農業物料學開放性實驗教學的探索與實踐

胡育璐 何金成 鄭文鑫

[摘要]為了進一步培養新形勢下的農業工程復合型人才，以人才創新能力與實操能力的培養為目標，項目組利用學?，F有實驗室條件上的優勢，對農業物料學的實驗課程進行了改革探索與實踐。其采取的主要措施有：開放實驗內容的選擇，鼓勵學生發揮學習的主觀能動性，獨立完成實驗設計，培養學生的獨立思考能力及創新能力;建立一套多維度的評價體系，對學生實操能力提出新的要求。實踐表明，改革取得了較好的教學效果，有利于進一步提升實驗人員的教學水平，也激發了學生參與課堂實驗教學的積極性。

[關鍵詞]農業物料學;本科;實驗課程;實踐教學

[中圖分類號]G642，477 [文獻標識碼]A [文章編號]2095-3437（2020）07-0070-03

隨著新時期我國土地流轉進程加快，農村大力推行規?；a，我國農業進入機械化發展的高速時期。時代告訴我們，要重視農業工程專業人才的培養。而高等人才來源于高等教育，要重視本科人才實踐能力的培養，加大對本科課堂的改革力度，以適應新時期的發展需求。實驗室是培養高素質人才的重要支撐平臺，要重視實驗室教學改革，以適應新時代的發展。

農業物料學作為農業工程學的基礎學科，是一門研究農業物料物理特性的綜合性基礎課。農業高校的農機化專業需要對農業物料進行研究，以研發出更具有針對性的農機具。因此，農業物料學是一門理論與實踐并重的學科，是培養農業工程人才不可或缺的專業基礎課程。實驗課程作為大學教育的重要組成部分，是理論走向實際的必要過程。高校要重視實驗課程的改革，引導學生通過親手實踐操作，將課本上的理論轉化為綜合知識運用和解決問題的能力。

隨著農業工程的發展，運用近代物理學理論、技術和方法，對農業物料進行了解和學習，能讓學生對農業工程系統的學習有一個深入且直觀的把握。農業物料學研究各種農業物料的物理特性，這些特性在農業機械產品的設計和制造分析中是不可缺少的基本參數。除了理論方面的學習，對學生實驗技能的掌握要求也在逐步提高。如今隨著科技進步，更多的實驗設備被研發出來，在實驗室內可完成的物料物理特性研究的范圍越加廣泛。為適應新形勢，課程需要進行重新思考定位，利用實驗室內的新型儀器設備，對實驗室可完成的實驗加以完善和拓展。而目前高校依然存在著對實驗課程重視不足、教學模式固定、內容陳舊的現象，因此以創新為導向、以能力培養為目標的實驗課教學改革勢在必行。

一、農業物料學實驗課程的缺點

農業物料學是專業基礎課程，實驗課程的開設時間與理論課教育進度要相配合。農業物料學實驗課程安排為10個學時，分為4個實驗，分別是測定谷物含水量、生物材料的硬度強度、種子物理特性、土壤特性。在有限的學時中，要精選實驗內容，增強學生學習主動性，減少重復性實驗，構建適應現代化發展的實驗教學體系。

在對現有實驗內容進行研究后，我們總結出傳統物料學實驗課程存在的缺點如下：

（一）實驗內容覆蓋面小

在實際實驗室中，目前開設的實驗農業物料的選擇范圍有限，比如黑米、谷粒、綠豆、紅豆等。這些農業物料明顯偏重谷物等種子特性的研究。農業物料的力學特性涉及的專業知識較廣泛，包括流動力學、散粒體力學等。在有限的實驗課時內，應當盡可能地讓學生多接觸到不同的專業知識，擴大眼界。因此我們更傾向引進如新鮮水果、牧草、菌草等新式物料，將實驗物料與教師科研課題相結合，同時也能提高學生的實驗興趣。

（二）實驗操作方式重復單一

實驗課程的流程操作以指導教師講解示范為主，學生被動且重復地模仿，并不能真正地理解掌握儀器的使用。由于操作單一重復，部分學生參與度不高，全程未能實際動手操作，學生興趣明顯不高。儀器設備的使用作為一項技能，更應該讓學生發揮主觀能動性，變“要我學”為“我要學”。

（三）實驗成績評定，評價系統不合理

傳統課堂只以課上簽到、課后上交實驗報告作為評價標準，往往忽略了學生在實驗過程中的表現。有些學生人來心未到，未能實際參與到實驗課程中。課堂上，部分學生常常玩手機、開小差、組隊聊天等。小組組成的實驗操作團隊分工不合理，使得有些學生處于旁觀狀態。但最后的實驗報告同一小組是共享實驗數據的，在課后進行評價時，實驗教師無法準備判斷哪些學生進行了操作，操作過程中是哪些學生主導，哪些學生配合。因此有必要設置新的評價體系，從設計、過程、成果三個方面進行全過程全方位全面的操作評價。

（四）實驗過程強調了對理論課程的印證，未能進一步進行發散與探究

驗證性的實驗要求學生理解實驗原理，學生僅需按教師所演示的步驟即可完成對實驗現象的觀察，但缺乏對整個實驗過程進行創新思考的過程。因此下一步應引導學生向探究性學習方向發展，讓學生跳出思維的固化圈，進行創新性探索。

二、開放式實驗課程結構設計

開放性實驗教學是一種解決方式，體現了因材施教、以人為本的原則，提倡個性化培養。在開放性的實驗課上只提供相關的儀器設備、任務書。沒有既定的實驗程序，指導教師僅負責答疑及考核，維持現場秩序及打分。在基本知識結構的支撐下，給予學生最大的自由度，讓學生根據自己的興趣來設計實驗。將課堂拓展到生活中，以學生的需求為導向，開放實驗內容，開放實驗教學，讓學生學有所得。

傳統教學過程強調教師和學生之間的有效互動。在開放式實驗課程結構中，操作的主動權又回到了學生手中。借助學生自我內在需求的激發，使其主動、高效、多途徑地去探索未知的體系。實驗課程的結構設置要緊扣教學過程，做到實驗驗證與理論相結合，更有益于學生理解課堂理論知識。興趣導向可以激發學生的積極性。要引入更多種類的農業物料、引進更先進的物料檢測裝置，引導學生參與到實驗設計中來，激發學生上課熱情。以培養學生的思考能力、創新能力、實踐能力為導向，設置實驗結構，改進教學內容。

開放性實驗課程實施流程如下圖所示：

（一）實驗原理學習

課堂教學開始時，首先由指導教師對實驗室規則、安全事項、設備基本型號進行講解，學生掌握其中基本操作要領，為實驗設計做準備。對實驗室儀器設備的了解及掌握是一切實驗的基礎，在安全規范的指導下完成實驗設計及操作，是實驗的先決條件。講解完畢后，教師可以適當提問實驗原理、注意事項等，抽查學生的掌握情況，對課堂進行預熱，調動學生的積極性。

（二）自主完成實驗設計

給學生一個命題，由學生自由組隊，完成選題的實驗設計。指導教師只在學生遇到問題或出現錯誤時，予以解答與糾正，對實驗方案的科學性、可行性進行專業評價，排除不確定性，確保實驗的系統合理。整個實驗設計過程都在實驗課堂上完成。設計實驗步驟，不僅需要對實驗原理有深刻理解，還需要對課堂知識能充分運用，發揮小組成員的綜合思考能力。在有限的時間內，以實驗目的為導向，激發學生小組團隊合作能力，使其同心協力完成實驗設計。

（三）實驗操作

學生必須嚴格按照安全及設備操作規范，依據小組內的實驗設計內容，完成實驗任務，記錄實驗過程，完成實驗。在操作過程中，學生逐項完成實驗，實驗教師對操作規范、操作流程、實驗的完成度進行現場打分，確保學生操作安全。鼓勵學生在實驗過程中自主發現問題、解決問題，鼓勵學生提出新問題、新思路。學會舉一反三，將實驗操作過程變成理論聯系實際的過程，并推廣到不同實驗中去。

（四）成績綜合評定

依據實驗過程中考核的多方面內容，我們自主設計了實驗成績評分表，對實驗過程進行全方位的評定。顛覆了傳統實驗課教學中的成績評定單憑實驗報告為準的模式，綜合考量學生課堂表現，全面考慮各個隊伍溝通合作情況、實驗設計、數據準確性、操作過程等幾個方面，并進行綜合評定。實驗報告依然保留，但所占的比重減小，更強調學生的獨立思考能力、創新設計能力。

三、改革與探索

在項目實施過程中，我們首先對2016級農業機械化及其自動化專業進行了實踐教學改革。教學改革針對重點領域、關鍵環節來設置，以農業物料學的實驗教學部分內容為對象，進行改革實踐。

（一）課程實驗改革

以“生物材料的強度硬度的檢測”實驗項目為例。傳統實驗是根據教師設定的實驗步驟來完成的，實驗物料的選擇由實驗教師提前準備，每種物料對應的儀器設備也已經挑選完成。學生僅需學會操作儀器即可得到相關的數據。課堂上，教師講授，學生重復，缺少創造性，無法激發學生的學習興趣。

改革后的實驗課程由學生自由組隊、自主選擇測定的物料對象，查閱相關儀器設備的說明書及物料基本參數后，選擇相應的儀器設備，設置實驗步驟，得出相關數據。實驗課程中的農業物料可以由學生自主選擇，如蘋果、梨子等水果，也可以是大米、黑豆等谷物。實驗室提供的儀器設備有萬能材料試驗儀、谷物硬度計、莖稈強度測定儀等。

一方面，要在原有的農業物料學實驗內容上進行變更與修改。擴大農業物料的選擇范圍，提供給學生自主選擇權，使其可以選擇水果、谷物等不同農業物料進行研究，貼合新時期農業工程人才個性化培養的要求;提供更多的實驗儀器供學生選擇，能有效提高其操作技能。另一方面，可建立實驗小組，進行簡單實驗自主設計環節，學生自由組隊、分工合作，完成實驗內容的設計與實施，增強學生自主創新能力和團隊合作能力。著重考查學生在實驗中的溝通組織協調能力，強調綜合素質的培養。

對學生來說，實驗課后的實驗報告僅是評價體系的一部分。綜合性實驗成績評價方式，能綜合考慮學生溝通協調能力、設計創造能力與實驗技能，更加注重學生綜合素質培養。評價體系可以分為原理掌握、實驗設計、操作規范、數據處理等四個方面。開放性實驗機制的建立有利于激發學生自主學習的動力，培養創新型人才。通過理論知識體系的學習，鼓勵學生主動去發現問題、思考問題、解決問題，建立全程化培養模式。

對于實驗教師來說，開放式實驗課堂的落實，需要教師技能的進一步提升。原有實驗過程涉及的知識面有限，操作重復且內容固定，不具有創新性。實驗教師掌握的技能陳舊，實驗室設備更新換代緩慢，資源利用率低。進行實驗內容的改革后，實驗教師需要快速擴充自己的知識面，面對學生提出的新問題、新思路，能夠做到指點迷津，引導創新。在課堂上能夠兼顧不同學生的不同需求，并在課后指導時對學生實行個性化培養。將實驗教師的身份任務進行進一步凝練，引人多樣性的指導，實現師生互動。亦可以引入教師的科研項目，在實驗室中設置與農業競賽相關的物料實驗，以賽促學，以學促練，夯實學生基礎的同時也提升實驗教師的管理教學水平。

（二）課程實驗創新

農業物料學的開放性實驗教學改革探索，做到了以下幾點創新。

首先是思想創新。打破固有實驗教學中學生單方面接受的固有模式，加強了理論教學與實踐教學相互補充的關系，讓學生與教師都解放思想。

其次是內容創新。實驗課的內容既與理論課教學內容進一步結合，做到了一體化、同步化，又做到了差異化。每個學生都可以將理論作為實驗的基礎，靈活地選擇自己感興趣的內容進行探索。在內容的選擇上，突出農業特色，突出科教結合，將新內容帶人實驗教學，激發了課堂活力。

再次是結構創新。課堂教學結構不再是一成不變的教師講授、學生重復的模式。實驗課的自由度更大，除了實驗原理及探究的目的是固定的，其余過程都交由學生自主完成。強調了殊途同歸，在不同的實驗現象中，都能得出相同的原理。如果存在不同，則需要探究產生誤差的原因。

最后是結果創新。對實驗現象的觀察，需要學生通過綜合分析和獨立思考得出不同的結果。實驗的設計與數據分析能力是學生進一步深造的基礎能力之一，通過科學的評價考核機制，激發學生求真學問、練真本領的熱情。

四、結束語

實踐證明，改革是切實可行的，在有限的課程實驗時間中，大部分學生能夠自主完成實驗物料的選擇、儀器設備的選擇、設計出合理的實驗步驟，完成參數測量及數據的記錄，達到實驗目的。

針對農業物料學課程的專項實驗內容，學生需要對自己選擇的物料特性有所了解，對理論應用嫻熟才能完成相關實驗。實驗教師在過程中僅需對基本操作技術與安全注意事項進行說明，無須進行灌輸式教學，有利于指導教師教學意識與方式的改變，對教師占主導地位講解演練的教學方式進行了徹底改革。同時讓學生自主思考，學會使用儀器，并設計出合理的實驗過程，激發了學生的興趣，增強了實驗教學的互動性。以新形勢下應用型人才培養為目標，在實驗教學中突出了學生獨立分析能力和動手能力的訓練，激發了教學靈感，也符合新形勢下對新工科人才培養的要求。其真正體現了農業院校的特色，以學生為主體，重視基礎，不忘創新提高。