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无损检测技术创新型实验课程探讨

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摘要:针对传统无损检测技术课程实验教学中存在的主要问题,结合华中农业大学工学院的具体实践,开展无损检测技术创新型实验课程教学.创新型实验以鸡蛋为研究对象,让学生掌握测量鸡蛋新鲜度无损检测的基本方法.整个实验贯穿了无损检测技术课程中的数字图像处理技术、近红外光谱技术等各项研究方法和数据处理,旨在活跃本科生的科研思维,提高学生创新实践能力.

关键词:无损检测技术;创新型实验课程;人才培养;鸡蛋新鲜度

如何培养本科生的创新实践能力一直以来都是高等教育研究的热点问题[1G3].为了有针对性提高学生的创新实践能力,近年来国内高校纷纷探索各种举措,借此来提高学生的创新思维,推进本科实验教学改革.创新型实验教学项目是高校推进实验教学改革,实施素质教育的重要举措[4G6].通过小班教学、分组实践以及团队合作,极大地激发学生的创新思维和实践潜能.相比其他工科高校,农科院校的工科专业学生在培养过程中,必须紧密结合农业,这在一定程度上增加培养的复杂性[7].无损检测技术是一门多学科融合的课程,其研究方法和手段渗透到各个研究领域.在无损检测技术课程中引入创新型实验项目是我院在探索创新实验,培养学生创新能力的一次改革.我院无损检测技术这门课,以农产品为研究对象,在不破坏检测对象的前提下,利用力学特性、光学特性、图像特性以及电特性技术,借助计算机原理、传感检测技术、化学计量学等手段,对其外观指标和内部品质指标进行定量或定性评价[8G10].该课程属于多学科交叉课程,涉及到物理、化学、数学以及计算机等学科知识,要求学生具有广泛的理论功底以及数据处理能力.本文结合华中农业大学工学院无损检测技术课程的开展实际,探索创新型实验课程教学改革.

1无损检测技术实验教学存在的问题

我院针对自动化专业本科生特别开设无损检测技术这门专业必修课,为学生今后从事质检等相关工作奠定理论基础.随着现代工业和科学技术的发展,无损检测技术受到各领域的重视,发挥着不可忽视的作用.这门课的开设,不仅让本科生对无损检测概念有深入了解和认识,特别是对新型光学无损检测技术的介绍,对开阔学生的知识面、了解无损检测技术的发展方向具有一定的指导作用.同时,开设的实验课程让部分后期从事研究的学生提前了解无损检测技术流程、掌握无损检测技术的测试仪器和数据分析工具.针对这门课程应用性较强的特点,必须结合理论课和实验教学并行,否则单纯依靠教师讲授理论,学生只能凭空想象检测仪器和检测手段,不足以完全理解和熟练掌握知识点;针对具体单元或者对象,配合一定的实验教学来探索研究,让学生深入了解概念、熟练掌握无损检测技术操作流程及培养数据分析能力.因此,实验教学是无损检测技术课程不可或缺的重要组成部分,在培养具有知识、能力、技能等综合创新型人才方面有着理论教学不可替代的作用[11].通过实验教学,一方面培养学生灵活运用知识解决实际生产问题的能力以及独立分析问题的创新型思维和操作能力,为今后从事农产品质量检测类工作打下基础;另一方面,培养学生树立科学严谨的实验观念以及团结合作的协作精神,让学生懂得任何探索研究和学术成就都离不开严谨端正的实验态度以及分工合作的实验精神.目前,我院无损检测技术实验课程存在如下问题:(1)条件有限,教学方式单一.学生主要按照实验讲义分步操作,获取结果提交实验报告.整个过程中,学生一直处于被动接受状态,达不到培养创新思维的目的.(2)无损检测技术这门课程的实验教学中没有完整具体案例,对启发学生主观能动性效果不明显.(3)学生人数较多,仪器设备有限,学生普遍觉得动手能力得不到充分训练.(4)其他学院如信息学院,部分学生对无损检测技术感兴趣,但是没有办法选修.针对上述现状,有必要进行无损检测技术实验教学方法改革的研究,探索新的教学模式,引导学生进行更深层次专业知识的学习,对于全面激发学生的学习兴趣和创新思维、提高教学质量具有重要意义.

2无损检测技术创新型实验课程

如何改革现有无损检测技术实验教学模式以适应创新型人才培养需求,关键在于实验教学方式的改革.创新型实验教学重要特点是实现学生在实验教学中的主体地位,充分激励学生的创新意识,提高学生自主解决实际问题的能力[12].因此,针对我院无损检测技术实验课程存在问题,提出创新型实验课程项目,旨在探索本课程实验教学改革,激发学生科学研究的潜在动力和兴趣,提升本科生的思维创新能力.借助学校创新型实验教学改革平台,以鸡蛋为具体研究对象,面向全校大二以上的本科生,开设无损检测技术创新型实验课程.总共32个学时,限定30人以内规模.通过具体案例,使学生对无损检测技术有一个较完整的认识.

2.1样品采集

实验前一天,从湖北省武汉市九峰鸡场购入刚出生鸡蛋400枚,分为AB两组用于后期实验.其中A组为实验组:A1,A2,􀆺􀆺,An;B组为对照组:B1,B2,􀆺􀆺,Bn,将标好号的新鲜鸡蛋放入温度为20℃恒温箱.实验周期为5周,每隔一周采集一次实验数据.

2.2课程内容

无损检测技术创新型实验课程包括理论课程和实践课程2个部分.

2.2.1理论课程

理论课程安排在实践课程开设前两周,主要让学生了解无损检测技术以及相应仪器原理和使用方法,具体内容包括无损检测技术概念、原理等理论性知识,以及实验涉及到的近红外光谱仪和视觉检测仪器的原理、操作方法、数据采集及处理分析.最后,强调实验过程中态度严谨性,以及操作时要遵守的仪器操作规程.

2.2.2实验课程

实验课程是主体,包括“基于近红外光谱技术的鸡蛋新鲜度快速无损检测”及“基于视觉技术的鸡蛋新鲜度无损检测”2个部分,旨在让学生从不同传感技术以及检测手段方面体验检测同一目标的差异性.实验分别在华中农业大学工学院的近红外光谱仪(AntarisII,美国)以及农产品检测及装备研制团队研制的鸡蛋视觉检测生产线上进行.尤其是“基于视觉技术的鸡蛋新鲜度无损检测”实验,不仅学生能够自己动手操作采集视觉数据,而且可以直观看到整条生产线中其他机构,如分选等如何动作,进一步加深对无损检测技术的认识.实验开始前,以小组为单位制定实验方案、数据采集以及后期数据处理的分工.整个实验历时5周,小组成员需分工完成鸡蛋理化参数测定、近红外光谱数据采集以及动态图像数据采集.根据前期采集实验数据,后期合作完成新鲜度指标的计算、图像数据分析与处理及近红外光谱数据定量和定性模型的建立,最终形成完整的实验报告.具体数据采集实验过程如下:实验中学生分成5组,每组5~6人.其中一组为对照组实验,前4周分别从恒温箱中将B组鸡蛋取出,分工采集近红外光谱和视觉图像数据,然后重新放入恒温箱保存;第5周重复前4周的近红外光谱和视觉数据采集工作,等到数据采集完毕,用天平测量蛋重,用游标卡尺重复3次测量其蛋白高度,做好记录.其余4组为实验组,每组每次从恒温箱中分别取18个A组鸡蛋采集近红外光谱和视觉数据、测量蛋重及蛋白高度等理化参数,做好记录,便于后期新鲜度指标(哈夫值)的计算.整个实验过程中,无论是实验前准备工作、实验中步骤操作以及实验后结果分析,始终要求学生保有严谨端正的实验态度和作风:一是培养学生严谨认真的科学态度以及分析解决实际问题的创新实践能力;二是减少人为等主观因素对实验的干扰,能够获取更客观的数据,便于后期数据分析,更好探明新鲜度指标变化引起的光谱和图像变化表征,进一步探索其机理.

2.3考核方式

和理论课程的结果考核不同,实验课程的过程考核至关重要.实验成功与否的关键在于科学的操作过程.因此,在无损检测技术创新型课程实验教学环节,贯彻“教师主导,学生主体”的原则,充分发挥学生的主体作用与教师的主导作用,激发学生的积极性和创造性,培养学生分析解决实际问题的创新实践能力.整个课程采取结果性与过程性考核结合的评价方法.过程考核中,主要考核学生对实验基本操作方法、技能和技巧的掌握程度和熟练程度,能否正确使用无损检测实验仪器,是否具备根据无损检测要求选择检测仪器、检测方法的能力,实验时的态度是否端正严谨,实验中的分工合作是否合理,以及实验记录是否真实有效,占考核成绩60%;结果考核中,主要考核学生是否顺利完成实验、数据分析以及建模是否正确、实验报告是否翔实完整,占考核成绩40%.

3结语

以无损检测技术课程为例,开展创新型实验课程研究,探索本科生创新思维培养模式.通过无损检测技术创新型实验课程的顺利实施,锻炼学生的实验设计和实际操作能力,一定程度上提高了学生的积极性、主动性和自学能力以及分析问题和解决问题的能力,提升学生的团队精神、科学素养和创新意识,这是实验教学改革的有益尝试.今后,更应该不断地探索、总结实验教学改革,进一步提高教学质量.

参考文献(References)

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[2]贾永兴,杨宇,薛红.浅谈学生创新意识的培养与实践[J].高教学刊,2017(8):79G80.

[3]李小川,黄痒永,田萌.大学生创新实践能力培养存在问题的思考[J].中国现代教育装备,2017(3):64G66.

[4]卢秀霞.高校人才培养模式与实验教学改革的探索[J].科教文汇,2015(1):40G42.

[5]夏曦中,彭方,车婧,等.创新型实验教学项目建设的探索:土壤微生物分离实验[J].微生物学通报,2014,41(12):2525G2529.

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[10]唐东林.«无损检测»教学方法初探[J].中国科技信息,2010(22):254G255.

[11]留岚兰.实验课程设置与创新型人才培养[J].实验技术与管理,2007,24(1):123G125.

[12]李刚,万幼川,刘继林.“数字图像处理实习”创新型实验教学示范[J].测绘通报,2012(10):101G103.

作者:吴兰兰;宗望远;熊利荣;祝志慧;周洪亮 单位:华中农业大学

无损检测技术创新型实验课程探讨责任编辑:张雨    阅读:人次