農業物料學理論與實驗一體化教學模式探索

王家勝 王東偉

摘 要： 針對農業物料學課程學科知識結構特點，引入理論與實驗一體化教學模式，基于理論與實驗的融合性，對課程理論內容模塊和實驗內容模塊進行設計；課程教學過程按照“講、聽、做、學”的流程，在實驗操作中滲入理論學習，在理論學習中見證其應用，使兩者相輔相成、有機結合，實現教、學、做三位一體，既能有效提升本門課程的教學質量，又能培養學生學習知識的興趣和積極主動的學習態度。

關鍵詞： 農業物料學 理論教學 實驗教學 一體化

農業物料學是應用近現代物理學理論、方法和技術來研究農業物料的物理特性，以及各個物理因子和生物特性相互作用的一門邊緣性學科[1]。作為農業工程學科的基礎，農業物料學已經成為農業高校農機化專業一門理論性和實踐性并重的專業基礎課程，主要培養學生掌握利用相關技術測試常見固體和液體農業物料物理特性的實驗方法和原理。農業物料學涉及農學、生物學、機械力學、流體力學、電學、光學等多門學科的理論和技術，知識領域廣，學科交叉，給該門課程的教學帶來很大的挑戰。為了更好地加強知識的理解、提高學習效率、進一步提高農業物料學的教學質量，結合教學內容和目標，對該課程進行理論與實驗一體化教學模式的探索。

1.課程知識結構設計

1.1農業物料學研究對象及特征

農業物料學的研究對象是農業生產及農產品加工和處理所面對的植物物料和動物物料及其半成品和成品，如谷物種子、果蔬類、油類、肉、蛋、奶等，按存在狀態可分為固體物料和液體物料。農業固體物料的結構形式表現出多樣性，它們以塊狀、散粒體、粉狀等規則或不規則的形式存在，它們的內在品質也具有很大的差異性，因材質的不同表現出不同的力學特性、電學特性和光學特性；農業液體物料作為連續介質，因其黏性不同而具有復雜的流動特性和流體動力學特性。

1.2理論模塊設計

農業物料學所研究的內容是基于農業生產、加工、存儲、運輸、檢測的機械裝備和系統的設計需求，利用合適的技術和手段來研究各類農業物料基本物理參數、力學、光學及電學特性[2]。遵循主次分明、突出重點的原則，具體理論教學內容包括物料的基本物理參數（如形狀、尺寸、體積、密度、孔隙度、表面積、比表面積、含水率等）的表達形式和測試方法、黏彈性物料的流變模型及應力松弛和蠕變理論、液體物料的黏度及液體物料流體阻力特性、散粒物料的內外摩擦力學特性及空氣動力學特性、農業物料的換熱理論及干燥理論、農業物料的介電特性和導電特性、農業物料的光學反射和透射理論等。

1.3實驗模塊設計

實驗內容的設計在該教學模式中的作用尤為關鍵，通過實驗課的實施，不僅使學生能夠掌握典型農業物料物理特性的測試方法，同時是輔助學生理解和學習本課程理論知識的重要手段。為了達到此目的，實驗內容須覆蓋和融合本課程的理論要點。根據教學目標，結合理論教學內容，實驗項目設置為谷物尺寸與硬度的測試，果蔬形狀、體積和密度的測試，農業物料拉壓流變實驗，液體物料比重與黏度的測試，谷物種子空氣動力學特性實驗，散粒體物料休止角與內摩擦角的測定實驗，谷物種子含水率測定實驗，農業物料導熱系數的測定，典型農業物料LCR電學參數測定，谷物考種實驗、谷物營養成分光譜分析實驗等。

2.理論實驗一體化教學模式的實現

2.1理論實驗一體化教學思想

傳統的教學是將理論教學與實驗教學分階段進行，一般先在課堂講授理論，后集中進行實驗。這種教學模式容易導致理論和實驗結合不緊密，實驗對理論的反饋作用發揮不及時、不充分。尤其對于農業物料學理論知識體系繁多、學科跨度大，僅課堂講解理解難度大。由于理論教學與實踐性教學是一種相互加強與相互補充的關系[3，4]，通過構建理論實驗一體化教學模式，將理論教學與實踐教學融為一體，兩者同步開展。按照“講、聽、做、學”的流程，教師首先提出本次課的教學任務和知識目標，對相關知識點進行講授，講授內容分為兩部分，一部分為知識點的概念、原理等基礎理論知識，另一部分是講解基于這些理論知識的實驗方法和步驟。學生在明確教學任務和知識目標后，有目的性地對所講授的內容進行聽記，接著按照實驗方法有步驟地進行實驗。實驗過程中，教師要有計劃、有目的地對實驗關鍵環節涉及的理論原理、支撐技術進行提示和講解；實驗結束后，結合實驗，以問題解答、討論互動等形式對相關理論知識進行歸納、總結、再學習，進而加深理解，真正掌握和鞏固知識點。

2.2理論與實驗的融合性

為了實現農業物料學課程一體化教學過程中理論知識與實驗的有效融合，實驗內容的設置及教學過程設計非常關鍵。在本課程實驗內容的設置中，谷物尺寸與硬度的測試實驗和果蔬形狀、體積和密度的測試實驗對應農業物料基本物理參數的表達及測量理論；農業物料拉壓流變實驗、液體物料比重與黏度的測試實驗對應黏彈性物料的流變模型及應力松弛和蠕變理論及液體物料的黏度及液體物料流體阻力特性知識；谷物種子空氣動力學特性實驗、散粒體物料休止角與內摩擦角的測定對應散粒物料的內、外摩擦力學特性及空氣動力學特性理論；谷物種子水分測試實驗（直接法）、農業物料導熱系數的測定實驗對應農業物料的換熱理論及干燥理論；典型農業物料LCR電學參數測定、谷物種子水分測試實驗（間接法）對應物料的介電特性和導電特性理論；谷物考種實驗、谷物營養成分光譜分析實驗則涵蓋物料的光學反射和投射理論。

例如對于谷物種子含水率及其測定方法知識模塊的學習，該模塊的教學目的是要求學生掌握谷物種子含水率的基本概念、含水率的實驗測定方法及其測定原理。谷物種子含水率的測定方法有兩種：直接烘干法和間接測定法。針對兩種方法，分別安排兩個含水率測定實驗：一個是紅外加熱烘干實驗，另一個是基于介電常數的電子水分速測實驗。第一個實驗測定原理包含了紅外線熱效應理論、谷物干燥理論等知識；第二個實驗測定原理包含了種子電特性理論中的含水率與介電常數知識。因此，該模塊的教學中，按照“講、聽、做、學”的流程，在實驗中滲入理論學習，在理論學習中見證其應用，兩者相輔相成，既掌握了實驗測定應用方法，又加深了對理論知識的理解滲透。

3.結語

針對農業物料學課程學科知識結構的特點，引入理論實驗一體化教學模式可將理論性、實踐性、開放性有機融合，打破常規理論課與實驗課的界限，理論與實驗形成互補、相互促進，實現教、學、做三位一體，有效啟發、活躍學生的思維，促進師生互動溝通，一方面，有效提高了本門課程的教學質量，另一方面，培養了學生的學習知識的興趣和積極主動的學習態度。

參考文獻：

[1]周祖鍔.農業物料學[M].北京：農業出版社，1994.

[2]姜瑞涉，王俊.農業物料物理特性及其應用[J].糧油加工與食品機械，2002（1）：35.

[3]肖偉才.理論教學與實踐教學一體化教學模式的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2011，30（4）：81.

[4]張波，張紅霞，徐超毅.MIS一體化教學模式研究與實踐[J].實驗技術與管理，2012，29（4）：97.