新工科背景下農(nóng)林院校農(nóng)業(yè)工程學(xué)科“四全課堂”初體驗(yàn)

張志萍 李亞猛 李攀攀 李 剛 張全國

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)<機(jī)電工程學(xué)院>，河南 鄭州 450000）

0 引言

為主動(dòng)應(yīng)對(duì)世界范圍內(nèi)的新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革， 支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展等一系列國家戰(zhàn)略，自2017 年2 月以來，教育部就積極推進(jìn)新工科建設(shè)， 并于2018 年首批認(rèn)定了612 個(gè)大學(xué)的新工科研究項(xiàng)目，涵蓋了幾乎全部雙一流大學(xué)的老牌的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)工科專業(yè)，而研究項(xiàng)目計(jì)劃外的非雙一流高校的新工科要如何建設(shè)，尤其是在農(nóng)林院校中的工科專業(yè)側(cè)重點(diǎn)又要如何落腳呢？ 發(fā)展工農(nóng)融合的新工科建設(shè)應(yīng)運(yùn)而生。

廣義的新工科，就是把傳統(tǒng)手動(dòng)的工科技術(shù)全部換成現(xiàn)代化的、自動(dòng)化的技術(shù)，新工科的建設(shè)是高等教育對(duì)未來工程發(fā)展的新態(tài)勢(shì)的回應(yīng)，也是國家科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)變革的突破。 在新工科的建設(shè)過程中，人才培養(yǎng)模式是基礎(chǔ)，因此，必須更新新工科建設(shè)過程中的人才培養(yǎng)理念，重新確定人才培養(yǎng)目標(biāo)和優(yōu)化知識(shí)結(jié)構(gòu)。 針對(duì)這一要求，大連理工大學(xué)高等教育研究院圍繞新工科的人才培養(yǎng)新模式進(jìn)行了探討，構(gòu)建了新工科的人才培養(yǎng)新模式，以學(xué)生為中心，反向設(shè)計(jì)課堂， 構(gòu)筑起了全方位復(fù)合型人才培養(yǎng)的知識(shí)架構(gòu)，積極推進(jìn)產(chǎn)教融合、多學(xué)科交叉融合等[1]。 作為農(nóng)林院校的工科學(xué)院與工科專業(yè)，在授課過程中，新型農(nóng)機(jī)裝備、 新能源和功能材料等專業(yè)都屬于新工科的范疇。 作為更強(qiáng)調(diào)實(shí)用性、交叉性與綜合性，尤其重視信息通訊、電子控制與軟件設(shè)計(jì)等新技術(shù)向傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)融合的新工科，與農(nóng)業(yè)工程一直強(qiáng)調(diào)的“用工業(yè)的思路發(fā)展農(nóng)業(yè)”不謀而合。 如何實(shí)現(xiàn)新工科背景下農(nóng)林院校農(nóng)業(yè)工程學(xué)科的更好更快發(fā)展，本文作者進(jìn)行了農(nóng)業(yè)工程學(xué)科“四全課堂”的探索。

1 農(nóng)業(yè)工程學(xué)科“四全課堂”的內(nèi)涵

要建立面向農(nóng)業(yè)工程學(xué)科的“四全課堂”，首先就要了解農(nóng)業(yè)工程學(xué)科的定義和學(xué)科對(duì)象，把握農(nóng)業(yè)工程學(xué)科的特點(diǎn)[2]。 農(nóng)業(yè)工程學(xué)科及相關(guān)專業(yè)是農(nóng)林院校開展工程教育、培養(yǎng)工科人才的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)專業(yè)[3]。 尤其在全民創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的背景下，農(nóng)業(yè)工程類專業(yè)具有多學(xué)科融合交叉的屬性，易于開展行之有效的學(xué)科交叉教育模式，這也是當(dāng)前高等學(xué)校教育的重要任務(wù)之一[4]。 開展農(nóng)業(yè)工程學(xué)科的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育模式，會(huì)在多學(xué)科間產(chǎn)生知識(shí)和研究的碰撞，會(huì)推動(dòng)新技術(shù)、新知識(shí)的產(chǎn)生，這不同于純農(nóng)業(yè)類學(xué)科或者純工業(yè)類的學(xué)科。 同時(shí)，這種多學(xué)科的交叉也有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，增強(qiáng)學(xué)生將多學(xué)科知識(shí)融會(huì)貫通的能力。 因此，農(nóng)業(yè)工程學(xué)科必須要立足優(yōu)勢(shì)，開展全新的教學(xué)模式。 針對(duì)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)的發(fā)展方向和發(fā)展重點(diǎn)，為了適應(yīng)全球發(fā)展的新變化，在新工科背景下，農(nóng)林院校農(nóng)業(yè)工程類專業(yè)的“四全課堂”探索勢(shì)在必行。

“四全課堂” 即融合了多種先進(jìn)教學(xué)儀器設(shè)備和教學(xué)手段方法的“全程、全員、全息、全效”課堂，通過全方位、互動(dòng)式學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在積極的學(xué)習(xí)氛圍中不斷達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)。 “四全課堂”的實(shí)施主要包括6 個(gè)環(huán)節(jié)的內(nèi)容，復(fù)習(xí)舊課、課前主題引入、知識(shí)構(gòu)成梳理、課程講授、 互動(dòng)環(huán)節(jié)設(shè)置和課后思維發(fā)散。 “四全課堂”中的“全程”就是指教學(xué)中的過程化管理，不是只關(guān)注學(xué)習(xí)結(jié)果，還要掌控整個(gè)教學(xué)過程，包括課程實(shí)施這6 個(gè)方面的全部內(nèi)容，環(huán)環(huán)相扣、徐徐展開。 “全員”指的是在教學(xué)過程中要以人為本，因材施教，教學(xué)過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)每個(gè)人都要參與。 “全息”是指在人才培養(yǎng)過程中要全方位育人，即培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的新工科人才， 全息育人過程具有漸進(jìn)性的特點(diǎn)，是一個(gè)漸進(jìn)的過程，需要在教育過程中日復(fù)一日地滲透和熏陶[5]。 “全效”是有效教學(xué)基礎(chǔ)上的一種新的教學(xué)理念，本質(zhì)是追求教學(xué)的效率、效果和效益[6]。基于課堂、延伸課外，即調(diào)動(dòng)課堂教學(xué)中的一切有利因素，提高學(xué)習(xí)效果和效率，轉(zhuǎn)變教學(xué)方式，鍛煉學(xué)生的思考能力[6]。 總體來說，“四全課堂”的邏輯關(guān)系就是以全員為基礎(chǔ)，全程、全息和全效相結(jié)合，將學(xué)生、教師、環(huán)境、資源、方法等各個(gè)教學(xué)要素統(tǒng)一起來，形成合力，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，將教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)情境融合，教學(xué)方法與教學(xué)內(nèi)容融合，做到有效教學(xué)，高效育人[7]。

從“四全課堂”包含的各要素可以看出，“四全課堂”的建設(shè)與習(xí)近平總書記所強(qiáng)調(diào)的“全員育人、全過程育人、全方位育人”的育人機(jī)制高度吻合，是該教育模式在農(nóng)林院校的有益嘗試。

2 農(nóng)工交叉課程沼氣工程的“四全課堂”教學(xué)改革初探

2.1 沼氣工程課程的具體內(nèi)容

沼氣工程課程是農(nóng)業(yè)工程學(xué)科相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)必修課程， 是農(nóng)業(yè)建筑環(huán)境與能源工程專業(yè)、新能源工程專業(yè)的一門必修專業(yè)基礎(chǔ)課，對(duì)該課程的學(xué)習(xí)是學(xué)生進(jìn)行農(nóng)村能源建設(shè)、沼氣技術(shù)推廣的一個(gè)入門環(huán)節(jié)。 在教學(xué)過程中，往往是結(jié)合具體的沼氣工程項(xiàng)目構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容體系。 理論知識(shí)的傳授是基礎(chǔ)，理論指導(dǎo)下的實(shí)踐操作技能是拓展。 課程內(nèi)容涵蓋了建筑材料、建筑常識(shí)、建筑工藝、沼氣發(fā)酵基本原理及發(fā)酵條件、沼氣池運(yùn)行管理、沼氣用具及設(shè)備和沼氣利用等多個(gè)方面的內(nèi)容[8]，教學(xué)過程中融理論學(xué)習(xí)和技能培養(yǎng)于一體，因此，對(duì)其教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方法和教學(xué)模式等幾個(gè)方面對(duì)課程進(jìn)行教學(xué)改革，將為農(nóng)林院校中的農(nóng)工交叉課程的教學(xué)提供了借鑒[9]。

2.2 沼氣工程“四全課程”模式的改革方式

打造基于沼氣工程與技術(shù)課程的“四全課堂”，第一步就是確定課程的內(nèi)容體系。 結(jié)合該課程的具體內(nèi)容和培養(yǎng)目標(biāo)， 確定該課程的創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系，即從教學(xué)培養(yǎng)方式上入手，營造創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)境，協(xié)調(diào)軟硬件資源配置[10]。結(jié)合“四全課堂”課程實(shí)施流程，沼氣工程課程組對(duì)授課內(nèi)容進(jìn)行了梳理， 并按照復(fù)習(xí)舊課、課前主題引入、知識(shí)構(gòu)成梳理、課程講授、互動(dòng)環(huán)節(jié)設(shè)置和課后思維發(fā)散這6 個(gè)環(huán)節(jié)整理了教案，確保課程進(jìn)行中環(huán)環(huán)相扣，重點(diǎn)突出。

“四全課堂”的第二步是確定參與人員，這里指的全員不止包括學(xué)生，還包括學(xué)校及社會(huì)等方方面面的相關(guān)人員參與[11]。就沼氣工程課程而言，其與當(dāng)今強(qiáng)調(diào)的“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)高度契合，是全社會(huì)都應(yīng)該廣泛關(guān)注，且高度支持的課程。 因此，在授課過程中，要從思政角度， 讓學(xué)生明白沼氣工程技術(shù)的重要性，尤其是對(duì)鄉(xiāng)村振興、生態(tài)文明建設(shè)的重要意義。 同時(shí)，沼氣工程技術(shù)是一門多學(xué)科交叉融合的課程，內(nèi)容涉及微生物、工程建設(shè)和生理生化調(diào)控等，相應(yīng)的其參與人員也要求來自各行各業(yè)。 因此，在授課過程中，除了任課教師的課堂講授， 還可以邀請(qǐng)研究型人員，來進(jìn)行基礎(chǔ)理論研究的講解，也可以邀請(qǐng)企事業(yè)單位的一線工作人員，對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐中的實(shí)際問題進(jìn)行剖析。

“四全課堂” 改革的第三步是課程教學(xué)過程中的進(jìn)階機(jī)制建立。 這也是課堂的“全息”要素。 在課程的最初階段，是探索思考的階段，教師引入課堂教學(xué)內(nèi)容， 學(xué)生通過對(duì)具體概念和直觀結(jié)構(gòu)圖等知識(shí)的學(xué)習(xí)，開啟對(duì)沼氣生產(chǎn)技術(shù)的具象和抽象的認(rèn)知，并通過師生之間、同學(xué)之間、線上線下等多途徑的交流，開展對(duì)沼氣工程技術(shù)的探索和思考。

“四全課堂”實(shí)施的最后一步是全效考評(píng)，改變單一的閉卷考試形式，融入課堂測(cè)驗(yàn)、文獻(xiàn)綜述、翻轉(zhuǎn)課堂、分組展示等考評(píng)環(huán)節(jié)，對(duì)學(xué)生的語言表達(dá)、知識(shí)積累、技能運(yùn)用等方面進(jìn)行全方位的考核。學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和參與感明顯提升，大大促進(jìn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)成效。

3 結(jié)語

新工科背景下，新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革來勢(shì)洶洶，如何支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，是所有教育工作者和科研工作者的工作重點(diǎn)。 新工科的發(fā)展和實(shí)踐也為農(nóng)林院校的農(nóng)業(yè)工程學(xué)科發(fā)展帶來了挑戰(zhàn)和機(jī)遇。 “全程、全員、全息、全效”模式下的“四全課堂”成為農(nóng)林院校的農(nóng)業(yè)工程學(xué)科走工農(nóng)融合發(fā)展道路的有益探索，通過與農(nóng)業(yè)工程學(xué)科農(nóng)業(yè)建筑環(huán)境與能源工程專業(yè)基礎(chǔ)課沼氣工程的課程相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)教學(xué)模式改革創(chuàng)新、教學(xué)方法融會(huì)貫通和教學(xué)成果多元考核等幾個(gè)方面的改革，為新工科背景下農(nóng)林院校農(nóng)業(yè)工程學(xué)科的人才培養(yǎng)提供了借鑒。