新工科背景下農林院校農業工程學科“四全課堂”初體驗

張志萍 李亞猛 李攀攀 李 剛 張全國

（河南農業大學<機電工程學院>，河南 鄭州 450000）

0 引言

為主動應對世界范圍內的新一輪的科技革命和產業變革， 支撐服務創新驅動發展等一系列國家戰略，自2017 年2 月以來，教育部就積極推進新工科建設， 并于2018 年首批認定了612 個大學的新工科研究項目，涵蓋了幾乎全部雙一流大學的老牌的傳統優勢工科專業，而研究項目計劃外的非雙一流高校的新工科要如何建設，尤其是在農林院校中的工科專業側重點又要如何落腳呢？ 發展工農融合的新工科建設應運而生。

廣義的新工科，就是把傳統手動的工科技術全部換成現代化的、自動化的技術，新工科的建設是高等教育對未來工程發展的新態勢的回應，也是國家科技創新和產業變革的突破。 在新工科的建設過程中，人才培養模式是基礎，因此，必須更新新工科建設過程中的人才培養理念，重新確定人才培養目標和優化知識結構。 針對這一要求，大連理工大學高等教育研究院圍繞新工科的人才培養新模式進行了探討，構建了新工科的人才培養新模式，以學生為中心，反向設計課堂， 構筑起了全方位復合型人才培養的知識架構，積極推進產教融合、多學科交叉融合等[1]。 作為農林院校的工科學院與工科專業，在授課過程中，新型農機裝備、 新能源和功能材料等專業都屬于新工科的范疇。 作為更強調實用性、交叉性與綜合性，尤其重視信息通訊、電子控制與軟件設計等新技術向傳統工業技術融合的新工科，與農業工程一直強調的“用工業的思路發展農業”不謀而合。 如何實現新工科背景下農林院校農業工程學科的更好更快發展，本文作者進行了農業工程學科“四全課堂”的探索。

1 農業工程學科“四全課堂”的內涵

要建立面向農業工程學科的“四全課堂”，首先就要了解農業工程學科的定義和學科對象，把握農業工程學科的特點[2]。 農業工程學科及相關專業是農林院校開展工程教育、培養工科人才的傳統優勢專業[3]。 尤其在全民創新創業的背景下，農業工程類專業具有多學科融合交叉的屬性，易于開展行之有效的學科交叉教育模式，這也是當前高等學校教育的重要任務之一[4]。 開展農業工程學科的創新創業教育模式，會在多學科間產生知識和研究的碰撞，會推動新技術、新知識的產生，這不同于純農業類學科或者純工業類的學科。 同時，這種多學科的交叉也有利于提高學生的創新意識和創新能力，增強學生將多學科知識融會貫通的能力。 因此，農業工程學科必須要立足優勢，開展全新的教學模式。 針對農業工程技術的發展方向和發展重點，為了適應全球發展的新變化，在新工科背景下，農林院校農業工程類專業的“四全課堂”探索勢在必行。

“四全課堂” 即融合了多種先進教學儀器設備和教學手段方法的“全程、全員、全息、全效”課堂，通過全方位、互動式學習，讓學生在積極的學習氛圍中不斷達成學習目標。 “四全課堂”的實施主要包括6 個環節的內容，復習舊課、課前主題引入、知識構成梳理、課程講授、 互動環節設置和課后思維發散。 “四全課堂”中的“全程”就是指教學中的過程化管理，不是只關注學習結果，還要掌控整個教學過程，包括課程實施這6 個方面的全部內容，環環相扣、徐徐展開。 “全員”指的是在教學過程中要以人為本，因材施教，教學過程中的各個環節每個人都要參與。 “全息”是指在人才培養過程中要全方位育人，即培養德智體美勞全面發展的新工科人才， 全息育人過程具有漸進性的特點，是一個漸進的過程，需要在教育過程中日復一日地滲透和熏陶[5]。 “全效”是有效教學基礎上的一種新的教學理念，本質是追求教學的效率、效果和效益[6]。基于課堂、延伸課外，即調動課堂教學中的一切有利因素，提高學習效果和效率，轉變教學方式，鍛煉學生的思考能力[6]。 總體來說，“四全課堂”的邏輯關系就是以全員為基礎，全程、全息和全效相結合，將學生、教師、環境、資源、方法等各個教學要素統一起來，形成合力，調動學生的學習主動性，將教學內容與教學情境融合，教學方法與教學內容融合，做到有效教學，高效育人[7]。

從“四全課堂”包含的各要素可以看出，“四全課堂”的建設與習近平總書記所強調的“全員育人、全過程育人、全方位育人”的育人機制高度吻合，是該教育模式在農林院校的有益嘗試。

2 農工交叉課程沼氣工程的“四全課堂”教學改革初探

2.1 沼氣工程課程的具體內容

沼氣工程課程是農業工程學科相關專業的一門專業必修課程， 是農業建筑環境與能源工程專業、新能源工程專業的一門必修專業基礎課，對該課程的學習是學生進行農村能源建設、沼氣技術推廣的一個入門環節。 在教學過程中，往往是結合具體的沼氣工程項目構建教學內容體系。 理論知識的傳授是基礎，理論指導下的實踐操作技能是拓展。 課程內容涵蓋了建筑材料、建筑常識、建筑工藝、沼氣發酵基本原理及發酵條件、沼氣池運行管理、沼氣用具及設備和沼氣利用等多個方面的內容[8]，教學過程中融理論學習和技能培養于一體，因此，對其教學內容、教學目標、教學方法和教學模式等幾個方面對課程進行教學改革，將為農林院校中的農工交叉課程的教學提供了借鑒[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課程的“四全課堂”，第一步就是確定課程的內容體系。 結合該課程的具體內容和培養目標， 確定該課程的創新實踐教學體系，即從教學培養方式上入手，營造創新實踐環境，協調軟硬件資源配置[10]。結合“四全課堂”課程實施流程，沼氣工程課程組對授課內容進行了梳理， 并按照復習舊課、課前主題引入、知識構成梳理、課程講授、互動環節設置和課后思維發散這6 個環節整理了教案，確保課程進行中環環相扣，重點突出。

“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生，還包括學校及社會等方方面面的相關人員參與[11]。就沼氣工程課程而言，其與當今強調的“碳達峰、碳中和”目標高度契合，是全社會都應該廣泛關注，且高度支持的課程。 因此，在授課過程中，要從思政角度， 讓學生明白沼氣工程技術的重要性，尤其是對鄉村振興、生態文明建設的重要意義。 同時，沼氣工程技術是一門多學科交叉融合的課程，內容涉及微生物、工程建設和生理生化調控等，相應的其參與人員也要求來自各行各業。 因此，在授課過程中，除了任課教師的課堂講授， 還可以邀請研究型人員，來進行基礎理論研究的講解，也可以邀請企事業單位的一線工作人員，對生產實踐中的實際問題進行剖析。

“四全課堂” 改革的第三步是課程教學過程中的進階機制建立。 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，教師引入課堂教學內容， 學生通過對具體概念和直觀結構圖等知識的學習，開啟對沼氣生產技術的具象和抽象的認知，并通過師生之間、同學之間、線上線下等多途徑的交流，開展對沼氣工程技術的探索和思考。

“四全課堂”實施的最后一步是全效考評，改變單一的閉卷考試形式，融入課堂測驗、文獻綜述、翻轉課堂、分組展示等考評環節，對學生的語言表達、知識積累、技能運用等方面進行全方位的考核。學生的學習積極性和參與感明顯提升，大大促進了學生的學習成效。

3 結語

新工科背景下，新一輪的科技革命和產業變革來勢洶洶，如何支撐服務創新驅動發展，是所有教育工作者和科研工作者的工作重點。 新工科的發展和實踐也為農林院校的農業工程學科發展帶來了挑戰和機遇。 “全程、全員、全息、全效”模式下的“四全課堂”成為農林院校的農業工程學科走工農融合發展道路的有益探索，通過與農業工程學科農業建筑環境與能源工程專業基礎課沼氣工程的課程相結合，實現教學模式改革創新、教學方法融會貫通和教學成果多元考核等幾個方面的改革，為新工科背景下農林院校農業工程學科的人才培養提供了借鑒。