石吉勇，鄒小波，趙杰文

(江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212013)

在本科生第4學(xué)年的教學(xué)安排中，上半學(xué)年主要開(kāi)設(shè)專(zhuān)業(yè)必修課和專(zhuān)業(yè)選修課，這些課程可以使學(xué)生接觸到相關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識(shí);大四下半學(xué)年的主要教學(xué)安排是畢業(yè)論文或者畢業(yè)設(shè)計(jì)，主要鍛煉的是學(xué)生的動(dòng)手操作、動(dòng)腦思考的能力，為將來(lái)學(xué)生的擇業(yè)、就業(yè)做好鋪墊。在食品與科學(xué)工程專(zhuān)業(yè)的眾多專(zhuān)業(yè)選修課和專(zhuān)業(yè)必修課當(dāng)中，專(zhuān)門(mén)開(kāi)設(shè)了農(nóng)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)技術(shù)這門(mén)課程，為有志于從事農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)控制、質(zhì)量檢測(cè)等崗位，以及選擇無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域讀研的學(xué)生提供幫助［1］。

無(wú)損檢測(cè)是在不破壞檢測(cè)對(duì)象的前提條件下，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、化學(xué)計(jì)量學(xué)等手段對(duì)被測(cè)對(duì)象的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)［2］。一般包括待測(cè)對(duì)象成分的定量檢測(cè)以及性質(zhì)、狀態(tài)的定性檢測(cè)。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用范圍非常廣泛，已涉及農(nóng)業(yè)、化工、制藥、環(huán)境、航空航天等領(lǐng)域。針對(duì)農(nóng)產(chǎn)品這一類(lèi)檢測(cè)對(duì)象，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)主要用于評(píng)價(jià)農(nóng)產(chǎn)品的外觀指標(biāo)和內(nèi)部品質(zhì)指標(biāo)，其中外觀指標(biāo)包括顏色、色澤、形狀、紋理、外觀缺陷等，而內(nèi)部品質(zhì)指標(biāo)主要包括糖度、酸度、主要組分及營(yíng)養(yǎng)成分等。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已被成功應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品的種植、生產(chǎn)、流通、銷(xiāo)售等各個(gè)環(huán)節(jié)，有效增加了農(nóng)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益。

該課程講述的農(nóng)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)技術(shù)主要包括:利用力學(xué)(機(jī)械)特性的檢測(cè)技術(shù)、利用電學(xué)特性的檢測(cè)技術(shù)、利用光學(xué)特性的檢測(cè)技術(shù)、利用計(jì)算機(jī)圖像的快速檢測(cè)技術(shù)、其他快速檢測(cè)新技術(shù)及化學(xué)計(jì)量學(xué)在快速檢測(cè)中的應(yīng)用等。該課程屬多學(xué)科交叉領(lǐng)域，涉及的知識(shí)面非常寬泛，僅檢測(cè)技術(shù)的理論就涉及化學(xué)、電學(xué)、力學(xué)、光學(xué)等方方面面。為了使大四學(xué)生通過(guò)有限學(xué)時(shí)的學(xué)習(xí)，理解農(nóng)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)理論的精髓，掌握農(nóng)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)，以及了解農(nóng)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的國(guó)際前沿，筆者從農(nóng)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)等方面進(jìn)行了探索。

1 農(nóng)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)技術(shù)教學(xué)內(nèi)容及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)

農(nóng)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的課堂教學(xué)內(nèi)容主要包括緒論、利用力學(xué)(機(jī)械)特性的檢測(cè)技術(shù)、利用電學(xué)特性的檢測(cè)技術(shù)、利用光學(xué)特性的檢測(cè)技術(shù)、利用計(jì)算機(jī)圖像的快速檢測(cè)技術(shù)、其他快速檢測(cè)新技術(shù)及化學(xué)計(jì)量學(xué)在快速檢測(cè)中的應(yīng)用等。緒論是課程重點(diǎn)講述的內(nèi)容，主要闡述農(nóng)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)的概念、特征、基本原理及常用步驟。利用力學(xué)(機(jī)械)特性的檢測(cè)技術(shù)講解農(nóng)產(chǎn)品力學(xué)特性與農(nóng)產(chǎn)品生化變化、變質(zhì)情況之間的關(guān)系，通過(guò)力學(xué)性質(zhì)的測(cè)定可以表征農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)變化。利用電學(xué)特性的檢測(cè)技術(shù)是通過(guò)測(cè)定農(nóng)產(chǎn)品的電流密度、磁導(dǎo)率、電容率等，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的組織、成分、結(jié)構(gòu)和狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。利用光學(xué)特性的檢測(cè)技術(shù)講解紫外、可見(jiàn)、紅外等光線(xiàn)與農(nóng)產(chǎn)相互作用而產(chǎn)生反射和吸收等現(xiàn)象，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。利用計(jì)算機(jī)圖像的快速檢測(cè)技術(shù)主要通過(guò)相機(jī)獲取農(nóng)產(chǎn)品的圖像，通過(guò)計(jì)算機(jī)結(jié)合圖像處理算法自動(dòng)獲取農(nóng)產(chǎn)品顏色、形狀、紋理、外觀缺陷等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的快速檢測(cè)。其他快速檢測(cè)新技術(shù)主要包括氣體傳感器檢測(cè)技術(shù)、高光譜圖像技術(shù)等新技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用。

近年來(lái)，農(nóng)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)大致可概括為靜態(tài)檢測(cè)走向動(dòng)態(tài)檢測(cè)、離線(xiàn)檢測(cè)走向在線(xiàn)檢測(cè)、單一技術(shù)檢測(cè)走向多技術(shù)融合檢測(cè)。此外，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步，檢測(cè)儀器和裝備越來(lái)越先進(jìn)，幾分鐘內(nèi)就可得到幾百兆字節(jié)甚至幾個(gè)吉字節(jié)的檢測(cè)數(shù)據(jù)，因此與海量數(shù)據(jù)處理、特征挖掘等相關(guān)的化學(xué)計(jì)量方法的開(kāi)發(fā)也是當(dāng)今無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

2 農(nóng)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的教學(xué)方法

農(nóng)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)屬于多學(xué)科交叉的課程，沒(méi)有通用的檢測(cè)理論和檢測(cè)方法。針對(duì)某一具體的農(nóng)產(chǎn)品，根據(jù)不同的檢測(cè)目標(biāo)采用的儀器設(shè)備、技術(shù)手段、數(shù)據(jù)處理方法往往不盡相同。該課程要求學(xué)生具有寬泛且扎實(shí)的基本理論功底，同時(shí)老師也不能僅僅依靠傳統(tǒng)的“教師講課-學(xué)生聽(tīng)課”方式開(kāi)展教學(xué)，必須結(jié)合專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，綜合運(yùn)用多種教學(xué)方法，以達(dá)到理想的教學(xué)效果［3］。

在課程教學(xué)過(guò)程中可以采用啟發(fā)式教學(xué)、案例互動(dòng)式教學(xué)、訓(xùn)練法教學(xué)等來(lái)提高學(xué)生聽(tīng)課的興趣［4-5］。這要求教師不僅在農(nóng)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)方面要具有豐富的理論知識(shí)，而且對(duì)其他領(lǐng)域的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)也要有一定的了解。如在本課程緒論部分，向?qū)W生講述“無(wú)損檢測(cè)”這一核心概念的時(shí)候，僅僅針對(duì)農(nóng)產(chǎn)品這一檢測(cè)對(duì)象來(lái)解釋是難以讓學(xué)生理解的，因此可以拿X射線(xiàn)檢測(cè)骨折來(lái)舉例。當(dāng)醫(yī)生想確認(rèn)患者骨頭是否發(fā)生了骨折時(shí)，不可能采用破壞性的方法(切開(kāi)肌肉用肉眼直接檢測(cè)骨頭)，而是采用X射線(xiàn)對(duì)骨頭進(jìn)行照射，并根據(jù)X射線(xiàn)穿過(guò)骨頭后的信號(hào)變化可以判斷是否發(fā)生骨折，從而實(shí)現(xiàn)骨折的“無(wú)損檢測(cè)”。

為了促使學(xué)生主動(dòng)思考，增強(qiáng)對(duì)知識(shí)的理解和記憶，課堂教學(xué)過(guò)程中可以采用提問(wèn)或者反問(wèn)的方式。如在講解計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的時(shí)候，可以讓學(xué)生思考計(jì)算機(jī)視覺(jué)與人工視覺(jué)的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。經(jīng)多次課堂測(cè)試，學(xué)生大致可以總結(jié)出計(jì)算機(jī)視覺(jué)的優(yōu)勢(shì)是比人工視覺(jué)的速度更快、精度更高、重現(xiàn)性更好、客觀性更強(qiáng);而計(jì)算機(jī)視覺(jué)的劣勢(shì)是在智能識(shí)別方面遠(yuǎn)不及人工視覺(jué)。此外還可采用案例教學(xué)法，針對(duì)具體的農(nóng)產(chǎn)品檢測(cè)要求，讓學(xué)生分組提出相應(yīng)的檢測(cè)方法，由教師進(jìn)行比較和評(píng)判。

3 農(nóng)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)

實(shí)踐教學(xué)是農(nóng)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)課程的重要內(nèi)容［6］。通過(guò)實(shí)踐教學(xué)，一方面培養(yǎng)獨(dú)立思考及實(shí)踐操作能力，有利于深入理解課堂所學(xué)知識(shí)，為今后學(xué)生從事相關(guān)領(lǐng)域的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。另一方面，可以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)踐觀和工作態(tài)度，讓學(xué)生明白只有嚴(yán)格遵守各項(xiàng)規(guī)程，實(shí)踐才能取得實(shí)際效果。農(nóng)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容主要分為兩部分，一部分是農(nóng)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)實(shí)驗(yàn)操作，另一部分是參觀農(nóng)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)生產(chǎn)線(xiàn)。

實(shí)驗(yàn)操作包括“基于近紅外光譜技術(shù)的蘋(píng)果糖度快速無(wú)損檢測(cè)”以及“基于高光譜圖像技術(shù)的蘋(píng)果糖度快速無(wú)損檢測(cè)”兩個(gè)部分［7-8］。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)在技術(shù)難度、檢測(cè)效果方面均存在一定的梯度，可以讓學(xué)生體會(huì)不同技術(shù)在檢測(cè)同一目標(biāo)時(shí)的差異。實(shí)驗(yàn)操作前，根據(jù)無(wú)損檢測(cè)的概念、檢測(cè)原理、檢測(cè)基本流程等課堂講授的知識(shí)，詳細(xì)講解實(shí)驗(yàn)的方法和步驟。實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)要嚴(yán)格遵守儀器的操作規(guī)程，如嚴(yán)格保證儀器的預(yù)熱時(shí)間，準(zhǔn)確對(duì)儀器信號(hào)進(jìn)行校正等，讓學(xué)生體會(huì)只有將先進(jìn)的儀器和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟僮飨嘟Y(jié)合，才能產(chǎn)生可信的檢測(cè)結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅的科學(xué)研究態(tài)度。

農(nóng)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)生產(chǎn)線(xiàn)參觀的裝置為江蘇大學(xué)無(wú)損檢測(cè)研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的“小型水果智能分級(jí)生產(chǎn)線(xiàn)”和“基于機(jī)器視覺(jué)的醋膠囊智能分級(jí)線(xiàn)”。在向?qū)W生演示兩條生產(chǎn)線(xiàn)的工作過(guò)程之前，詳細(xì)講解設(shè)備的構(gòu)成。如“小型水果智能分級(jí)生產(chǎn)線(xiàn)”包括上料機(jī)構(gòu)、物料輸送機(jī)構(gòu)、機(jī)器視覺(jué)識(shí)別機(jī)構(gòu)、分選機(jī)構(gòu)、電控控制機(jī)構(gòu)等。讓學(xué)生了解到，課堂上學(xué)到的知識(shí)僅僅包含于該設(shè)備的機(jī)器視覺(jué)識(shí)別機(jī)構(gòu)當(dāng)中，完整的無(wú)損檢測(cè)生產(chǎn)線(xiàn)還包括其他許多部件組成，使學(xué)生對(duì)無(wú)損檢測(cè)生產(chǎn)設(shè)備有一個(gè)完備的認(rèn)識(shí)。同時(shí)通過(guò)對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)的演示，可以讓學(xué)生切實(shí)體會(huì)到無(wú)損檢測(cè)速度快、重現(xiàn)性好等優(yōu)勢(shì)，如“基于機(jī)器視覺(jué)的醋膠囊智能分級(jí)線(xiàn)”每秒鐘可處理5～10個(gè)軟膠囊。

4 結(jié)語(yǔ)

農(nóng)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是一門(mén)多學(xué)科交叉的專(zhuān)業(yè)課程，以其快速、無(wú)損、客觀、重現(xiàn)性好的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)已在農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、加工、銷(xiāo)售等環(huán)節(jié)得到廣泛運(yùn)用。通過(guò)課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的方式，不僅能使學(xué)生掌握農(nóng)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)的基本原理和方法，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，可為學(xué)生將來(lái)的就業(yè)或讀研深造打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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