吳蘭蘭, 宗望遠(yuǎn), 熊利榮, 祝志慧, 周洪亮

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院， 湖北 武漢 430070)

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)課程探索

吳蘭蘭, 宗望遠(yuǎn), 熊利榮, 祝志慧, 周洪亮

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院， 湖北 武漢 430070)

針對(duì)傳統(tǒng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的主要問(wèn)題，結(jié)合華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院的具體實(shí)踐，開(kāi)展無(wú)損檢測(cè)技術(shù)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)。創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)以雞蛋為研究對(duì)象，讓學(xué)生掌握測(cè)量雞蛋新鮮度無(wú)損檢測(cè)的基本方法。整個(gè)實(shí)驗(yàn)貫穿了無(wú)損檢測(cè)技術(shù)課程中的數(shù)字圖像處理技術(shù)、近紅外光譜技術(shù)等各項(xiàng)研究方法和數(shù)據(jù)處理，旨在活躍本科生的科研思維，提高學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力。

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)； 創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)課程； 人才培養(yǎng)； 雞蛋新鮮度

如何培養(yǎng)本科生的創(chuàng)新實(shí)踐能力一直以來(lái)都是高等教育研究的熱點(diǎn)問(wèn)題[1-3]。為了有針對(duì)性提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，近年來(lái)國(guó)內(nèi)高校紛紛探索各種舉措，借此來(lái)提高學(xué)生的創(chuàng)新思維，推進(jìn)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目是高校推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，實(shí)施素質(zhì)教育的重要舉措[4-6]。通過(guò)小班教學(xué)、分組實(shí)踐以及團(tuán)隊(duì)合作，極大地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐潛能。

相比其他工科高校，農(nóng)科院校的工科專(zhuān)業(yè)學(xué)生在培養(yǎng)過(guò)程中，必須緊密結(jié)合農(nóng)業(yè)，這在一定程度上增加培養(yǎng)的復(fù)雜性[7]。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是一門(mén)多學(xué)科融合的課程，其研究方法和手段滲透到各個(gè)研究領(lǐng)域。在無(wú)損檢測(cè)技術(shù)課程中引入創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是我院在探索創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的一次改革。我院無(wú)損檢測(cè)技術(shù)這門(mén)課，以農(nóng)產(chǎn)品為研究對(duì)象，在不破壞檢測(cè)對(duì)象的前提下，利用力學(xué)特性、光學(xué)特性、圖像特性以及電特性技術(shù)，借助計(jì)算機(jī)原理、傳感檢測(cè)技術(shù)、化學(xué)計(jì)量學(xué)等手段，對(duì)其外觀指標(biāo)和內(nèi)部品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行定量或定性評(píng)價(jià)[8-10]。該課程屬于多學(xué)科交叉課程，涉及到物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)以及計(jì)算機(jī)等學(xué)科知識(shí)，要求學(xué)生具有廣泛的理論功底以及數(shù)據(jù)處理能力。本文結(jié)合華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院無(wú)損檢測(cè)技術(shù)課程的開(kāi)展實(shí)際，探索創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革。

1 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題

我院針對(duì)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)本科生特別開(kāi)設(shè)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)這門(mén)專(zhuān)業(yè)必修課，為學(xué)生今后從事質(zhì)檢等相關(guān)工作奠定理論基礎(chǔ)。隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)受到各領(lǐng)域的重視，發(fā)揮著不可忽視的作用。這門(mén)課的開(kāi)設(shè)，不僅讓本科生對(duì)無(wú)損檢測(cè)概念有深入了解和認(rèn)識(shí)，特別是對(duì)新型光學(xué)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的介紹，對(duì)開(kāi)闊學(xué)生的知識(shí)面、了解無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向具有一定的指導(dǎo)作用。同時(shí)，開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程讓部分后期從事研究的學(xué)生提前了解無(wú)損檢測(cè)技術(shù)流程、掌握無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的測(cè)試儀器和數(shù)據(jù)分析工具。

針對(duì)這門(mén)課程應(yīng)用性較強(qiáng)的特點(diǎn)，必須結(jié)合理論課和實(shí)驗(yàn)教學(xué)并行，否則單純依靠教師講授理論，學(xué)生只能憑空想象檢測(cè)儀器和檢測(cè)手段，不足以完全理解和熟練掌握知識(shí)點(diǎn)；針對(duì)具體單元或者對(duì)象，配合一定的實(shí)驗(yàn)教學(xué)來(lái)探索研究，讓學(xué)生深入了解概念、熟練掌握無(wú)損檢測(cè)技術(shù)操作流程及培養(yǎng)數(shù)據(jù)分析能力。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是無(wú)損檢測(cè)技術(shù)課程不可或缺的重要組成部分，在培養(yǎng)具有知識(shí)、能力、技能等綜合創(chuàng)新型人才方面有著理論教學(xué)不可替代的作用[11]。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，一方面培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題的能力以及獨(dú)立分析問(wèn)題的創(chuàng)新型思維和操作能力，為今后從事農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)類(lèi)工作打下基礎(chǔ)；另一方面，培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)觀念以及團(tuán)結(jié)合作的協(xié)作精神，讓學(xué)生懂得任何探索研究和學(xué)術(shù)成就都離不開(kāi)嚴(yán)謹(jǐn)端正的實(shí)驗(yàn)態(tài)度以及分工合作的實(shí)驗(yàn)精神。

目前，我院無(wú)損檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程存在如下問(wèn)題：

(1) 條件有限，教學(xué)方式單一。學(xué)生主要按照實(shí)驗(yàn)講義分步操作，獲取結(jié)果提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。整個(gè)過(guò)程中，學(xué)生一直處于被動(dòng)接受狀態(tài)，達(dá)不到培養(yǎng)創(chuàng)新思維的目的。

(2) 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)這門(mén)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中沒(méi)有完整具體案例，對(duì)啟發(fā)學(xué)生主觀能動(dòng)性效果不明顯。

(3) 學(xué)生人數(shù)較多，儀器設(shè)備有限，學(xué)生普遍覺(jué)得動(dòng)手能力得不到充分訓(xùn)練。

(4) 其他學(xué)院如信息學(xué)院，部分學(xué)生對(duì)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)感興趣，但是沒(méi)有辦法選修。針對(duì)上述現(xiàn)狀，有必要進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革的研究，探索新的教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行更深層次專(zhuān)業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，對(duì)于全面激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新思維、提高教學(xué)質(zhì)量具有重要意義。

2 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)課程

如何改革現(xiàn)有無(wú)損檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式以適應(yīng)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)需求，關(guān)鍵在于實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的改革。創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)重要特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的主體地位，充分激勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生自主解決實(shí)際問(wèn)題的能力[12]。因此，針對(duì)我院無(wú)損檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程存在問(wèn)題，提出創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)課程項(xiàng)目，旨在探索本課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，激發(fā)學(xué)生科學(xué)研究的潛在動(dòng)力和興趣，提升本科生的思維創(chuàng)新能力。借助學(xué)校創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革平臺(tái)，以雞蛋為具體研究對(duì)象，面向全校大二以上的本科生，開(kāi)設(shè)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)課程?？偣?2個(gè)學(xué)時(shí)，限定30人以內(nèi)規(guī)模。通過(guò)具體案例，使學(xué)生對(duì)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有一個(gè)較完整的認(rèn)識(shí)。

2.1 樣品采集

實(shí)驗(yàn)前一天，從湖北省武漢市九峰雞場(chǎng)購(gòu)入剛出生雞蛋400枚，分為AB兩組用于后期實(shí)驗(yàn)。其中A組為實(shí)驗(yàn)組：A1，A2，……，An；B組為對(duì)照組：B1，B2，……，Bn，將標(biāo)好號(hào)的新鮮雞蛋放入溫度為20 ℃恒溫箱。實(shí)驗(yàn)周期為5周，每隔一周采集一次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.2 課程內(nèi)容

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)課程包括理論課程和實(shí)踐課程2個(gè)部分。

2.2.1 理論課程

理論課程安排在實(shí)踐課程開(kāi)設(shè)前兩周，主要讓學(xué)生了解無(wú)損檢測(cè)技術(shù)以及相應(yīng)儀器原理和使用方法，具體內(nèi)容包括無(wú)損檢測(cè)技術(shù)概念、原理等理論性知識(shí)，以及實(shí)驗(yàn)涉及到的近紅外光譜儀和視覺(jué)檢測(cè)儀器的原理、操作方法、數(shù)據(jù)采集及處理分析。最后，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)性，以及操作時(shí)要遵守的儀器操作規(guī)程。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)課程

實(shí)驗(yàn)課程是主體，包括“基于近紅外光譜技術(shù)的雞蛋新鮮度快速無(wú)損檢測(cè)”及“基于視覺(jué)技術(shù)的雞蛋新鮮度無(wú)損檢測(cè)”2個(gè)部分，旨在讓學(xué)生從不同傳感技術(shù)以及檢測(cè)手段方面體驗(yàn)檢測(cè)同一目標(biāo)的差異性。

實(shí)驗(yàn)分別在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院的近紅外光譜儀(Antaris II，美國(guó))以及農(nóng)產(chǎn)品檢測(cè)及裝備研制團(tuán)隊(duì)研制的雞蛋視覺(jué)檢測(cè)生產(chǎn)線上進(jìn)行。尤其是“基于視覺(jué)技術(shù)的雞蛋新鮮度無(wú)損檢測(cè)”實(shí)驗(yàn)，不僅學(xué)生能夠自己動(dòng)手操作采集視覺(jué)數(shù)據(jù)，而且可以直觀看到整條生產(chǎn)線中其他機(jī)構(gòu)，如分選等如何動(dòng)作，進(jìn)一步加深對(duì)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，以小組為單位制定實(shí)驗(yàn)方案、數(shù)據(jù)采集以及后期數(shù)據(jù)處理的分工。整個(gè)實(shí)驗(yàn)歷時(shí)5周，小組成員需分工完成雞蛋理化參數(shù)測(cè)定、近紅外光譜數(shù)據(jù)采集以及動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)采集。根據(jù)前期采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，后期合作完成新鮮度指標(biāo)的計(jì)算、圖像數(shù)據(jù)分析與處理及近紅外光譜數(shù)據(jù)定量和定性模型的建立，最終形成完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。具體數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：實(shí)驗(yàn)中學(xué)生分成5組，每組5～6人。其中一組為對(duì)照組實(shí)驗(yàn)，前4周分別從恒溫箱中將B組雞蛋取出，分工采集近紅外光譜和視覺(jué)圖像數(shù)據(jù)，然后重新放入恒溫箱保存；第5周重復(fù)前4周的近紅外光譜和視覺(jué)數(shù)據(jù)采集工作，等到數(shù)據(jù)采集完畢，用天平測(cè)量蛋重，用游標(biāo)卡尺重復(fù)3次測(cè)量其蛋白高度，做好記錄。其余4組為實(shí)驗(yàn)組，每組每次從恒溫箱中分別取18個(gè)A組雞蛋采集近紅外光譜和視覺(jué)數(shù)據(jù)、測(cè)量蛋重及蛋白高度等理化參數(shù)，做好記錄，便于后期新鮮度指標(biāo)(哈夫值)的計(jì)算。

整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，無(wú)論是實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作、實(shí)驗(yàn)中步驟操作以及實(shí)驗(yàn)后結(jié)果分析，始終要求學(xué)生保有嚴(yán)謹(jǐn)端正的實(shí)驗(yàn)態(tài)度和作風(fēng)：一是培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度以及分析解決實(shí)際問(wèn)題的創(chuàng)新實(shí)踐能力；二是減少人為等主觀因素對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾，能夠獲取更客觀的數(shù)據(jù)，便于后期數(shù)據(jù)分析，更好探明新鮮度指標(biāo)變化引起的光譜和圖像變化表征，進(jìn)一步探索其機(jī)理。

2.3 考核方式

和理論課程的結(jié)果考核不同，實(shí)驗(yàn)課程的過(guò)程考核至關(guān)重要。實(shí)驗(yàn)成功與否的關(guān)鍵在于科學(xué)的操作過(guò)程。因此，在無(wú)損檢測(cè)技術(shù)創(chuàng)新型課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，貫徹“教師主導(dǎo)，學(xué)生主體”的原則，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用與教師的主導(dǎo)作用，激發(fā)學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)學(xué)生分析解決實(shí)際問(wèn)題的創(chuàng)新實(shí)踐能力。整個(gè)課程采取結(jié)果性與過(guò)程性考核結(jié)合的評(píng)價(jià)方法。過(guò)程考核中，主要考核學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)基本操作方法、技能和技巧的掌握程度和熟練程度，能否正確使用無(wú)損檢測(cè)實(shí)驗(yàn)儀器，是否具備根據(jù)無(wú)損檢測(cè)要求選擇檢測(cè)儀器、檢測(cè)方法的能力，實(shí)驗(yàn)時(shí)的態(tài)度是否端正嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)驗(yàn)中的分工合作是否合理，以及實(shí)驗(yàn)記錄是否真實(shí)有效，占考核成績(jī)60%；結(jié)果考核中，主要考核學(xué)生是否順利完成實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析以及建模是否正確、實(shí)驗(yàn)報(bào)告是否翔實(shí)完整，占考核成績(jī)40%。

3 結(jié)語(yǔ)

以無(wú)損檢測(cè)技術(shù)課程為例，開(kāi)展創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)課程研究，探索本科生創(chuàng)新思維培養(yǎng)模式。通過(guò)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)課程的順利實(shí)施，鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)際操作能力，一定程度上提高了學(xué)生的積極性、主動(dòng)性和自學(xué)能力以及分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，提升學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神、科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新意識(shí)，這是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的有益嘗試。今后，更應(yīng)該不斷地探索、總結(jié)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量。

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Exploration on innovative experiment course of nondestructive detecting technology

Wu Lanlan， Zong Wangyuan, Xiong Lirong， Zhu Zhihui， Zhou Hongliang

(College of Engineering, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China)

In view of the main problems existing in the experimental teaching of the traditional Nondestructive Detecting Technology course, and in combination with the concrete practice of Huazhong Agricultural University, the innovative experiment course teaching of nondestructive detection technology is carried out. The innovative experiment is conducted with eggs as the object of study so as to help the students to master the basic methods of nondestructive detecting of egg freshness. The whole experiment includes the research methods and data processing methods such as the digital image processing technology, the near infrared spectroscopy technology, etc., in the Nondestructive Detecting Technology course, whose purpose is to activate the undergraduate students’ research thinking, and improve their innovative and practical ability.

nondestructive detecting technology; innovative experiment course; talent cultivation; egg freshness

10.16791/j.cnki.sjg.2017.11.007

G642.0

A

1002-4956(2017)11-0023-03

2017-04-21

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)基金項(xiàng)目(2662015PY078)

吳蘭蘭(1980—)，女，湖北天門(mén)，博士，高級(jí)工程師，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心副主任，主要從事農(nóng)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)及視覺(jué)分析方面研究.

E-mailwulanlan@mail.hzau.edu.cn