農林類大學“先進制造技術”教學方法探索

范 維

（華中農業大學工學院，湖北 武漢430070）

為迎接“中國制造2025”“互聯網+”等一系列國家戰略帶來的新一輪科技革命與產業變革，自2017年2月起，教育部分別組織各大高校舉行新工科建設研討會，形成了新工科建設“復旦共識”“天大行動”“北京指南”[1]，在全國高校深入地系統地探索和開展新工科教育新模式和新方法[2]。

“先進制造技術”是工科專業特別是機械工程專業的一門專業核心課程，通過先進制造技術的學習，學生能夠在傳統制造領域基礎上融合信息技術（計算機與通信、控制理論、人工智能等）、電子、能源以及現代管理理念，并將其應用于產品設計、制造、檢測乃至回收的全生命周期，先進制造技術課程既可以為農業工程領域培養專門的人才，又可以為學生學習和理解交叉學科專業課如機械制造工藝、自動控制理論、農業機械學以及前沿的人工智能等提供良好的基礎[3]。

現階段農林類大學的“先進制造技術”課程與“新工科”建設的要求還存在差距，必須進行教學改革探索，以期適應“新工科”對培養創新型卓越工程科技人才的要求[4]。首先，應以人為本考慮面向未來農業和制造業領域的人才應該具備何種新素質[5]，而目前學生若需要具備這些新素質，授課教師應該開展先進制造技術課程的邊界再設計和課程內容重構等，并結合農林類大學的農業背景優勢，提出在先進制造技術課程教學中的新結構和新方法。

1 農林類大學先進制造技術課程內容重構

傳統先進制造技術在農林類大學的授課通常是圍繞工程領域的先進制造各主流技術和系統，但普遍存在專業劃分偏窄、偏細，缺乏交叉性，人文基礎不夠等問題，對學生的工程創新和實踐能力培養有所不足[6]。

1.1 課程邊界與時俱進——淬煉學生的綜合素質和專業素養

當前，我國農、工業正面臨“工業4.0”“工業互聯網”等國外新興技術革命戰略的挑戰，制造業與互聯網的深度融合要求工程領域人才具有交叉學科的知識和能力。但農業大學的教材和授課內容仍然存在專業劃分偏細、知識落后、與實踐脫節等問題。先進制造技術的核心和基礎是制造業與自動控制、智能傳感、快速成型等技術的結合，但所講授知識仍然是以數控機床、柔性制造等工業應用技術為主，而在農業工程領域新興的熱門，比如，人工智能、大數據和物聯網等產生的智慧農業、無人農場等方向少有涉及；VR、AR等虛擬現實技術對農業環境的生產收獲過程模擬仿真更容易引起學生興趣，但涉及內容較少；傳感檢測技術與綠色制造技術等對農業對象無損檢測、農業裝備自動導航與精準控制等具體應用拓展不夠。農林類大學的“先進制造技術”課程，在傳統工科大學的教學目標上，應該在以下方面有所側重：（1）農業機械自動化技術和以工業機器人為代表的機電一體化集成水平，需要針對農業環境下，針對作物、土壤和環境因素對機器人底盤、執行機構、抓取機構等進行區別設計，此部分可以讓學生以機器人技術在農業工程中的應用作為主題寫一篇綜述。（2）現代管理理念。企業資源計劃、生產管理、數據分析和調度是實現精益生產和現代智能制造系統的先決技術條件，在農業生產中亦是迫切需要針對農產品進行信息化管理、溯源追蹤處理和宏觀監控調度安排等，此部分內容可以針對性拓展介紹。

1.2 制造強國之路的理念——塑造學生的責任感和價值感

《易經·系辭》有一句：“形而上者謂之道，形而下者謂之器。”工程類學科的專業課程往往側重于形而下，即各種工程技術本身，導致了許多農林類大學的工科學生在專業課學習中只看到“器”和作用，同時也由于農業工程專業普遍比較辛苦，學生很容易產生專業自卑感，或者眼高手低，只想了解機器人、虛擬制造等高大上的章節內容，而忽視了工科學習的循序漸進和工程實踐。

先進制造技術作為工科學科接觸科技前沿的課程，應引導學生對我國的制造業戰略趨勢和其對國家發展的意義進行思考。讓學生了解我國“智能制造”的發展，也要讓大家了解我們國家底層的伺服驅動、數控系統等仍然受制于人；要讓學生知道工匠精神作為制造業的價值觀，不是空談空論，應該從微納制造的課堂學習、課后作業和考試態度等過程中潛移默化地進行培養。

2 新工科建設先進制造技術新方法

2.1 以項目為導向——培養學生的工程實踐能力

教師授課仍然是先進制造技術教學的根本，但是，授課內容應以實際工程項目為導向，以行業對人才的需求為教學目標。因此，教師授課應充分理解農林類大學制造技術的學習特點、學習方法以及專業的發展方向，力爭先進制造技術的專業課教學認知與工程實踐相統一。在授課過程中，應注重啟發式教學，以普及知識點的方式引導激發學生積極參與學習，定期采用“無領導小組討論”的授課模式。

另外，結合企業實踐是先進制造技術的有力支持[7]。近年來，工學院畢業生就業率保持在95%以上，就業競爭力就來源于工程應用背景。因此，先進制造技術的授課應針對制造行業對人才的需求，采用“訂單式”合作培養模式，聘請行業內高級技術專家或與企業協商，安排學生進企業實習，并聯合制定相應的人才培養方案，對提高學生的自主學習能力、實踐動手能力、語言表達能力、團隊協作能力都具有很好的效果。

2.2 聯合培養方案—提高學生的就業競爭力

先進制造技術屬于工程類理論專業課，在先進制造方向的基礎知識非常廣泛，當有的同學對其中某部分技術難點有意愿深入學習時，很難通過單獨一個教師全盤講授。為培養能力更強的工科學生，可以通過教師授課、企業實踐和SPOC（Small Private Online Course）三種類型教學復合，制定互補的聯合培養方案，最終的課程評分機制也可以綜合考慮各級因素和指標。

對學生在先進制造技術課程學習的評價，需要將實踐打分、SPOC打分和課程評分有效銜接[7]。比如，機器人、智能傳感等與企業結合緊密的技術，可通過實際的農產品自動分揀、禽蛋無損檢測、精量播種等企業實際項目為案例，鍛煉學生分析問題、解決問題的實踐能力，企業指導教師也可以根據工作量、完成度、工作態度三個方面進行打分。

3 結語

面向“新工科”建設，以培養卓越工程師為目標，農林類大學的先進制造技術課程需要與時俱進，深入進行內容重構和教學方法探索。激發學生對中國在“制造強國”之路發展的責任感和使命感，注重交叉學科的綜合能力培養，結合大數據、人工智能等前沿科技領域，引導學生進行工科技術方法與農業應用對象有機結合的思考與探索。以農業工程項目為導向，強化互聯網+與產教深度結合，提高學生分析和解決農業領域中復雜工程問題的綜合能力。