農業(yè)機械化專業(yè)主干課程實驗教學體系改革探討

阮培英 蔡善儒 宋井玲 程衛(wèi)東 趙靜 牛國棟

(山東理工大學農業(yè)工程與食品科學學院，山東 淄博 255000)

引言

農業(yè)機械化及其自動化專業(yè)是為我國農業(yè)機械工程領域培養(yǎng)人才的對口專業(yè)，其專業(yè)課程的布局和教學質量直接影響所培養(yǎng)人才的專業(yè)基礎，而其中的實驗環(huán)節(jié)既是理論課的延續(xù)，又是理論課的升華[1]，是學生實踐動手能力以及創(chuàng)新能力養(yǎng)成的第1個實踐環(huán)節(jié)，因此實驗教學是農業(yè)機械化專業(yè)課程教學的重要組成部分，對于專業(yè)人才創(chuàng)新與實踐能力的培養(yǎng)具有不可替代的重要作用。基于這樣的共識，近年國內各高校的農業(yè)機械化專業(yè)在制定和修正培養(yǎng)計劃時不斷加大實踐環(huán)節(jié)占比，而且專業(yè)課程中的實驗學時比重在課程總體學時不斷壓縮的同時基本維持不變。以山東理工大學農業(yè)機械化專業(yè)為例，核心主干課程《農業(yè)機械學》的總學時由72學時壓縮至64學時，而實驗學時的比例均保持在30%以上。隨著農業(yè)機械朝自動化、智能化方向的發(fā)展，農機專業(yè)的培養(yǎng)方案和包括實驗教學在內的課程教學體系也面臨著新的、更高要求的挑戰(zhàn)，因此需要不斷進行升級和革新[2]。本文在分析以《農業(yè)機械學》和《拖拉機構造課程》為核心的幾門專業(yè)主干課程的實驗教學體系現(xiàn)狀和存在問題的基礎上，對農業(yè)機械化專業(yè)主干課程實驗教學體系的改革途徑提出了幾點見解和建議。

1 專業(yè)主干課程實驗教學體系現(xiàn)狀及存在的問題

以山東理工大學的農業(yè)機械化及其自動化專業(yè)為例，目前主要包含實驗環(huán)節(jié)的主干課程有《農業(yè)機械學》、《拖拉機構造》、《機械制造工藝學》、《自動機械設計》、《機電系統(tǒng)設計》、《液壓與氣壓傳動》以及《工程測試技術》等。在這些課程當中，除前3門的總學時分別為64學時、56學時和64學時外，其它課程基本為總學時32學時，其中實驗教學為4～8學時不等；而《機械制造工藝學》課程考慮到設有單獨的實習環(huán)節(jié)，其實驗教學只有4學時。這些課程的主要實驗內容大多是認知性實驗、元部件的拆裝實驗和部分特性與性能測試實驗等。實驗教學在時間安排上采用緊密銜接課堂教學的方式，實驗與授課穿插式同步進行。在實驗過程中，教師需要進行講解、指導和答疑解惑；學生分組完成實驗后，每人需要上交實驗報告，教師根據實驗過程中學生的表現(xiàn)以及實驗報告的質量給出實驗成績，最后以約20%的比例計入課程的總成績中。

目前，專業(yè)主干課程實驗教學存在的主要問題包括：教學內容、模式和方法以及實驗效果評價方法較為傳統(tǒng)，需要采用更新更好的策略以提高學生動手實踐的積極性，增加實驗的知識與能力收獲；實驗設備更新緩慢、數(shù)量偏少，不能很好地與時俱進、與農機智能化的趨勢接軌，且每位學生的動手機會有限；各課程各自為政、缺乏有效的關聯(lián)與貫通，導致學生的專業(yè)知識較為零碎，難以形成一個完整連貫的體系；部分課程“農”的含量比重偏低，未能突出體現(xiàn)農機專業(yè)特色、服務農機專業(yè)人才培養(yǎng)。

2 專業(yè)主干課程實驗教學體系改革路徑

2.1 實驗教學內容、模式和方法的升級

隨著農機向著智能化發(fā)展的趨勢，專業(yè)主干課程的實驗教學內容也要相應升級和創(chuàng)新。如，《拖拉機構造》和《農業(yè)機械學》的實驗可以引入無人駕駛拖拉機以及無人作業(yè)機械等智能農機裝備的結構、性能認識與測試等項目；《自動機械設計》和《機電系統(tǒng)設計》的教學內容也要統(tǒng)一擴展至智能機械、機電一體化農機產品的設計與開發(fā)。此外，實驗內容不只局限于實驗室，應該讓學生走進田間和工廠去進行認知性甚至實操性實驗。如，前往試驗田、學校的合作企業(yè)和實習基地完成實驗項目，參加各類農機演示等現(xiàn)場會，對教學內容有更具體、生動和深刻的學習。

在教學模式和教學方法上，也要嘗試將課堂教學中常采用的先進教學模式和教學創(chuàng)新技法等加以應用。如，采用翻轉課堂教學模式[3]，線上線下混合式的實驗教學模式，線上可以觀看視頻和動畫等自學，線下通過實物拆裝與測試鍛煉實踐動手與動腦能力；采用頭腦風暴法等創(chuàng)新思維訓練方法引導學生進行拆裝或認知性實驗，在了解某一部件功能的基礎上，根據專業(yè)知識對部件結構提出創(chuàng)新改進和設計方案等。農機專業(yè)的主干課程都十分注重實踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，因此在教學方法上要加大引導的力度，較少填鴨式灌輸和過場式實驗，認為完成拆裝就可以，而忽略了拆裝和測試過程中的觀察、思考和發(fā)現(xiàn)。

在實驗成績評定方面，教師主要以實驗報告的質量作為評價依據，同時兼顧實驗過程表現(xiàn)。但是，學生提交的實驗報告都是采用校發(fā)的統(tǒng)一格式的實驗報告紙，對于不同類型的實驗項目來講太過簡單粗獷。因此，有必要針對不同課程的不同實驗項目，配合實驗指導書，根據具體實驗內容設置相應的實驗報告格式，量身打造個性化的、項目專屬的實驗報告紙，準確地對學生的實驗效果和能力進行評判。

2.2 豐富升級農機專業(yè)主干課程的實驗條件

隨著農業(yè)工程學科受到更多的重視，農機專業(yè)課程的實驗條件也在逐步改善，如實驗場地的擴大和新實驗大棚的投入使用，近幾年購入的大量實驗設備和試驗臺等。在此基礎上，充分挖掘利用已有的條件如土槽進行各類“仿田間”試驗，根據改進的實驗項目自制實驗設備和試驗臺也不失為低投入、高產出的升級模式。并且，借此機會調動學生參與課程實驗的準備工作[4]，以及實驗設備、機具和模型等的設計、改進與制作全過程，對于學生的動手與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也是大有裨益。對于實驗設備更新?lián)Q代相對滯后的另一種解決途徑就是搭建虛擬仿真實驗教學平臺。如，河南農業(yè)大學基于VR技術建成了網絡化的農業(yè)機械學虛擬仿真實驗教學平臺，用以進行農業(yè)裝備的虛擬仿真實驗與部分農業(yè)裝備虛擬仿真訓練(實踐)[5]；安徽農業(yè)大學也以科研成果轉化為虛擬實驗資源，建立拖拉機構造虛擬仿真實驗教學平臺[6]。山東理工大學農業(yè)工程學院的虛擬仿真實驗平臺目前已經初具規(guī)模，主要用于拖拉機構造課程的部分實驗教學和玉米青貯收獲機械的科研等，在未來還需要向更多專業(yè)課程和實驗項目覆蓋。

2.3 多門專業(yè)主干課程形成貫通式實驗教學

目前，農機專業(yè)主干課程的實驗場地相對集中，但實驗內容太過零散，相互之間的關聯(lián)并不明顯。為幫助學生形成一個完整的實踐認知知識體系，有必要將多門專業(yè)課的實驗內容放在一起進行統(tǒng)籌規(guī)劃，將各課程的多數(shù)實驗內容有機串聯(lián)起來，形成貫穿式的專業(yè)課程實驗教學群，然后按照開課順序循序漸進地進行安排。如，實驗教學群以《農業(yè)機械學》和《拖拉機構造》為核心，針對其重要組成部分進行認知與拆裝實驗，之后分別在《工程測試技術》與《機械制造工藝學》的實驗項目中安排該部件主要性能的測試實驗與其組成構件的機械加工工藝和方法的實驗，最后在《液壓與氣壓傳動》、《自動機械設計》和《機電系統(tǒng)設計》中布置實踐該部件及其構成的自動化和智能化改進或設計的實驗內容。由于這些課程的開課時間分布在不同學期，因此各課程的實驗時間不可避免地存在時間差。為了保證學生的知識體系能夠有效連貫起來，可以在實驗教學上通過采取預習、提問以及帶領學生對前期實驗內容進行簡單回顧等方法，幫助學生將專業(yè)主干課程的實驗所學串聯(lián)起來，專業(yè)知識體系不但完整而且前后連貫。

2.4 部分課程的實驗項目增加“農”的比重

農機專業(yè)主干課程的實驗開設學院基本均為農業(yè)工程學院，因此主要圍繞“農機”開展。但目前《機械制造工藝學》的實驗教學場地在其它學院，實驗任課教師也是外學院教師，實驗的內容主要包括“機床的靜剛度測量”和“可加工誤差統(tǒng)計分析”2個實驗項目，離農機較遠，不能很好地融合農業(yè)機械的專業(yè)知識，體現(xiàn)專業(yè)特色，因此有必要在課程以及實驗教學內容中增加農機部件設計、制造加工工藝方面的內容；并且，該課程目前只有4學時實驗，雖然安排有實習環(huán)節(jié)，但相對于64總學時來講占比還是偏少，因此有必要適當加大實驗環(huán)節(jié)的學時比重。此外，為了擴大學生的知識口徑并增加其就業(yè)競爭力，《機電系統(tǒng)設計》中涉農部分也較其它課程偏少。隨著農業(yè)機械智能化的發(fā)展，該課程在農業(yè)機械化專業(yè)人才培養(yǎng)方面具有日益重要的位置，因此需要在其課程內容以及實驗和實踐環(huán)節(jié)中逐漸加大“含農量”。

為了適應智能化農機的發(fā)展方向，引導學生建立現(xiàn)代農機需要“農機”與“農藝”相結合的理念，山東理工大學農業(yè)機械化專業(yè)的培養(yǎng)計劃將《農學概論》列為專業(yè)選修課。該課程共32學時(均為課堂講授)，教學目的是幫助學生從農機農藝融合的角度，了解、掌握作物生長發(fā)育、產量、品質形成規(guī)律及其對環(huán)境條件的要求以及實現(xiàn)作物的高產、優(yōu)質、高效和可持續(xù)發(fā)展所采取的農業(yè)技術措施，同時掌握農業(yè)機械設計中需要運用的農藝學原理與原則。因此，《農學概論》極有必要增加實驗環(huán)節(jié)，并引入農機專業(yè)主干課程的實驗教學群，幫助學生對農業(yè)機械的主要作業(yè)對象和作業(yè)目標有實在、具體的認知，理解和掌握智能農業(yè)機械及其工作部件的設計、制造或改進所遵循的原則和方法，奠定更為扎實和全面的農機專業(yè)知識體系。

2.5 加強農機專業(yè)實驗教學師資力量

當前國內高校普遍重視師資隊伍建設，但實驗師資建設還未能受到相應重視，引進的高層次人才作為實驗師資數(shù)量極少，專職實驗人員和擔任實驗教學任務的任課教師能夠參與的實驗培訓或進修機會偏少，導致專業(yè)知識更新慢、實驗教學模式和方法都較為陳舊。因此，有必要從“引”和“育”2個方面加強農業(yè)機械化專業(yè)課程實驗教學隊伍的建設，增強農機專業(yè)實驗以及課堂教學軟實力的同時，對培養(yǎng)實踐與創(chuàng)新能力強的專業(yè)人才也具有積極作用。

3 結論

以《農業(yè)機械學》和《拖拉機構造》為核心的農業(yè)機械化專業(yè)主干課程的實驗教學體系既存在教學內容和模式傳統(tǒng)滯后、實驗設備更新緩慢等共性問題，也存在部分課程“含農量”不高、未能緊密圍繞農機開展的個性問題，還存在課程間關聯(lián)松散不能很好形成貫通體系的問題。對此，提出了根據智能化農機發(fā)展趨勢進行實驗教學內容與教學模式的更新升級，根據實驗項目“量身定制”實驗報告從而對成績進行科學評價，依據“虛實結合、以虛補實”和自制或改進實驗設備等原則改善實驗條件，以及將多門專業(yè)主干課程的實驗環(huán)節(jié)統(tǒng)籌規(guī)劃、形成“核心為主，貫穿其他”的貫通式專業(yè)課程實驗群的改革建議。