阮培英 蔡善儒 宋井玲 程衛(wèi)東 趙靜 牛國(guó)棟

(山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東 淄博 255000)

引言

農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化專業(yè)是為我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械工程領(lǐng)域培養(yǎng)人才的對(duì)口專業(yè)，其專業(yè)課程的布局和教學(xué)質(zhì)量直接影響所培養(yǎng)人才的專業(yè)基礎(chǔ)，而其中的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)既是理論課的延續(xù)，又是理論課的升華[1]，是學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力以及創(chuàng)新能力養(yǎng)成的第1個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)是農(nóng)業(yè)機(jī)械化專業(yè)課程教學(xué)的重要組成部分，對(duì)于專業(yè)人才創(chuàng)新與實(shí)踐能力的培養(yǎng)具有不可替代的重要作用?；谶@樣的共識(shí)，近年國(guó)內(nèi)各高校的農(nóng)業(yè)機(jī)械化專業(yè)在制定和修正培養(yǎng)計(jì)劃時(shí)不斷加大實(shí)踐環(huán)節(jié)占比，而且專業(yè)課程中的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)比重在課程總體學(xué)時(shí)不斷壓縮的同時(shí)基本維持不變。以山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)機(jī)械化專業(yè)為例，核心主干課程《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)》的總學(xué)時(shí)由72學(xué)時(shí)壓縮至64學(xué)時(shí)，而實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的比例均保持在30%以上。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械朝自動(dòng)化、智能化方向的發(fā)展，農(nóng)機(jī)專業(yè)的培養(yǎng)方案和包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)在內(nèi)的課程教學(xué)體系也面臨著新的、更高要求的挑戰(zhàn)，因此需要不斷進(jìn)行升級(jí)和革新[2]。本文在分析以《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)》和《拖拉機(jī)構(gòu)造課程》為核心的幾門專業(yè)主干課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系現(xiàn)狀和存在問題的基礎(chǔ)上，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械化專業(yè)主干課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的改革途徑提出了幾點(diǎn)見解和建議。

1 專業(yè)主干課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系現(xiàn)狀及存在的問題

以山東理工大學(xué)的農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化專業(yè)為例，目前主要包含實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的主干課程有《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)》、《拖拉機(jī)構(gòu)造》、《機(jī)械制造工藝學(xué)》、《自動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)》、《機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)》、《液壓與氣壓傳動(dòng)》以及《工程測(cè)試技術(shù)》等。在這些課程當(dāng)中，除前3門的總學(xué)時(shí)分別為64學(xué)時(shí)、56學(xué)時(shí)和64學(xué)時(shí)外，其它課程基本為總學(xué)時(shí)32學(xué)時(shí)，其中實(shí)驗(yàn)教學(xué)為4～8學(xué)時(shí)不等；而《機(jī)械制造工藝學(xué)》課程考慮到設(shè)有單獨(dú)的實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，其實(shí)驗(yàn)教學(xué)只有4學(xué)時(shí)。這些課程的主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大多是認(rèn)知性實(shí)驗(yàn)、元部件的拆裝實(shí)驗(yàn)和部分特性與性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)等。實(shí)驗(yàn)教學(xué)在時(shí)間安排上采用緊密銜接課堂教學(xué)的方式，實(shí)驗(yàn)與授課穿插式同步進(jìn)行。在實(shí)驗(yàn)過程中，教師需要進(jìn)行講解、指導(dǎo)和答疑解惑；學(xué)生分組完成實(shí)驗(yàn)后，每人需要上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生的表現(xiàn)以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量給出實(shí)驗(yàn)成績(jī)，最后以約20%的比例計(jì)入課程的總成績(jī)中。

目前，專業(yè)主干課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的主要問題包括：教學(xué)內(nèi)容、模式和方法以及實(shí)驗(yàn)效果評(píng)價(jià)方法較為傳統(tǒng)，需要采用更新更好的策略以提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的積極性，增加實(shí)驗(yàn)的知識(shí)與能力收獲；實(shí)驗(yàn)設(shè)備更新緩慢、數(shù)量偏少，不能很好地與時(shí)俱進(jìn)、與農(nóng)機(jī)智能化的趨勢(shì)接軌，且每位學(xué)生的動(dòng)手機(jī)會(huì)有限；各課程各自為政、缺乏有效的關(guān)聯(lián)與貫通，導(dǎo)致學(xué)生的專業(yè)知識(shí)較為零碎，難以形成一個(gè)完整連貫的體系；部分課程“農(nóng)”的含量比重偏低，未能突出體現(xiàn)農(nóng)機(jī)專業(yè)特色、服務(wù)農(nóng)機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)。

2 專業(yè)主干課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革路徑

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、模式和方法的升級(jí)

隨著農(nóng)機(jī)向著智能化發(fā)展的趨勢(shì)，專業(yè)主干課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容也要相應(yīng)升級(jí)和創(chuàng)新。如，《拖拉機(jī)構(gòu)造》和《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)》的實(shí)驗(yàn)可以引入無人駕駛拖拉機(jī)以及無人作業(yè)機(jī)械等智能農(nóng)機(jī)裝備的結(jié)構(gòu)、性能認(rèn)識(shí)與測(cè)試等項(xiàng)目；《自動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)》和《機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)》的教學(xué)內(nèi)容也要統(tǒng)一擴(kuò)展至智能機(jī)械、機(jī)電一體化農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)。此外，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不只局限于實(shí)驗(yàn)室，應(yīng)該讓學(xué)生走進(jìn)田間和工廠去進(jìn)行認(rèn)知性甚至實(shí)操性實(shí)驗(yàn)。如，前往試驗(yàn)田、學(xué)校的合作企業(yè)和實(shí)習(xí)基地完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，參加各類農(nóng)機(jī)演示等現(xiàn)場(chǎng)會(huì)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容有更具體、生動(dòng)和深刻的學(xué)習(xí)。

在教學(xué)模式和教學(xué)方法上，也要嘗試將課堂教學(xué)中常采用的先進(jìn)教學(xué)模式和教學(xué)創(chuàng)新技法等加以應(yīng)用。如，采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式[3]，線上線下混合式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，線上可以觀看視頻和動(dòng)畫等自學(xué)，線下通過實(shí)物拆裝與測(cè)試鍛煉實(shí)踐動(dòng)手與動(dòng)腦能力；采用頭腦風(fēng)暴法等創(chuàng)新思維訓(xùn)練方法引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行拆裝或認(rèn)知性實(shí)驗(yàn)，在了解某一部件功能的基礎(chǔ)上，根據(jù)專業(yè)知識(shí)對(duì)部件結(jié)構(gòu)提出創(chuàng)新改進(jìn)和設(shè)計(jì)方案等。農(nóng)機(jī)專業(yè)的主干課程都十分注重實(shí)踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，因此在教學(xué)方法上要加大引導(dǎo)的力度，較少填鴨式灌輸和過場(chǎng)式實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為完成拆裝就可以，而忽略了拆裝和測(cè)試過程中的觀察、思考和發(fā)現(xiàn)。

在實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定方面，教師主要以實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量作為評(píng)價(jià)依據(jù)，同時(shí)兼顧實(shí)驗(yàn)過程表現(xiàn)。但是，學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告都是采用校發(fā)的統(tǒng)一格式的實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙，對(duì)于不同類型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目來講太過簡(jiǎn)單粗獷。因此，有必要針對(duì)不同課程的不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，配合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式，量身打造個(gè)性化的、項(xiàng)目專屬的實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙，準(zhǔn)確地對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效果和能力進(jìn)行評(píng)判。

2.2 豐富升級(jí)農(nóng)機(jī)專業(yè)主干課程的實(shí)驗(yàn)條件

隨著農(nóng)業(yè)工程學(xué)科受到更多的重視，農(nóng)機(jī)專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)條件也在逐步改善，如實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的擴(kuò)大和新實(shí)驗(yàn)大棚的投入使用，近幾年購(gòu)入的大量實(shí)驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)臺(tái)等。在此基礎(chǔ)上，充分挖掘利用已有的條件如土槽進(jìn)行各類“仿田間”試驗(yàn)，根據(jù)改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)臺(tái)也不失為低投入、高產(chǎn)出的升級(jí)模式。并且，借此機(jī)會(huì)調(diào)動(dòng)學(xué)生參與課程實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作[4]，以及實(shí)驗(yàn)設(shè)備、機(jī)具和模型等的設(shè)計(jì)、改進(jìn)與制作全過程，對(duì)于學(xué)生的動(dòng)手與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也是大有裨益。對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)備更新?lián)Q代相對(duì)滯后的另一種解決途徑就是搭建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。如，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)基于VR技術(shù)建成了網(wǎng)絡(luò)化的農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，用以進(jìn)行農(nóng)業(yè)裝備的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與部分農(nóng)業(yè)裝備虛擬仿真訓(xùn)練(實(shí)踐)[5]；安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)也以科研成果轉(zhuǎn)化為虛擬實(shí)驗(yàn)資源，建立拖拉機(jī)構(gòu)造虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)[6]。山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)目前已經(jīng)初具規(guī)模，主要用于拖拉機(jī)構(gòu)造課程的部分實(shí)驗(yàn)教學(xué)和玉米青貯收獲機(jī)械的科研等，在未來還需要向更多專業(yè)課程和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目覆蓋。

2.3 多門專業(yè)主干課程形成貫通式實(shí)驗(yàn)教學(xué)

目前，農(nóng)機(jī)專業(yè)主干課程的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地相對(duì)集中，但實(shí)驗(yàn)內(nèi)容太過零散，相互之間的關(guān)聯(lián)并不明顯。為幫助學(xué)生形成一個(gè)完整的實(shí)踐認(rèn)知知識(shí)體系，有必要將多門專業(yè)課的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容放在一起進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，將各課程的多數(shù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有機(jī)串聯(lián)起來，形成貫穿式的專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)群，然后按照開課順序循序漸進(jìn)地進(jìn)行安排。如，實(shí)驗(yàn)教學(xué)群以《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)》和《拖拉機(jī)構(gòu)造》為核心，針對(duì)其重要組成部分進(jìn)行認(rèn)知與拆裝實(shí)驗(yàn)，之后分別在《工程測(cè)試技術(shù)》與《機(jī)械制造工藝學(xué)》的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中安排該部件主要性能的測(cè)試實(shí)驗(yàn)與其組成構(gòu)件的機(jī)械加工工藝和方法的實(shí)驗(yàn)，最后在《液壓與氣壓傳動(dòng)》、《自動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)》和《機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)》中布置實(shí)踐該部件及其構(gòu)成的自動(dòng)化和智能化改進(jìn)或設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。由于這些課程的開課時(shí)間分布在不同學(xué)期，因此各課程的實(shí)驗(yàn)時(shí)間不可避免地存在時(shí)間差。為了保證學(xué)生的知識(shí)體系能夠有效連貫起來，可以在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上通過采取預(yù)習(xí)、提問以及帶領(lǐng)學(xué)生對(duì)前期實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)單回顧等方法，幫助學(xué)生將專業(yè)主干課程的實(shí)驗(yàn)所學(xué)串聯(lián)起來，專業(yè)知識(shí)體系不但完整而且前后連貫。

2.4 部分課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目增加“農(nóng)”的比重

農(nóng)機(jī)專業(yè)主干課程的實(shí)驗(yàn)開設(shè)學(xué)院基本均為農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，因此主要圍繞“農(nóng)機(jī)”開展。但目前《機(jī)械制造工藝學(xué)》的實(shí)驗(yàn)教學(xué)場(chǎng)地在其它學(xué)院，實(shí)驗(yàn)任課教師也是外學(xué)院教師，實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容主要包括“機(jī)床的靜剛度測(cè)量”和“可加工誤差統(tǒng)計(jì)分析”2個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，離農(nóng)機(jī)較遠(yuǎn)，不能很好地融合農(nóng)業(yè)機(jī)械的專業(yè)知識(shí)，體現(xiàn)專業(yè)特色，因此有必要在課程以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容中增加農(nóng)機(jī)部件設(shè)計(jì)、制造加工工藝方面的內(nèi)容；并且，該課程目前只有4學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)，雖然安排有實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，但相對(duì)于64總學(xué)時(shí)來講占比還是偏少，因此有必要適當(dāng)加大實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的學(xué)時(shí)比重。此外，為了擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)口徑并增加其就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，《機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)》中涉農(nóng)部分也較其它課程偏少。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化的發(fā)展，該課程在農(nóng)業(yè)機(jī)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(nèi)容以及實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)中逐漸加大“含農(nóng)量”。

為了適應(yīng)智能化農(nóng)機(jī)的發(fā)展方向，引導(dǎo)學(xué)生建立現(xiàn)代農(nóng)機(jī)需要“農(nóng)機(jī)”與“農(nóng)藝”相結(jié)合的理念，山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)機(jī)械化專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃將《農(nóng)學(xué)概論》列為專業(yè)選修課。該課程共32學(xué)時(shí)(均為課堂講授)，教學(xué)目的是幫助學(xué)生從農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合的角度，了解、掌握作物生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量、品質(zhì)形成規(guī)律及其對(duì)環(huán)境條件的要求以及實(shí)現(xiàn)作物的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效和可持續(xù)發(fā)展所采取的農(nóng)業(yè)技術(shù)措施，同時(shí)掌握農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中需要運(yùn)用的農(nóng)藝學(xué)原理與原則。因此，《農(nóng)學(xué)概論》極有必要增加實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，并引入農(nóng)機(jī)專業(yè)主干課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)群，幫助學(xué)生對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的主要作業(yè)對(duì)象和作業(yè)目標(biāo)有實(shí)在、具體的認(rèn)知，理解和掌握智能農(nóng)業(yè)機(jī)械及其工作部件的設(shè)計(jì)、制造或改進(jìn)所遵循的原則和方法，奠定更為扎實(shí)和全面的農(nóng)機(jī)專業(yè)知識(shí)體系。

2.5 加強(qiáng)農(nóng)機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)師資力量

當(dāng)前國(guó)內(nèi)高校普遍重視師資隊(duì)伍建設(shè)，但實(shí)驗(yàn)師資建設(shè)還未能受到相應(yīng)重視，引進(jìn)的高層次人才作為實(shí)驗(yàn)師資數(shù)量極少，專職實(shí)驗(yàn)人員和擔(dān)任實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)的任課教師能夠參與的實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)或進(jìn)修機(jī)會(huì)偏少，導(dǎo)致專業(yè)知識(shí)更新慢、實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和方法都較為陳舊。因此，有必要從“引”和“育”2個(gè)方面加強(qiáng)農(nóng)業(yè)機(jī)械化專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍的建設(shè)，增強(qiáng)農(nóng)機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)以及課堂教學(xué)軟實(shí)力的同時(shí)，對(duì)培養(yǎng)實(shí)踐與創(chuàng)新能力強(qiáng)的專業(yè)人才也具有積極作用。

3 結(jié)論

以《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)》和《拖拉機(jī)構(gòu)造》為核心的農(nóng)業(yè)機(jī)械化專業(yè)主干課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系既存在教學(xué)內(nèi)容和模式傳統(tǒng)滯后、實(shí)驗(yàn)設(shè)備更新緩慢等共性問題，也存在部分課程“含農(nóng)量”不高、未能緊密圍繞農(nóng)機(jī)開展的個(gè)性問題，還存在課程間關(guān)聯(lián)松散不能很好形成貫通體系的問題。對(duì)此，提出了根據(jù)智能化農(nóng)機(jī)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)模式的更新升級(jí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“量身定制”實(shí)驗(yàn)報(bào)告從而對(duì)成績(jī)進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)，依據(jù)“虛實(shí)結(jié)合、以虛補(bǔ)實(shí)”和自制或改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備等原則改善實(shí)驗(yàn)條件，以及將多門專業(yè)主干課程的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)群的改革建議。