农产品无损检测技术课程教学探索

石吉勇，邹小波，赵杰文

(江苏大学食品与生物工程学院，江苏镇江212013)

在本科生第4学年的教学安排中，上半学年主要开设专业必修课和专业选修课，这些课程可以使学生接触到相关领域的专业知识;大四下半学年的主要教学安排是毕业论文或者毕业设计，主要锻炼的是学生的动手操作、动脑思考的能力，为将来学生的择业、就业做好铺垫。在食品与科学工程专业的众多专业选修课和专业必修课当中，专门开设了农产品无损检测技术这门课程，为有志于从事农产品生产控制、质量检测等岗位，以及选择无损检测领域读研的学生提供帮助［1］。

无损检测是在不破坏检测对象的前提条件下，借助计算机技术、传感器技术、化学计量学等手段对被测对象的品质指标进行检测［2］。一般包括待测对象成分的定量检测以及性质、状态的定性检测。无损检测技术的应用范围非常广泛，已涉及农业、化工、制药、环境、航空航天等领域。针对农产品这一类检测对象，无损检测技术主要用于评价农产品的外观指标和内部品质指标，其中外观指标包括颜色、色泽、形状、纹理、外观缺陷等，而内部品质指标主要包括糖度、酸度、主要组分及营养成分等。无损检测技术已被成功应用于农产品的种植、生产、流通、销售等各个环节，有效增加了农产品的经济效益。

该课程讲述的农产品无损检测技术主要包括:利用力学(机械)特性的检测技术、利用电学特性的检测技术、利用光学特性的检测技术、利用计算机图像的快速检测技术、其他快速检测新技术及化学计量学在快速检测中的应用等。该课程属多学科交叉领域，涉及的知识面非常宽泛，仅检测技术的理论就涉及化学、电学、力学、光学等方方面面。为了使大四学生通过有限学时的学习，理解农产品无损检测理论的精髓，掌握农产品无损检测的关键技术，以及了解农产品无损检测技术的国际前沿，笔者从农产品无损检测的教学内容、教学方法、实践教学等方面进行了探索。

1 农产品无损检测技术教学内容及国内外发展趋势

农产品无损检测技术的课堂教学内容主要包括绪论、利用力学(机械)特性的检测技术、利用电学特性的检测技术、利用光学特性的检测技术、利用计算机图像的快速检测技术、其他快速检测新技术及化学计量学在快速检测中的应用等。绪论是课程重点讲述的内容，主要阐述农产品无损检测的概念、特征、基本原理及常用步骤。利用力学(机械)特性的检测技术讲解农产品力学特性与农产品生化变化、变质情况之间的关系，通过力学性质的测定可以表征农产品的品质变化。利用电学特性的检测技术是通过测定农产品的电流密度、磁导率、电容率等，对农产品的组织、成分、结构和状态进行检测。利用光学特性的检测技术讲解紫外、可见、红外等光线与农产相互作用而产生反射和吸收等现象，对农产品的质量进行检验。利用计算机图像的快速检测技术主要通过相机获取农产品的图像，通过计算机结合图像处理算法自动获取农产品颜色、形状、纹理、外观缺陷等参数，实现农产品品质的快速检测。其他快速检测新技术主要包括气体传感器检测技术、高光谱图像技术等新技术在农产品品质检测中的应用。

近年来，农产品无损检测技术的发展趋势大致可概括为静态检测走向动态检测、离线检测走向在线检测、单一技术检测走向多技术融合检测。此外，伴随着计算机技术、传感器技术的长足进步，检测仪器和装备越来越先进，几分钟内就可得到几百兆字节甚至几个吉字节的检测数据，因此与海量数据处理、特征挖掘等相关的化学计量方法的开发也是当今无损检测技术的发展趋势。

2 农产品无损检测技术的教学方法

农产品无损检测属于多学科交叉的课程，没有通用的检测理论和检测方法。针对某一具体的农产品，根据不同的检测目标采用的仪器设备、技术手段、数据处理方法往往不尽相同。该课程要求学生具有宽泛且扎实的基本理论功底，同时老师也不能仅仅依靠传统的“教师讲课-学生听课”方式开展教学，必须结合专业培养目标，综合运用多种教学方法，以达到理想的教学效果［3］。

在课程教学过程中可以采用启发式教学、案例互动式教学、训练法教学等来提高学生听课的兴趣［4-5］。这要求教师不仅在农产品无损检测方面要具有丰富的理论知识，而且对其他领域的无损检测技术也要有一定的了解。如在本课程绪论部分，向学生讲述“无损检测”这一核心概念的时候，仅仅针对农产品这一检测对象来解释是难以让学生理解的，因此可以拿X射线检测骨折来举例。当医生想确认患者骨头是否发生了骨折时，不可能采用破坏性的方法(切开肌肉用肉眼直接检测骨头)，而是采用X射线对骨头进行照射，并根据X射线穿过骨头后的信号变化可以判断是否发生骨折，从而实现骨折的“无损检测”。

为了促使学生主动思考，增强对知识的理解和记忆，课堂教学过程中可以采用提问或者反问的方式。如在讲解计算机视觉技术的时候，可以让学生思考计算机视觉与人工视觉的优势和劣势。经多次课堂测试，学生大致可以总结出计算机视觉的优势是比人工视觉的速度更快、精度更高、重现性更好、客观性更强;而计算机视觉的劣势是在智能识别方面远不及人工视觉。此外还可采用案例教学法，针对具体的农产品检测要求，让学生分组提出相应的检测方法，由教师进行比较和评判。

3 农产品无损检测技术的实践教学

实践教学是农产品无损检测课程的重要内容［6］。通过实践教学，一方面培养独立思考及实践操作能力，有利于深入理解课堂所学知识，为今后学生从事相关领域的工作打下坚实的基础。另一方面，可以培养学生严谨的实践观和工作态度，让学生明白只有严格遵守各项规程，实践才能取得实际效果。农产品无损检测技术的实践教学内容主要分为两部分，一部分是农产品无损检测实验操作，另一部分是参观农产品无损检测生产线。

实验操作包括“基于近红外光谱技术的苹果糖度快速无损检测”以及“基于高光谱图像技术的苹果糖度快速无损检测”两个部分［7-8］。两个实验在技术难度、检测效果方面均存在一定的梯度，可以让学生体会不同技术在检测同一目标时的差异。实验操作前，根据无损检测的概念、检测原理、检测基本流程等课堂讲授的知识，详细讲解实验的方法和步骤。实验操作过程中，强调要严格遵守仪器的操作规程，如严格保证仪器的预热时间，准确对仪器信号进行校正等，让学生体会只有将先进的仪器和严谨的操作相结合，才能产生可信的检测结果，培养学生严肃的科学研究态度。

农产品无损检测生产线参观的装置为江苏大学无损检测研究团队开发的“小型水果智能分级生产线”和“基于机器视觉的醋胶囊智能分级线”。在向学生演示两条生产线的工作过程之前，详细讲解设备的构成。如“小型水果智能分级生产线”包括上料机构、物料输送机构、机器视觉识别机构、分选机构、电控控制机构等。让学生了解到，课堂上学到的知识仅仅包含于该设备的机器视觉识别机构当中，完整的无损检测生产线还包括其他许多部件组成，使学生对无损检测生产设备有一个完备的认识。同时通过对生产线的演示，可以让学生切实体会到无损检测速度快、重现性好等优势，如“基于机器视觉的醋胶囊智能分级线”每秒钟可处理5～10个软胶囊。

4 结语

农产品无损检测技术是一门多学科交叉的专业课程，以其快速、无损、客观、重现性好的独特优势已在农产品的生产、加工、销售等环节得到广泛运用。通过课堂教学和实践教学相结合的方式，不仅能使学生掌握农产品无损检测的基本原理和方法，同时也培养了学生的实践动手能力，可为学生将来的就业或读研深造打下坚实的基础。

［1］江涛.无损检测技术课程教学研究与讨论［J］.人力资源管理，2011(9):151-152.

［2］唐东林.《无损检测》教学方法初探［J］.中国科技信息，2010(22):254-255.

［3］迟宝全，黄镇海.PBL教学模式在无损检测课程教学中的初探［J］.黑龙江教育(高教研究与评估)，2013(6):47-48.

［4］张清，李全安，文九巴，等.无损检测综合实验的教学改革［J］.无损检测，2008(5):316-317.

［5］周晚林，袁慎芳，王鑫伟.超声无损检测及实验教学系统的研究与开发［J］.盐城工学院学报:自然科学版，2004(1):8-11.

［6］姜雁.无损检测在教学中必须理论与实践相结合［J］.皮革化工，2002(5):38-40.

［7］赵杰文，张海东，刘木华.利用近红外漫反射光谱技术进行苹果糖度无损检测的研究［J］.农业工程学报，2005(3):162-165.

［8］郭俊先，饶秀勤，程国首，等.基于高光谱成像技术的新疆冰糖心红富士苹果分级和糖度预测研究［J］.新疆农业大学学报，2012(1):78-86.