AI驅(qū)動(dòng)下食品安全檢測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)數(shù)字化課程建設(shè)的應(yīng)用思考

食品安全是關(guān)乎社會(huì)穩(wěn)定、人民健康的大事，為了保障食品安全，必須加強(qiáng)食品檢測(cè)人才的培養(yǎng)。AI技術(shù)的發(fā)展為食品安全檢測(cè)帶來(lái)了變革，機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等技術(shù)在多環(huán)節(jié)展現(xiàn)出了優(yōu)勢(shì)。然而，當(dāng)前高校食品安全檢測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍存在教學(xué)內(nèi)容滯后、思政與專業(yè)脫節(jié)、跨學(xué)科創(chuàng)新能力培養(yǎng)不足等問(wèn)題。本研究創(chuàng)新性地構(gòu)建了一個(gè)由人工智能推動(dòng)的食品安全檢測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系框架，通過(guò)課程思政建設(shè)、融入AI技術(shù)的課程資源開(kāi)發(fā)、知識(shí)圖譜混合式教學(xué)模式重構(gòu)、智能化評(píng)價(jià)、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備智能化升級(jí)及虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)等途徑，形成了“價(jià)值引領(lǐng)-技術(shù)賦能-實(shí)踐創(chuàng)新”三位一體的教學(xué)改革方案。該方案旨在為新工科背景下交叉學(xué)科人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新提供實(shí)證支持，并推動(dòng)食品安全檢測(cè)教育從“技術(shù)訓(xùn)練”向“價(jià)值引領(lǐng)型創(chuàng)新實(shí)踐”轉(zhuǎn)變。

一、傳統(tǒng)的食品安全檢測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的主要問(wèn)題

食品安全檢測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)不僅是食品安全檢驗(yàn)技術(shù)課程的重要組成部分，更是連接該學(xué)科基礎(chǔ)理論與實(shí)際操作的關(guān)鍵橋梁，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力、實(shí)踐動(dòng)手能力以及提高學(xué)生的綜合素質(zhì)具有重要意義。然而，傳統(tǒng)的食品安全檢測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)在教學(xué)過(guò)程中卻存在著幾個(gè)主要問(wèn)題。

（一）教學(xué)內(nèi)容缺乏高階性設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的食品安全檢測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容往往局限于教材，缺乏對(duì)食品安全領(lǐng)域最新研究成果和實(shí)際應(yīng)用案例的引入。隨著科技的不斷進(jìn)步，新的食品安全檢測(cè)技術(shù)和方法層出不窮，如基于人工智能的快速檢測(cè)技術(shù)、納米材料在食品安全檢測(cè)中的應(yīng)用等，但這些前沿內(nèi)容在傳統(tǒng)課程中很少涉及，使得學(xué)生所學(xué)知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，難以滿足食品行業(yè)對(duì)創(chuàng)新型人才的需求。

傳統(tǒng)課程內(nèi)容還存在著知識(shí)體系不夠系統(tǒng)和完整的問(wèn)題，各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之間缺乏有機(jī)聯(lián)系，學(xué)生往往只是孤立地學(xué)習(xí)每個(gè)實(shí)驗(yàn)，難以對(duì)食品安全檢測(cè)知識(shí)形成整體認(rèn)識(shí)。例如，學(xué)生可能分別學(xué)習(xí)了食品中營(yíng)養(yǎng)成分的檢測(cè)、添加劑的檢測(cè)和有害物質(zhì)的檢測(cè)，但這些實(shí)驗(yàn)之間缺乏內(nèi)在的邏輯聯(lián)系，學(xué)生無(wú)法將這些零散的知識(shí)整合起來(lái)，形成一個(gè)完整的食品安全檢測(cè)知識(shí)體系。這不僅影響了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握，也不利于學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。

（二）教學(xué)方法沒(méi)有與時(shí)俱進(jìn)

在教學(xué)方法上，傳統(tǒng)的食品安全檢測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)以教師講授為主，學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)，導(dǎo)致學(xué)生缺乏主動(dòng)性和創(chuàng)造性。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，教師通常先詳細(xì)講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、步驟和注意事項(xiàng)，然后學(xué)生按照教師的指導(dǎo)進(jìn)行操作。這種教學(xué)方法雖然能夠保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，但學(xué)生缺乏自主思考和探索的機(jī)會(huì)，難以激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新思維。

傳統(tǒng)的教學(xué)還缺乏多樣化的教學(xué)手段，難以滿足學(xué)生的多樣化學(xué)習(xí)需求。在信息時(shí)代，學(xué)生獲取知識(shí)的渠道日益豐富，對(duì)教學(xué)方法和手段的要求也越來(lái)越高。然而，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要依賴黑板、教材和實(shí)驗(yàn)儀器，盡管有的也應(yīng)用多媒體教學(xué)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等先進(jìn)教學(xué)手段，但由于應(yīng)用較少，難以吸引學(xué)生的注意力，導(dǎo)致教學(xué)效果不佳。

（三）實(shí)踐平臺(tái)落后

在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)方面，一些高校的食品安全檢測(cè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊、性能下降、故障率高，且數(shù)量有限，學(xué)生往往需要分組進(jìn)行操作，實(shí)際動(dòng)手的機(jī)會(huì)較少，操作時(shí)間也有限，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量受到影響。

此外，實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容也存在一定的局限。傳統(tǒng)教學(xué)往往側(cè)重于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生按照既定的步驟進(jìn)行操作，以驗(yàn)證已有的理論知識(shí)，缺乏對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，難以滿足食品行業(yè)對(duì)人才的需求。

（四）考核模式單一

傳統(tǒng)的食品安全檢測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)的考核方式單一，主要依賴實(shí)驗(yàn)報(bào)告和期末考試成績(jī)，難以全面、客觀地評(píng)價(jià)學(xué)生。比如，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)寬松，抄襲現(xiàn)象頻發(fā)；期末考試以選擇、填空、簡(jiǎn)答題為主，側(cè)重教材知識(shí)記憶，無(wú)法考查實(shí)踐操作與創(chuàng)新思維，導(dǎo)致部分學(xué)生高分低能，難以勝任實(shí)際工作。

二、食品安全檢測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的創(chuàng)新途徑

（一）智教融合：人工智能與思想政治教育協(xié)同共進(jìn)

在食品安全檢測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)人工智能與思想政治教育的深度融合是培育全面發(fā)展人才的關(guān)鍵路徑。人工智能可以打破傳統(tǒng)思政教育資源的局限，憑借強(qiáng)大的檢索整合能力提供海量、多元的素材，如歷史典故、時(shí)事熱點(diǎn)等，拓寬學(xué)生的視野。以食品安全領(lǐng)域?yàn)槔?，學(xué)生可以通過(guò)智能平臺(tái)了解不同國(guó)家和地區(qū)在食品安全監(jiān)管方面的政策法規(guī)、文化理念以及歷史變遷，從而深刻認(rèn)識(shí)食品安全對(duì)人類社會(huì)的重要意義。

此外，借助大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，人工智能可以深度分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)把握學(xué)生需求，為其定制專屬學(xué)習(xí)路徑，提升其學(xué)習(xí)效果。比如，實(shí)驗(yàn)前，教師可以展示食品異物引發(fā)的安全事故，激發(fā)學(xué)生的責(zé)任感；在講解圖像識(shí)別技術(shù)原理時(shí)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考技術(shù)濫用的后果，使其樹(shù)立正確的科技倫理觀；在實(shí)驗(yàn)操作中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生以科學(xué)的態(tài)度對(duì)待并最終獲得準(zhǔn)確結(jié)果，使其體會(huì)科學(xué)精神。這種融合教育既能讓學(xué)生掌握技術(shù)，也能幫助他們塑造正確的價(jià)值觀，從而為其投身食品安全事業(yè)筑牢基礎(chǔ)。

（二）數(shù)字革新：AI驅(qū)動(dòng)的數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)

隨著食品安全檢測(cè)技術(shù)的不斷更新，食品安全檢測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容也需與時(shí)俱進(jìn)。數(shù)字化課程體系憑借網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的便捷性，能及時(shí)融入最新的研究成果和技術(shù)應(yīng)用，讓學(xué)生掌握最新的理念和方法，為職業(yè)發(fā)展打好基礎(chǔ)。

數(shù)字化教學(xué)資源包括視頻、電子教材、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、題庫(kù)、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目等。教學(xué)視頻可以多種形式展示知識(shí)點(diǎn)，如講解農(nóng)藥殘留檢測(cè)技術(shù)時(shí)，用動(dòng)畫演示其原理和過(guò)程；電子教材的交互性和便捷性強(qiáng)，學(xué)生可進(jìn)行標(biāo)注和查詢，從而提高學(xué)習(xí)效率；實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目可以讓學(xué)生了解行業(yè)趨勢(shì)，提升實(shí)踐和創(chuàng)新能力。

數(shù)字化課程體系通過(guò)整合分散的教學(xué)資源，可以形成涵蓋多方面內(nèi)容的教學(xué)資源庫(kù)，為學(xué)生提供全方位的學(xué)習(xí)支持。同時(shí)，教師和學(xué)生還能在平臺(tái)上進(jìn)行分享和交流，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)。

（三）模式重構(gòu)：知識(shí)圖譜引領(lǐng)的混合式教學(xué)變革

在數(shù)字化時(shí)代，知識(shí)圖譜混合式教學(xué)模式的重構(gòu)對(duì)于提升教學(xué)效果意義重大。在食品安全檢測(cè)領(lǐng)域，構(gòu)建知識(shí)圖譜能系統(tǒng)地整合繁雜的知識(shí)，為教學(xué)提供知識(shí)框架。教師需廣泛收集專業(yè)教材、學(xué)術(shù)論文等知識(shí)資源，并運(yùn)用知識(shí)抽取、融合技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化知識(shí)圖譜。比如，利用自然語(yǔ)言處理技術(shù)提取關(guān)鍵實(shí)體和關(guān)系，并整合不同的數(shù)據(jù)源知識(shí)，以確保圖譜準(zhǔn)確一致?；诖?，教師可整合線上教學(xué)資源，按照?qǐng)D譜結(jié)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行分類標(biāo)注，以便學(xué)生自主學(xué)習(xí)。線下，教師可依據(jù)圖譜設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)、講解重難點(diǎn)，并組織小組討論和案例分析，以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

為評(píng)估教學(xué)效果，教師可建立基于知識(shí)圖譜的教學(xué)評(píng)價(jià)體系，從知識(shí)掌握、能力提升、學(xué)習(xí)態(tài)度等多方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，并通過(guò)在線測(cè)試、觀察活動(dòng)表現(xiàn)、分析學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)了解學(xué)生情況，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果分析教學(xué)中的問(wèn)題并進(jìn)行優(yōu)化。

（四）精準(zhǔn)評(píng)價(jià)：智能化評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建與應(yīng)用

在數(shù)字化時(shí)代，教學(xué)評(píng)價(jià)的精準(zhǔn)、全面至關(guān)重要。傳統(tǒng)的食品安全檢測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)的考核方式弊端明顯，難以全面、客觀地評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果與實(shí)踐能力，借助人工智能技術(shù)所構(gòu)建的智能化評(píng)價(jià)體系則提供了新的解決思路。

智能化評(píng)價(jià)體系優(yōu)勢(shì)顯著，能全面、客觀、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程與成果。一方面，它能自動(dòng)評(píng)閱實(shí)驗(yàn)報(bào)告、作業(yè)和試卷，運(yùn)用自然語(yǔ)言處理技術(shù)分析學(xué)生的文本回答，以判斷學(xué)生的知識(shí)掌握程度，避免人工評(píng)分的主觀性偏差。另一方面，它可以通過(guò)采集和分析實(shí)驗(yàn)操作行為數(shù)據(jù)，評(píng)估學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能與規(guī)范程度，及時(shí)指出問(wèn)題并給予反饋。在團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力評(píng)價(jià)上，可以系統(tǒng)分析小組實(shí)驗(yàn)互動(dòng)數(shù)據(jù)，如討論內(nèi)容、發(fā)言次數(shù)等，全面、客觀地評(píng)價(jià)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作與溝通能力。

智能化評(píng)價(jià)體系還能通過(guò)分析學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度、習(xí)慣和知識(shí)掌握程度等了解其學(xué)習(xí)特點(diǎn)與需求，為其推薦適合的學(xué)習(xí)資源與路徑，并提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)建議。比如，為學(xué)習(xí)進(jìn)度快的學(xué)生提供前沿研究成果、行業(yè)動(dòng)態(tài)等拓展內(nèi)容，滿足他們的求知欲，拓展其知識(shí)面。

（五）虛實(shí)結(jié)合：實(shí)驗(yàn)室智能化升級(jí)與虛擬仿真平臺(tái)建設(shè)

在食品安全檢測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的智能化升級(jí)和虛擬仿真平臺(tái)的建設(shè)是提升教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的關(guān)鍵。

一方面，高校在引入新型設(shè)備時(shí)需重視傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器的更新，提高其分辨率、靈敏度和穩(wěn)定性，以實(shí)現(xiàn)更精確的檢測(cè)。同時(shí)，高校應(yīng)配備計(jì)算機(jī)設(shè)備，安裝Python、MATLAB、TensorFlow等數(shù)據(jù)分析軟件和人工智能算法庫(kù)，以提升學(xué)生的數(shù)據(jù)分析和創(chuàng)新能力。另一方面，實(shí)驗(yàn)室可以建設(shè)虛擬仿真平臺(tái)，借助VR和AR技術(shù)模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景與設(shè)備，給予學(xué)生沉浸式的體驗(yàn)。在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生可以不受時(shí)空限制地自由進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，既能提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，又能避免設(shè)備損壞和安全事故。

綜上，AI技術(shù)在食品安全檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景極為廣闊。為了更好地適應(yīng)AI技術(shù)在食品安全檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用，高校應(yīng)持續(xù)推進(jìn)AI賦能的食品安全檢測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，通過(guò)課程思政建設(shè)、融入AI技術(shù)的課程資源開(kāi)發(fā)、知識(shí)圖譜混合式教學(xué)模式重構(gòu)、智能化評(píng)價(jià)、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備智能化升級(jí)及虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)等途徑，培養(yǎng)出適應(yīng)行業(yè)發(fā)展需求的創(chuàng)新型人才，為保障食品安全和促進(jìn)食品產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展提供有力的人才支撐。

基金項(xiàng)目：廣東海洋大學(xué)教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程項(xiàng)目“線上線下課程”——食品安全檢測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)（PX-1121143）。

作者簡(jiǎn)介：高加龍（1983—），男，漢族，甘肅景泰人，副教授，博士，研究方向?yàn)樗a(chǎn)品加工與質(zhì)量安全。