農(nóng)業(yè)物料學開放性實驗教學的探索與實踐

胡育璐 何金成 鄭文鑫

[摘要]為了進一步培養(yǎng)新形勢下的農(nóng)業(yè)工程復合型人才，以人才創(chuàng)新能力與實操能力的培養(yǎng)為目標，項目組利用學校現(xiàn)有實驗室條件上的優(yōu)勢，對農(nóng)業(yè)物料學的實驗課程進行了改革探索與實踐。其采取的主要措施有：開放實驗內(nèi)容的選擇，鼓勵學生發(fā)揮學習的主觀能動性，獨立完成實驗設計，培養(yǎng)學生的獨立思考能力及創(chuàng)新能力;建立一套多維度的評價體系，對學生實操能力提出新的要求。實踐表明，改革取得了較好的教學效果，有利于進一步提升實驗人員的教學水平，也激發(fā)了學生參與課堂實驗教學的積極性。

[關鍵詞]農(nóng)業(yè)物料學;本科;實驗課程;實踐教學

[中圖分類號]G642，477 [文獻標識碼]A [文章編號]2095-3437（2020）07-0070-03

隨著新時期我國土地流轉(zhuǎn)進程加快，農(nóng)村大力推行規(guī)?；a(chǎn)，我國農(nóng)業(yè)進入機械化發(fā)展的高速時期。時代告訴我們，要重視農(nóng)業(yè)工程專業(yè)人才的培養(yǎng)。而高等人才來源于高等教育，要重視本科人才實踐能力的培養(yǎng)，加大對本科課堂的改革力度，以適應新時期的發(fā)展需求。實驗室是培養(yǎng)高素質(zhì)人才的重要支撐平臺，要重視實驗室教學改革，以適應新時代的發(fā)展。

農(nóng)業(yè)物料學作為農(nóng)業(yè)工程學的基礎學科，是一門研究農(nóng)業(yè)物料物理特性的綜合性基礎課。農(nóng)業(yè)高校的農(nóng)機化專業(yè)需要對農(nóng)業(yè)物料進行研究，以研發(fā)出更具有針對性的農(nóng)機具。因此，農(nóng)業(yè)物料學是一門理論與實踐并重的學科，是培養(yǎng)農(nóng)業(yè)工程人才不可或缺的專業(yè)基礎課程。實驗課程作為大學教育的重要組成部分，是理論走向?qū)嶋H的必要過程。高校要重視實驗課程的改革，引導學生通過親手實踐操作，將課本上的理論轉(zhuǎn)化為綜合知識運用和解決問題的能力。

隨著農(nóng)業(yè)工程的發(fā)展，運用近代物理學理論、技術和方法，對農(nóng)業(yè)物料進行了解和學習，能讓學生對農(nóng)業(yè)工程系統(tǒng)的學習有一個深入且直觀的把握。農(nóng)業(yè)物料學研究各種農(nóng)業(yè)物料的物理特性，這些特性在農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品的設計和制造分析中是不可缺少的基本參數(shù)。除了理論方面的學習，對學生實驗技能的掌握要求也在逐步提高。如今隨著科技進步，更多的實驗設備被研發(fā)出來，在實驗室內(nèi)可完成的物料物理特性研究的范圍越加廣泛。為適應新形勢，課程需要進行重新思考定位，利用實驗室內(nèi)的新型儀器設備，對實驗室可完成的實驗加以完善和拓展。而目前高校依然存在著對實驗課程重視不足、教學模式固定、內(nèi)容陳舊的現(xiàn)象，因此以創(chuàng)新為導向、以能力培養(yǎng)為目標的實驗課教學改革勢在必行。

一、農(nóng)業(yè)物料學實驗課程的缺點

農(nóng)業(yè)物料學是專業(yè)基礎課程，實驗課程的開設時間與理論課教育進度要相配合。農(nóng)業(yè)物料學實驗課程安排為10個學時，分為4個實驗，分別是測定谷物含水量、生物材料的硬度強度、種子物理特性、土壤特性。在有限的學時中，要精選實驗內(nèi)容，增強學生學習主動性，減少重復性實驗，構(gòu)建適應現(xiàn)代化發(fā)展的實驗教學體系。

在對現(xiàn)有實驗內(nèi)容進行研究后，我們總結(jié)出傳統(tǒng)物料學實驗課程存在的缺點如下：

（一）實驗內(nèi)容覆蓋面小

在實際實驗室中，目前開設的實驗農(nóng)業(yè)物料的選擇范圍有限，比如黑米、谷粒、綠豆、紅豆等。這些農(nóng)業(yè)物料明顯偏重谷物等種子特性的研究。農(nóng)業(yè)物料的力學特性涉及的專業(yè)知識較廣泛，包括流動力學、散粒體力學等。在有限的實驗課時內(nèi)，應當盡可能地讓學生多接觸到不同的專業(yè)知識，擴大眼界。因此我們更傾向引進如新鮮水果、牧草、菌草等新式物料，將實驗物料與教師科研課題相結(jié)合，同時也能提高學生的實驗興趣。

（二）實驗操作方式重復單一

實驗課程的流程操作以指導教師講解示范為主，學生被動且重復地模仿，并不能真正地理解掌握儀器的使用。由于操作單一重復，部分學生參與度不高，全程未能實際動手操作，學生興趣明顯不高。儀器設備的使用作為一項技能，更應該讓學生發(fā)揮主觀能動性，變“要我學”為“我要學”。

（三）實驗成績評定，評價系統(tǒng)不合理

傳統(tǒng)課堂只以課上簽到、課后上交實驗報告作為評價標準，往往忽略了學生在實驗過程中的表現(xiàn)。有些學生人來心未到，未能實際參與到實驗課程中。課堂上，部分學生常常玩手機、開小差、組隊聊天等。小組組成的實驗操作團隊分工不合理，使得有些學生處于旁觀狀態(tài)。但最后的實驗報告同一小組是共享實驗數(shù)據(jù)的，在課后進行評價時，實驗教師無法準備判斷哪些學生進行了操作，操作過程中是哪些學生主導，哪些學生配合。因此有必要設置新的評價體系，從設計、過程、成果三個方面進行全過程全方位全面的操作評價。

（四）實驗過程強調(diào)了對理論課程的印證，未能進一步進行發(fā)散與探究

驗證性的實驗要求學生理解實驗原理，學生僅需按教師所演示的步驟即可完成對實驗現(xiàn)象的觀察，但缺乏對整個實驗過程進行創(chuàng)新思考的過程。因此下一步應引導學生向探究性學習方向發(fā)展，讓學生跳出思維的固化圈，進行創(chuàng)新性探索。

二、開放式實驗課程結(jié)構(gòu)設計

開放性實驗教學是一種解決方式，體現(xiàn)了因材施教、以人為本的原則，提倡個性化培養(yǎng)。在開放性的實驗課上只提供相關的儀器設備、任務書。沒有既定的實驗程序，指導教師僅負責答疑及考核，維持現(xiàn)場秩序及打分。在基本知識結(jié)構(gòu)的支撐下，給予學生最大的自由度，讓學生根據(jù)自己的興趣來設計實驗。將課堂拓展到生活中，以學生的需求為導向，開放實驗內(nèi)容，開放實驗教學，讓學生學有所得。

傳統(tǒng)教學過程強調(diào)教師和學生之間的有效互動。在開放式實驗課程結(jié)構(gòu)中，操作的主動權又回到了學生手中。借助學生自我內(nèi)在需求的激發(fā)，使其主動、高效、多途徑地去探索未知的體系。實驗課程的結(jié)構(gòu)設置要緊扣教學過程，做到實驗驗證與理論相結(jié)合，更有益于學生理解課堂理論知識。興趣導向可以激發(fā)學生的積極性。要引入更多種類的農(nóng)業(yè)物料、引進更先進的物料檢測裝置，引導學生參與到實驗設計中來，激發(fā)學生上課熱情。以培養(yǎng)學生的思考能力、創(chuàng)新能力、實踐能力為導向，設置實驗結(jié)構(gòu)，改進教學內(nèi)容。

開放性實驗課程實施流程如下圖所示：

（一）實驗原理學習

課堂教學開始時，首先由指導教師對實驗室規(guī)則、安全事項、設備基本型號進行講解，學生掌握其中基本操作要領，為實驗設計做準備。對實驗室儀器設備的了解及掌握是一切實驗的基礎，在安全規(guī)范的指導下完成實驗設計及操作，是實驗的先決條件。講解完畢后，教師可以適當提問實驗原理、注意事項等，抽查學生的掌握情況，對課堂進行預熱，調(diào)動學生的積極性。

（二）自主完成實驗設計

給學生一個命題，由學生自由組隊，完成選題的實驗設計。指導教師只在學生遇到問題或出現(xiàn)錯誤時，予以解答與糾正，對實驗方案的科學性、可行性進行專業(yè)評價，排除不確定性，確保實驗的系統(tǒng)合理。整個實驗設計過程都在實驗課堂上完成。設計實驗步驟，不僅需要對實驗原理有深刻理解，還需要對課堂知識能充分運用，發(fā)揮小組成員的綜合思考能力。在有限的時間內(nèi)，以實驗目的為導向，激發(fā)學生小組團隊合作能力，使其同心協(xié)力完成實驗設計。

（三）實驗操作

學生必須嚴格按照安全及設備操作規(guī)范，依據(jù)小組內(nèi)的實驗設計內(nèi)容，完成實驗任務，記錄實驗過程，完成實驗。在操作過程中，學生逐項完成實驗，實驗教師對操作規(guī)范、操作流程、實驗的完成度進行現(xiàn)場打分，確保學生操作安全。鼓勵學生在實驗過程中自主發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，鼓勵學生提出新問題、新思路。學會舉一反三，將實驗操作過程變成理論聯(lián)系實際的過程，并推廣到不同實驗中去。

（四）成績綜合評定

依據(jù)實驗過程中考核的多方面內(nèi)容，我們自主設計了實驗成績評分表，對實驗過程進行全方位的評定。顛覆了傳統(tǒng)實驗課教學中的成績評定單憑實驗報告為準的模式，綜合考量學生課堂表現(xiàn)，全面考慮各個隊伍溝通合作情況、實驗設計、數(shù)據(jù)準確性、操作過程等幾個方面，并進行綜合評定。實驗報告依然保留，但所占的比重減小，更強調(diào)學生的獨立思考能力、創(chuàng)新設計能力。

三、改革與探索

在項目實施過程中，我們首先對2016級農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)進行了實踐教學改革。教學改革針對重點領域、關鍵環(huán)節(jié)來設置，以農(nóng)業(yè)物料學的實驗教學部分內(nèi)容為對象，進行改革實踐。

（一）課程實驗改革

以“生物材料的強度硬度的檢測”實驗項目為例。傳統(tǒng)實驗是根據(jù)教師設定的實驗步驟來完成的，實驗物料的選擇由實驗教師提前準備，每種物料對應的儀器設備也已經(jīng)挑選完成。學生僅需學會操作儀器即可得到相關的數(shù)據(jù)。課堂上，教師講授，學生重復，缺少創(chuàng)造性，無法激發(fā)學生的學習興趣。

改革后的實驗課程由學生自由組隊、自主選擇測定的物料對象，查閱相關儀器設備的說明書及物料基本參數(shù)后，選擇相應的儀器設備，設置實驗步驟，得出相關數(shù)據(jù)。實驗課程中的農(nóng)業(yè)物料可以由學生自主選擇，如蘋果、梨子等水果，也可以是大米、黑豆等谷物。實驗室提供的儀器設備有萬能材料試驗儀、谷物硬度計、莖稈強度測定儀等。

一方面，要在原有的農(nóng)業(yè)物料學實驗內(nèi)容上進行變更與修改。擴大農(nóng)業(yè)物料的選擇范圍，提供給學生自主選擇權，使其可以選擇水果、谷物等不同農(nóng)業(yè)物料進行研究，貼合新時期農(nóng)業(yè)工程人才個性化培養(yǎng)的要求;提供更多的實驗儀器供學生選擇，能有效提高其操作技能。另一方面，可建立實驗小組，進行簡單實驗自主設計環(huán)節(jié)，學生自由組隊、分工合作，完成實驗內(nèi)容的設計與實施，增強學生自主創(chuàng)新能力和團隊合作能力。著重考查學生在實驗中的溝通組織協(xié)調(diào)能力，強調(diào)綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

對學生來說，實驗課后的實驗報告僅是評價體系的一部分。綜合性實驗成績評價方式，能綜合考慮學生溝通協(xié)調(diào)能力、設計創(chuàng)造能力與實驗技能，更加注重學生綜合素質(zhì)培養(yǎng)。評價體系可以分為原理掌握、實驗設計、操作規(guī)范、數(shù)據(jù)處理等四個方面。開放性實驗機制的建立有利于激發(fā)學生自主學習的動力，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。通過理論知識體系的學習，鼓勵學生主動去發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題，建立全程化培養(yǎng)模式。

對于實驗教師來說，開放式實驗課堂的落實，需要教師技能的進一步提升。原有實驗過程涉及的知識面有限，操作重復且內(nèi)容固定，不具有創(chuàng)新性。實驗教師掌握的技能陳舊，實驗室設備更新?lián)Q代緩慢，資源利用率低。進行實驗內(nèi)容的改革后，實驗教師需要快速擴充自己的知識面，面對學生提出的新問題、新思路，能夠做到指點迷津，引導創(chuàng)新。在課堂上能夠兼顧不同學生的不同需求，并在課后指導時對學生實行個性化培養(yǎng)。將實驗教師的身份任務進行進一步凝練，引人多樣性的指導，實現(xiàn)師生互動。亦可以引入教師的科研項目，在實驗室中設置與農(nóng)業(yè)競賽相關的物料實驗，以賽促學，以學促練，夯實學生基礎的同時也提升實驗教師的管理教學水平。

（二）課程實驗創(chuàng)新

農(nóng)業(yè)物料學的開放性實驗教學改革探索，做到了以下幾點創(chuàng)新。

首先是思想創(chuàng)新。打破固有實驗教學中學生單方面接受的固有模式，加強了理論教學與實踐教學相互補充的關系，讓學生與教師都解放思想。

其次是內(nèi)容創(chuàng)新。實驗課的內(nèi)容既與理論課教學內(nèi)容進一步結(jié)合，做到了一體化、同步化，又做到了差異化。每個學生都可以將理論作為實驗的基礎，靈活地選擇自己感興趣的內(nèi)容進行探索。在內(nèi)容的選擇上，突出農(nóng)業(yè)特色，突出科教結(jié)合，將新內(nèi)容帶人實驗教學，激發(fā)了課堂活力。

再次是結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。課堂教學結(jié)構(gòu)不再是一成不變的教師講授、學生重復的模式。實驗課的自由度更大，除了實驗原理及探究的目的是固定的，其余過程都交由學生自主完成。強調(diào)了殊途同歸，在不同的實驗現(xiàn)象中，都能得出相同的原理。如果存在不同，則需要探究產(chǎn)生誤差的原因。

最后是結(jié)果創(chuàng)新。對實驗現(xiàn)象的觀察，需要學生通過綜合分析和獨立思考得出不同的結(jié)果。實驗的設計與數(shù)據(jù)分析能力是學生進一步深造的基礎能力之一，通過科學的評價考核機制，激發(fā)學生求真學問、練真本領的熱情。

四、結(jié)束語

實踐證明，改革是切實可行的，在有限的課程實驗時間中，大部分學生能夠自主完成實驗物料的選擇、儀器設備的選擇、設計出合理的實驗步驟，完成參數(shù)測量及數(shù)據(jù)的記錄，達到實驗目的。

針對農(nóng)業(yè)物料學課程的專項實驗內(nèi)容，學生需要對自己選擇的物料特性有所了解，對理論應用嫻熟才能完成相關實驗。實驗教師在過程中僅需對基本操作技術與安全注意事項進行說明，無須進行灌輸式教學，有利于指導教師教學意識與方式的改變，對教師占主導地位講解演練的教學方式進行了徹底改革。同時讓學生自主思考，學會使用儀器，并設計出合理的實驗過程，激發(fā)了學生的興趣，增強了實驗教學的互動性。以新形勢下應用型人才培養(yǎng)為目標，在實驗教學中突出了學生獨立分析能力和動手能力的訓練，激發(fā)了教學靈感，也符合新形勢下對新工科人才培養(yǎng)的要求。其真正體現(xiàn)了農(nóng)業(yè)院校的特色，以學生為主體，重視基礎，不忘創(chuàng)新提高。