基于新農科新工科融合的農業機械化及其自動化專業課程體系改革

關鍵詞：新農科；新工科；農業機械化及其自動化；教學改革

0 引言

我國鄉村振興戰略的實施，對農業發展和農業技術人才培養提出了更高的要求?，F代農業是農業生物、機械電子、水土、信息、能源等工程技術的綜合運用。機械化、自動化、信息化、智能化技術創新成為現代農業發展的重要驅動力，是產業轉型升級過程中服務農業發展的重要力量。高端農業裝備已被列入《中國制造2025》規劃重點發展領域；現代農業建設是一項龐大的系統工程，需要一批工農結合，既懂得農業知識又掌握現代工程技術手段的農業工程技術創新人才[1-3]。

高等農業院校農業機械化及其自動化（以下簡稱農機化）專業是培養高素質和綜合能力強的農工結合的農業工程技術創新人才主體，華中農業大學工學院農機化專業已有60余年辦學歷史，傳統農機化專業課程體系所提供的知識結構已經不能適應新經濟和新業態對農機化專業人才的創新能力和綜合素質的需求，無法實現從傳統的農業生產裝備向資源、環境與生態等領域的拓展與延伸，無法培養高素質拔尖人才。隨著新一輪科技革命、產業變革和現代農業的發展，新方法、新技術、新領域不斷涌現，人工智能、物聯網、大數據等的應用，為農機化專業提供了更多的發展機遇，已成為當前農機化專業人才培養課程體系改革亟待解決的重要現實問題。

新農科建設是在“卓越農林人才教育”的基礎上，立足農業科技進步和農林產業發展需求，用現代生物技術、信息技術、工程技術等現代科學技術改造提升現有涉農專業，大力推進農林類緊缺專業人才培養的重大行動計劃[4-5]。

新工科建設是在“卓越工程師教育培養計劃”的基礎上，為應對新一輪科技革命和產業變革，加快培養新興領域工程科技人才，改造升級傳統工科專業，提出的一項持續深化工程教育改革的重大行動計劃[6]。

新農科和新工科都是基于新時代面向新經濟發展和產業升級需求，用現代科學技術改造提升現有專業的多學科交叉融合發展建設，是高等教育應對科技革命和國際競爭挑戰的戰略性選擇，成為引領我國高等教育改革創新的標志性舉措[7-9]。因此，在新農科建設需求和新工科發展背景下，探索農機化專業技術人才的知識和能力要求，建立拓展傳統農機化專業內涵的課程體系，對培養科學基礎厚、視野開闊、知識結構寬、創新能力強和綜合素質高的現代農業領軍人才具有重要意義。

1 主要問題

傳統農機化專業的培養體系與新經濟時代不相適應的矛盾日漸突出，課程設置不合理，導致畢業生難以滿足現代農業生產對農機化專業技術人才所應掌握農業生物、機電、信息等多技術融合的復合型人才需求的困境。

（1）偏重專業教育，知識結構的系統性不足。過多強調專業課程教育內容，忽視基礎自然科學知識、人文修養、思政、創新創業教育等課程學習；注重專業理論與專業技能的傳授，忽略學生社會實踐、社會活動、經營管理等綜合素質方面能力的培養，不能形成技術、科學、人文等全面合理地健全知識結構體系[10]。

（2）課程設置偏向工科，現代農業知識授課不足。培養目標與工科的人才培養目標趨同，課程設置過多偏向機械、機電等通用專業的課程設置，在農學、畜牧學、生命科學和園藝果樹學等農藝課程方面設置缺乏，致使學生對農業生物和生命體的基本知識不了解，專業知識與農科知識結合不緊密。

（3）教學內容陳舊，新知識補充不足。課程體系設置滯后，教學內容陳舊、重復，缺乏對涉及人工智能、大數據分析、生物技術等面向未來的信息化、智能化及交叉融合知識的傳授，對物聯網、智慧農業等新興產業急需的新實踐技能培訓不足，跟不上社會行業經濟的發展要求，培養的畢業生進入社會后往往因所學知識和技能跟不上時代要求，崗位適應期增長[11]。

（4）強調基礎理論知識，實踐教學欠缺。專業教育以理論教學為主，實踐教學只是理論教學的一個環節和補充；實踐教學側重于對所學專業理論知識的驗證和演示，缺乏對學生探索性、創造性、創新性能力的培養，也缺乏對新技術、新方法應用技能方面的培養，與工程實踐脫節、與產業需求脫鉤[12]。

綜上所述，現有農機化專業課程體系所提供的知識結構不能適應新經濟和新業態的需求，無法實現從傳統的農業生產裝備向資源、環境與生態等領域的拓展與延伸。在新農科和新工科建設快速發展契機下，本研究立足對接農業創新發展新要求，推進農機化專業課程體系優化改革，滿足對人才的學科交叉融合能力、工程實踐動手能力、創新創業能力、自主學習能力，以及人文素養、社會責任素質的要求。

2 改革目標

結合國家戰略和農業產業發展需求，以服務現代農業生產，塑造“知農、愛農、強農、興農”復合型工程技術創新人才為目標，以立德樹人為根本，突出創新導向、特色導向、實踐導向，用現代科學技術改造提升農機化專業，拓展學科內涵，綜合農業院校工科專業的交叉融合特點，對接農業創新發展新要求，形成與農、理、文等學科的深度交叉融合。培養科學基礎厚、視野開闊、知識結構寬、綜合素質高，具有社會責任感、創新精神和實踐能力的現代農業領軍人才，滿足新時代對大農業、新農村和新業態建設發展與生產經營管理人才的全面需求。讓學生在掌握農業機械設計、制造及其自動化的基礎理論與系統的專業知識基礎上，既具備開展農業工程領域新工藝、新裝備、新技術的科研、開發和推廣能力，又了解本學科前沿與發展趨勢，以適應新形式、新變化對具備新的知識儲備和工作技能的新農科人才的需求。

3 改革途徑及構建實踐

把握農機化專業自身的屬性和特色，瞄準新興產業需求和新農科新工科要素，凸顯校本特色、工農融合、技術引導；加強課程體系整體設計，拓展學科內涵，打破學科邊界，多途徑增加課程總量以拓寬專業領域；注重課程的前沿性、交叉性、研究性和綜合性，課程設置涵蓋機械化、自動化、數字化、智慧化和智能化；將教學、科研、思政相結合，科教協同，建設專業知識凝練、案例豐富、覆蓋農業生產全過程的知識體系。

開設通識課程、學科前沿課程、科研成果案例課程等類別的新課，構建如圖1所示的文理農通基礎、專業基礎、專業特色和實踐教學4大課程類別的課程體系，促進知識、能力、素質有機融合?；谖睦砘A課、農業基礎知識課、專業基礎課、工程基礎課、智慧農業課、涉農專業課、學科前沿課、創新創業訓練、專業技能訓練及通用技能訓練等課程，開展通識教育、專業教育、拓展教育和實踐教育。以培養具備綜合掌握農業基礎知識、涉農工程技術、農業生產專業技術和工業生產共性技術等知識內涵的涉農工程技術創新人才。

3.1 凸顯校本特色，開設涉農課程

依托生物、畜牧、作物、農經和園藝等一流學科群，開設農業概論、農業物料學、農村能源和農業生物技術基礎等農業知識類基礎課程，強化農業大學工科對農業生物和生命體了解的基本知識，促使學生了解國情、農情。建設農業工程概論、農業設施環境控制等體現新農科特質、應用性強的素質教育類通識課程，以適應社會發展需求、滿足社會不同層面及不同領域的基礎理論知識和技能要求。依托農業工程一級學科在現代農業裝備設計與開發、示范與應用、性能測試等方面的研究積累，開設農產品加工機械、農業機械學和畜牧機械等工農結合專業課程，讓學生熟悉農業生產相關工程技術，掌握農業生產核心工程技術。

3.2 凸顯智慧新農科特色，開設前沿課程

立足新一輪科技革命，與時俱進，根據專業面向農業信息化、智慧農業的發展，開設具有學科交叉、知識前沿、產業需求的系列課程，擴充開放性專業選修課程，共增設農業無人化概論、智能制造等20多門新課程。優化補充前沿性知識，更新數字農業、智能制造和農業機器人等新產業相關理論和實踐教學內容，并與無人農場、數字農業、智能導航和農業生產機器人等學術前沿、熱點及動態結合起來，完善課程體系。讓學生既具備開展農業工程領域新工藝、新裝備、新技術的科研、開發及推廣能力，又了解本學科前沿與發展趨勢。

增設傳感器與檢測技術、數字圖像處理、機器人技術基礎、農業機器人、農業無人化概論、智能制造、納米技術導論、仿生技術概論、微型加工技術和Python語言程序設計等智能檢測、無人駕駛、智能制造等新產業、新科技相關課程。增設人工神經網絡和深度學習、農業物聯網、物聯網技術與裝備和互聯網大規模數據處理等信息技術和工程技術交叉與應用結合方面的課程。重視現代生物技術、信息技術和工程技術等交叉與應用結合，增設精準農業、生物生產機器人等新型交叉融合類課程。

3.3 凸顯工程應用特色，開設創新性實訓實踐類課程

針對現代農業生產技術實踐性強的特點，積極鼓勵教師充分利用科研基地、科教平臺、科研項目等校內外資源開發課程、教材、案例、實驗項目、專題講座和學生論文等教學資源，構建以包括課程實驗、課程設計、生產實習和畢業設計等課內實驗實踐教學為主、以課外興趣驅動的學科競賽、科技創新活動等實踐訓練為補充的工農結合的實驗實踐教學體系，通過場景轉換、教學方式的轉換，激發學生的好奇心，以促進知識、能力、素質的有機融合，培養學生解決復雜農業問題的綜合能力和高級思維。

增強利用軟件輔助設計、計算、分析工程問題的動手能力及增材制造新技術的運用能力，增設Matlab基礎與應用實驗、有限元基礎與應用實驗和3D打印技術實驗等實驗類課程。

以實驗室已有的典型機械產品（插秧機、蛋品分選機、營養缽制缽機）為對象，開設機械設計綜合訓練實訓類課程；應用反求工程原理，理解其工作原理、弄清其機構傳動，拆裝機械結構，測繪關鍵零部件，使用三維設計軟件重構機械結構，進行三維運動仿真，獲取零部件三維曲面信息，采用曲面擬合技術，重構復雜零部件三維數字化模型，并用3D打印機打印出實物模型，彌補大學生實踐能力不足、缺乏實際工作經驗的缺憾。

依托農業農村部長江中下游農業裝備重點實驗室、農業農村部油菜全程機械化生產科研基地、農業農村部柑橘全程機械化生產科研基地及優勢農作物機械化生產技術與裝備湖北省工程實驗室等特色科教平臺，以無損檢測技術、高速插秧機、縱軸流聯合收獲機和漏播檢測系統等代表性技術和農業裝備為對象，以培養學生綜合解決農業生產工程實際問題的能力為目標，開設拖拉機和作業機具認知與操作實踐、農機裝備智能化技術與實踐、農業機械操作實訓和油菜全程機械化等綜合型、創新性、開放式的實踐實訓課程，培養學生實踐創新能力。

將教師科研經歷轉化為教學內容，立項建設雞蛋品質無損檢測技術研究、工業機器人分析與操作實驗、機器視覺變量噴霧技術的應用、計算機視覺的咸蛋檢測及分選技術、傳感器與測試儀器的工程應用和機械創新設計與制作案例分析等科研案例課程和創業案例課程，以提高學生科研創新素養，激發學生創新實踐興趣，培養學生解決制約行業發展瓶頸問題的意識。

立足培養造就科學素養與工程能力并重，抓創新創業課程建設，推進專創融合，新開設大學生創新創業基礎和農業工程創新創業實踐課程，積極鼓勵學生參加大學生科技創新項目、機械創新設計大賽、智能農業裝備大賽及農業建筑/生物環境與能源工程創新大賽等國際國內各級各類實訓實踐競賽活動，培養學生資料收集、問題分析、方案設計、試驗試制、改進優化和科技創新等綜合實踐能力，增強創新創業綜合素養、責任擔當意識和團隊合作精神，使學生獲得創新創業訓練體驗。

3.4 增進愛農意識及人文法治素養，開設通識類課程

為了培養具有高度社會責任感和國際視野，秉承中華民族傳統美德和引領社會發展的高素質創新人才，貫徹《教育部辦公廳等四部門關于加快新農科建設推進高等農林教育創新發展的意見》要求，開設耕讀路上課程，作為農機化專業學生的必修課，開設環保酵素生態種植勞動教育課程，發揮耕讀教育樹德、增智、強體和育美等綜合性育人功能，培育學生愛農知農為農素養。此外，推動專業教育與思政教育深度融合，增設工程倫理通識課程，引導學生理解工程技術人員應該遵守的工程職業道德和規范，維護社會公平和正義，促進可持續性，體現工程的歷史責任和社會責任。開設系列寫作與溝通課程，致力于培養學生治學道德與學術規范，提升表達與溝通能力，增強邏輯與批判性思維。

4 改革成效

打破延續多年的農機化課程知識體系，對課程體系改革和實踐，在提高學生學習的積極性和主動性，激發教師教學熱情和提升教學水平，開闊學生視野，培養學生創新思維和實踐能力等方面取得了較為顯著的效果。

4.1 多元化教學促進教學效能不斷提高

采用慕課、在線直播及優質在線課程教學資源等多元化教學模式，既營造了良好的課堂教學環境和氣氛，激發了學生的學習興趣和積極性，保證教學的有效性，又將傳統的課堂教學轉變為具有時空延伸特點的網絡互動教學，提升了課堂教學效果和學生的學習效果。

4.2 教學改革促進教學水平不斷提升

教師的研究意識不斷加強，積極參與課程教學改革，多渠道申報了實踐創新課程、虛擬仿真實踐教學課程、慕課等各類教改項目共計21項，探索開展項目教學、案例教學、場景教學等多種教學模式，教學質量不斷提升，2020、2021和2022年學生評教平均分分別為4.80、4.819和4.833。

4.3 學生實踐創新能力不斷強化

科研興趣、科研問題和研究實踐為核心的教學方式，在啟發學生科學思維的同時，提升了學生分析問題、解決問題的能力，2021和2022年，學生申報大學生科技創新項目、省創新計劃、創新創業訓練等項目熱情逐年增加，更多實踐性、創新性強的項目被學生提出，學生參加全國智能農機裝備大賽、湖北省機械創新設計大賽等學科競賽成績斐然，獲得各類獎項共計70余項。

5 結束語

根據現代農業生產技術多學科技術融合的特點，在新農科、新工科建設快速發展契機下，立足多元發展、協同發展，重新審視優化創新型、復合型和應用型的農機化專業技術人才培養目標，全面推進課程體系改革。做到學生知識、能力、素質的同步培養，開展基于知識、能力、素質的模塊化課程體系的改革，培養學生利用先進技術方法與手段解決復雜農業工程問題的綜合能力。