農(nóng)林高?！叭龑芋w系，以賽促學(xué)，以研促創(chuàng)”的工科人才培養(yǎng)創(chuàng)新與實(shí)踐

牛子杰，張軍，曹培

（西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院，陜西楊凌 712100）

一、研究背景

（一）政策導(dǎo)向

工業(yè)“4.0”的提出，催進(jìn)著各類(lèi)先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)，在“四新”建設(shè)中提出的新工科建設(shè)旨在促進(jìn)新興工科專(zhuān)業(yè)升級(jí)改造。農(nóng)業(yè)工程正逐步從機(jī)械化、自動(dòng)化向信息化、智能化發(fā)展，推動(dòng)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展，國(guó)務(wù)院《關(guān)于加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化和農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的指導(dǎo)意見(jiàn)》明確要求推進(jìn)多種信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用，推進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展，支撐農(nóng)業(yè)發(fā)展的可持續(xù)性發(fā)展。

（二）國(guó)內(nèi)重點(diǎn)院校的培養(yǎng)模式

在20世紀(jì)90年代于北美首先被提出和發(fā)展OBE（Outcomes-based Education）模式以及MIT 提出的CDIO（Conceive Design Implement Operate，構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)施—運(yùn)行）的工程教育理念，以實(shí)踐和產(chǎn)出為導(dǎo)向的是這種新學(xué)習(xí)模式最大的特點(diǎn)。近年來(lái)OBE、CDIO 模式已經(jīng)作為一種全新的教學(xué)體系逐步在我國(guó)高校實(shí)驗(yàn)和推廣，其重在根據(jù)學(xué)生最終獲得的學(xué)習(xí)成果反推學(xué)生所需獲得的相關(guān)能力和知識(shí)，并基于此進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容和模式設(shè)置的建設(shè)。在“雙一流”建設(shè)和“四新”的推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)許多重點(diǎn)院校積極提出了既有共性也有差異的工科人才培養(yǎng)模式，共性在于注重跨學(xué)科、實(shí)踐能力、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，以及注重創(chuàng)新和創(chuàng)造性想象力的培養(yǎng)等。在此背景下，農(nóng)林院校正在探索自身的工程人才培養(yǎng)新模式。

（三）本學(xué)校、本專(zhuān)業(yè)的教學(xué)育人模式

人才培養(yǎng)總是面向未來(lái)的。高校必須順應(yīng)技術(shù)發(fā)展浪潮，從工科的學(xué)科特點(diǎn)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展需求，整合多學(xué)科資源，調(diào)整學(xué)科專(zhuān)業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)置；走出人才培養(yǎng)的思維慣性，反思現(xiàn)有課程體系及教學(xué)方式，突出工科課程體系與緊密結(jié)合的教學(xué)模式；突出能力為本，注重學(xué)科的個(gè)性化、差異化發(fā)展特點(diǎn)，打破“范式”教育及學(xué)科體系間的體系壁壘，多層面為學(xué)生創(chuàng)造新式培養(yǎng)格局。

二、農(nóng)林高校工科與工科高校工科之間人才培養(yǎng)差異性

（一）科研主方向

農(nóng)業(yè)工程教育是在一般工程教育的學(xué)理路徑上發(fā)展的，但也有自身的特點(diǎn)。長(zhǎng)久以來(lái)，工程科技在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮的作用越來(lái)越大，以農(nóng)業(yè)工程專(zhuān)業(yè)為代表，農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備作為提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、推動(dòng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要手段、農(nóng)業(yè)科技研制的工具，正推動(dòng)農(nóng)業(yè)朝著以信息技術(shù)為核心的智能化與先進(jìn)制造方向發(fā)展。

這就要求高校必須聚焦國(guó)家農(nóng)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期戰(zhàn)略，著眼未來(lái)發(fā)展，更新改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)，培養(yǎng)掌握現(xiàn)代信息科技和工程科技、具備創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力的農(nóng)林工程人才，為農(nóng)業(yè)的種植、保護(hù)、收獲和加工的信息化、智能化服務(wù)。

（二）周邊學(xué)科的交叉方向

農(nóng)業(yè)高校作為我國(guó)高等教育體系的重要成員，其工科專(zhuān)業(yè)的設(shè)立具有其特有的學(xué)科特性，既不同于純農(nóng)科類(lèi)專(zhuān)業(yè)，亦不同于純工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)，具有學(xué)科交叉與集成的屬性。近年，高校借力于“新工科”“新農(nóng)科”雙引擎，凸顯農(nóng)業(yè)高校工科專(zhuān)業(yè)特色，加快建設(shè)一流農(nóng)業(yè)工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)，加大對(duì)農(nóng)業(yè)工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)建設(shè)改革力度，將教學(xué)從課堂內(nèi)擴(kuò)展到線上線下，多渠道、多平臺(tái)為高層次農(nóng)業(yè)工程人才培養(yǎng)提供支撐。

但目前農(nóng)林高校在人才培養(yǎng)過(guò)程中凸顯出面向產(chǎn)業(yè)的開(kāi)放度、融入度不夠的問(wèn)題。在新工科背景下，農(nóng)業(yè)高校應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步將培養(yǎng)新工科人才目標(biāo)作為教學(xué)改革的重要準(zhǔn)繩，迫切需要瞄準(zhǔn)產(chǎn)業(yè)需求、深化教學(xué)改革，探索新工科背景下多學(xué)科交叉融合的農(nóng)業(yè)工程類(lèi)人才培養(yǎng)模式，探索追求高階性、挑戰(zhàn)性、挑戰(zhàn)度教學(xué)方式。

三、“三層體系，以賽促學(xué)，以研促創(chuàng)”的工科人才培養(yǎng)探索

（一）“三層體系”的內(nèi)涵

應(yīng)新時(shí)代和工程學(xué)科發(fā)展的大勢(shì)，近年來(lái)逐漸探索農(nóng)林高校工程學(xué)科發(fā)展的新模式。三層體系包含“以賽促學(xué)，以研促創(chuàng)”所需的必要支撐，具體需從學(xué)校組織、多元教學(xué)平臺(tái)和學(xué)科創(chuàng)新競(jìng)賽機(jī)會(huì)三個(gè)層面對(duì)工科人才培養(yǎng)進(jìn)行探索，體系總體如圖1所示。

圖1 “三層體系，以賽促學(xué)，以研促創(chuàng)”的工科人才培養(yǎng)體系

首先，為了保證學(xué)生自由交流的環(huán)境，需要依托于學(xué)校層面的支持，例如目前學(xué)校團(tuán)委針對(duì)工科學(xué)生進(jìn)行科技創(chuàng)新討論而設(shè)立的“創(chuàng)客之家”，以及學(xué)院本身的工程訓(xùn)練中心以及實(shí)驗(yàn)室條件。依托學(xué)校必要的軟硬件條件，由不同領(lǐng)域的教師團(tuán)隊(duì)針對(duì)學(xué)生不同的專(zhuān)攻方向建立相關(guān)的學(xué)生社團(tuán)，例如以無(wú)人機(jī)農(nóng)業(yè)智能化應(yīng)用為主的“AIRobot”社團(tuán)和與無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)為主的“極飛空間”社團(tuán)等，為學(xué)生提供高效的學(xué)習(xí)和參賽平臺(tái)，為學(xué)生搭建良好學(xué)習(xí)交流平臺(tái)的同時(shí)，也構(gòu)成了教師與學(xué)生及時(shí)溝通的橋梁，幫助學(xué)生更快更準(zhǔn)確地提升自身知識(shí)能力。

與此同時(shí)，也使得教師能夠更加貼近學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)水平和需求情況，利于后續(xù)教學(xué)方案的設(shè)立以及教學(xué)方式的確定。在此基礎(chǔ)上，教師可以利用多元的教學(xué)方式，針對(duì)學(xué)生情況有目標(biāo)地進(jìn)行能力訓(xùn)練，多方面提升教學(xué)效果，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行自我探索，通過(guò)對(duì)要解決的問(wèn)題追問(wèn)，完成多學(xué)科知識(shí)的融合和創(chuàng)新?？蒲谢顒?dòng)和學(xué)科競(jìng)賽則作為整個(gè)過(guò)程的導(dǎo)向，也是最終結(jié)果。利用現(xiàn)有的學(xué)科競(jìng)賽和科研活動(dòng)機(jī)會(huì)為學(xué)生們提供施展的平臺(tái)，根據(jù)比賽和科創(chuàng)活動(dòng)所需，重點(diǎn)強(qiáng)化學(xué)生所需的知識(shí)內(nèi)容和科學(xué)素質(zhì)，接收與其他學(xué)科交叉的知識(shí)內(nèi)容。

（二）“以賽促學(xué)”的內(nèi)涵

“以賽促學(xué)”的教學(xué)模式重在重構(gòu)學(xué)生學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣，從而培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展所需要的綜合性高素質(zhì)人才。

多項(xiàng)國(guó)內(nèi)外創(chuàng)新教育研究都表明，講座、討論等傳統(tǒng)的創(chuàng)新教育方式并不能明顯提高學(xué)生們自主創(chuàng)新的意識(shí)。將實(shí)踐帶入教學(xué)，有利于探索教學(xué)改革道路。近年來(lái)，由政府和高校舉辦的科學(xué)知識(shí)應(yīng)用創(chuàng)新競(jìng)賽越來(lái)越多，也越來(lái)越成系統(tǒng)，為“以賽促學(xué)”提供了多樣的項(xiàng)目基礎(chǔ)。參與到實(shí)際競(jìng)賽項(xiàng)目中，和全國(guó)大學(xué)生以及部分相關(guān)專(zhuān)業(yè)從事人員同臺(tái)競(jìng)技，將對(duì)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)能力成長(zhǎng)起到推動(dòng)作用，開(kāi)闊學(xué)生眼界，同時(shí)幫助學(xué)生和教師察覺(jué)現(xiàn)存的不足，最終促進(jìn)教學(xué)不斷改革并取得良好的效果。

“以賽促學(xué)”的教學(xué)模式需要授課教師走出自己“熟悉地帶”，不間斷探索行業(yè)和社會(huì)上的最新設(shè)計(jì)趨勢(shì)，參照設(shè)計(jì)競(jìng)賽優(yōu)化相應(yīng)課程內(nèi)容，不斷革新教學(xué)方法和課程內(nèi)容。

（三）“以研促創(chuàng)”的內(nèi)涵

“以研促創(chuàng)”的教學(xué)模式，重在充分激發(fā)和展現(xiàn)學(xué)生在科研創(chuàng)新的潛力，以科學(xué)研究項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的提升，提升學(xué)員的團(tuán)隊(duì)合作和溝通協(xié)調(diào)能力。

以此為起始點(diǎn)，如果學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)之外，能夠更多地真正參與到實(shí)體科技創(chuàng)新項(xiàng)目，那么“促創(chuàng)”的作用將會(huì)更為顯著，可使課程所授知識(shí)內(nèi)容與實(shí)際科學(xué)應(yīng)用相得益彰，使得學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性都相應(yīng)提高。

（四）整體的“三層體系，以賽促學(xué)，以研促創(chuàng)”工科人才培養(yǎng)體系

一個(gè)新的人才培養(yǎng)體系的建立，必須依靠于學(xué)校、學(xué)院、教師多方面的條件支持；借力于目前高校和社會(huì)各界可能提供的比賽條件；依托于高校的科學(xué)研究環(huán)境，為學(xué)生首次踏入科研領(lǐng)域構(gòu)建環(huán)境、鋪設(shè)平臺(tái)?！百悺焙汀把小弊鳛槿瞬排嘤?xùn)的過(guò)程，是師生探索新的教育模式的重要手段和途徑，在此過(guò)程中學(xué)生的能力和眼界的提升都是必然的收獲，教師在此過(guò)程中針對(duì)現(xiàn)有教學(xué)模式的反思則是可持續(xù)作用于人才培養(yǎng)過(guò)程的重要收獲?！百悺北旧聿⒉皇悄康?，目的在于通過(guò)參賽，來(lái)調(diào)動(dòng)教師和學(xué)生的參與的能動(dòng)性和培養(yǎng)科研的敏銳度。

如此，在建立于學(xué)校、教師、學(xué)生以及社會(huì)各界之間的交互上的新的體系將成為一個(gè)可持續(xù)完善的人才培養(yǎng)過(guò)程。在促進(jìn)學(xué)生進(jìn)步的同時(shí)，也能使其與社會(huì)需求和科研環(huán)境有不斷地接觸和交流，起到遠(yuǎn)大于單一教學(xué)方式的培養(yǎng)效果。

四、“三層體系，以賽促學(xué)，以研促創(chuàng)”的工科人才培養(yǎng)成效

（一）學(xué)生課程成績(jī)方面的培養(yǎng)成效

“三層體系，以賽促學(xué)，以研促創(chuàng)”教學(xué)模式從多個(gè)層面出發(fā)為學(xué)生提供與實(shí)際需求相適應(yīng)的學(xué)習(xí)氛圍，在參與主觀能動(dòng)性較強(qiáng)的工程類(lèi)競(jìng)賽和實(shí)際的科學(xué)創(chuàng)新項(xiàng)目的過(guò)程中，使學(xué)生能夠綜合運(yùn)用課程內(nèi)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，充分和深化理解抽象的專(zhuān)業(yè)理論，使科學(xué)理論與解決問(wèn)題的實(shí)踐結(jié)合。例如在競(jìng)賽用機(jī)器人的設(shè)計(jì)和制作過(guò)程中學(xué)生會(huì)用到多種傳感器。結(jié)合“機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)”課程中對(duì)各種傳感器的講解，讓學(xué)生更能清楚各類(lèi)傳感器的特點(diǎn)和使用方法；結(jié)合“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程中對(duì)PID 控制算法的講解，讓學(xué)生在競(jìng)賽小車(chē)的控制過(guò)程中更能深入地了解PID 控制參數(shù)具體應(yīng)該如何調(diào)整。指導(dǎo)學(xué)生參加比賽，能夠幫助教師檢查日常教學(xué)工作中的不足和問(wèn)題，促使教師改變自身教學(xué)理念、教學(xué)方法，為教學(xué)改革和課程改革提供可信的資料和數(shù)據(jù)。兩者相互促進(jìn)，有機(jī)結(jié)合，對(duì)學(xué)生課程成績(jī)提升起到一加一大于二的效果。

（二）學(xué)生動(dòng)手能力方面的培養(yǎng)成效

在高校工科專(zhuān)業(yè)以“以賽促學(xué)，以研促創(chuàng)”作為教學(xué)的引導(dǎo)，將為學(xué)生提供更多實(shí)踐操作的機(jī)會(huì)，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，有效促進(jìn)學(xué)生專(zhuān)業(yè)實(shí)踐能力的提高，使學(xué)生通過(guò)實(shí)踐練習(xí)將課上相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)理論運(yùn)用到實(shí)踐中，真正實(shí)現(xiàn)教學(xué)指導(dǎo)實(shí)踐，實(shí)踐反饋教學(xué)的良性循環(huán)。無(wú)論是學(xué)科競(jìng)賽還是科技創(chuàng)新項(xiàng)目都將培養(yǎng)學(xué)生綜合分析、實(shí)際操作的能力。學(xué)生在參與比賽過(guò)程中極大地提高了自身對(duì)檢測(cè)傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)、系統(tǒng)總體技術(shù)的掌握程度。在本科生申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的執(zhí)行過(guò)程中，讓學(xué)生更加充分、深入地使用了這些技術(shù)，自主思考，實(shí)際嘗試進(jìn)行操作，搭建實(shí)物，分別為學(xué)生自主搭建的柔性負(fù)壓吸力蘋(píng)果采摘系統(tǒng)和基于OpenMV 的灌木修剪機(jī)器人。在此過(guò)程中，通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生書(shū)寫(xiě)項(xiàng)目申報(bào)書(shū)、實(shí)用新型專(zhuān)利以及相關(guān)論文的，提高其科研相關(guān)的撰寫(xiě)能力。

（三）學(xué)生升學(xué)就業(yè)方面的培養(yǎng)成效

在參加比賽和創(chuàng)新項(xiàng)目的過(guò)程中，學(xué)生不同方面的能力能夠得到強(qiáng)化，而這些能力的提升可以為初次接觸科研領(lǐng)域的本科生提供有利的發(fā)展基礎(chǔ)。有參與比賽和項(xiàng)目經(jīng)歷的本科生，在參與研究生入學(xué)面試時(shí)表現(xiàn)出更為活躍的思考能力、更加過(guò)硬的專(zhuān)業(yè)知識(shí)以及對(duì)科研工作更為濃厚的興趣。

在競(jìng)賽和科技創(chuàng)新過(guò)程中，由于學(xué)科競(jìng)賽的時(shí)間特性，內(nèi)容設(shè)置往往與近年來(lái)的熱點(diǎn)研究方向相結(jié)合、順應(yīng)目前的市場(chǎng)實(shí)際需求情況。學(xué)生主動(dòng)加入各項(xiàng)設(shè)計(jì)競(jìng)賽，可以直觀地發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)中的問(wèn)題和不足，也利于發(fā)揮自己的長(zhǎng)處，朝著更適合自己的方向發(fā)展，再次認(rèn)識(shí)自己、提高自己、完善自己。與同齡人及行業(yè)設(shè)計(jì)人員可以迅速提升自身水平，提高畢業(yè)后的就業(yè)成功率。