涉農高校檢測技術實驗教學改革研究
——以山西農業大學為例

張 超，宋海燕，李慶令，楊原青

（1.山西農業大學農業工程學院，山西 太谷 030801；2.旱作農業機械關鍵技術與裝備山西省重點實驗室，山西 太谷 030801）

2022 年底，教育部等四部門聯合印發《關于加快新農科建設推進高等農林教育創新發展的意見》，從“全面加強知農愛農教育”“大力推進農林類緊缺專業人才培養”“深入推動課程教學改革”等14個方面，提出了推進高等農林院校教育創新發展的指導性意見[1]。其中將“全面加強知農愛農教育”放在首位，為涉農高校專業課的課程思政建設指明了方向。山西農業大學開設的檢測技術課程是農業電氣化專業的一門專業基礎課，內容涉及信號分析與處理、測試系統特性、常用傳感器及信號的調理與記錄等，相對于日新月異的農業科技革命和農業產業化多樣化發展，該課程實驗內容略顯陳舊。為了適應現代化農業發展的新要求，本文結合檢測技術課程的實際情況，對實驗教學的內容及方法進行了改革，提出了三重實驗教學體系，較好地培養了大批厚植大國“三農”情懷、投身鄉村振興一線、擔當民族復興大任的知農愛、農新型人才。

1 檢測技術課程實驗教學中存在的問題

1.1 知農愛農教育亟需強化

高校是推動思政教育高質量發展的前沿陣地，肩負著培養鄉村振興人才的重要使命。在當前檢測技術課程實驗教學中，不能只重視專業知識的傳授，而是要更多地融入“三農”理念，發揮好課程思政育人功能，在開展專業知識和技能傳授的同時，加強思政理論闡釋和思想引領，將價值塑造、知識傳授和能力培養相互融合，幫助廣大學生增強民族自豪感，培育學生“學農愛農”的情感，提升學生對鄉村振興的認同感[2]，肩負起“強農興農”的時代使命，引導學生積極投身鄉村振興偉大實踐，堅定服務“三農”信念，讓越來越多懂農業、愛農村、愛農民的“三農”青年為鄉村振興、美麗鄉村建設貢獻智慧、放飛夢想。

1.2 教學內容沒有及時更新

在當前的檢測技術課程實驗教學方面，設置有應變片測量電路及靜態實驗、機械標定及傳感器靜態特性參數測試實驗、動態測量及數據處理實驗等，基于DRLab 快速可重組綜合實驗臺搭建的一套應變測試系統，實現了從信號獲取、調理到數據分析及處理的一整套網絡化創新實驗室解決全流程，可用于懸掛農具牽引力測試、旋轉軸扭矩測量等。但該套設備已經有20多年歷史，存在傳感單一、反應遲鈍等問題。當前農業生產具有很強的不確定性和多樣性，傳感器應用于農業領域的范圍也逐漸擴大，包括育苗育種中的生物傳感器、農產品儲藏中的溫濕度傳感器、農機作業感知傳感器等[3]。隨著傳感器核心技術的突破、農業適用信息技術的研發應用，未來在農作物的整地、播種、管理、收獲、儲運、加工，畜禽養殖的環境、飼養、疫控等方面，傳感器的應用會更加廣泛。因此，在教學內容上應緊跟時代步伐并及時更新，將農業工程實踐與科研中常用的檢測系統融入教學中，拓寬學生的學習知識面，同時將科研工作成果帶入教學領域，充實教學內涵，實現科研反哺教學。

1.3 創新團隊意識需要提升

當下檢測技術課程實驗項目以驗證性實驗為主，程序化模式下，實驗內容和實驗步驟固定，學生面對實驗內容只是根據實驗指導書和教師演示進行機械重復式驗證，在實驗組織實施方面缺乏合理分工，既不能激發學生的探索欲和求知欲，也不利于學生創造性思維和團隊合作意識的培養；學生主動性不夠，缺乏根據理論知識對實驗任務進行獨立思考的能力，也不曾探索其他方式；實驗報告內容主要從實驗指導書中提取內容，報告內容雷同率較高。因此，對傳統驗證性實驗教學內容進行更新，探索多樣化的教學方法，進而提升實驗效果，切實培養學生獨立思考、創新、動手能力和團隊意識。

2 檢測技術課程實驗教學內容及方法的改革

2.1 榜樣力量引領前行，激勵學生知農愛農

作為培育知農愛農人才的重要陣地，涉農高校應強化榜樣教育，充分發揮榜樣的示范引領作用。我國“三農”領域榜樣資源豐富，如一生不畏艱辛、執著追求，在中華大地上書寫畢生文章，創建了超級雜交稻技術體系，使我國雜交水稻研究始終居世界領先水平，解決了世界五分之一人口溫飽問題的袁隆平[4]；農業自動化開拓者，智慧農業第一人，獻身農業工程引領學科發展，推進農業農村現代化進程的汪懋華；圍繞“信息化促進農業現代化”的國家重大需求，在專家系統、智能農機裝備、智慧農業等方面取得多項現代科技發展成果的趙春江等。將榜樣教育穿插融入到課堂教學中，深入挖掘不同類型“三農”榜樣資源，傳播榜樣的先進典型事跡，弘揚高尚人格品德，將廣大學子對榜樣的認知轉化為認同、理解，進而產生情感共鳴，同時明晰自身責任與使命，激發學生獻身農業發展的熱情，堅定其知農愛農的理想信念。

2.2 教學內容優化更新，基礎進階綜合遞進

實驗教學改革以培養造就新時代知農愛農新型人才為導向，對實驗教學內容進行優化更新，構建基礎實驗、進階實驗、綜合實驗三重教學體系（如圖1 所示）。原先實驗內容精簡為基礎實驗，注重學生對測試技術基本知識的理解，初步培養學生的動手能力；開設全新的進階實驗項目，分析檢測技術在農業工程領域的常見案例，基于購置的QSCGQ-ZX1 型傳感器實驗儀提供的硬件基礎上，自行用虛擬儀器軟件LabVIEW 來編寫上位機程序，實現實驗數據的可視化與后處理；依托旱作農業機械關鍵技術與裝備山西省重點實驗室開設綜合實驗，將清選性能試驗臺、排種器性能試驗臺、收割機割臺仿形控制等科研成果引入教學中，學生需圍繞測試對象綜合運用所學知識，在廣泛查閱資料及合理分工的基礎上，系統地完成測試方案設計、測試系統搭建、信號分析與處理等各個測試環節的實驗任務，培養學生的問題意識，充分發揮主觀能動性，以達到培養學生綜合素質目的，同時提高團隊合作能力。

圖1 三重實驗教學體系Fig.1 Three level experimental teaching system

2.2.1 基礎實驗

基礎實驗包括應變片測量電路及靜態實驗和動態測量及數據處理實驗，用到應變片、動態電阻應變儀及DRVI 可重組虛擬儀器實驗平臺等。DRVI 是以軟件總線開放結構和即插即用特性為基礎，用軟件設計的可進行二次實驗開發的虛擬儀器技術，可根據應用需求快速自定義實驗教學系統[5]。要求學生通過基礎實驗掌握應變片的性能標定和使用方法、動態信號分析技術等，初步了解測試系統，為后續新型實驗測試系統搭建奠定基礎。

2.2.2 進階實驗

進階實驗包括電機脈沖轉速測量實驗和多傳感器應用—電子秤綜合實驗。以電機脈沖轉速測量實驗為例，進行電機測速的傳感器有霍爾式傳感器、電渦流式傳感器、光纖傳感器、光電傳感器、磁電傳感器等，學生根據需要自行選擇2種以上傳感器進行電機轉速測量，根據不同傳感器的特點合理選擇調理電路，待轉速穩定后可用示波器觀測傳感器輸出的脈沖波形。編寫LabVIEW 上位機軟件界面，選擇合理的信號處理方法分析采集到的數據，對比不同傳感器測量精度和適用性、優缺點等。通過搭建一個可供選擇的實驗環境，學生可以自主選擇傳感器類型和信號處理方法，有助于培養學生的自主學習意識，在對比中提高認知，增強對測試系統各環節的理解，推動學生思維能力的提升。

2.2.3 綜合實驗

綜合實驗包括清選性能試驗臺實驗、排種器性能試驗臺實驗、收割機割臺仿形控制測試實驗等。以收割機割臺仿形控制測試實驗為例，該項目要求學生在理解割臺仿形工作原理的基礎上，可以選擇角度、拉線位移等接觸式傳感器或超聲波、紅外線等非接觸式傳感器測量割臺高度，通過有線/無線信號傳輸至控制器，控制器對數據信號進行濾波等預處理后，編寫邏輯算法控制液壓缸伸縮進而實現割臺升降及旋轉。整個實驗貼合農業作業實際，由于田間環境較差，在傳感器選型及搭建測試系統的時候要注意傳感器安裝、供電電源，以及防水、防塵等問題，而且由于收割機振動較大，對測量數據的處理優化也相比實驗室環境下更具有挑戰性。綜合實驗可以進一步激發學生的興趣，培養學生應用綜合實力解決實際工程問題的能力。同時綜合實驗任務量較大，團隊成員每個人應分配明確的任務和職責，建立有效的溝通渠道對于團隊分工合作也是重要的。當發生不同意見時，也需要用積極的態度和開放的心態來解決問題，在不斷的磨練中提升團隊協作能力。

2.3 翻轉課堂激發興趣，任務驅動激發創新

將翻轉課堂和任務驅動教學模式相結合，采用“任務為主線，教師為主導，學生為主題”的模式架構。課前階段，教師為學生提供豐富的課程資源，包括傳感器實物、多媒體素材、圖書資料等，引導學生將實驗任務進行進一步劃分，創設情境任務，層層遞進，學生需要自主探究，獨立思考，通過查閱資料、小組討論等方式完成實驗方案設計；課中階段，學生以組為單位輪流介紹整個實驗內容、實驗方案和實驗分工，其他小組可進行提問，教師適時地進行點評、引導和歸納總結，補充學生遺漏的知識點和相關注意事項；課后階段，學生根據討論結果實施實驗方案，對實驗結果進行反思，在總結經驗的基礎上進一步完善實驗方案。在整個實驗教學中充分留有思考、分析、探索、交流和擴展的空間，學生能夠突破常規束縛，充分發揮主觀能動性，有利于學生自主學習能力、問題解決能力和創新能力的培養[6]。

3 結語

檢測技術課程實驗教學是涉農高校課程教學的重要環節，不僅為后續工業過程測量與控制等課程提供良好的銜接，也為學生今后解決工程實際問題打下堅實的基礎。山西農業大學針對該課程實驗教學進行改革，借助榜樣力量強化學生知農愛農教育，構建“基礎、進階、綜合”三重實驗教學體系，將翻轉課堂和任務驅動教學模式相結合，有效提高了教學質量與效率。