劉 潔，衛(wèi) 佳，梁秀英

(1.華中農業(yè)大學工學院，湖北 武漢430070； 2.農業(yè)農村部長江中下游農業(yè)裝備重點實驗室，湖北 武漢430070 3.農業(yè)農村部柑橘全程機械化科研基地，湖北 武漢430070)

0 引言

通過“新工科”建設，培養(yǎng)出知識型、技能型和創(chuàng)新型人才，是支撐我國從制造業(yè)大國轉向制造業(yè)強國的關鍵支撐之一。構建新興工科和傳統(tǒng)工科相結合的學科專業(yè)“新結構”，探索實施工程教育人才培養(yǎng)的“新模式”，打造具有國際競爭力的工程教育“新質量”，是“新工科”建設的必備要素[1-2]。在工科教育如何適應當前時代發(fā)展和技術進步這一問題上，世界知名高校均做出了策略調整與實踐[3-5]。借鑒國際一流高校在學科整合、課程更新和人才培養(yǎng)模式優(yōu)化等方面的做法和經驗，并與當前教師學科背景、學生生源特質和教育教學環(huán)境相結合，思考和探索能夠進一步提高學生學習主動性，提升學生實踐與創(chuàng)新能力，拓展學生專業(yè)思維和視野的課程設置與培養(yǎng)方式優(yōu)化，對于應對“新工科”建設中的機遇和挑戰(zhàn)具有一定的促進作用。

美國普渡大學(Purdue University)因其卓越的工程教育享譽世界，被譽為“美國航天之母”，其校友中有13位諾貝爾獎得主和鄧稼先、梁思禮等我國知名學者[6]。普渡大學工學院和農學院常年位列全球高校工科和農學院十強，農業(yè)與生物工程系(Agricultural and Biological Engineering)常年居于該專業(yè)世界前十，全美第一[7-8]。筆者在該系做訪問學者期間，通過旁聽課程和參與學生小組活動等方式對其學科方向、課程設置和學生培養(yǎng)模式等方面進行了解，淺試介紹和分析該系農業(yè)工程本科生實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的情況。

1 農業(yè)與生物工程系和農業(yè)工程專業(yè)概況

普渡大學農業(yè)與生物工程系的教學和師生管理等業(yè)務隸屬工學院，但鑒于其學科性質，部分科研等業(yè)務與農學院亦聯(lián)系緊密[9]。該系現(xiàn)有教職工84位，其中教授22位，副教授34位，4個主要研究方向包括農業(yè)系統(tǒng)管理(Agricultural Systems Management)、生物工程(Biological Engineering)、以環(huán)境與自然資源工程研究為主的農業(yè)工程(Agricultural Engineering：emphasis in Environmental & Natural Resources Engineering)和以機械系統(tǒng)工程為主的農業(yè)工程(Agricultural Engineering：emphasis in Environmental & Natural Resources Engineering)。其農業(yè)工程教育素來享有盛譽，本科生教育已連續(xù)9年獲評全美第一，研究生教育在過去12年中有11年是全美第一，博后和訪問學者年均30人左右。完全隸屬農業(yè)與生物工程系的本科生專業(yè)有農業(yè)工程、生物工程和農業(yè)系統(tǒng)管理3個。農業(yè)工程和生物工程專業(yè)的理學學位獲美國工程技術認證委員會(Accreditation Board for Engineering and Technology， ABET )的工程鑒定委員會(Engineering Accreditation Commission， EAC)認可，2019年秋季入學新生數(shù)分別為74和166人，與2018年數(shù)據(jù)持平。農業(yè)工程專業(yè)的學位要求為128個學分，其中有125～126個為院系要求學分和2～3個為學校要求學分。院系要求學分包括本系開設的系統(tǒng)工程計算、機械零件設計、生物材料的物理性質、實體建模仿真與分析、農業(yè)工程設計及農業(yè)和生物工程專業(yè)實踐等14門必修課的34個學分，以及外系開設的微積分等數(shù)學類課程，工程師的編程應用、一般化學、現(xiàn)代力學等力學課程，工程技術選修課程、人文或社會科學選修課程、寫作與溝通類選修課程等數(shù)十門選修課中的91～92個學分。此外，還需滿足平均學分績點(GPA)2.0以上，32個以上的本校高級課程學分(upper division credits from Purdue)和多元文化、書面與口頭溝通及人物社科類課程最低學分數(shù)等要求。國內開設農業(yè)工程專業(yè)的高校多數(shù)有類似課程模塊與培養(yǎng)方案[10-11]。

2 本科生實踐能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)設置與執(zhí)行

普度大學農業(yè)工程專業(yè)學生的實踐能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)主要包括課程實驗、課程設計和課外學術活動。課程實驗形式有觀摩型、驗證型和設計型，依托豐富的生產和科研資源支持，借助研究生助教的深度參與，對于學生理解和分析問題、實踐動手等能力的培養(yǎng)和提升具有顯著效果。例如，《農業(yè)機械學》課程實驗屬觀摩型，授課場地為學校試驗農場機庫，授課教師講解機具設計要點后，由日常駕駛和維護人員講解并示范機具運行特點，學生可以與教師和使用人員現(xiàn)場溝通關于各類機具應用場合、作業(yè)參數(shù)和待改進方向等各類問題?！稊?shù)字電子技術》課程實驗部分以驗證型為主，理論課講授各類門電路、寄存器和集成電路等元器件基本原理與功能后，布置相應的電路設計作業(yè)，學生在規(guī)定時間范圍內自選時段在實驗室中獨立完成電路搭建與調試，期間由研究生助教解決簡單咨詢和電路功能評價。部分機械設計類課程有設計型實驗，學生接收實驗任務后，需提出設計方案，繪制零件圖紙，利用3D打印和常規(guī)機床完成零件加工和整機組裝工作，運行并評價自己的設計。

學生以低年級專業(yè)基礎課程實驗中積累的實踐動手能力為基礎，完成范圍更廣、難度更高的課程設計和課外學術活動。高年級學生通過理論和實踐測評后，可獲得學校加工中心的操作許可證書，從而取得在工作時間內獨立使用校內各類加工和測試機械的權限。每生每年有定額原材料補助，超出部分由學生個人承擔。其他類型的試驗中心也有類似政策，學生通過測評后，即可獨立開展實踐動手操作。深入、大量的實踐動手訓練機會和具備實踐經驗人群間的相互討論，使學生徹底完成了由理論到實踐再到理論的認知和思考過程。

3 本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)

普度大學一貫重視對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，其校門命名為“未來之門”，招生宣傳口號為“我們所做的推動世界進步(what we make moves the word forward)”。這種培養(yǎng)，除了以扎實的基本理論知識與實踐技能教育為基礎，還通過各種途徑和方式潛移默化地從招生之日起便灌輸學生引領人類工程學科前沿的使命感和責任感，讓學生的創(chuàng)新思考變成一種思維習慣。以先進而濃郁的學術氛圍為依托，形式多樣的師生交流和項目體驗式能力訓練對本科生的思維培養(yǎng)益處良多。校內以本科生為目標聽眾的科普性講座密度很高，既介紹學術前沿，又不過分深奧。學院會不定期地舉行集體午餐，食物很簡單，但是全院師生聚在一起邊吃邊聊，使學生能夠在課堂和課間之外的時間同教師們更輕松地溝通學業(yè)相關問題。合作企業(yè)與農場和優(yōu)秀校友等提供豐富的參觀和溝通機會，使學生能夠了解業(yè)界動態(tài)。本科生導師制的實施讓學生具備了專業(yè)學習的基本目標和預期。

廣泛的交流滿足了學生對專業(yè)的好奇心，同時也激發(fā)了他們的求知欲，而項目式訓練則讓他們將這種心態(tài)轉化為學習動力和創(chuàng)新能力。學院鼓勵二、三年級的本科生參與教師的科研活動，即學生可以自由組隊或加入教師已有本科生團隊，參與教師的科研項目，并完成具備一定難度和工作量的部分工作。學生可通過前述渠道選擇自己喜歡的某一方向的教師，其任務完成效果可用于申請相應學分和獎勵。項目完成期間，實際工作任務的挑戰(zhàn)，與導師和研究生對于技術方案和參數(shù)細節(jié)的討論，與其他工作組間的溝通，整個設計、加工、組裝和調試流程的參與，對于學生整合理論知識、訓練基本技能并在此基礎上迸發(fā)新的思維火花具有重要的意義。

此外，普度大學的校企聯(lián)合教育和全球學習計劃對于學生專業(yè)思維、眼界和格局的提升亦有極大的促進作用。以普度歷史最悠久亦最負盛名的機械工程(Mechanical Engineering)和以其為基礎應時代發(fā)展而生的工業(yè)工程(Industry Engineerin)為例，此二專業(yè)分別隸屬于機械工程系和工業(yè)工程系，2019年秋季入學新生數(shù)為1 364和766人，2018年秋季入學新生數(shù)分別為1 281和775人，均系普度大學的王牌本科專業(yè)之一。其培養(yǎng)目標和課程設置與華中農業(yè)大學工學院機械工程、機電工程和農業(yè)工程專業(yè)相類似，但是機械工程專業(yè)強調綜合機械、熱力和電力系統(tǒng)的機械設計、分析與加工，而工業(yè)工程則側重于工業(yè)生產全過程中涉及人員、信息、設備和物資協(xié)調運作的全過程復雜系統(tǒng)設計與運行。作為典型的工科專業(yè)，其校企聯(lián)合教育運行多年，相關的學分認定、教學質量評價和獎勵措施等條例較為完備。通過安全和技能測試的本科生在2～3年級即可參與校企聯(lián)合項目，參與企業(yè)生產，以實踐經驗強化專業(yè)理念和知識積累，同時提升其就業(yè)競爭力。而院系則能夠從學生和企業(yè)的反饋中及時了解行業(yè)對人才的具體需求，對教學內容和培養(yǎng)方案做出迅速調整。

全球學習計劃亦是深受本科生歡迎的培養(yǎng)方式，其中以2+2或3+1類計劃和全球實踐計劃等實施較為廣泛，符合學分要求、滿足申請條件的本科生均可申請。2+2和3+1類計劃即在普度大學學習2或3年，選擇在歐洲、亞洲或美洲的其他協(xié)議學習完成一學期以上的校外或國外學習，在培養(yǎng)方案規(guī)定范圍內學習的課程可予以學分互認。全球實踐計劃是高年級學生選擇在亞洲或非洲的研究中心參與科研項目，需獨立完成具有實用價值的工作，并以此抵扣某些相應課程的學分。在項目執(zhí)行的1～2年期間，學生需利用網絡完成部分課程的遠程學習，亦能通過網絡尋求校方技術等方面的支持。此類項目的實施使學生在校期間有更多參與解決實際問題的機會，使之能夠在實踐中理解并掌握所學知識和技能，并以此為依托根據(jù)現(xiàn)實需求導向產生解決問題的新思路和新方法。

4 對學生能力培養(yǎng)的借鑒與思考

近年來，國內大部分農業(yè)工程專業(yè)在本科生課程和培養(yǎng)環(huán)節(jié)的設置上，已與前述普度大學的情況基本類同。伴隨著“新工科”建設的實施和推進，更多教學模式和培養(yǎng)方式的優(yōu)化與創(chuàng)新亦日趨增多，例如，針對本科生的專業(yè)講座主題更為廣泛、頻率更為密集；強化學生的專業(yè)思維培養(yǎng)和個性化培養(yǎng)的本科生導師制推行范圍逐年增加；推進校企合作人模式等[12]。然而，受實踐經驗不足和生師比、場地和實驗室管理制度等現(xiàn)實條件制約，在深度、廣度和難度上尚未能與其看齊。為了進一步激發(fā)學生獨立學習、參與科研的積極性和能動性，可以考慮在時間條件上，調整課程設置，使學生有更多的課余自主學習時間，同時預防學生未正確使用自主學習時間；在實驗室條件上，選取危險系數(shù)低、可以招募研究生或上一屆優(yōu)秀學員為助教或志愿者的實驗內容，試行開放實驗室建設，為非參賽實驗室的多數(shù)普通學生提供動手操作和實現(xiàn)創(chuàng)意的機會和平臺；在學分認可和獎勵評選等政策上，以本科生導師制為依托，逐步引導和擴大本科生參與科研的范圍與深度；在培養(yǎng)方案和課程大綱修訂過程中，適度探討與國內外其他高校的學分互認范圍，進一步拓寬學生的學習渠道。

5 結束語

中外的社會文化氛圍和學生獨立基礎有顯著差異，完全照搬國外高校的運作方式并不適用于國內的教學實際，但是對其培養(yǎng)方式與環(huán)節(jié)進行有選擇地參考與借鑒，能夠提升學生創(chuàng)新與實踐能力培養(yǎng)質量，提高“新工科”建設成效，從而通過全方位、多渠道和深層次的培養(yǎng)，提升農業(yè)工程學生的實踐動手能力和創(chuàng)新思維水平，為服務中華民族偉大復興培養(yǎng)出合格的工程人才。