jié)甚至幾個吉字節(jié)的檢測數(shù)據(jù)，因此與海量數(shù)據(jù)處理、特征挖掘等相關(guān)的化學(xué)計量方法的開發(fā)也是當(dāng)今無損檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢。

2 農(nóng)產(chǎn)品無損檢測技術(shù)的教學(xué)方法

農(nóng)產(chǎn)品無損檢測屬于多學(xué)科交叉的課程，沒有通用的檢測理論和檢測方法。針對某一具體的農(nóng)產(chǎn)品，根據(jù)不同的檢測目標(biāo)采用的儀器設(shè)備、技術(shù)手段、數(shù)據(jù)處理方法往往不盡相同。該課程要求學(xué)生具有寬泛且扎實的基本理論功底，同時老師也不能僅僅依靠傳統(tǒng)的“教師講課-學(xué)生聽課”方式開展教學(xué)，必須結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，綜合運用多種教學(xué)方法，以達(dá)到理想的教學(xué)效果［3］。

在課程教學(xué)過程中可以采用啟發(fā)式教學(xué)、案例互動式教學(xué)、訓(xùn)練法教學(xué)等來提高學(xué)生聽課的興趣［4-5］。這要求教師不僅在農(nóng)產(chǎn)品無損檢測方面要具有豐富的理論知識，而且對其他領(lǐng)域的無損檢測技術(shù)也要有一定的了解。如在本課程緒論部分，向?qū)W生講述“無損檢測”這一核心概念的時候，僅僅針對農(nóng)產(chǎn)品這一檢測對象來解釋是難以讓學(xué)生理解的，因此可以拿X射線檢測骨折來舉例。當(dāng)醫(yī)生想確認(rèn)患者骨頭是否發(fā)生了骨折時，不可能采用破壞性的方法(切開肌肉用肉眼直接檢測骨頭)，而是采用X射線對骨頭進(jìn)行照射，并根據(jù)X射線穿過骨頭后的信號變化可以判斷是否發(fā)生骨折，從而實現(xiàn)骨折的“無損檢測”。

為了促使學(xué)生主動思考，增強對知識的理解和記憶，課堂教學(xué)過程中可以采用提問或者反問的方式。如在講解計算機(jī)視覺技術(shù)的時候，可以讓學(xué)生思考計算機(jī)視覺與人工視覺的優(yōu)勢和劣勢。經(jīng)多次課堂測試，學(xué)生大致可以總結(jié)出計算機(jī)視覺的優(yōu)勢是比人工視覺的速度更快、精度更高、重現(xiàn)性更好、客觀性更強;而計算機(jī)視覺的劣勢是在智能識別方面遠(yuǎn)不及人工視覺。此外還可采用案例教學(xué)法，針對具體的農(nóng)產(chǎn)品檢測要求，讓學(xué)生分組提出相應(yīng)的檢測方法，由教師進(jìn)行比較和評判。

3 農(nóng)產(chǎn)品無損檢測技術(shù)的實踐教學(xué)

實踐教學(xué)是農(nóng)產(chǎn)品無損檢測課程的重要內(nèi)容［6］。通過實踐教學(xué)，一方面培養(yǎng)獨立思考及實踐操作能力，有利于深入理解課堂所學(xué)知識，為今后學(xué)生從事相關(guān)領(lǐng)域的工作打下堅實的基礎(chǔ)。另一方面，可以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嵺`觀和工作態(tài)度，讓學(xué)生明白只有嚴(yán)格遵守各項規(guī)程，實踐才能取得實際效果。農(nóng)產(chǎn)品無損檢測技術(shù)的實踐教學(xué)內(nèi)容主要分為兩部分，一部分是農(nóng)產(chǎn)品無損檢測實驗操作，另一部分是參觀農(nóng)產(chǎn)品無損檢測生產(chǎn)線。

實驗操作包括“基于近紅外光譜技術(shù)的蘋果糖度快速無損檢測”以及“基于高光譜圖像技術(shù)的蘋果糖度快速無損檢測”兩個部分［7-8］。兩個實驗在技術(shù)難度、檢測效果方面均存在一定的梯度，可以讓學(xué)生體會不同技術(shù)在檢測同一目標(biāo)時的差異。實驗操作前，根據(jù)無損檢測的概念、檢測原理、檢測基本流程等課堂講授的知識，詳細(xì)講解實驗的方法和步驟。實驗操作過程中，強調(diào)要嚴(yán)格遵守儀器的操作規(guī)程，如嚴(yán)格保證儀器的預(yù)熱時間，準(zhǔn)確對儀器信號進(jìn)行校正等，讓學(xué)生體會只有將先進(jìn)的儀器和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟僮飨嘟Y(jié)合，才能產(chǎn)生可信的檢測結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅的科學(xué)研究態(tài)度。

農(nóng)產(chǎn)品無損檢測生產(chǎn)線參觀的裝置為江蘇大學(xué)無損檢測研究團(tuán)隊開發(fā)的“小型水果智能分級生產(chǎn)線”和“基于機(jī)器視覺的醋膠囊智能分級線”。在向?qū)W生演示兩條生產(chǎn)線的工作過程之前，詳細(xì)講解設(shè)備的構(gòu)成。如“小型水果智能分級生產(chǎn)線”包括上料機(jī)構(gòu)、物料輸送機(jī)構(gòu)、機(jī)器視覺識別機(jī)構(gòu)、分選機(jī)構(gòu)、電控控制機(jī)構(gòu)等。讓學(xué)生了解到，課堂上學(xué)到的知識僅僅包含于該設(shè)備的機(jī)器視覺識別機(jī)構(gòu)當(dāng)中，完整的無損檢測生產(chǎn)線還包括其他許多部件組成，使學(xué)生對無損檢測生產(chǎn)設(shè)備有一個完備的認(rèn)識。同時通過對生產(chǎn)線的演示，可以讓學(xué)生切實體會到無損檢測速度快、重現(xiàn)性好等優(yōu)勢，如“基于機(jī)器視覺的醋膠囊智能分級線”每秒鐘可處理5～10個軟膠囊。

4 結(jié)語

農(nóng)產(chǎn)品無損檢測技術(shù)是一門多學(xué)科交叉的專業(yè)課程，以其快速、無損、客觀、重現(xiàn)性好的獨特優(yōu)勢已在農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、加工、銷售等環(huán)節(jié)得到廣泛運用。通過課堂教學(xué)和實踐教學(xué)相結(jié)合的方式，不僅能使學(xué)生掌握農(nóng)產(chǎn)品無損檢測的基本原理和方法，同時也培養(yǎng)了學(xué)生的實踐動手能力，可為學(xué)生將來的就業(yè)或讀研深造打下堅實的基礎(chǔ)。

［1］江濤.無損檢測技術(shù)課程教學(xué)研究與討論［J］.人力資源管理，2011(9):151-152.

［2］唐東林.《無損檢測》教學(xué)方法初探［J］.中國科技信息，2010(22):254-255.

［3］遲寶全，黃鎮(zhèn)海.PBL教學(xué)模式在無損檢測課程教學(xué)中的初探［J］.黑龍江教育(高教研究與評估)，2013(6):47-48.

［4］張清，李全安，文九巴，等.無損檢測綜合實驗的教學(xué)改革［J］.無損檢測，2008(5):316-317.

［5］周晚林，袁慎芳，王鑫偉.超聲無損檢測及實驗教學(xué)系統(tǒng)的研究與開發(fā)［J］.鹽城工學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版，2004(1):8-11.

［6］姜雁.無損檢測在教學(xué)中必須理論與實踐相結(jié)合［J］.皮革化工，2002(5):38-40.

［7］趙杰文，張海東，劉木華.利用近紅外漫反射光譜技術(shù)進(jìn)行蘋果糖度無損檢測的研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2005(3):162-165.

［8］郭俊先，饒秀勤，程國首，等.基于高光譜成像技術(shù)的新疆冰糖心紅富士蘋果分級和糖度預(yù)測研究［J］.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012(1):78-86.