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管理科学
Management Science
高等农业院校电气类专业《检测与转换检测与转换》》课程教学研究
Teaching and practice reform of detecting and transducing course for electrical majors in higher agri-cultural universities
赵晨林寿英曾子莹林炜鑫
（福建农林大学机电工程学院，福建福州350003）
摘
要：新农科背景下对新型人才复合能力及创新能力培养提出了更高的要求，本文以电气类专业《检测与转换》课程
为例，从教学内容整合、计算机辅助软件以及“课堂派”线上线下结合教学三方面进行课程改革，探索新农
科背景下未来《检测与转换》课程教学实践改革的一些新思路。
关键词：新农科；检测与转换；Matlab ；课堂派中图分类号：TP212.14
文献标识码：A
文章编号：1005-1937（2021）01-030-03
Abstract：To meet the requirements of the development of new agricultural science for the cultivation of new talents ’integrity and ability ，this paper takes the detecting and transducing course as an example and carries out curriculum reform from three aspects ：teaching content integration ，computer-assisted software simulation and classroom dispatching online and offline teaching.This paper proposes some new ideas for the reform of detecting and transducing course under the background of new agricultural science.
Key words：new agricultural science ；detecting and transducing ；Matlab ；Ketangpai
2018年5月为了应对第四次产业革命挑战，教
育部提出全面推行“新工科、新医科、新农科、新文
科”的“四新”建设[1]。其中新农科建设面对新农业、新乡村、新农民和新生态，要求全面推动新时代高等农林教育的创新发展，着力培养创新型、复合型和应用型人才，为服务“三农”、乡村振兴和生态文
明建设提供强有力的支撑[2，3]
。对比传统培养目标，
新农科建设对人才培养目标新增了紧贴时代前沿的“互联网+”、大数据、云计算等现代信息技术在农业生产管理工作中的复合应用能力[4]
。作为地方农业高等院校，目前我校开设的《检测与转换》课程是农业电气化专业人才培养的一门主要课程，内容涉及信号分析基础、测试系统静动态特性及常用传感器原理检测技术三个方面[3]
。课程通过理论教学和实验，使学生全面了解和掌握工程测试技术和传感器技术基础，为将来从事科研、生产、推广等工作打下扎实的基础。传感器技术是农业信息化最前端的装置技术，影响后端的数据处理及响应智能算法
的精度[5，6]。为了适应农业创新发展新要求，促使培
养的新时代农林人才更好地将检测与信息化知识应用到农业生产自动化过程中去，如何通过《检测与转
换》课程教学，培养学生在农业信息感知方向的综合复合应用能力变得尤为迫切，进行教学实践改革既是完善新形势下人才培养体系的必然选择，也是新农科建设的内在要求。
1目前《检测与转换》教学存在的问题
1.1
关于涉农传感器及检测技术教学内容较少
课程教学过程中涉及学科种类较多，教材传感器章节知识点主线多以传感器变换原理展开，内容以电阻式、电容式、电感式、压阻式等进行切分，前后章节延续性较差，对应传感器电路及应用场合相互重叠较多，容易混淆遗漏。教材与教学内容中缺少农科院校工科学生必须要掌握的、在农业工程检测系统实践与科研中常用传感器分类总结的有关内容。1.2关于新型传感器和检测技术教学内容没有及
时更新
对于农业现代化起着十分重要作用的传感器与测试技术，教材相关的教学内容更新相对缓慢，学生从课堂所学的知识与目前检测领域使用的新
作者简介：赵晨（1982—），男，讲师，研究方向：电能质量分析、现代信号处理、机器学习。
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技术新方法相去甚远，智能传感器、微型传感器、新型生物传感器、无线传感器网络、物联网技术及人工智能技术的在农业领域大量推广使用，作为检测的核心课程授课内容应紧跟时代步伐及时更新。1.3实践课程内容缺乏创新思维培养
前端测试和后端测试的区别目前《检测与转换》实验课程均在浙江求是公司的CSY-2000系列传感器与检测技术实验台开展，该平台所支撑的实验项目多以传统验证性实验为主，缺乏创新性实验的设计，另外，创新性实验需要投入时间和精力，而实验课程学时较少也是造成创新性实验无法实施的主要原因。
2教学内容及方式的改革
2.1教学内容的优化整合
《检测与转换》课程教学的第一部分内容“信号分析基础”与电气专业的另一门专业基础课《信号与系统》相似内容较多，考虑到《信号与系统》课程偏重连续系统的分析，由于电气专业学生未开设选修《数字信号处理》，而后期工程测试系统设计内容中信号频谱分析使用快速傅里叶变换等数字信号处理算法较多，学生接受这部分内容比较困难，因此该部分教学内容应更改为数字信号处理一些基本算法：
快速傅里叶变换、数字滤波器的设计等。另外还可在教学中增加一些对国内外测试技术中现代信号处理算法新成果与新技术做实用性论述内容，比如奈奎斯特采样定理发展出的压缩感知理论，通过教师科研上的案例，拓展学生国际视野。教学内容中整合与电路原理及自动控制理论中重复性较多的章节，增加固态压阻式传感器、微波传感器、智能传感器，特别要加入典型生物传感器与生物芯片内容的在物联网及工业4.0方面的应用实例。传感器章节课堂教学采用金字塔式知识主线，即以传感器构成为1个核心讲解，测试系统静动态特性为2个必备基础，传感器原理、转换电路及具体应用为3个重点展开，如图1所示。
为了满足精细化的农业生产发展中对人工智能、物联网等需求，教学内容中还应增加“无线传感器网络”和“人工神经网络”两个章节教学内容。考虑到课程涉及学科面广、实践性强，传感器篇每一章节结束后增加相应的“农业测试工程应用案例”
，
图1传感器章节教学新主线
将理论与工程实际有机结合，补充许多启发性思考题和应用型体系，培养学生的综合应用能力。2.2使用计算机辅助软件
《检测与转换》课程综合了多学科知识，如高等数学、大学物理、电路原理、自动控制理论等，由于各部分内容各成体系，导致课程中部分理论知识抽象难懂，如信号的频域分析、测试系统动态特性、信号的相关性分析。针对这一特点，已有信号测试类课程通常将Matlab仿真软件引入到课堂教学中，而在此基础上我们利用Matlab2016a版本推出的Live-script（实时脚本）功能，以格式化的文本及图形图像方式，用实时脚本任务的形式给学生布置信号分析章节的课后作业，由学生完成全部或部分程序代码的编写，从而实现在交互式环境中将代码和结果与格式化文本和数学方程相结合使用。区别于传统m 文件编写实时脚本文件使得抽象知识点的解释更加形象生动，实时脚本在课堂教学中的推广使用更有利于在师生交互中以复制、验证和扩展的方式共享彼此的工作，实时脚本作业示例如图2
所示。
图2Matlab实时脚本作业
实验教学环节中，传统实验往往依赖实验箱平台演示一些验证性实验，受限于所购入设备的局限
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性以及时空限制，许多具有灵活性创新性的实验往往无法开展，针对这一不足课程实践教学环节中我们引入Proteus 软件实现理论教学与实践教学融于一体。教学过程中可以利用Proteus 软件Transduc⁃er 库中所包含的传感器光敏、压力、温湿度传感器、热电偶传感器以及课任教师自制的超声波传感器、压电传感器、气体传感器、火焰传感器、雨量传感器、土壤湿度传感器等，实现最接近于实物演示的动态效果。Proteus 仿真实验的推广激发学生课后动手积极性，同时也更好地培养他们的创新能力，借助Proteus 自带的元件库及外设模型实现简而小的检测系统，学习过程中学生可以更加大胆进行独立设计而不用担心设备损坏，有利于学生更加高效地从理论学习过渡到动手开发，加深学生对课堂知识的深刻理解。课程教学内容新增的工程应用案例中“农业温室大棚温度测控系统”“有害气体浓度检测系统设计”均以Proteus 软件为仿真平台实现最终软件系统设计。其中水滴检测模块仿真实验如图3
所示。
图3
水滴检测模块Proteus 仿真图
2.3基于“课堂派”小程序的线上线下教学方式
结合
传统教学通过教师课堂授课、课后答疑、自学等方式相结合获取相应知识，存在一定的局限性。目前平台已成为新时代大学生热衷使用的通讯工具，平台小程序“课堂派”具有较好的课堂管理及线上线下学习功能。其中的二维码在线考勤功能不但有效缩短了教师花费在大班级教学中的点名签到的时间，并且能自动生成当日出勤数据。“课堂派”小程序发布公告的功能也较好地利用学生关注的习惯，及时将教学相关信息传递给学生。互动模块则可以将每次课堂知识点以线上测试的形式与学生进行交流，借此在课前可以及时了解学生对上一堂课掌握的情况以及学习动态。学情分析功能也在一定程度上弥补了传统教学中教师单纯依赖个人主观教学经验或课后纸质作业反馈，对学生知识掌握情况可能存在偏差的不足。“课堂派”线上线下结合的方式推动课堂教学改革朝着信息化、智能化方向发展，使教师以更智慧的教学设计服务于传统教学。
3结语
在国家大力推进新农科建设的背景下，地方院
校《检测与转换》课程建设的目标是培育更加全面掌握农业信息化技术的复合型人才。本文以《检测与转换》课程为例，对课程教学进行全面改造优化，以提升农业电气化人才创新素质能力全面发展为核心思想，从优化整合教学内容，推荐实践环节中计算机仿真软件的使用以及“课堂派”小程序的线上线下结合教学等方面，为地方农林院校电气
工程专业《检测与转换》课程的进一步深化改革提供参考和建议。
参考文献：
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84.
（收稿日期：2021.03.09）
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