新工科背景下農(nóng)業(yè)工程創(chuàng)新實踐體系建設(shè)的思考＊

楊麗麗，王東偉，員玉良，何曉寧（青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，山東青島 266109）

“新工科”是相對于“傳統(tǒng)工科”的新概念，是基于人工智能、5G、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)驅(qū)動下的新領(lǐng)域?！稗r(nóng)業(yè)工程”中現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)裝備，不僅對作物的整個生長信息、種植模式、土壤特性、環(huán)境因子、區(qū)域特點(diǎn)、品種特征等相關(guān)知識進(jìn)行全面掌握，還需要在機(jī)械研發(fā)過程中注入自動控制理論、系統(tǒng)工程、電子信息等專業(yè)知識，因而迫切需要以農(nóng)業(yè)機(jī)械為核心的多知識體系的創(chuàng)新實踐體系建設(shè)。

新工科背景下創(chuàng)新體系建設(shè)在多專業(yè)多學(xué)科多方面受到高校教育者的廣泛關(guān)注。比如，曹成茂等[1]針對農(nóng)業(yè)工程類人才培養(yǎng)面臨的問題，從人才培養(yǎng)方案制定、多種人才培養(yǎng)模式、實踐教學(xué)體系構(gòu)建和多元協(xié)同培養(yǎng)方式實踐等方面，闡述了以實踐能力為抓手的農(nóng)業(yè)工程類雙創(chuàng)人才培養(yǎng)方法；李宗平等[2]圍繞創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)，探索實驗室建設(shè)和發(fā)展的指導(dǎo)思想；研究高校實驗室在實驗大平臺構(gòu)建、校企聯(lián)合實驗室建設(shè)、實驗體系改革、學(xué)科交叉融合、科技創(chuàng)新激勵制度、實驗教學(xué)質(zhì)量保障體系及實驗室文化建設(shè)等方面的舉措；張伏等[3]以農(nóng)業(yè)工程研究生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才培養(yǎng)模式為研究背景，從學(xué)生培養(yǎng)、導(dǎo)師能力提高和培養(yǎng)方案的修訂等方面提出了一系列措施，提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。李海軍[4]在新工科背景下以機(jī)電一體化技術(shù)課程項目的教學(xué)應(yīng)用實踐為基點(diǎn)，設(shè)計不同類型的教學(xué)項目和有針對性的項目實施路線，構(gòu)建考核評價體系,推進(jìn)并提升了課程建設(shè)的質(zhì)量。這些寶貴經(jīng)驗都值得學(xué)習(xí)和借鑒，文章旨在探討在新工科下以農(nóng)業(yè)工程專業(yè)群為核心的創(chuàng)新實踐體系建設(shè)。

青島農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)工程類專業(yè)創(chuàng)新實踐體系建設(shè)在研究分析新農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)對傳統(tǒng)工科專業(yè)人才培養(yǎng)上提出了新的要求，全面打通了制約全程全面發(fā)展的農(nóng)業(yè)工程類專業(yè)升級改造的實施路徑，構(gòu)建了以應(yīng)用為核心、基礎(chǔ)與實踐相結(jié)合，思政與專業(yè)相融合的應(yīng)用型農(nóng)業(yè)工程類專業(yè)人才培養(yǎng)體系，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)工程類專業(yè)向產(chǎn)業(yè)發(fā)展無縫銜接的應(yīng)用型方向發(fā)展。

工程教育新理念

工程教育新理念是要建立學(xué)校、企業(yè)、合作單位共建的完善的校企合作課程教學(xué)體系，建設(shè)一支結(jié)構(gòu)合理、業(yè)務(wù)精湛、充滿活力的高素質(zhì)的師資隊伍，形成較完善的基于產(chǎn)學(xué)研合作的人才共育機(jī)制。

以農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動化專業(yè)為核心的專業(yè)群、以機(jī)械設(shè)計與制造基礎(chǔ)為核心的課程群、以智能裝備研發(fā)與教學(xué)團(tuán)隊建設(shè)的教師群等三群體系重構(gòu)合成。培養(yǎng)模式構(gòu)建以通識教育與專業(yè)教育結(jié)合，實施寬口徑的專業(yè)教育；實踐教學(xué)與校企合作兼顧，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)基礎(chǔ)和工程意識，加強(qiáng)“大工程”觀念；基礎(chǔ)加強(qiáng)模塊，拓寬專業(yè)，注重復(fù)合，重視能力；技術(shù)素質(zhì)與非技術(shù)素質(zhì)結(jié)合，提高綜合素質(zhì)指導(dǎo)思想。

根據(jù)目標(biāo)與培養(yǎng)模式，首先要保障學(xué)生有一個健康的體魄。體育、心理健康及就業(yè)指導(dǎo)相關(guān)課程總學(xué)時136，占課內(nèi)總學(xué)時的5.67%。其次，提高學(xué)生的思想意識、道德水準(zhǔn)和職業(yè)素養(yǎng)。人文社科教育培養(yǎng)學(xué)生的倫理道德和社會責(zé)任感，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和國家情懷，增強(qiáng)學(xué)生的思辨力與判斷力。課程思政建設(shè)要落實將社會主義核心價值觀融入教育教學(xué)全過程的重要舉措，實行“思政+專業(yè)”實現(xiàn)課程育人。新工科的內(nèi)涵不但包括傳統(tǒng)工科與其他學(xué)科的交叉融合，也包括一些人文社科學(xué)科與專業(yè)課程的密切交融。創(chuàng)新體系建設(shè)的一個突破點(diǎn)就是把思想價值引領(lǐng)貫穿教育教學(xué)全過程，實現(xiàn)全程育人和全方位育人。以《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)》為例，該課程是農(nóng)業(yè)工程專業(yè)群建設(shè)的專業(yè)核心課程，對于學(xué)生掌握現(xiàn)代農(nóng)機(jī)裝備的專業(yè)知識與前沿技術(shù)尤為重要。根據(jù)農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)課程特色與人才培養(yǎng)目標(biāo)，在授課過程中引入“農(nóng)機(jī)文化”與“工匠精神”兩個重要思政元素?！稗r(nóng)機(jī)文化”是指在機(jī)械化進(jìn)程中形成的一種基本精神，以特有內(nèi)涵的軟性優(yōu)勢，潛移默化中熏陶學(xué)生的情操、觀念和價值觀的文化形態(tài)，是農(nóng)業(yè)積累的物質(zhì)文明和精神文明的總和?！肮そ尘瘛笔锹殬I(yè)能力、職業(yè)道德和職業(yè)品質(zhì)的體現(xiàn)，是學(xué)生們的行為表現(xiàn)和職業(yè)價值取向，涵蓋精益、敬業(yè)、創(chuàng)新及專注方面的內(nèi)容。由此，課程思政的核心要義是通過專業(yè)課程深入挖掘?qū)W科中蘊(yùn)含的思政資源，充分發(fā)揮課程的育人功能和教師的育人職責(zé)，推動思政課和專業(yè)課跨學(xué)科交融耦合。

再次拓寬專業(yè)基礎(chǔ)和方向，強(qiáng)化英語、數(shù)學(xué)、計算機(jī)教育。在英語課程設(shè)置上，除了大學(xué)英語外，相應(yīng)增加雅思聽說讀寫、商務(wù)英語等相關(guān)選修課程；數(shù)學(xué)類課程增設(shè)了工程數(shù)學(xué)以及數(shù)學(xué)建模等課程；計算機(jī)類課程增設(shè)了統(tǒng)計分析、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、仿真軟件、數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)的理論與實踐課程。英語、數(shù)學(xué)、計算機(jī)基礎(chǔ)課程總學(xué)時為504 學(xué)時，占課內(nèi)總學(xué)時的20.34%。從基礎(chǔ)課程所占的比例可以體現(xiàn)出厚基礎(chǔ)、寬口徑的原則，只有強(qiáng)化基礎(chǔ)，才有利于增強(qiáng)學(xué)生獲取、運(yùn)用和更新知識的能力。同時，減少專業(yè)課程門類設(shè)置，留出足夠?qū)W時強(qiáng)化基礎(chǔ)，保證實踐能力訓(xùn)練和素質(zhì)提高。由此，設(shè)立了幾門必不可少的基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課，《機(jī)械制圖》《理論力學(xué)》《材料力學(xué)》《機(jī)械設(shè)計》《機(jī)械原理》《汽車拖拉機(jī)學(xué)》《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)》《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》等具有擬合度高、遞進(jìn)關(guān)系強(qiáng)的課程，形成通用知識、基礎(chǔ)理論、設(shè)計分析、制造工藝等串聯(lián)的課程群?！峨姽ぜ夹g(shù)》《電子技術(shù)》《控制工程基礎(chǔ)》《工程測試技術(shù)》《常用工具軟件》等具有理論算法高、彌補(bǔ)關(guān)系強(qiáng)的課程構(gòu)建全面的大工程課程體系。專業(yè)基礎(chǔ)課總學(xué)時為792 學(xué)時，占課內(nèi)總學(xué)時的33.11%。專業(yè)課分為必修課和限選課兩大類，專業(yè)課體現(xiàn)專業(yè)內(nèi)涵和特點(diǎn)，總學(xué)時為1328 學(xué)時，占課內(nèi)總學(xué)時的55.52%。限選課則根據(jù)分流特點(diǎn)進(jìn)行選擇，體現(xiàn)模塊化，即根據(jù)分流方向選擇課程，避免了選課的盲目性，也使知識結(jié)構(gòu)更加合理。從專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的課程設(shè)置體現(xiàn)了農(nóng)業(yè)工程本科教育貫徹的少課程、少學(xué)時的教育思想，保證學(xué)生既能夠?qū)⒒A(chǔ)課學(xué)得深入，又為學(xué)生個性發(fā)展留出一定的思索空間。

人才培養(yǎng)新模式

新工科建設(shè)中農(nóng)業(yè)工程類專業(yè)需培養(yǎng)能夠解決“跨界”的“復(fù)雜工程問題”的工程應(yīng)用型人才，培養(yǎng)“寬口徑、厚基礎(chǔ)、重實踐、強(qiáng)能力”的復(fù)合型人才。創(chuàng)新體系建設(shè)以立德樹人為根本，以培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，以農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動化專業(yè)建設(shè)為著力點(diǎn)，突出強(qiáng)化農(nóng)業(yè)工程學(xué)科與專業(yè)特色，促進(jìn)農(nóng)機(jī)人才培養(yǎng)與農(nóng)業(yè)裝備產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級、經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展緊密對接，完善適應(yīng)個性化教育需要的教學(xué)管理體制和運(yùn)行機(jī)制，深入創(chuàng)新實踐的應(yīng)用型農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動化的專業(yè)群培養(yǎng)模式。

培養(yǎng)模式堅持落實“強(qiáng)適應(yīng)、高創(chuàng)新、深融合”的“大工程”人才培養(yǎng)理念，按照新工科工程教育的思想理念，以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)的原則進(jìn)行專業(yè)群建設(shè)。課程群建設(shè)致力于培養(yǎng)具備扎實的自然科學(xué)基礎(chǔ)、較強(qiáng)工程實踐能力、勤奮進(jìn)取的工作精神和創(chuàng)新創(chuàng)造能力、兼具強(qiáng)烈家國情懷和職業(yè)素養(yǎng)的具有獨(dú)立從事科學(xué)研究工作復(fù)合型人才?！澳繕?biāo)+特色+專業(yè)”的共享、共性群體集成路徑與方案。按照“總體目標(biāo)+優(yōu)勢特色+專業(yè)特點(diǎn)”的設(shè)計思路，以面向農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、農(nóng)業(yè)機(jī)械化、農(nóng)業(yè)信息化為主題，培養(yǎng)從事農(nóng)機(jī)事業(yè)的情感，改革集成農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動化、農(nóng)業(yè)電氣化、機(jī)械設(shè)計制造及其自動化等專業(yè)的課程與培養(yǎng)路徑。培養(yǎng)模式構(gòu)建體系結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 培養(yǎng)模式框架結(jié)構(gòu)

“校內(nèi)+車間+田間”的群體課程、實踐教學(xué)體系的構(gòu)建。創(chuàng)新課程體系，縮減傳統(tǒng)教學(xué)“黑板上理論、實驗室試驗、訓(xùn)練中心鍛煉”課程周期，提高“電腦里模擬、車間里演練、田間里體驗”的實戰(zhàn)化內(nèi)容比例，形成“教學(xué)鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、使用鏈”相結(jié)合的理論與實踐課程群體系。

“引領(lǐng)+特長+經(jīng)驗”的高層次高水平雙師型教師群組建。全面建成由學(xué)生主持創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新大賽，參與教師主持的各級別應(yīng)用類研究項目，培養(yǎng)具備具有實踐經(jīng)驗的應(yīng)用型畢業(yè)生和生產(chǎn)一線經(jīng)歷的雙師型教師群。學(xué)生參與競賽科研比例在學(xué)生總數(shù)中達(dá)70% 以上，教師參與校企合作項目比例達(dá)100%，中青年教師企業(yè)鍛煉比例達(dá)100 %。

創(chuàng)新實踐體系

應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)除了具有扎實的理論基礎(chǔ)，使其具有系統(tǒng)的通識化教育和專業(yè)化教育外，更需培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，注重創(chuàng)新與應(yīng)用，兩者相輔相成。創(chuàng)新實踐體系建設(shè)應(yīng)突出以“應(yīng)用”為培養(yǎng)目標(biāo)、“創(chuàng)新”為主要特征。體系建設(shè)在這方面不斷投入了對實踐條件的建設(shè)，鼓勵學(xué)生積極參加科技活動、學(xué)科競賽，參與科研工作，通過課研賽結(jié)合等多種途徑培養(yǎng)和提升學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力，同時重視培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

學(xué)院在傳統(tǒng)實驗平臺的基礎(chǔ)上，建設(shè)了虛擬仿真實驗室，如電子技術(shù)實驗、微機(jī)原理與接口實驗、信號與系統(tǒng)實驗、模式識別與圖像處理、理論力學(xué)實驗等，通過“虛實結(jié)合”的實踐平臺構(gòu)建面向創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實驗教學(xué)模式。農(nóng)業(yè)工程創(chuàng)新實踐課程體系構(gòu)建如圖2 所示。

圖2 農(nóng)業(yè)工程專業(yè)群理論實踐課程體系構(gòu)建

青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院近幾年組織的競賽包括“挑戰(zhàn)杯”山東大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計劃競賽、節(jié)能減排社會實踐與科技競賽、大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模大賽、大學(xué)生智能車競賽、智能制造大賽、大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽、大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽、大學(xué)生電子設(shè)計競賽、三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計大賽等競賽項目。學(xué)科競賽具有全方面、綜合性的特點(diǎn)，這使得理論體系和競賽相互促進(jìn)、相輔相成。圖3 顯示了科研競賽對學(xué)生能力和職業(yè)素養(yǎng)的各項能力培養(yǎng)。學(xué)院組織全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽、電子設(shè)計競賽指導(dǎo)教師團(tuán)隊，常年開展科研活動及科技競賽兩類活動，不斷提高學(xué)生實踐能力，使科技活動常年化、層次化、多樣化、系列化。各個階段的科技活動按層次進(jìn)行，循序漸進(jìn)，大一學(xué)生重基礎(chǔ)，大二學(xué)生重活動，大三學(xué)生重競賽，大四學(xué)生重科研，成為實驗和課程設(shè)計環(huán)節(jié)的有益補(bǔ)充?？萍蓟顒酉到y(tǒng)化和多樣化，利用交叉學(xué)科促進(jìn)專業(yè)群內(nèi)的不同專業(yè)學(xué)生組合配置，培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊協(xié)作精神，切實提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和工匠精神。

圖3 科研競賽對學(xué)生能力的培養(yǎng)

“雙師型”教師群培養(yǎng)體系

以農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動化專業(yè)為核心的專業(yè)群，實現(xiàn)專業(yè)間的集成，實現(xiàn)理論與實踐的結(jié)合，不斷提升專業(yè)融合度。以教學(xué)團(tuán)隊、課程群團(tuán)隊、創(chuàng)新團(tuán)隊、創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊等相互協(xié)同為基礎(chǔ)的企業(yè)創(chuàng)新人員參與、科研單位支撐的農(nóng)業(yè)工程類專業(yè)教學(xué)大數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建，形成農(nóng)業(yè)與機(jī)械裝備間的交互式知識輸送，確保過程中量、質(zhì)的穩(wěn)定與提升。

以學(xué)院的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備實驗室為例，該實驗室配備了農(nóng)機(jī)裝備遠(yuǎn)程控制、農(nóng)機(jī)裝備智能系統(tǒng)、作物-機(jī)器系統(tǒng)、智能排種系統(tǒng)、聯(lián)合收獲測試分析系統(tǒng)、農(nóng)機(jī)整機(jī)集成設(shè)計和農(nóng)機(jī)裝備交互現(xiàn)實等大型共享綜合實驗平臺。同時，學(xué)院建立了工程基礎(chǔ)實驗教學(xué)平臺、虛擬仿真平臺和大學(xué)生科技創(chuàng)新基地，有效地保證了該專業(yè)創(chuàng)新實踐體系的順利實施。

學(xué)院鼓勵教師出國考察和攻讀學(xué)位，使教師具有國際化視野。從事農(nóng)業(yè)工程類方向的教師可申請進(jìn)入農(nóng)場的實習(xí)基地，深入了解和掌握農(nóng)場的發(fā)展?fàn)顩r及農(nóng)業(yè)裝備設(shè)備和水平，切實提高自身的實踐能力。鼓勵教師們參與科研組建科研團(tuán)隊，由具有豐富經(jīng)驗的學(xué)術(shù)帶頭人帶領(lǐng)團(tuán)隊，創(chuàng)建并發(fā)展農(nóng)業(yè)工程類專業(yè)和實踐體系的建設(shè)。鼓勵教師申報各類教學(xué)科研項目和課題，提高教師的教學(xué)科研能力和創(chuàng)新水平。同時，學(xué)院利用農(nóng)機(jī)專家工作站等優(yōu)勢資源，為新進(jìn)教師制定培養(yǎng)計劃，選擇教學(xué)經(jīng)驗豐富專家對青年教師進(jìn)行：“傳、幫、帶”。加強(qiáng)中青年教師教育理論和職業(yè)道德培訓(xùn)，鼓勵教師企業(yè)掛職、鍛煉。加大校、企兩級共享資源平臺的建設(shè)，提高共享資源建設(shè)力度和水平。通過基地、平臺、裝備等資源的充分整合，帶動農(nóng)電、機(jī)制、電氣、電自化等相關(guān)專業(yè)的發(fā)展。通過多種舉措，學(xué)院教師中雙師型比例大幅提高，達(dá)63%。聘任兼職教師比例超過25%，中青年教師掛職比例達(dá)到90%，核心專業(yè)博士學(xué)位比例達(dá)到90%。

總結(jié)

農(nóng)業(yè)工程專業(yè)創(chuàng)新實踐體系建設(shè)的實施，可形成全面適應(yīng)中國國情的農(nóng)業(yè)工程類專業(yè)人才培養(yǎng)體系，培養(yǎng)出價值追求高尚、專業(yè)精神執(zhí)著、作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)扎實、富有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神、實踐能力和社會責(zé)任感強(qiáng)的高素質(zhì)復(fù)合型的專門人才和“下得去、待得住、用得上、干得好”的農(nóng)業(yè)科技工作者。文章設(shè)計的課程時間體系建設(shè)模型，師生素質(zhì)培養(yǎng)體系，可提高實踐教學(xué)與理論教學(xué)質(zhì)量，加強(qiáng)學(xué)校、企業(yè)和合作單位合作的靈活性和可擴(kuò)展性，從而培養(yǎng)出有著較強(qiáng)綜合能力的畢業(yè)生，為各專業(yè)研發(fā)教師和人員提供多科學(xué)綜合平臺，為建設(shè)多學(xué)科交叉融合打好基礎(chǔ)。