農產品無損檢測技術課程教學探索

摘要 為了提高農產品無損檢測技術課程的教學效果，對農產品無損檢測技術課程的教學內容、教學方法和實踐教學進行了探索。旨在使學生通過有限學時的學習，理解農產品無損檢測理論的精髓，掌握農產品無損檢測的關鍵技術，以及了解農產品無損檢測技術的國際前沿動態。

關鍵詞 無損檢測；農產品；教學內容；教學方法；實踐教學

中圖分類號 S-01 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）25-08821-02

Abstract In order to improve teaching effectiveness of “nondestructive detection technologies of agricultural products”， explorations were carried out based on teaching content， teaching method and practical teaching. Make through learning in a limited time， students could understand the essence of nondestructive detection theory， master the key technologies of nondestructive detection technologies of agricultural products， and know the international frontier of nondestructive detection technology.

Key words Nondestructive detection； Agricultural products； Teaching content； Teaching method； Practical teaching

在本科生第4學年的教學安排中，上半學年主要開設專業必修課和專業選修課，這些課程可以使學生接觸到相關領域的專業知識；大四下半學年的主要教學安排是畢業論文或者畢業設計，主要鍛煉的是學生的動手操作、動腦思考的能力，為將來學生的擇業、就業做好鋪墊。在食品與科學工程專業的眾多專業選修課和專業必修課當中，專門開設了農產品無損檢測技術這門課程，為有志于從事農產品生產控制、質量檢測等崗位，以及選擇無損檢測領域讀研的學生提供幫助[1]。

無損檢測是在不破壞檢測對象的前提條件下，借助計算機技術、傳感器技術、化學計量學等手段對被測對象的品質指標進行檢測[2]。一般包括待測對象成分的定量檢測以及性質、狀態的定性檢測。無損檢測技術的應用范圍非常廣泛，已涉及農業、化工、制藥、環境、航空航天等領域。針對農產品這一類檢測對象，無損檢測技術主要用于評價農產品的外觀指標和內部品質指標，其中外觀指標包括顏色、色澤、形狀、紋理、外觀缺陷等，而內部品質指標主要包括糖度、酸度、主要組分及營養成分等。無損檢測技術已被成功應用于農產品的種植、生產、流通、銷售等各個環節，有效增加了農產品的經濟效益。

該課程講述的農產品無損檢測技術主要包括：利用力學（機械）特性的檢測技術、利用電學特性的檢測技術、利用光學特性的檢測技術、利用計算機圖像的快速檢測技術、其他快速檢測新技術及化學計量學在快速檢測中的應用等。該課程屬多學科交叉領域，涉及的知識面非常寬泛，僅檢測技術的理論就涉及化學、電學、力學、光學等方方面面。為了使大四學生通過有限學時的學習，理解農產品無損檢測理論的精髓，掌握農產品無損檢測的關鍵技術，以及了解農產品無損檢測技術的國際前沿，筆者從農產品無損檢測的教學內容、教學方法、實踐教學等方面進行了探索。

1 農產品無損檢測技術教學內容及國內外發展趨勢

農產品無損檢測技術的課堂教學內容主要包括緒論、利用力學（機械）特性的檢測技術、利用電學特性的檢測技術、利用光學特性的檢測技術、利用計算機圖像的快速檢測技術、其他快速檢測新技術及化學計量學在快速檢測中的應用等。緒論是課程重點講述的內容，主要闡述農產品無損檢測的概念、特征、基本原理及常用步驟。利用力學（機械）特性的檢測技術講解農產品力學特性與農產品生化變化、變質情況之間的關系，通過力學性質的測定可以表征農產品的品質變化。利用電學特性的檢測技術是通過測定農產品的電流密度、磁導率、電容率等，對農產品的組織、成分、結構和狀態進行檢測。利用光學特性的檢測技術講解紫外、可見、紅外等光線與農產相互作用而產生反射和吸收等現象，對農產品的質量進行檢驗。利用計算機圖像的快速檢測技術主要通過相機獲取農產品的圖像，通過計算機結合圖像處理算法自動獲取農產品顏色、形狀、紋理、外觀缺陷等參數，實現農產品品質的快速檢測。其他快速檢測新技術主要包括氣體傳感器檢測技術、高光譜圖像技術等新技術在農產品品質檢測中的應用。

近年來，農產品無損檢測技術的發展趨勢大致可概括為靜態檢測走向動態檢測、離線檢測走向在線檢測、單一技術檢測走向多技術融合檢測。此外，伴隨著計算機技術、傳感器技術的長足進步，檢測儀器和裝備越來越先進，幾分鐘內就可得到幾百兆字節甚至幾個吉字節的檢測數據，因此與海量數據處理、特征挖掘等相關的化學計量方法的開發也是當今無損檢測技術的發展趨勢。

2 農產品無損檢測技術的教學方法

農產品無損檢測屬于多學科交叉的課程，沒有通用的檢測理論和檢測方法。針對某一具體的農產品，根據不同的檢測目標采用的儀器設備、技術手段、數據處理方法往往不盡相同。該課程要求學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的“教師講課-學生聽課”方式開展教學，必須結合專業培養目標，綜合運用多種教學方法，以達到理想的教學效果[3]。

在課程教學過程中可以采用啟發式教學、案例互動式教學、訓練法教學等來提高學生聽課的興趣[4-5]。這要求教師不僅在農產品無損檢測方面要具有豐富的理論知識，而且對其他領域的無損檢測技術也要有一定的了解。如在本課程緒論部分，向學生講述“無損檢測”這一核心概念的時候，僅僅針對農產品這一檢測對象來解釋是難以讓學生理解的，因此可以拿X射線檢測骨折來舉例。當醫生想確認患者骨頭是否發生了骨折時，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射線對骨頭進行照射，并根據X射線穿過骨頭后的信號變化可以判斷是否發生骨折，從而實現骨折的“無損檢測”。

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

3 農產品無損檢測技術的實踐教學

實踐教學是農產品無損檢測課程的重要內容[6]。通過實踐教學，一方面培養獨立思考及實踐操作能力，有利于深入理解課堂所學知識，為今后學生從事相關領域的工作打下堅實的基礎。另一方面，可以培養學生嚴謹的實踐觀和工作態度，讓學生明白只有嚴格遵守各項規程，實踐才能取得實際效果。農產品無損檢測技術的實踐教學內容主要分為兩部分，一部分是農產品無損檢測實驗操作，另一部分是參觀農產品無損檢測生產線。

實驗操作包括“基于近紅外光譜技術的蘋果糖度快速無損檢測”以及“基于高光譜圖像技術的蘋果糖度快速無損檢測”兩個部分[7-8]。兩個實驗在技術難度、檢測效果方面均存在一定的梯度，可以讓學生體會不同技術在檢測同一目標時的差異。實驗操作前，根據無損檢測的概念、檢測原理、檢測基本流程等課堂講授的知識，詳細講解實驗的方法和步驟。實驗操作過程中，強調要嚴格遵守儀器的操作規程，如嚴格保證儀器的預熱時間，準確對儀器信號進行校正等，讓學生體會只有將先進的儀器和嚴謹的操作相結合，才能產生可信的檢測結果，培養學生嚴肅的科學研究態度。

農產品無損檢測生產線參觀的裝置為江蘇大學無損檢測研究團隊開發的“小型水果智能分級生產線”和“基于機器視覺的醋膠囊智能分級線”。在向學生演示兩條生產線的工作過程之前，詳細講解設備的構成。如“小型水果智能分級生產線”包括上料機構、物料輸送機構、機器視覺識別機構、分選機構、電控控制機構等。讓學生了解到，課堂上學到的知識僅僅包含于該設備的機器視覺識別機構當中，完整的無損檢測生產線還包括其他許多部件組成，使學生對無損檢測生產設備有一個完備的認識。同時通過對生產線的演示，可以讓學生切實體會到無損檢測速度快、重現性好等優勢，如“基于機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 結語

農產品無損檢測技術是一門多學科交叉的專業課程，以其快速、無損、客觀、重現性好的獨特優勢已在農產品的生產、加工、銷售等環節得到廣泛運用。通過課堂教學和實踐教學相結合的方式，不僅能使學生掌握農產品無損檢測的基本原理和方法，同時也培養了學生的實踐動手能力，可為學生將來的就業或讀研深造打下堅實的基礎。

參考文獻

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

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

[3] 遲寶全，黃鎮海.PBL教學模式在無損檢測課程教學中的初探[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系統的研究與開發[J].鹽城工學院學報：自然科學版，2004（1）：8-11.

[6] 姜雁.無損檢測在教學中必須理論與實踐相結合[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進行蘋果糖度無損檢測的研究[J].農業工程學報，2005（3）：162-165.

[8] 郭俊先，饒秀勤，程國首，等.基于高光譜成像技術的新疆冰糖心紅富士蘋果分級和糖度預測研究[J].新疆農業大學學報，2012（1）：78-86.