無損檢測技術創新型實驗課程探索

吳蘭蘭, 宗望遠, 熊利榮, 祝志慧, 周洪亮

(華中農業大學 工學院， 湖北 武漢 430070)

無損檢測技術創新型實驗課程探索

吳蘭蘭, 宗望遠, 熊利榮, 祝志慧, 周洪亮

(華中農業大學 工學院， 湖北 武漢 430070)

針對傳統無損檢測技術課程實驗教學中存在的主要問題，結合華中農業大學工學院的具體實踐，開展無損檢測技術創新型實驗課程教學。創新型實驗以雞蛋為研究對象，讓學生掌握測量雞蛋新鮮度無損檢測的基本方法。整個實驗貫穿了無損檢測技術課程中的數字圖像處理技術、近紅外光譜技術等各項研究方法和數據處理，旨在活躍本科生的科研思維，提高學生創新實踐能力。

無損檢測技術； 創新型實驗課程； 人才培養； 雞蛋新鮮度

如何培養本科生的創新實踐能力一直以來都是高等教育研究的熱點問題[1-3]。為了有針對性提高學生的創新實踐能力，近年來國內高校紛紛探索各種舉措，借此來提高學生的創新思維，推進本科實驗教學改革。創新型實驗教學項目是高校推進實驗教學改革，實施素質教育的重要舉措[4-6]。通過小班教學、分組實踐以及團隊合作，極大地激發學生的創新思維和實踐潛能。

相比其他工科高校，農科院校的工科專業學生在培養過程中，必須緊密結合農業，這在一定程度上增加培養的復雜性[7]。無損檢測技術是一門多學科融合的課程，其研究方法和手段滲透到各個研究領域。在無損檢測技術課程中引入創新型實驗項目是我院在探索創新實驗，培養學生創新能力的一次改革。我院無損檢測技術這門課，以農產品為研究對象，在不破壞檢測對象的前提下，利用力學特性、光學特性、圖像特性以及電特性技術，借助計算機原理、傳感檢測技術、化學計量學等手段，對其外觀指標和內部品質指標進行定量或定性評價[8-10]。該課程屬于多學科交叉課程，涉及到物理、化學、數學以及計算機等學科知識，要求學生具有廣泛的理論功底以及數據處理能力。本文結合華中農業大學工學院無損檢測技術課程的開展實際，探索創新型實驗課程教學改革。

1 無損檢測技術實驗教學存在的問題

我院針對自動化專業本科生特別開設無損檢測技術這門專業必修課，為學生今后從事質檢等相關工作奠定理論基礎。隨著現代工業和科學技術的發展，無損檢測技術受到各領域的重視，發揮著不可忽視的作用。這門課的開設，不僅讓本科生對無損檢測概念有深入了解和認識，特別是對新型光學無損檢測技術的介紹，對開闊學生的知識面、了解無損檢測技術的發展方向具有一定的指導作用。同時，開設的實驗課程讓部分后期從事研究的學生提前了解無損檢測技術流程、掌握無損檢測技術的測試儀器和數據分析工具。

針對這門課程應用性較強的特點，必須結合理論課和實驗教學并行，否則單純依靠教師講授理論，學生只能憑空想象檢測儀器和檢測手段，不足以完全理解和熟練掌握知識點；針對具體單元或者對象，配合一定的實驗教學來探索研究，讓學生深入了解概念、熟練掌握無損檢測技術操作流程及培養數據分析能力。因此，實驗教學是無損檢測技術課程不可或缺的重要組成部分，在培養具有知識、能力、技能等綜合創新型人才方面有著理論教學不可替代的作用[11]。通過實驗教學，一方面培養學生靈活運用知識解決實際生產問題的能力以及獨立分析問題的創新型思維和操作能力，為今后從事農產品質量檢測類工作打下基礎；另一方面，培養學生樹立科學嚴謹的實驗觀念以及團結合作的協作精神，讓學生懂得任何探索研究和學術成就都離不開嚴謹端正的實驗態度以及分工合作的實驗精神。

目前，我院無損檢測技術實驗課程存在如下問題：

(1) 條件有限，教學方式單一。學生主要按照實驗講義分步操作，獲取結果提交實驗報告。整個過程中，學生一直處于被動接受狀態，達不到培養創新思維的目的。

(2) 無損檢測技術這門課程的實驗教學中沒有完整具體案例，對啟發學生主觀能動性效果不明顯。

(3) 學生人數較多，儀器設備有限，學生普遍覺得動手能力得不到充分訓練。

(4) 其他學院如信息學院，部分學生對無損檢測技術感興趣，但是沒有辦法選修。針對上述現狀，有必要進行無損檢測技術實驗教學方法改革的研究，探索新的教學模式，引導學生進行更深層次專業知識的學習，對于全面激發學生的學習興趣和創新思維、提高教學質量具有重要意義。

2 無損檢測技術創新型實驗課程

如何改革現有無損檢測技術實驗教學模式以適應創新型人才培養需求，關鍵在于實驗教學方式的改革。創新型實驗教學重要特點是實現學生在實驗教學中的主體地位，充分激勵學生的創新意識，提高學生自主解決實際問題的能力[12]。因此，針對我院無損檢測技術實驗課程存在問題，提出創新型實驗課程項目，旨在探索本課程實驗教學改革，激發學生科學研究的潛在動力和興趣，提升本科生的思維創新能力。借助學校創新型實驗教學改革平臺，以雞蛋為具體研究對象，面向全校大二以上的本科生，開設無損檢測技術創新型實驗課程。總共32個學時，限定30人以內規模。通過具體案例，使學生對無損檢測技術有一個較完整的認識。

2.1 樣品采集

實驗前一天，從湖北省武漢市九峰雞場購入剛出生雞蛋400枚，分為AB兩組用于后期實驗。其中A組為實驗組：A1，A2，……，An；B組為對照組：B1，B2，……，Bn，將標好號的新鮮雞蛋放入溫度為20 ℃恒溫箱。實驗周期為5周，每隔一周采集一次實驗數據。

2.2 課程內容

無損檢測技術創新型實驗課程包括理論課程和實踐課程2個部分。

2.2.1 理論課程

理論課程安排在實踐課程開設前兩周，主要讓學生了解無損檢測技術以及相應儀器原理和使用方法，具體內容包括無損檢測技術概念、原理等理論性知識，以及實驗涉及到的近紅外光譜儀和視覺檢測儀器的原理、操作方法、數據采集及處理分析。最后，強調實驗過程中態度嚴謹性，以及操作時要遵守的儀器操作規程。

2.2.2 實驗課程

實驗課程是主體，包括“基于近紅外光譜技術的雞蛋新鮮度快速無損檢測”及“基于視覺技術的雞蛋新鮮度無損檢測”2個部分，旨在讓學生從不同傳感技術以及檢測手段方面體驗檢測同一目標的差異性。

實驗分別在華中農業大學工學院的近紅外光譜儀(Antaris II，美國)以及農產品檢測及裝備研制團隊研制的雞蛋視覺檢測生產線上進行。尤其是“基于視覺技術的雞蛋新鮮度無損檢測”實驗，不僅學生能夠自己動手操作采集視覺數據，而且可以直觀看到整條生產線中其他機構，如分選等如何動作，進一步加深對無損檢測技術的認識。實驗開始前，以小組為單位制定實驗方案、數據采集以及后期數據處理的分工。整個實驗歷時5周，小組成員需分工完成雞蛋理化參數測定、近紅外光譜數據采集以及動態圖像數據采集。根據前期采集實驗數據，后期合作完成新鮮度指標的計算、圖像數據分析與處理及近紅外光譜數據定量和定性模型的建立，最終形成完整的實驗報告。具體數據采集實驗過程如下：實驗中學生分成5組，每組5～6人。其中一組為對照組實驗，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圖像數據，然后重新放入恒溫箱保存；第5周重復前4周的近紅外光譜和視覺數據采集工作，等到數據采集完畢，用天平測量蛋重，用游標卡尺重復3次測量其蛋白高度，做好記錄。其余4組為實驗組，每組每次從恒溫箱中分別取18個A組雞蛋采集近紅外光譜和視覺數據、測量蛋重及蛋白高度等理化參數，做好記錄，便于后期新鮮度指標(哈夫值)的計算。

整個實驗過程中，無論是實驗前準備工作、實驗中步驟操作以及實驗后結果分析，始終要求學生保有嚴謹端正的實驗態度和作風：一是培養學生嚴謹認真的科學態度以及分析解決實際問題的創新實踐能力；二是減少人為等主觀因素對實驗的干擾，能夠獲取更客觀的數據，便于后期數據分析，更好探明新鮮度指標變化引起的光譜和圖像變化表征，進一步探索其機理。

2.3 考核方式

和理論課程的結果考核不同，實驗課程的過程考核至關重要。實驗成功與否的關鍵在于科學的操作過程。因此，在無損檢測技術創新型課程實驗教學環節，貫徹“教師主導，學生主體”的原則，充分發揮學生的主體作用與教師的主導作用，激發學生的積極性和創造性，培養學生分析解決實際問題的創新實踐能力。整個課程采取結果性與過程性考核結合的評價方法。過程考核中，主要考核學生對實驗基本操作方法、技能和技巧的掌握程度和熟練程度，能否正確使用無損檢測實驗儀器，是否具備根據無損檢測要求選擇檢測儀器、檢測方法的能力，實驗時的態度是否端正嚴謹，實驗中的分工合作是否合理，以及實驗記錄是否真實有效，占考核成績60%；結果考核中，主要考核學生是否順利完成實驗、數據分析以及建模是否正確、實驗報告是否翔實完整，占考核成績40%。

3 結語

以無損檢測技術課程為例，開展創新型實驗課程研究，探索本科生創新思維培養模式。通過無損檢測技術創新型實驗課程的順利實施，鍛煉學生的實驗設計和實際操作能力，一定程度上提高了學生的積極性、主動性和自學能力以及分析問題和解決問題的能力，提升學生的團隊精神、科學素養和創新意識，這是實驗教學改革的有益嘗試。今后，更應該不斷地探索、總結實驗教學改革，進一步提高教學質量。

References)

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[2] 賈永興，楊宇，薛紅.淺談學生創新意識的培養與實踐[J].高教學刊，2017 (8)：79-80.

[3] 李小川，黃癢永，田萌.大學生創新實踐能力培養存在問題的思考[J].中國現代教育裝備，2017 (3)：64-66.

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[5] 夏曦中，彭方，車婧，等. 創新型實驗教學項目建設的探索：土壤微生物分離實驗[J].微生物學通報，2014，41(12)：2525-2529.

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[11] 留嵐蘭.實驗課程設置與創新型人才培養[J].實驗技術與管理，2007，24(1)：123-125.

[12] 李剛，萬幼川，劉繼林.“數字圖像處理實習”創新型實驗教學示范[J].測繪通報，2012(10)：101-103.

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務費專項基金項目(2662015PY078)

吳蘭蘭(1980—)，女，湖北天門，博士，高級工程師，實驗教學中心副主任，主要從事農產品無損檢測及視覺分析方面研究.

E-mailwulanlan@mail.hzau.edu.cn