新工科背景下農機專業(yè)科教融合促進創(chuàng)新人才培養(yǎng)

關鍵詞：新工科；農業(yè)機械化及其自動化；創(chuàng)新能力；科教融合；學科交叉

0 引言

我國高等教育領域實施“雙一流”建設和新工科、新農科、新醫(yī)科、新文科（即四新）建設與實踐，積極推進教學行為、人才培養(yǎng)模式、評價體系等高等工程教育改革，旨在培養(yǎng)適應和引領新一輪科技革命和產業(yè)變革的卓越工程科技人才[1]。新工科一方面發(fā)展人工智能、智能制造、云計算等新興工科專業(yè)；另一方面對機械、材料、電子信息技術等傳統(tǒng)工科專業(yè)進行升級改造，突出專業(yè)建設的創(chuàng)新性、交叉性、實用性和綜合性[2]。四川農業(yè)大學農業(yè)機械化及其自動化專業(yè)（以下簡稱農機專業(yè)）屬農業(yè)院校的工科專業(yè)，已有60余年的辦學歷史，是國家一流專業(yè)；但該專業(yè)與純工科類專業(yè)具有顯著區(qū)別，是機械學與農學、土壤學、控制技術、信息學等多學科交叉的專業(yè)，學科交叉性突出[3]。在新工科背景下，如何為農機裝備產業(yè)升級和農業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展培養(yǎng)高層次、創(chuàng)新性強的專業(yè)技術人才，成為農業(yè)高校工科專業(yè)教學改革的重要目標。

人才培養(yǎng)、科學研究、社會服務和文化傳承與創(chuàng)新是高校的4大職能，將這些職能深度融合激發(fā)“1+1gt;2”的聚合效應成為教學改革的新路徑[4]。面對現(xiàn)代農業(yè)對高端智能農機裝備的要求、建設更高水平“天府糧倉”對“天府良機”的需求，以及西南丘陵區(qū)農業(yè)機械發(fā)展的實際狀況，急需具有創(chuàng)新性的智能農機裝備人才。本研究分析了制約創(chuàng)新型農業(yè)機械化人才的因素，明確科教融合的方式，構建科教融合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系，以推動農機專業(yè)向高質量內涵式發(fā)展。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 現(xiàn)代農業(yè)對創(chuàng)新型農業(yè)機械化人才迫切需求

我國是農業(yè)大國，經過幾十年的發(fā)展，農業(yè)機械化率顯著提高，但農業(yè)機械化與農機裝備產業(yè)發(fā)展等不平衡、不充分的問題凸顯，主要體現(xiàn)在創(chuàng)新能力不強、高端農機裝備供給不足、農機農藝結合不緊密和南方丘陵區(qū)農業(yè)機械化率不高等問題。2018年，《國務院關于加快推進農業(yè)機械化和農機裝備產業(yè)轉型升級的指導意見》指出，以科技創(chuàng)新、機制創(chuàng)新、政策創(chuàng)新為動力，補短板、強弱項、促協(xié)調，推動農機裝備產業(yè)向高質量發(fā)展轉型，推動農業(yè)機械化向全程全面高質高效升級。這就要求提升農機裝備科技創(chuàng)新和協(xié)同管理能力，農機裝備產業(yè)向高質量內涵式發(fā)展，而科技創(chuàng)新的第一要務是培養(yǎng)高素質人才。

新工科強調學科交叉性、實踐性和創(chuàng)新性，與培養(yǎng)高素質農業(yè)機械化人才一脈相承[2]。高素質農業(yè)機械化人才的能力應包括以下內容。

（1）跨學科的專業(yè)知識基礎。學科交叉是農機專業(yè)的典型特性，其涵蓋機械學、作物栽培學、土壤學、電子控制和信息技術等多學科知識。因此，學生除掌握機械類相關知識外，扎實學好其他學科，更能促進創(chuàng)新。學習農學類知識有助于農機農藝深度融合；學習信息技術和“互聯(lián)網(wǎng)+”等知識，符合農機裝備向智能化、智慧化發(fā)展的要求。因此，農機專業(yè)學生應具備跨學科的思維和學習能力。

（2）較強的實踐操作能力[5-6]。實踐是檢驗和鞏固理論知識的重要途徑，目前，大多數(shù)學生主動參與實踐意識和實際操作能力偏弱，但農機裝備復雜的作業(yè)環(huán)境和多元化的作業(yè)對象對實踐提出了更高的要求。只有加強實踐操作，才能讓學生了解行業(yè)發(fā)展方向、薄弱環(huán)節(jié)和一線應用需求，進一步提高發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

（3）較強的創(chuàng)新能力。創(chuàng)新是推動產業(yè)發(fā)展的持續(xù)動力，但培養(yǎng)學生具有從“0”到“1”的創(chuàng)新思維并非易事。學生在已有的知識體系基礎上，圍繞農業(yè)生產實際問題和學科前沿的科學問題開展學習、實踐和研究，通過反復實踐與深入鉆研，有助于提升創(chuàng)新意識和能力。

1.2 培養(yǎng)創(chuàng)新型農業(yè)機械化人才現(xiàn)狀

培養(yǎng)創(chuàng)新型農業(yè)機械化人才需要具有良好的創(chuàng)新氛圍、平臺和動力等因素，但目前整體存在知識體系片面、發(fā)現(xiàn)問題與解決問題能力不足及創(chuàng)新精神匱乏等。主要體現(xiàn)在以下4個方面。

（1）學科交叉融合度不夠?，F(xiàn)有的課程體系趨于傳統(tǒng)，學生重機械類專業(yè)課程，對智能化、信息化和作物學等知識了解不夠；對課程體系系統(tǒng)性、學科前沿知識和交叉學科知識的了解與掌握明顯不足。以農業(yè)機械學課程為例，課程重點講授大田作業(yè)耕、種、管、收及加工等環(huán)節(jié)農機裝備的結構和原理，并介紹農業(yè)機械的設計與試驗。作為農機專業(yè)的核心課程之一，具有較強的交叉性和實踐性。但學生鮮有具備農學或作物栽培學的基礎或實踐經驗，存在對作業(yè)對象和農藝技術認識脫節(jié)的問題。如學生對農藝栽培技術或主推新型農藝技術了解不深入，導致對播種機或收獲機的關鍵部件設計缺乏參考依據(jù)，使學習的內容不能緊跟學科前沿和現(xiàn)代農業(yè)生產需求，與新工科要求服務國家戰(zhàn)略和區(qū)域經濟發(fā)展存在差距。

（2）實踐環(huán)節(jié)體現(xiàn)專業(yè)特色不夠鮮明。農業(yè)機械化及其自動化專業(yè)學生的課程設計、畢業(yè)實習和畢業(yè)論文（設計）等關鍵實踐環(huán)節(jié)，與機械工科專業(yè)差異不明顯[5]。西南地區(qū)農業(yè)院校的農業(yè)機械化工程學科的科研重點和特色集中于丘陵山區(qū)智能農機裝備領域。根據(jù)通用機械類專業(yè)模式開展實踐訓練，不利于學生對農機結構的了解、設計和創(chuàng)新，同時也未充分體現(xiàn)專業(yè)特色。以機械設計的課程設計為例，大都采用機械專業(yè)課程設計指導書完成變速箱的設計，學生設計的結構近似，限制了學生新型機械結構的設計和創(chuàng)新意識的發(fā)揮。其次，耕作、播種、收獲等作為實驗設備的農機偏向北方區(qū)域作業(yè)機械，與區(qū)域性主推農業(yè)技術的配套農機偏少。

（3）主動創(chuàng)新意識不強。高校制定了系列創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃和科研興趣計劃等活動，激勵學生從事創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐活動。然而學生大都處于被動狀態(tài)，主動創(chuàng)新意識不夠；選題與農業(yè)生產實際、科技創(chuàng)新和區(qū)域發(fā)展結合不夠緊密，上難以實現(xiàn)理論創(chuàng)新，下不能解決實際問題。學生的創(chuàng)新思維應源于觀察、經驗和實踐，學生參與農業(yè)生產和現(xiàn)代智能農機裝備企業(yè)生產一線活動不足，限制了他們的創(chuàng)新意識和思維。

（4）對新工科和產業(yè)轉型升級的敏銳度不夠。學生更多偏向于對傳統(tǒng)機械或農機的學習，而對人工智能、智能制造、“互聯(lián)網(wǎng)+”和信息技術等缺乏深入的認知和學習，尤其對與智能農機相關的物聯(lián)網(wǎng)技術、“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)等技術的學習和實踐偏少，存在重機械輕智能化、重傳統(tǒng)學科輕新型技術問題。

綜上所述，農機專業(yè)融入新工科發(fā)展理念、創(chuàng)新、實踐存在差距，需要根據(jù)新工科和新農科發(fā)展要求進行教學改革。農機專業(yè)在教學方式、實踐教學、創(chuàng)新平臺建設等方面改革教學理念、教學方法、評價模式，使之成為新工科背景下創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要方式。

2 教學科研融合推動創(chuàng)新人才培養(yǎng)途徑

科教融合協(xié)同育人是培養(yǎng)學生自主創(chuàng)新意識、思維、能力的重要途徑，也是學科發(fā)展與專業(yè)建設的雙贏舉措[7-11]。根據(jù)農機專業(yè)特點和新工科發(fā)展要求，學校和專業(yè)在創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面開展多維度科教融合，著力從課堂教學、科研平臺搭建和科創(chuàng)競賽3方面實現(xiàn)教學與科研深入融合，提高學生實踐與創(chuàng)新能力。新工科背景下農機專業(yè)的科教融合模式實踐如圖1所示。

2.1 教學科研互動，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識

現(xiàn)代教學改革的主要特征表現(xiàn)：從強調知識內容向獲取知識的過程與方法轉變，從被動接受知識向主動探索知識轉變。培育符合新工科要求的卓越拔尖人才首要是培養(yǎng)創(chuàng)新意識，創(chuàng)新意識潛移默化于教學過程之中?，F(xiàn)代課程教學已不拘泥于教材內容，如何將本領域最新科研成果領入課堂、引導學生深入思考、吸引學生參與科研實踐和提升學生學習興趣已成為課程教學的重要組成部分。

教學與科研形成良性互動可助力創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。一方面，大多數(shù)高校教師均承擔了科研項目，教師需持續(xù)提升學術水平、更新知識結構和關注學科前沿，才能在教學過程中引導、啟迪、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。教學過程中，啟發(fā)式、案例式教學方法與科研成果結合更易提升學生學習興趣，注重將農業(yè)生產實際問題、區(qū)域發(fā)展卡脖子技術和交叉學科新問題帶進課堂，以問題為導向，可以啟發(fā)學生獨立思考、自由探索，提升解決實際問題的途徑和能力。另一方面，教學活動使教師對理論知識融會貫通，系統(tǒng)展現(xiàn)研究成果并反饋科研成果的質量；學生的活躍思維可能給教師帶來靈感，促進教師科研水平的提升。針對實踐性較強的課程，教學與科研更容易師生互動。如播種機的排種器是農業(yè)機械學課程的重點內容，教材內容主要介紹條播、點播、精密播種等類型的排種器，大都屬于單體式排種器；新型排種器的科研成果集中于氣吸式、氣送式和滾筒式集中式排種器，結合國內外最新研究成果將單體式與集中式排種器的原理、特點和應用介紹，融合農藝生產要求、同步驅動和漏播檢測等技術，并提供科研平臺開展新型排種器設計與試驗，有助于學生了解排種器原理、結構、評價指標和影響因素，系統(tǒng)性掌握農業(yè)機械學的知識及其在農業(yè)生產中的應用。結合學校的專業(yè)提升計劃，主要包括機械創(chuàng)新設計大賽暨三維設計大賽、智能農機裝備創(chuàng)新大賽、農業(yè)機器人大賽和內燃機拆裝大賽等，提升學生課程實踐能力。

推進科研成果和學科前沿進展進課堂、進實踐，通過科教融合協(xié)同育人實現(xiàn)人才培養(yǎng)中“源”與“流”的深度結合。

2.2 多途徑打造科研創(chuàng)新平臺，培育交叉型科研成果

科研平臺是學生參與科創(chuàng)活動的重要載體，也是學科發(fā)展和專業(yè)建設的命脈所在，可為研究人員提供各種支撐條件?？蒲衅脚_圍繞農業(yè)機械化工程學科建設方向和目標，融合科研項目和科技創(chuàng)新活動，可為本科生提供必備的支持[12-13]。在教學過程講授、科技創(chuàng)新成果展示與宣傳后，鼓勵學生根據(jù)自身的興趣愛好和特長通過多種途徑申請項目或加入指導教師的科研項目。

首先，學生結合專業(yè)特色、學科發(fā)展方向和行業(yè)發(fā)展需求，自主擬題申請學院/學校/四川省/國家級大學生創(chuàng)新（創(chuàng)業(yè)）訓練計劃項目，給予4000～10000元/項的經費支持。其次，學校提供科研興趣計劃項目，指導教師公開課題研究方向，此類型項目每位導師同時指導不超過2項，給予4000元/項的經費支持。學生還可申請四川省科技創(chuàng)新苗子工程，多途徑爭取科技項目為學生科研活動提供支撐。最后，學生若未申請到上述科研項目，指導教師根據(jù)科研項目課題和學生意愿支持多個科研小項目，在導師的指導下學生組成小團隊開展科研活動。一般1個項目小組成員由多學科和跨年級的3～5名同學組成，團隊成員包括農機、農業(yè)電氣化和電子科學與技術等專業(yè)，有利于發(fā)揮優(yōu)勢互補、學科融合的優(yōu)勢。如學生圍繞油菜智能化精量排種裝置課題，農機專業(yè)學生負責機械結構設計、農業(yè)電氣化和電子科學與技術專業(yè)學生負責同步驅動和漏播檢測。科研小組定期開展討論和科研進展匯報，針對學生的科研結果進行考核，鼓勵學生對研究成果進行總結（研究論文、關鍵裝置、專利等），形成油菜智能化精量排種裝置的研究成果。

農機專業(yè)依托四川省智慧農業(yè)工程技術研究中心為學生提供試驗場地和儀器設備，并營造較好的試驗環(huán)境和科研氛圍。本科生在科研平臺開展試驗有助于及時與指導教師和研究生交流，增強科研經驗和加快科研進程；科研平臺也可依托科研項目需要提供一定的經費支持。除參與科研項目外，學生的畢業(yè)論文（設計）選題緊密圍繞科研項目展開，從而使更多的學生得到科創(chuàng)訓練。畢業(yè)論文（設計）是對大學4年課程學習和專業(yè)知識凝練、提升與創(chuàng)新的過程，對培養(yǎng)學生的綜合能力至關重要。將科研項目與畢業(yè)論文（設計）相結合，將實際生產問題融入到畢業(yè)設計選題中，鼓勵學生組成團隊合力設計一種具體、服務實際生產的裝置或產品，畢業(yè)設計過程中，學生完成文獻查閱、裝置設計、試制加工和試驗優(yōu)化等過程。近些年，參與科研項目中的學生圓滿完成畢業(yè)論文（設計），動手能力和創(chuàng)新能力明顯增強，并能形成一定的創(chuàng)新成果，與未參加課題研究的同學相比，能更加找準問題和解決問題，在設計和論文撰寫等方面能力顯著提高。

指導教師除在實驗室指導學生設計和試驗外，還帶領學生深入農機裝備生產企業(yè)和農業(yè)生產一線，將研發(fā)的農機裝備開展田間試驗示范，形成了理論分析+結構設計+樣機試制+田間試驗示范的產學研推用的育人模式。近距離接觸農機和田間生產提升學生對農業(yè)生產的直觀認識和找到科研工作的切入點，形成服務于農業(yè)生產和行業(yè)發(fā)展的交叉型研究成果，有利于培訓學生“學工強農”的意識。

2.3 以賽促學以賽促教，提升學生創(chuàng)新實踐能力

為提升學生創(chuàng)新能力，國家、行業(yè)協(xié)會、學校和學院舉辦多種競賽打造多維度多層次的實踐教學平臺。國家設立了“挑戰(zhàn)杯”大學生科技作品大賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽和“創(chuàng)青春”全國大學生創(chuàng)業(yè)大賽3大賽事；行業(yè)協(xié)會競賽主要包括大學生機械創(chuàng)新設計大賽、大學生智能農業(yè)裝備創(chuàng)新大賽等競賽；學校也推出多種競賽活動鼓勵學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和提升學生的創(chuàng)新能力。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽可分為多種參賽方式，主要包括主辦方定向擬題和自主選題2種方式。學生自主擬題可將學生參加競賽的選題與科研項目相結合，首先科研平臺可提供競賽必備的條件，選題符合經濟發(fā)展需求，也有助于學生參加競賽的同時提升科研能力，教師在指導競賽過程中也驗證項目的可行性?？苿?chuàng)競賽與科研項目相結合，可以吸引更多教師參與指導創(chuàng)新型競賽，創(chuàng)造師生溝通橋梁和發(fā)掘有科研潛質的學生[14-16]。同時，學生有機會較早接觸科研項目和開展系統(tǒng)性科研訓練，有利于拓展學生學術思維、發(fā)展方向和培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。

在制度保障方面，四川農業(yè)大學推行第二課堂成績單制度，要求學生在校期間應取得創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐必修學分（2學分），重在鍛煉和提升學生的能力與特長。學校制定《四川農業(yè)大學學生綜合素質測評》辦法，引導學生積極參與學術科技活動、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、社會實踐和技能訓練等，相關創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐成果轉化為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐成績，并且學生的第二課堂成績達到總成績的20%。

3 應用成效

通過科研成果進入課堂教學與實踐引導培養(yǎng)創(chuàng)新精神和多層次多途徑創(chuàng)造創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的環(huán)境和氛圍，參與項目途徑多元化，實踐成果制度保障化，實現(xiàn)了教學、實踐、科研和競賽的有機融合，四川農業(yè)大學農機專業(yè)構建了理論教學+課程實踐+項目提升的科教融合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系。培育的新型農業(yè)機械化人才在學科交叉融合、實踐動手能力和創(chuàng)新精神明顯增強，在創(chuàng)新成果、競賽成績、實踐效果和高質量就業(yè)方面表現(xiàn)突出，有效提升了專業(yè)的影響力和學生的創(chuàng)造力。

3.1 學生創(chuàng)新思維和科研興趣顯著增強

在萬眾創(chuàng)新的背景下，農機專業(yè)年均200余名學生參與創(chuàng)新訓練項目、科研項目和科創(chuàng)競賽等創(chuàng)新實踐活動，學生的批判精神、創(chuàng)新精神、團隊精神和科研興趣逐步增強。學生的科研創(chuàng)新實踐團隊形成了農機裝備+智能控制+信息技術學科交叉融合、研究生+本科生協(xié)作、中高年級主力+低年級培育的梯隊培育模式，構建了指導教師+研究生+本科生的傳幫帶合作機制。學生參與科技創(chuàng)新實踐活動和科研項目與考取碩士研究生的比例逐年增加，本科生參與創(chuàng)新實踐活動已成為專業(yè)創(chuàng)新實踐的重要組成部分。

3.2 教研相長成效明顯

在科教融合和一流專業(yè)建設過程中，學生的創(chuàng)新實踐能力和教師的教學科研水平均得以提高，教學與科研相互促進效果明顯。一方面，課堂教學、創(chuàng)新實踐項目、科研項目和科創(chuàng)競賽等為學生提供接觸本學科前沿的機會，有利于理論與實踐相結合，提高學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，有利于發(fā)掘科研苗子和培養(yǎng)創(chuàng)新精神。另一方面，師生針對實際生產或學科前沿問題頻繁交流、討論促進教師進一步開拓研究思路，增加教學素材和豐富教學手段，為打造“金課”打好基礎。教學與科研相互支撐、相互促進，對培育學生實踐能力和提高教師教學科研水平均有益處。

3.3 學科交叉融合程度逐步深入

科研項目和競賽小組融合多個專業(yè)學生，農機、農業(yè)電氣化與自動化和作物栽培學等專業(yè)緊密結合，以農業(yè)生產的需求和薄弱環(huán)節(jié)為切入點，以農機智能化、智慧化為耦合點，促進了學科間的融合。創(chuàng)新訓練項目、科研興趣小組和各類科創(chuàng)競賽農機專業(yè)及農業(yè)電氣化與自動化等專業(yè)成員比例各占50%，學生參與方案討論、程序設計、裝置研制和田間試驗等方面各自發(fā)揮優(yōu)勢。近年來，學生榮獲多項國家、四川省創(chuàng)新大賽獎勵，均是學科交叉融合的結果。

3.4 創(chuàng)新人才培養(yǎng)質量持續(xù)提升

學生課程學習與實踐融入人工智能、智能制造、農業(yè)機器人和“互聯(lián)網(wǎng)+”等元素，著重培養(yǎng)制約丘陵區(qū)農業(yè)機械化發(fā)展中卡脖子技術的農機裝備的研發(fā)，與企業(yè)需求、行業(yè)發(fā)展和學科前沿緊密結合。學生通過課程學習和參與科技創(chuàng)新實踐活動，實際操作能力、專業(yè)技術水平和寫作水平均得以顯著提高。因此，本科生考取研究生數(shù)量和就業(yè)質量持續(xù)提升，近5年就業(yè)率95%以上；在推免碩士研究生的學生中，參與各種科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐活動的比例達到100%。因此，通過科教融合培養(yǎng)的高素質農業(yè)機械化人才在高質量就業(yè)和攻讀研究生方面得到充分認可。

4 結束語

隨著農業(yè)現(xiàn)代化和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的不斷深入，建設更高水平的“天府糧倉”需要“天府良機”的支撐，制約農業(yè)機械化發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)、瓶頸問題和卡脖子技術更加凸顯，農業(yè)機械產業(yè)升級過程中需要更多創(chuàng)新型和復合型農業(yè)機械化人才。在新工科和新農科快速發(fā)展的背景下，農業(yè)機械化、自動化、智能化和智慧化并行發(fā)展，學科交叉融合、具備從“0”到“1”的創(chuàng)新型人才成為主流，為農機專業(yè)升級改造和發(fā)展變革提出了更高的要求。

農機專業(yè)面向國家現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展需求和服務西南現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展，需進一步對接新工科和新農科的發(fā)展要求，明確地方農林高校農機專業(yè)在新一輪產業(yè)轉型升級中的定位和使命。以專業(yè)建設和學科發(fā)展為抓手，堅持科教融合和學科交叉融合，服務“三農”發(fā)展，優(yōu)化創(chuàng)新型農業(yè)機械化人才培養(yǎng)模式。農機專業(yè)堅持將最新科研成果和學科前沿入課堂，推進課程教學推陳出新，打造“金課”；搭建科技創(chuàng)新平臺，多層次、多維度提升學生實踐能力和創(chuàng)新思維；主動融入智能農機、智慧農業(yè)，著力提高學科交叉深度和廣度；堅持理論與實踐相結合、依托優(yōu)勢學科促進學科交叉融合，切中西南區(qū)域農業(yè)機械化發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)和關鍵技術，培育知農愛農興農的新型農業(yè)工程復合型人才。