新工科背景下多學科交叉融合的農業(yè)工程人才培養(yǎng)模式改革與探索

陳思羽，劉春山，楊傳華，崔 波，李憲芝，姜永成

(1.佳木斯大學 機械工程學院，黑龍江 佳木斯 154007；2. 營口理工學院 機械與動力工程學院，遼寧 營口 115014 )

0 引言

為進一步加強科技革命與產業(yè)變革，加大創(chuàng)新驅動發(fā)展，制定了一系列國家戰(zhàn)略。教育部積極推進新工科建設，2018年在河南省各高校新增160多個新專業(yè)，主要以數(shù)據(jù)學科與大數(shù)據(jù)技術、機器人工程兩個專業(yè)為主。2018年廣東部分高校在大二經(jīng)過校內選撥，通過轉專業(yè)方式可進入新工科專業(yè)學習，提高了新工科專業(yè)的學生質量[1]。佳木斯大學機械工程學院近年來也逐步加大新工科的建設力度。

農業(yè)智能化發(fā)展是必然趨勢，應在傳統(tǒng)農業(yè)工程學科的基礎上，增加智能控制技術，如自動控制技術、智慧農業(yè)技術、物聯(lián)網(wǎng)技術、通信工程和管理工程等學科，形成多學科交叉融合的新工科農業(yè)工程學科，為此迫切需要培養(yǎng)具有多學科交叉融合的農業(yè)工程新工科應用型人才。因此，各高等院校應大力推進適應新形式的人才培養(yǎng)模式與改革研究，培養(yǎng)具有符合當前新工科的工程應用人才。在新工科多學科交叉融合的大背景下，農機專業(yè)人才培養(yǎng)目標應轉向智慧農業(yè)管理、農業(yè)大數(shù)據(jù)挖掘、農機農藝結合和農產品品質智能檢測等方面，培養(yǎng)學生具有現(xiàn)代智能化農業(yè)機械設計、農藝過程分析與管理等“硬”本領，又要具有系統(tǒng)工程思想方式，具有農業(yè)現(xiàn)代化設計思想、田間大數(shù)據(jù)分析、農作物種植過程中農藝規(guī)劃設計能力、多維度技術人才。因此，使農機專業(yè)具備新工科的特點，體現(xiàn)出交叉學科復合型工程人才培養(yǎng)體制改革與實踐的典型性。

本文以佳木斯大學機械工程學院農業(yè)機械化及其自動化專業(yè)為示范點，尋求最佳的建設和發(fā)展新工科的途徑，完善本專業(yè)的職稱結構和人才布局，培養(yǎng)新時代所需的多維度高端人才，培養(yǎng)具有工程實踐能力和創(chuàng)造意識、智慧化思維和跨學科多維度的新工科人才，對新工科人才培養(yǎng)改革經(jīng)驗積累具有重要意義。

1 整合課程體系創(chuàng)建多學科交叉融合人才培養(yǎng)模式

課程體系的建設要與生產實際緊密結合，要有目的、有計劃和有針對性地培養(yǎng)應用型人才。目前，只有明確人才市場所需，在培養(yǎng)模式和優(yōu)化課程結構時，才能緊跟時代發(fā)展步伐[2]。

佳木斯大學機械工程學院農機工程系設有農業(yè)機械化及其自動化專業(yè)和農業(yè)電氣化專業(yè)，與傳統(tǒng)農機專業(yè)相比，新工科背景下農機專業(yè)應呈現(xiàn)出多學科交叉融合特點，應與信息技術、地面遙感和地理學科交叉融合，培養(yǎng)出既有農業(yè)機械技術又具有自動化、智慧化和信息化的多學科交叉融合的智能型人才，建立智能型人才培養(yǎng)模式及課程體系，為農業(yè)優(yōu)質、高產和高效作業(yè)提供最優(yōu)的服務。例如，原農機專業(yè)傳統(tǒng)的培養(yǎng)方案機械類課程偏多，在課程配置方面，新工科培養(yǎng)方案體現(xiàn)出自動化控制技術課程的重要性，既要提高傳統(tǒng)自動控制課程，還要設置物聯(lián)網(wǎng)、云平臺技術和智慧農場等課程內容。在選修課程可以設置智能農業(yè)方法的課程，其主要目的是為提高學生自主學習能力，更好地把理論教學和項目化教學有機融合，為農機專業(yè)的工程認證奠定基礎。

農業(yè)工程專業(yè)是一個綜合性的交叉學科，是現(xiàn)代科學技術與農業(yè)產業(yè)化、現(xiàn)代化的有機結合。根據(jù)農機專業(yè)的特色，其涉及到農業(yè)機械化設計、農業(yè)電氣配備、農業(yè)水利工程、田間種植管理、土壤學、信息技術、遙感技術等專業(yè)知識，強調“無界限制”，在新工科背景下，統(tǒng)籌所有資源、加強學科之間聯(lián)系，培養(yǎng)復合型創(chuàng)新人才。

通過多學科交叉融合和其他院校的實際情況，制定和優(yōu)化農機專業(yè)人才培養(yǎng)的組織結構，如圖1所示。在上級部門教務處的統(tǒng)一安排下，依托理學院、機械工程學院和信息電子學院等教學部門，分為通識基礎教學單位、工程基礎類教學單位、專業(yè)必修和選修學院內部教學單位及專業(yè)選修學院外部教學單位四個部分。其中通識基礎教學單位主要依托理學院、馬克思主義學院、外國語學院和體育學院，工程基礎類教學單位主要依托學院工學基礎部，專業(yè)必修課和選修課主要依托學院農機工程系和機械工程系，專業(yè)選修課主要依托人文學院、信息電子學院和音樂學院。

圖1 新工科農機專業(yè)人才培養(yǎng)組織結構

2 基于復雜問題的農機專業(yè)課程體系

農業(yè)工程面向農業(yè)生產實際問題，具有復雜性和不可控性。因此，在編制課程體系過程中，要考慮引導學生從工程實際出發(fā)，從各農場及田間存在的實際問題出發(fā)，積極選擇相關課程，從而不斷修改專業(yè)培養(yǎng)計劃。另一方面，注重教師學歷結構和知識結構優(yōu)化，引進具有不同專業(yè)背景、具有不同工程經(jīng)歷的行業(yè)高端人才為校外導師，并在授課過程中，探索項目化教學、問題引導式和互動討論式的教學模式[3-4]。

2.1 針對復雜農業(yè)問題的專業(yè)課程設置

農業(yè)工程實際應用問題較為復雜，經(jīng)常涉及到多領域，如機械設計制造、控制工程、大數(shù)據(jù)處理和云平臺技術等，每個階段都涉及到不同的學科交叉，因此在新工科背景下，農業(yè)機械化及其自動化專業(yè)的課程設置，要考慮從解決復雜農業(yè)問題角度出發(fā)，強調解決現(xiàn)有疑難問題，尋求更好地解決問題途徑。

農業(yè)的主要問題是機械化程度低，大多數(shù)地區(qū)仍然采用傳統(tǒng)耕作技術，機械化水平低，勞動生產率不高，化肥使用品種及數(shù)量不當，優(yōu)良品種推廣面積有限。耕地質量退化，我國水土流失面積大，耕地缺少有機質，空氣污染、灌溉水污染、酸雨等因素對農業(yè)發(fā)展均構成影響。為此要引導學生從農業(yè)需求和糧食安全兩方面入手，發(fā)現(xiàn)農業(yè)機械化存在的問題，糧食安全存在的隱患。進而根據(jù)農業(yè)機械裝備和農藝生產過程，在每個環(huán)節(jié)精心設計和管理，通過實際問題分析，尋求相關課程解決對應問題，制定農業(yè)工程專業(yè)課程體系，如圖2所示。

圖2 面向復雜農業(yè)問題的農業(yè)工程專業(yè)課程設置

2.2 針對復雜農業(yè)問題的跨學科教學模式制定

根據(jù)圖2的專業(yè)課程設置，考慮到復雜農業(yè)問題，采用“校內—校外”“企業(yè)—高校”和“田間—實驗室”三種方式，進行全方位的教學模式改革。邀請校外導師負責結合實踐和田間需求進行項目化教學，校內教師傳授基礎概念、工作原理和基本操作等知識。同時，基于新工科的要求，在農業(yè)管理與控制的課程中引入自動控制專業(yè)學歷的教師，在農業(yè)機械設施的課程中引入智能控制專業(yè)學歷的教師。

此外，在教學模式上，注重項目化教學方式，以校企合作項目為導入點，解決實際問題為出發(fā)點，分小組討論式分析問題、解決問題和探索新思路。在采用小組間討論式時，對比各自的方法和思路，找到最佳解決問題的方案。在討論過程中，可以相互學習，拓寬知識面，在辯論中潛移默化的強化知識要點。

3 結論

新工科主要強調培養(yǎng)具備跨學科和跨領域綜合性人才培養(yǎng)目標，考慮新技術和新產業(yè)對工程新型人才的需求，學院結合地域優(yōu)勢、自身特點和辦學特色，將現(xiàn)有農業(yè)機械化及其自動化專業(yè)課程設置進行調整，培養(yǎng)學生以創(chuàng)新能力和實踐能力為主，建成一個跨學科、跨領域和跨時空的新工科農機專業(yè)，優(yōu)化傳統(tǒng)工科專業(yè)，以新工科多學科交叉融合培養(yǎng)具有智慧技術專業(yè)背景的綜合型農機類人才。