涉农高校检测技术实验教学改革研究——以山西农业大学为例

张 超，宋海燕，李庆令，杨原青

（1.山西农业大学农业工程学院，山西 太谷 030801；2.旱作农业机械关键技术与装备山西省重点实验室，山西 太谷 030801）

2022 年底，教育部等四部门联合印发《关于加快新农科建设推进高等农林教育创新发展的意见》，从“全面加强知农爱农教育”“大力推进农林类紧缺专业人才培养”“深入推动课程教学改革”等14个方面，提出了推进高等农林院校教育创新发展的指导性意见[1]。其中将“全面加强知农爱农教育”放在首位，为涉农高校专业课的课程思政建设指明了方向。山西农业大学开设的检测技术课程是农业电气化专业的一门专业基础课，内容涉及信号分析与处理、测试系统特性、常用传感器及信号的调理与记录等，相对于日新月异的农业科技革命和农业产业化多样化发展，该课程实验内容略显陈旧。为了适应现代化农业发展的新要求，本文结合检测技术课程的实际情况，对实验教学的内容及方法进行了改革，提出了三重实验教学体系，较好地培养了大批厚植大国“三农”情怀、投身乡村振兴一线、担当民族复兴大任的知农爱、农新型人才。

1 检测技术课程实验教学中存在的问题

1.1 知农爱农教育亟需强化

高校是推动思政教育高质量发展的前沿阵地，肩负着培养乡村振兴人才的重要使命。在当前检测技术课程实验教学中，不能只重视专业知识的传授，而是要更多地融入“三农”理念，发挥好课程思政育人功能，在开展专业知识和技能传授的同时，加强思政理论阐释和思想引领，将价值塑造、知识传授和能力培养相互融合，帮助广大学生增强民族自豪感，培育学生“学农爱农”的情感，提升学生对乡村振兴的认同感[2]，肩负起“强农兴农”的时代使命，引导学生积极投身乡村振兴伟大实践，坚定服务“三农”信念，让越来越多懂农业、爱农村、爱农民的“三农”青年为乡村振兴、美丽乡村建设贡献智慧、放飞梦想。

1.2 教学内容没有及时更新

在当前的检测技术课程实验教学方面，设置有应变片测量电路及静态实验、机械标定及传感器静态特性参数测试实验、动态测量及数据处理实验等，基于DRLab 快速可重组综合实验台搭建的一套应变测试系统，实现了从信号获取、调理到数据分析及处理的一整套网络化创新实验室解决全流程，可用于悬挂农具牵引力测试、旋转轴扭矩测量等。但该套设备已经有20多年历史，存在传感单一、反应迟钝等问题。当前农业生产具有很强的不确定性和多样性，传感器应用于农业领域的范围也逐渐扩大，包括育苗育种中的生物传感器、农产品储藏中的温湿度传感器、农机作业感知传感器等[3]。随着传感器核心技术的突破、农业适用信息技术的研发应用，未来在农作物的整地、播种、管理、收获、储运、加工，畜禽养殖的环境、饲养、疫控等方面，传感器的应用会更加广泛。因此，在教学内容上应紧跟时代步伐并及时更新，将农业工程实践与科研中常用的检测系统融入教学中，拓宽学生的学习知识面，同时将科研工作成果带入教学领域，充实教学内涵，实现科研反哺教学。

1.3 创新团队意识需要提升

当下检测技术课程实验项目以验证性实验为主，程序化模式下，实验内容和实验步骤固定，学生面对实验内容只是根据实验指导书和教师演示进行机械重复式验证，在实验组织实施方面缺乏合理分工，既不能激发学生的探索欲和求知欲，也不利于学生创造性思维和团队合作意识的培养；学生主动性不够，缺乏根据理论知识对实验任务进行独立思考的能力，也不曾探索其他方式；实验报告内容主要从实验指导书中提取内容，报告内容雷同率较高。因此，对传统验证性实验教学内容进行更新，探索多样化的教学方法，进而提升实验效果，切实培养学生独立思考、创新、动手能力和团队意识。

2 检测技术课程实验教学内容及方法的改革

2.1 榜样力量引领前行，激励学生知农爱农

作为培育知农爱农人才的重要阵地，涉农高校应强化榜样教育，充分发挥榜样的示范引领作用。我国“三农”领域榜样资源丰富，如一生不畏艰辛、执着追求，在中华大地上书写毕生文章，创建了超级杂交稻技术体系，使我国杂交水稻研究始终居世界领先水平，解决了世界五分之一人口温饱问题的袁隆平[4]；农业自动化开拓者，智慧农业第一人，献身农业工程引领学科发展，推进农业农村现代化进程的汪懋华；围绕“信息化促进农业现代化”的国家重大需求，在专家系统、智能农机装备、智慧农业等方面取得多项现代科技发展成果的赵春江等。将榜样教育穿插融入到课堂教学中，深入挖掘不同类型“三农”榜样资源，传播榜样的先进典型事迹，弘扬高尚人格品德，将广大学子对榜样的认知转化为认同、理解，进而产生情感共鸣，同时明晰自身责任与使命，激发学生献身农业发展的热情，坚定其知农爱农的理想信念。

2.2 教学内容优化更新，基础进阶综合递进

实验教学改革以培养造就新时代知农爱农新型人才为导向，对实验教学内容进行优化更新，构建基础实验、进阶实验、综合实验三重教学体系（如图1 所示）。原先实验内容精简为基础实验，注重学生对测试技术基本知识的理解，初步培养学生的动手能力；开设全新的进阶实验项目，分析检测技术在农业工程领域的常见案例，基于购置的QSCGQ-ZX1 型传感器实验仪提供的硬件基础上，自行用虚拟仪器软件LabVIEW 来编写上位机程序，实现实验数据的可视化与后处理；依托旱作农业机械关键技术与装备山西省重点实验室开设综合实验，将清选性能试验台、排种器性能试验台、收割机割台仿形控制等科研成果引入教学中，学生需围绕测试对象综合运用所学知识，在广泛查阅资料及合理分工的基础上，系统地完成测试方案设计、测试系统搭建、信号分析与处理等各个测试环节的实验任务，培养学生的问题意识，充分发挥主观能动性，以达到培养学生综合素质目的，同时提高团队合作能力。

图1 三重实验教学体系Fig.1 Three level experimental teaching system

2.2.1 基础实验

基础实验包括应变片测量电路及静态实验和动态测量及数据处理实验，用到应变片、动态电阻应变仪及DRVI 可重组虚拟仪器实验平台等。DRVI 是以软件总线开放结构和即插即用特性为基础，用软件设计的可进行二次实验开发的虚拟仪器技术，可根据应用需求快速自定义实验教学系统[5]。要求学生通过基础实验掌握应变片的性能标定和使用方法、动态信号分析技术等，初步了解测试系统，为后续新型实验测试系统搭建奠定基础。

2.2.2 进阶实验

进阶实验包括电机脉冲转速测量实验和多传感器应用—电子秤综合实验。以电机脉冲转速测量实验为例，进行电机测速的传感器有霍尔式传感器、电涡流式传感器、光纤传感器、光电传感器、磁电传感器等，学生根据需要自行选择2种以上传感器进行电机转速测量，根据不同传感器的特点合理选择调理电路，待转速稳定后可用示波器观测传感器输出的脉冲波形。编写LabVIEW 上位机软件界面，选择合理的信号处理方法分析采集到的数据，对比不同传感器测量精度和适用性、优缺点等。通过搭建一个可供选择的实验环境，学生可以自主选择传感器类型和信号处理方法，有助于培养学生的自主学习意识，在对比中提高认知，增强对测试系统各环节的理解，推动学生思维能力的提升。

2.2.3 综合实验

综合实验包括清选性能试验台实验、排种器性能试验台实验、收割机割台仿形控制测试实验等。以收割机割台仿形控制测试实验为例，该项目要求学生在理解割台仿形工作原理的基础上，可以选择角度、拉线位移等接触式传感器或超声波、红外线等非接触式传感器测量割台高度，通过有线/无线信号传输至控制器，控制器对数据信号进行滤波等预处理后，编写逻辑算法控制液压缸伸缩进而实现割台升降及旋转。整个实验贴合农业作业实际，由于田间环境较差，在传感器选型及搭建测试系统的时候要注意传感器安装、供电电源，以及防水、防尘等问题，而且由于收割机振动较大，对测量数据的处理优化也相比实验室环境下更具有挑战性。综合实验可以进一步激发学生的兴趣，培养学生应用综合实力解决实际工程问题的能力。同时综合实验任务量较大，团队成员每个人应分配明确的任务和职责，建立有效的沟通渠道对于团队分工合作也是重要的。当发生不同意见时，也需要用积极的态度和开放的心态来解决问题，在不断的磨练中提升团队协作能力。

2.3 翻转课堂激发兴趣，任务驱动激发创新

将翻转课堂和任务驱动教学模式相结合，采用“任务为主线，教师为主导，学生为主题”的模式架构。课前阶段，教师为学生提供丰富的课程资源，包括传感器实物、多媒体素材、图书资料等，引导学生将实验任务进行进一步划分，创设情境任务，层层递进，学生需要自主探究，独立思考，通过查阅资料、小组讨论等方式完成实验方案设计；课中阶段，学生以组为单位轮流介绍整个实验内容、实验方案和实验分工，其他小组可进行提问，教师适时地进行点评、引导和归纳总结，补充学生遗漏的知识点和相关注意事项；课后阶段，学生根据讨论结果实施实验方案，对实验结果进行反思，在总结经验的基础上进一步完善实验方案。在整个实验教学中充分留有思考、分析、探索、交流和扩展的空间，学生能够突破常规束缚，充分发挥主观能动性，有利于学生自主学习能力、问题解决能力和创新能力的培养[6]。

3 结语

检测技术课程实验教学是涉农高校课程教学的重要环节，不仅为后续工业过程测量与控制等课程提供良好的衔接，也为学生今后解决工程实际问题打下坚实的基础。山西农业大学针对该课程实验教学进行改革，借助榜样力量强化学生知农爱农教育，构建“基础、进阶、综合”三重实验教学体系，将翻转课堂和任务驱动教学模式相结合，有效提高了教学质量与效率。