涉農(nóng)高校檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究
——以山西農(nóng)業(yè)大學(xué)為例

張 超，宋海燕，李慶令，楊原青

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，山西 太谷 030801；2.旱作農(nóng)業(yè)機(jī)械關(guān)鍵技術(shù)與裝備山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太谷 030801）

2022 年底，教育部等四部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加快新農(nóng)科建設(shè)推進(jìn)高等農(nóng)林教育創(chuàng)新發(fā)展的意見(jiàn)》，從“全面加強(qiáng)知農(nóng)愛(ài)農(nóng)教育”“大力推進(jìn)農(nóng)林類緊缺專業(yè)人才培養(yǎng)”“深入推動(dòng)課程教學(xué)改革”等14個(gè)方面，提出了推進(jìn)高等農(nóng)林院校教育創(chuàng)新發(fā)展的指導(dǎo)性意見(jiàn)[1]。其中將“全面加強(qiáng)知農(nóng)愛(ài)農(nóng)教育”放在首位，為涉農(nóng)高校專業(yè)課的課程思政建設(shè)指明了方向。山西農(nóng)業(yè)大學(xué)開(kāi)設(shè)的檢測(cè)技術(shù)課程是農(nóng)業(yè)電氣化專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，內(nèi)容涉及信號(hào)分析與處理、測(cè)試系統(tǒng)特性、常用傳感器及信號(hào)的調(diào)理與記錄等，相對(duì)于日新月異的農(nóng)業(yè)科技革命和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化多樣化發(fā)展，該課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容略顯陳舊。為了適應(yīng)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展的新要求，本文結(jié)合檢測(cè)技術(shù)課程的實(shí)際情況，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容及方法進(jìn)行了改革，提出了三重實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，較好地培養(yǎng)了大批厚植大國(guó)“三農(nóng)”情懷、投身鄉(xiāng)村振興一線、擔(dān)當(dāng)民族復(fù)興大任的知農(nóng)愛(ài)、農(nóng)新型人才。

1 檢測(cè)技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題

1.1 知農(nóng)愛(ài)農(nóng)教育亟需強(qiáng)化

高校是推動(dòng)思政教育高質(zhì)量發(fā)展的前沿陣地，肩負(fù)著培養(yǎng)鄉(xiāng)村振興人才的重要使命。在當(dāng)前檢測(cè)技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不能只重視專業(yè)知識(shí)的傳授，而是要更多地融入“三農(nóng)”理念，發(fā)揮好課程思政育人功能，在開(kāi)展專業(yè)知識(shí)和技能傳授的同時(shí)，加強(qiáng)思政理論闡釋和思想引領(lǐng)，將價(jià)值塑造、知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)相互融合，幫助廣大學(xué)生增強(qiáng)民族自豪感，培育學(xué)生“學(xué)農(nóng)愛(ài)農(nóng)”的情感，提升學(xué)生對(duì)鄉(xiāng)村振興的認(rèn)同感[2]，肩負(fù)起“強(qiáng)農(nóng)興農(nóng)”的時(shí)代使命，引導(dǎo)學(xué)生積極投身鄉(xiāng)村振興偉大實(shí)踐，堅(jiān)定服務(wù)“三農(nóng)”信念，讓越來(lái)越多懂農(nóng)業(yè)、愛(ài)農(nóng)村、愛(ài)農(nóng)民的“三農(nóng)”青年為鄉(xiāng)村振興、美麗鄉(xiāng)村建設(shè)貢獻(xiàn)智慧、放飛夢(mèng)想。

1.2 教學(xué)內(nèi)容沒(méi)有及時(shí)更新

在當(dāng)前的檢測(cè)技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，設(shè)置有應(yīng)變片測(cè)量電路及靜態(tài)實(shí)驗(yàn)、機(jī)械標(biāo)定及傳感器靜態(tài)特性參數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)、動(dòng)態(tài)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)等，基于DRLab 快速可重組綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建的一套應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了從信號(hào)獲取、調(diào)理到數(shù)據(jù)分析及處理的一整套網(wǎng)絡(luò)化創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室解決全流程，可用于懸掛農(nóng)具牽引力測(cè)試、旋轉(zhuǎn)軸扭矩測(cè)量等。但該套設(shè)備已經(jīng)有20多年歷史，存在傳感單一、反應(yīng)遲鈍等問(wèn)題。當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有很強(qiáng)的不確定性和多樣性，傳感器應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的范圍也逐漸擴(kuò)大，包括育苗育種中的生物傳感器、農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)藏中的溫濕度傳感器、農(nóng)機(jī)作業(yè)感知傳感器等[3]。隨著傳感器核心技術(shù)的突破、農(nóng)業(yè)適用信息技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用，未來(lái)在農(nóng)作物的整地、播種、管理、收獲、儲(chǔ)運(yùn)、加工，畜禽養(yǎng)殖的環(huán)境、飼養(yǎng)、疫控等方面，傳感器的應(yīng)用會(huì)更加廣泛。因此，在教學(xué)內(nèi)容上應(yīng)緊跟時(shí)代步伐并及時(shí)更新，將農(nóng)業(yè)工程實(shí)踐與科研中常用的檢測(cè)系統(tǒng)融入教學(xué)中，拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí)知識(shí)面，同時(shí)將科研工作成果帶入教學(xué)領(lǐng)域，充實(shí)教學(xué)內(nèi)涵，實(shí)現(xiàn)科研反哺教學(xué)。

1.3 創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)意識(shí)需要提升

當(dāng)下檢測(cè)技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，程序化模式下，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)步驟固定，學(xué)生面對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容只是根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)和教師演示進(jìn)行機(jī)械重復(fù)式驗(yàn)證，在實(shí)驗(yàn)組織實(shí)施方面缺乏合理分工，既不能激發(fā)學(xué)生的探索欲和求知欲，也不利于學(xué)生創(chuàng)造性思維和團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)的培養(yǎng)；學(xué)生主動(dòng)性不夠，缺乏根據(jù)理論知識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)進(jìn)行獨(dú)立思考的能力，也不曾探索其他方式；實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容主要從實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)中提取內(nèi)容，報(bào)告內(nèi)容雷同率較高。因此，對(duì)傳統(tǒng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行更新，探索多樣化的教學(xué)方法，進(jìn)而提升實(shí)驗(yàn)效果，切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、創(chuàng)新、動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)意識(shí)。

2 檢測(cè)技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及方法的改革

2.1 榜樣力量引領(lǐng)前行，激勵(lì)學(xué)生知農(nóng)愛(ài)農(nóng)

作為培育知農(nóng)愛(ài)農(nóng)人才的重要陣地，涉農(nóng)高校應(yīng)強(qiáng)化榜樣教育，充分發(fā)揮榜樣的示范引領(lǐng)作用。我國(guó)“三農(nóng)”領(lǐng)域榜樣資源豐富，如一生不畏艱辛、執(zhí)著追求，在中華大地上書(shū)寫畢生文章，創(chuàng)建了超級(jí)雜交稻技術(shù)體系，使我國(guó)雜交水稻研究始終居世界領(lǐng)先水平，解決了世界五分之一人口溫飽問(wèn)題的袁隆平[4]；農(nóng)業(yè)自動(dòng)化開(kāi)拓者，智慧農(nóng)業(yè)第一人，獻(xiàn)身農(nóng)業(yè)工程引領(lǐng)學(xué)科發(fā)展，推進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化進(jìn)程的汪懋華；圍繞“信息化促進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化”的國(guó)家重大需求，在專家系統(tǒng)、智能農(nóng)機(jī)裝備、智慧農(nóng)業(yè)等方面取得多項(xiàng)現(xiàn)代科技發(fā)展成果的趙春江等。將榜樣教育穿插融入到課堂教學(xué)中，深入挖掘不同類型“三農(nóng)”榜樣資源，傳播榜樣的先進(jìn)典型事跡，弘揚(yáng)高尚人格品德，將廣大學(xué)子對(duì)榜樣的認(rèn)知轉(zhuǎn)化為認(rèn)同、理解，進(jìn)而產(chǎn)生情感共鳴，同時(shí)明晰自身責(zé)任與使命，激發(fā)學(xué)生獻(xiàn)身農(nóng)業(yè)發(fā)展的熱情，堅(jiān)定其知農(nóng)愛(ài)農(nóng)的理想信念。

2.2 教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化更新，基礎(chǔ)進(jìn)階綜合遞進(jìn)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革以培養(yǎng)造就新時(shí)代知農(nóng)愛(ài)農(nóng)新型人才為導(dǎo)向，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化更新，構(gòu)建基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)階實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)三重教學(xué)體系（如圖1 所示）。原先實(shí)驗(yàn)內(nèi)容精簡(jiǎn)為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，注重學(xué)生對(duì)測(cè)試技術(shù)基本知識(shí)的理解，初步培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力；開(kāi)設(shè)全新的進(jìn)階實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，分析檢測(cè)技術(shù)在農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的常見(jiàn)案例，基于購(gòu)置的QSCGQ-ZX1 型傳感器實(shí)驗(yàn)儀提供的硬件基礎(chǔ)上，自行用虛擬儀器軟件LabVIEW 來(lái)編寫上位機(jī)程序，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可視化與后處理；依托旱作農(nóng)業(yè)機(jī)械關(guān)鍵技術(shù)與裝備山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)設(shè)綜合實(shí)驗(yàn)，將清選性能試驗(yàn)臺(tái)、排種器性能試驗(yàn)臺(tái)、收割機(jī)割臺(tái)仿形控制等科研成果引入教學(xué)中，學(xué)生需圍繞測(cè)試對(duì)象綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，在廣泛查閱資料及合理分工的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地完成測(cè)試方案設(shè)計(jì)、測(cè)試系統(tǒng)搭建、信號(hào)分析與處理等各個(gè)測(cè)試環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)，充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)目的，同時(shí)提高團(tuán)隊(duì)合作能力。

圖1 三重實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系Fig.1 Three level experimental teaching system

2.2.1 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)包括應(yīng)變片測(cè)量電路及靜態(tài)實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)，用到應(yīng)變片、動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀及DRVI 可重組虛擬儀器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等。DRVI 是以軟件總線開(kāi)放結(jié)構(gòu)和即插即用特性為基礎(chǔ)，用軟件設(shè)計(jì)的可進(jìn)行二次實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)的虛擬儀器技術(shù)，可根據(jù)應(yīng)用需求快速自定義實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)[5]。要求學(xué)生通過(guò)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)掌握應(yīng)變片的性能標(biāo)定和使用方法、動(dòng)態(tài)信號(hào)分析技術(shù)等，初步了解測(cè)試系統(tǒng)，為后續(xù)新型實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)搭建奠定基礎(chǔ)。

2.2.2 進(jìn)階實(shí)驗(yàn)

進(jìn)階實(shí)驗(yàn)包括電機(jī)脈沖轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn)和多傳感器應(yīng)用—電子秤綜合實(shí)驗(yàn)。以電機(jī)脈沖轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn)為例，進(jìn)行電機(jī)測(cè)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(xué)生根據(jù)需要自行選擇2種以上傳感器進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量，根據(jù)不同傳感器的特點(diǎn)合理選擇調(diào)理電路，待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后可用示波器觀測(cè)傳感器輸出的脈沖波形。編寫LabVIEW 上位機(jī)軟件界面，選擇合理的信號(hào)處理方法分析采集到的數(shù)據(jù)，對(duì)比不同傳感器測(cè)量精度和適用性、優(yōu)缺點(diǎn)等。通過(guò)搭建一個(gè)可供選擇的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生可以自主選擇傳感器類型和信號(hào)處理方法，有助于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)，在對(duì)比中提高認(rèn)知，增強(qiáng)對(duì)測(cè)試系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的理解，推動(dòng)學(xué)生思維能力的提升。

2.2.3 綜合實(shí)驗(yàn)

綜合實(shí)驗(yàn)包括清選性能試驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)、排種器性能試驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)、收割機(jī)割臺(tái)仿形控制測(cè)試實(shí)驗(yàn)等。以收割機(jī)割臺(tái)仿形控制測(cè)試實(shí)驗(yàn)為例，該項(xiàng)目要求學(xué)生在理解割臺(tái)仿形工作原理的基礎(chǔ)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(cè)量割臺(tái)高度，通過(guò)有線/無(wú)線信號(hào)傳輸至控制器，控制器對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行濾波等預(yù)處理后，編寫邏輯算法控制液壓缸伸縮進(jìn)而實(shí)現(xiàn)割臺(tái)升降及旋轉(zhuǎn)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)貼合農(nóng)業(yè)作業(yè)實(shí)際，由于田間環(huán)境較差，在傳感器選型及搭建測(cè)試系統(tǒng)的時(shí)候要注意傳感器安裝、供電電源，以及防水、防塵等問(wèn)題，而且由于收割機(jī)振動(dòng)較大，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的處理優(yōu)化也相比實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下更具有挑戰(zhàn)性。綜合實(shí)驗(yàn)可以進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的興趣，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用綜合實(shí)力解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。同時(shí)綜合實(shí)驗(yàn)任務(wù)量較大，團(tuán)隊(duì)成員每個(gè)人應(yīng)分配明確的任務(wù)和職責(zé)，建立有效的溝通渠道對(duì)于團(tuán)隊(duì)分工合作也是重要的。當(dāng)發(fā)生不同意見(jiàn)時(shí)，也需要用積極的態(tài)度和開(kāi)放的心態(tài)來(lái)解決問(wèn)題，在不斷的磨練中提升團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

2.3 翻轉(zhuǎn)課堂激發(fā)興趣，任務(wù)驅(qū)動(dòng)激發(fā)創(chuàng)新

將翻轉(zhuǎn)課堂和任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式相結(jié)合，采用“任務(wù)為主線，教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主題”的模式架構(gòu)。課前階段，教師為學(xué)生提供豐富的課程資源，包括傳感器實(shí)物、多媒體素材、圖書(shū)資料等，引導(dǎo)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)任務(wù)進(jìn)行進(jìn)一步劃分，創(chuàng)設(shè)情境任務(wù)，層層遞進(jìn)，學(xué)生需要自主探究，獨(dú)立思考，通過(guò)查閱資料、小組討論等方式完成實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)；課中階段，學(xué)生以組為單位輪流介紹整個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)分工，其他小組可進(jìn)行提問(wèn)，教師適時(shí)地進(jìn)行點(diǎn)評(píng)、引導(dǎo)和歸納總結(jié)，補(bǔ)充學(xué)生遺漏的知識(shí)點(diǎn)和相關(guān)注意事項(xiàng)；課后階段，學(xué)生根據(jù)討論結(jié)果實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行反思，在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)方案。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中充分留有思考、分析、探索、交流和擴(kuò)展的空間，學(xué)生能夠突破常規(guī)束縛，充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、問(wèn)題解決能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[6]。

3 結(jié)語(yǔ)

檢測(cè)技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)是涉農(nóng)高校課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，不僅為后續(xù)工業(yè)過(guò)程測(cè)量與控制等課程提供良好的銜接，也為學(xué)生今后解決工程實(shí)際問(wèn)題打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。山西農(nóng)業(yè)大學(xué)針對(duì)該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革，借助榜樣力量強(qiáng)化學(xué)生知農(nóng)愛(ài)農(nóng)教育，構(gòu)建“基礎(chǔ)、進(jìn)階、綜合”三重實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，將翻轉(zhuǎn)課堂和任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式相結(jié)合，有效提高了教學(xué)質(zhì)量與效率。