工科大学生科技创新能力培养调查与分析——以北京林业大学工学院为例

大学生科技创新能力培养是高等教育的一项系统工程。在对高等学校大学生科技创新能力培养机制、影响因素、评价激励等调查的基础上,通过对调查数据的综合分析,阐述了大学生创新能力培养的发展现状、创新活动的具体形式、创新能力培养与本科理论教学、实践教学之间的关系,以及大学生创新能力培养的源动力、影响因素、评价与激励存在的问题,提出高等学校教学改革、管理机制建设性建议,以促进大学生创新能力培养。

全日制专业学位硕士就业工作的探讨——以北京林业大学工学院为例

专业学位硕士是近年来我国调整与优化研究生结构的产物。以北京林业大学工学院全日制专业学位硕士就业工作为例,阐述了专业学位硕士研究生就业的优劣势,即专业学位硕士更符合社会的人才需求、具有较好的行业背景和就业需求,但对就业市场缺乏准确的认识。分析了专业学位硕士研究生培养的特点,即专业学位硕士研究生的培养规模过小、培养时间较短以及就业市场对专业学位硕士研究生与学术型硕士研究生的区分度较小。提出了促进专业学位硕士研究生就业的对策,包括实行"两段式、双导师制"培养,提供良好的制度保障;建立专业化的就业指导队伍,充分发挥就业指导机构的作用;加强校企合作,创建就业实习基地;充分挖掘校友资源,拓宽就业渠道;全面提高学生的职业生涯规划能力;加强就业信息和就业政策的宣传以及就业技巧的培训。

辅导员视角下的工科类专业学生学业问题的帮扶对策--以北京林业大学工学院为例

近年来高等院校招生人数持续上升,学生学业困难人数逐年增加,而工科作为一门实践性强、数理基础要求高、逻辑性强的学科,学生学业问题尤为突出。学业作为高等院校教育质量的重要衡量指标,影响着高等院校的招生与就业。改善大学生学业困难问题不仅是学生个人成长成才的需要,更是高等院校构建良性可持续人才培养体系的关键。基于此,从工科类学生学业问题的内部成因出发,通过总结分析以往学业问题的相关数据,找出学业问题的帮扶规律,探讨了辅导员对于学业困难生的帮扶对策。该项研究取得了以下成果:学生整体学业预警等级下降;学生毕业率有所提高;学生心理状态渐趋稳定。

新工科建设背景下“机器视觉”研究生课程教学改革的探索--以北京林业大学为例

在新工科建设培养卓越工程人才的背景下,人工智能、电子信息、智能机器人、模式识别与智能系统等专业对“机器视觉”课程在培养研究生的国际前沿性、创新性、动手能力等方面提出了更高的要求。以北京林业大学为例,分析了“机器视觉”研究生课程教学存在的问题,从教学内容创新、增加实践教学环节、创新教学管理形式、优化考核方式4个方面入手进行教学改革探索,以提高教学效率、教学质量和研究生实践创新能力。改革后的课程更受选课研究生的欢迎,也更加符合专业发展和新工科建设背景下研究生培养的目标。

面向工程教育专业认证的机械设计制造及其自动化专业培养方案的修订——以北京林业大学为例

在认真理解和分析"工程教育专业认证标准"的基础上,以参加并通过工程教育专业认证为目标,以北京林业大学机械设计制造及其自动化专业为例,探讨了基于工程教育专业认证的本科培养方案的修订思路,认为课程设置及其学时分配是修订工作的重点。对机械设计制造及其自动化专业现执行的2015版培养方案进行了优化和修订,补齐了短缺课程,增加了工程实践学时,优化了标准中明确规定的4类课程的学分百分比。本次修订为北京林业大学机械设计制造及其自动化专业在培养方案上做好了工程教育专业认证的准备。

自动化专业建设的研究与实践——以北京林业大学为例

随着自动化专业建设的不断推进,北京林业大学自动化专业课程教学问题随之显现,如教学内容陈旧、实践教学内容与社会实际发展脱节、部分学生对专业的认可度不高、学习热情不足等。针对这些问题,以自动化专业认证为契机,探讨了加强自动化专业建设的具体措施:一是应加强课程建设,构建以专业核心课程教学为主线的课程体系;二是应采取多样化的教学方式,激发学生的学习兴趣;三是要加强实验室的建设,培养学生工程实践能力和创新能力;四是应加强教学研究梯队的建设,不断提升教学质量;五是要以学科建设促进专业建设。这些改革措施实施后,完善了课程体系,提高了学生参加科技创新竞赛的积极性,促进了教师业务水平的提升。

“工程制图”课程教学改革的探索——以北京林业大学为例

基于工程制图新技术、新方法不断涌现的现状,分析了少学时"工程制图"课程的教学目标与课程特点,提出了三维环境下少学时"工程制图"课程改革的方法。首先,在教学安排方面,优化调整了教学内容,提高了授课效率,节省了学时;在开课时间方面,合理安排理论课与上机练习课的时间,并将"工程制图"课程与"计算机基础"课程进行合理衔接,保持上机操作的连续性。其次,在教学内容方面,将二维图形的绘制融入到三维造型的教学中,图纸、比例知识可以在视图生成的操作过程中进行讲解,将螺纹知识的讲授放在零件图的介绍前,零件图只需略讲即可。最后,在教学方法方面,可以通过实体投影引入点线面的投影,使用面编辑介绍特殊位置面的特点与投影规律,利用三维造型与投影介绍截交与相贯线的特点与投影规律,利用视图导入三维空间进行读图与造型。同时,在考核方面对考试题型与分值进行了优化。通过教学改革,提高了学生的学习兴趣,提升了教学效果。

突出农林特色 实施差异教学——适应少学时的北京林业大学物理课程体系改革与实践

针对农林院校大学物理课程教学缺乏农林、环境、生命科学等专业特色,教学中普遍存在学时少、学生对物理学习认识不足和积极性不高等问题,同时考虑到不同的生源基础造成的差异,我们通过编写针对农林院校少学时物理教学的专用教材,调整教学内容,创新课堂教学模式,自主开发建设各类物理课程教学信息化系统等措施,进一步建设适应少学时教学、具有农林特色的大学物理课程体系,同时针对不同水平的学生实施差异化教学,提高教学针对性,在实践中取得了良好的成效.目前各项改革成果都仍在教学中广泛应用.

“林业电气化与自动化”二级学科建设方案的研究——以北京林业大学为例

基于对林业工程及其二级学科在国内外设置情况的研究,分析了林业工程一级学科下新设"林业电气化与自动化"二级学科的必要性,并提出北京林业大学新设"林业电气化与自动化"二级学科的建设方案。一是明确"林业电气化与自动化"二级学科的定位及内涵,即作为以林业工程为基础的多学科相结合的交叉学科,定位于电气化与自动化在林业工程中的应用。二是加强学科队伍建设,包括注重学科人才的培养和学科队伍结构的优化;注重师德师风建设;强化学科团队的科研创新意识,引导学科团队成员聚焦国家重大战略和地方经济社会发展;建立健全学科团队内部的"传帮带"机制等。三是确定学科研究领域,包括林区微电网及电气化、林业生态环境监测与预警、城市园林环境自动监测与控制等研究方向。四是制定学科研究生培养方案,包括明确培养目标、创新培养模式、完善课程体系、深化课程教学改革等。

以工程教育专业认证为导向的“工程图学A”课程教学改革探索——以北京林业大学为例

针对“工程图学A”课程教学存在的教学目标与机械设计制造及其自动化专业工程教育认证标准不匹配等问题,以工程教育认证为导向,从课程教学目标、教学内容和评价体系等方面展开探索。提出了具体的改革措施,形成了保障课程教学质量的“评价-分析-改进-再评价”模型闭环路径。以2017级、2018级和2019级学生的课程考核结果为基础,对“工程图学A”课程教学质量和改革成效进行了对比分析。结果显示,首次改革后,2018级较2017级的“工程图学A”课程教学目标2、3、4的达成度分别提高了1.49%、2.35%和3.66%;经过持续改革,2019级的课程教学目标整体达成度均在0.71以上,较2018级最低达成度提升了5.97%,尤其课程教学目标1和2的达成度较2018级分别提升了11.39%和11.76%。以工程教育认证为导向的课程持续改革后,学生对机械产品工程图表达、工程图阅读、平面绘图以及三维设计等方面的能力均有显著提高。

基于工程教育认证的“工程图学A课程设计”教学改革探索——以北京林业大学为例

工程教育认证是推进工程学科高等教育改革、提升人才培养质量的重要手段。根据工程教育认证的基本要求和“工程图学A课程设计”课程面临的课程目标不具体、教学内容不详实、评价标准不完善等问题,对“工程图学A课程设计”课程教学体系进行了改革,具体的改革措施如下:细化了课程目标,建立了课程目标与毕业要求的对应关系;优化了教学内容,明确了对学生的基本要求,建立了教学内容与课程目标、毕业要求的对应关系;完善了评价标准,实现了对学生学习全过程的评价,为课程目标达成度评价和毕业要求达成度评价提供了测算依据;建立了持续改进机制,通过课程目标达成度分析形成“评价—改进—再评价”的闭环管理,不断提升了教学质量。通过对比新体系下2届学生的课程目标达成度,表明该课程教学符合工程教育认证“以学生为中心,目标为导向,持续改进”的基本理念,能够推进教育质量不断提升。

基于OBE理念的林业“自动控制原理”实践教学改革探索

基于OBE理念,从林业领域对新工科工程技术人员的具体特色需求出发,遵从“电类”专业实践教学培养方案及毕业要求,以“自动控制原理”实验课程为例,以问题为抓手,以成果为导向,探索基于OBE理念的“自动控制原理”实践教学目标,改革实践教学内容及教学方法,建立合理的考核评价体系,通过科研反哺教学,建立基于林业科研项目的案例库,并应用于“自动控制原理”实践教学,促使专业承担起人才培养的任务和基础,为林业生态发展提供高素质的“电类”工程技术人员。

针对机械类专业大学生的设备技术发明方法论的初探

智慧与创新是发明创造的核心要素,设备技术发明是机械类专业大学生进行创新实践的一种重要方式。阐述一种机械类专业大学生进行设备技术发明的方法论。在发明之初,学生要明确自己的志向,学会将难题分解后逐个攻克;在发明过程中,要善于发现问题和需求,大胆构思创新性解决方案,扎实细致地进行设备的三维设计;在发明创造之后,要掌握重要文件的撰写技巧,重视知识产权的保护,积极准备专利文件。

本田节能竞技赛车造型设计研究——以北京林业大学节能赛车为例

节能竞技赛车大赛是以同等路程的燃油消耗量为评判依据,旨在提高赛车燃油经济性,加强人们的节能环保意识。美观的车身造型可以提升整车的视觉形象、降低行进阻力,对整车性能的优化起重要作用。文章以"北林飞鹰"车队设计的节能赛车为研究对象,介绍车身的造型设计、材料选择和模型制作的全过程。

作物茎秆膨胀收缩监测柔性可穿戴传感器研制与试验

作物茎秆膨胀和收缩变化与其水分状态密切相关,实时监测茎秆的膨胀和收缩变化能够及时掌握作物水分状态,对指导灌溉、提高农业水资源利用率具有重要意义。目前,对于作物茎秆膨胀和收缩变化的监测主要采用基于线性微位移测量原理的传感器,通过测量茎秆的膨胀和收缩引起的位移变化来反映水分状态,存在体积大、价格高、安装不便等问题。为此,该研究提出了一种基于压阻效应的柔性可穿戴传感器,采用柔性压力电极作为传感元件,贴附在作物茎秆表面,通过监测茎秆膨胀和收缩引起的压力变化来反映作物的水分状态,压力检测电路和数据采集电路将作物茎秆的压力信号转换成电信号进行输出和存储。首先在实验室环境下对传感器性能进行测试和标定,然后在温室环境下将传感器安装在番茄茎秆上观测番茄茎秆的压力变化,并与线性微位移传感器观测结果进行比较,最后在充分灌溉和水分亏缺2种条件下观测番茄茎秆的膨胀和收缩变化。结果表明,柔性压力传感器稳定性测试的平均相对变化率为0.109%;弯折前后引起的输出变化非常小,可以忽略不计;标定结果的决定系数大于0.99,最合适的工作压力范围为2~100 kPa;实验室环境下,柔性压力传感器与线性微位移传感器输出值之间的决定系数为0.9551;温室环境下,充分灌溉组中柔性压力传感器与线性微位移传感器输出值变化趋势一致,两者之间的决定系数为0.7672,亏缺灌溉组中两类传感器输出值均因水分亏缺而呈现下降趋势,输出值之间的决定系数为0.8519。本文所设计的柔性可穿戴压力传感器不仅能够实时监测番茄茎秆的膨胀和收缩变化,还可以对番茄亏水胁迫进行诊断,为实现高效节水灌溉提供重要的技术支撑。

基于改进YOLOv7的油茶果实成熟度检测

为确保油茶果实处于最佳成熟度进行采摘,提高油茶果实的出油率及茶油品质,该研究针对自然环境下油茶果实多被遮挡的问题,以原始YOLOv7模型为基础进行改进,提出一种油茶果实成熟度检测方法。首先,在主干网络中引入十字交叉注意力机制(criss-cross attention,CCA)加强对被枝叶遮挡果实成熟度特征的提取能力;其次,使用基于距离和交并比的非极大值抑制(distance-iou non-maximum suppression,DIoU-NMS)算法代替传统非极大值抑制(nonmaximum suppression,NMS)算法,从而加强模型对相互遮挡果实的检测能力;最后,以训练集中3 098张油茶果实图像训练改进的YOLOv7模型,验证集中442张图像用于在训练过程中评估模型,并对测试集中885张图像进行测试。改进后的YOLOv7模型在测试集下的精确率P为93.52%,召回率R为90.25%,F1分数为91.86%,平均精度均值mAP为94.60%,平均检测时间为0.77 s,模型权重大小为82.6 M。与Faster R-CNN、EfficientDet、YOLOv3、YOLOv5l和原始YOLOv7模型相比,平均精度均值mAP分别提升7.51、5.89、4.21、4.21和2.91个百分点。试验证明,改进的YOLOv7模型为实现油茶果实的智能化采摘提供理论依据。

古建筑木结构无损检测内容与研究进展

中国拥有大量的木结构古建筑。合理有效地检测评估木结构的存在状况,是古建筑保护和修缮工作的重要需求。古建筑木结构无损检测是以无损检测和评估古建筑木结构安全性,以现场应用和实际需求为导向的木材材性检测评估技术,检测内容主要包括缺陷无损检测和木材物理力学性能无损检测两个方面。木结构、木构件隐藏缺陷的检测以及评估是古建筑木结构无损检测工作的重点和难点。本文首先介绍古建筑木结构的组成,总结其无损检测内容和目前常见无损检测方法;然后归纳总结古建筑木构件隐藏缺陷无损检测、古建筑木构件分等、腐朽对古建筑木材力学性能影响等应用和研究进展;最后归纳说明古建筑木材力学性能无损检测和自然老化对古建筑木材性质影响的研究状况。以期对从事木结构文物保护技术应用和科研工作的相关人员,有所启发和帮助。

改进UNet-VAE网络的土壤多类型孔隙三维分割方法

不同类型土壤孔隙结构会随生物活动和非生物作用发生形变,从而影响其生态功能,准确分割不同类型的孔隙结构对于研究孔隙结构与生态功能演变关系具有重要意义。针对单个类别孔隙的分割方法分割精度低、分类标准单一、鲁棒性差,无法准确分割和判别生物孔隙、裂隙等相交部分孔隙结构的问题。该研究针对不同类型孔隙尺度差距大的特点,提出了一种改进UNet-VAE网络模型,实现土壤多类型孔隙分割。改进UNet-VAE网络引入多尺度特征融合注意力模块,以实现多尺度信息融合和冗余信息筛选。结合变分自动编码器生成网络(variational autoencoder,VAE),引入噪声和辅助损失函数,以增强网络的泛化能力和鲁棒性。试验结果表明:改进UNet-VAE方法在土壤多类型孔隙(裂隙、生物孔、不规则孔隙和球状孔隙)三维分割中达到了93.83%的平均准确率,与次优VNet方法相比,平均准确率、精确率、召回率和F1值分别提升了3.32,5.06,8.97和8.63个百分点,特别是对于不规则孔隙4项指标分别提升了4.88,15.46,15.70和15.50个百分点,表明改进UNet-VAE法可准确分割多类型孔隙,也验证了深度学习技术在多类型孔隙判别的有效性,可为揭示土壤孔隙结构与演化研究提供有效工具。

植物根系特征与根区土壤水分高通量监测管道机器人研制

研究水分胁迫下的根系特征对于节水农业的发展具有重大意义。针对现有根系观测与土壤水分监测方法难以满足野外条件下根系和根区水分的同步、原位、高通量监测的不足,该研究研制了一种基于STM32芯片的管道机器人系统。系统由管道机器人、数据基站与PVC透明管道组成,通过在土壤中埋设管道机器人系统,控制机器人搭载的微距相机与土壤水分传感器在巡航时拍摄根系图像,并获取土壤水分数据。由根系图像识别分割与提取程序对图像进行畸变校正与根系识别,获取管道方向上植株的根系面积、长度与密度等特征参数。实验室条件下进行相机拍摄效果、图像畸变校正、识别与分割误差及里程轮测距误差测试,以及土壤水分传感器标定试验。测试结果表明:1)管道机器人能够清晰地拍摄到根系图像,图像畸变校正效果较好,单个像素点长度和面积分别为44μm和0.002 mm^(2),单张根系图像的拍摄范围为14.17 mm×10.60 mm;2)土壤水分传感器输出电压与土壤体积含水率之间呈现良好线性关系,决定系数R^(2)为0.990;3)自主巡航定位准确度较高,平均相对误差为1.47%。在田间条件下进行的根系生长动态监测、根系信息提取、土壤水分监测与电池续航试验表明:1)管道机器人系统能够在田间环境下高通量地拍摄根系图像,监测根系的生长动态,并进一步提取出根系长度、面积、根面积密度等特征参数;2)根区土壤水分监测较为准确,测量结果与烘干法结果平均相对误差为2.23%;3)在系统初始满电量状态下,管道机器人系统独立运行时长不少于7 d,最大巡航监测距离约为48 m。本文研制的管道机器人系统可在田间条件下实现根系特征以及根区土壤水分的原位、高通量测量,为节水灌溉与根系生长研究提供技术支持。

蒸汽烫漂与热风干燥箱流场优化设计及仿真

农产品的烫漂与干燥是农产品加工的关键技术。农产品蒸汽烫漂与热风干燥箱是集烫漂与干燥一体的新型农产品绿色保质低碳智能干燥技术装备。农产品蒸汽烫漂与热风干燥箱内部流场均匀性直接影响着农产品烫漂与干燥效果。为提高其内部速度均匀性与温湿度均匀性,同时减少冷凝现象发生,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法建立蒸汽烫漂与热风干燥箱模型,对其送风方式和送风口数量进行研究。结果表明:侧送侧回的送风方式在速度场以及温湿度场的均匀性总体优于上送下回,能量利用系数提高约18%,箱内壁面冷凝面积小于上送下回。仿真研究表明,当送风口数量为4个时,箱内的温度场和相对湿度场均匀性更好,能量利用系数最高。试验表明,蒸汽烫漂与热风干燥箱的试验值和仿真值最大温度偏差为2.3℃,相对湿度误差不超过1.3%,误差在合理范围内,仿真结果可靠,研究结果可为农产品低碳智能干燥新技术的研究提供参考。