新工科背景下農業工程創新實踐體系建設的思考＊

楊麗麗，王東偉，員玉良，何曉寧（青島農業大學機電工程學院，山東青島 266109）

“新工科”是相對于“傳統工科”的新概念，是基于人工智能、5G、物聯網等新技術驅動下的新領域。“農業工程”中現代化的農業裝備，不僅對作物的整個生長信息、種植模式、土壤特性、環境因子、區域特點、品種特征等相關知識進行全面掌握，還需要在機械研發過程中注入自動控制理論、系統工程、電子信息等專業知識，因而迫切需要以農業機械為核心的多知識體系的創新實踐體系建設。

新工科背景下創新體系建設在多專業多學科多方面受到高校教育者的廣泛關注。比如，曹成茂等[1]針對農業工程類人才培養面臨的問題，從人才培養方案制定、多種人才培養模式、實踐教學體系構建和多元協同培養方式實踐等方面，闡述了以實踐能力為抓手的農業工程類雙創人才培養方法；李宗平等[2]圍繞創新人才培養目標，探索實驗室建設和發展的指導思想；研究高校實驗室在實驗大平臺構建、校企聯合實驗室建設、實驗體系改革、學科交叉融合、科技創新激勵制度、實驗教學質量保障體系及實驗室文化建設等方面的舉措；張伏等[3]以農業工程研究生的創新創業型人才培養模式為研究背景，從學生培養、導師能力提高和培養方案的修訂等方面提出了一系列措施，提高學生的創新創業能力。李海軍[4]在新工科背景下以機電一體化技術課程項目的教學應用實踐為基點，設計不同類型的教學項目和有針對性的項目實施路線，構建考核評價體系,推進并提升了課程建設的質量。這些寶貴經驗都值得學習和借鑒，文章旨在探討在新工科下以農業工程專業群為核心的創新實踐體系建設。

青島農業大學農業工程類專業創新實踐體系建設在研究分析新農業經濟對傳統工科專業人才培養上提出了新的要求，全面打通了制約全程全面發展的農業工程類專業升級改造的實施路徑，構建了以應用為核心、基礎與實踐相結合，思政與專業相融合的應用型農業工程類專業人才培養體系，實現了農業工程類專業向產業發展無縫銜接的應用型方向發展。

工程教育新理念

工程教育新理念是要建立學校、企業、合作單位共建的完善的校企合作課程教學體系，建設一支結構合理、業務精湛、充滿活力的高素質的師資隊伍，形成較完善的基于產學研合作的人才共育機制。

以農業機械化及其自動化專業為核心的專業群、以機械設計與制造基礎為核心的課程群、以智能裝備研發與教學團隊建設的教師群等三群體系重構合成。培養模式構建以通識教育與專業教育結合，實施寬口徑的專業教育；實踐教學與校企合作兼顧，培養學生的科學基礎和工程意識，加強“大工程”觀念；基礎加強模塊，拓寬專業，注重復合，重視能力；技術素質與非技術素質結合，提高綜合素質指導思想。

根據目標與培養模式，首先要保障學生有一個健康的體魄。體育、心理健康及就業指導相關課程總學時136，占課內總學時的5.67%。其次，提高學生的思想意識、道德水準和職業素養。人文社科教育培養學生的倫理道德和社會責任感，提升學生的科學素養和國家情懷，增強學生的思辨力與判斷力。課程思政建設要落實將社會主義核心價值觀融入教育教學全過程的重要舉措，實行“思政+專業”實現課程育人。新工科的內涵不但包括傳統工科與其他學科的交叉融合，也包括一些人文社科學科與專業課程的密切交融。創新體系建設的一個突破點就是把思想價值引領貫穿教育教學全過程，實現全程育人和全方位育人。以《農業機械學》為例，該課程是農業工程專業群建設的專業核心課程，對于學生掌握現代農機裝備的專業知識與前沿技術尤為重要。根據農業機械學課程特色與人才培養目標，在授課過程中引入“農機文化”與“工匠精神”兩個重要思政元素。“農機文化”是指在機械化進程中形成的一種基本精神，以特有內涵的軟性優勢，潛移默化中熏陶學生的情操、觀念和價值觀的文化形態，是農業積累的物質文明和精神文明的總和。“工匠精神”是職業能力、職業道德和職業品質的體現，是學生們的行為表現和職業價值取向，涵蓋精益、敬業、創新及專注方面的內容。由此，課程思政的核心要義是通過專業課程深入挖掘學科中蘊含的思政資源，充分發揮課程的育人功能和教師的育人職責，推動思政課和專業課跨學科交融耦合。

再次拓寬專業基礎和方向，強化英語、數學、計算機教育。在英語課程設置上，除了大學英語外，相應增加雅思聽說讀寫、商務英語等相關選修課程；數學類課程增設了工程數學以及數學建模等課程；計算機類課程增設了統計分析、計算機網絡技術、仿真軟件、數字農業技術的理論與實踐課程。英語、數學、計算機基礎課程總學時為504 學時，占課內總學時的20.34%。從基礎課程所占的比例可以體現出厚基礎、寬口徑的原則，只有強化基礎，才有利于增強學生獲取、運用和更新知識的能力。同時，減少專業課程門類設置，留出足夠學時強化基礎，保證實踐能力訓練和素質提高。由此，設立了幾門必不可少的基礎課和專業基礎課，《機械制圖》《理論力學》《材料力學》《機械設計》《機械原理》《汽車拖拉機學》《農業機械學》《機械制造技術基礎》等具有擬合度高、遞進關系強的課程，形成通用知識、基礎理論、設計分析、制造工藝等串聯的課程群。《電工技術》《電子技術》《控制工程基礎》《工程測試技術》《常用工具軟件》等具有理論算法高、彌補關系強的課程構建全面的大工程課程體系。專業基礎課總學時為792 學時，占課內總學時的33.11%。專業課分為必修課和限選課兩大類，專業課體現專業內涵和特點，總學時為1328 學時，占課內總學時的55.52%。限選課則根據分流特點進行選擇，體現模塊化，即根據分流方向選擇課程，避免了選課的盲目性，也使知識結構更加合理。從專業基礎課和專業課的課程設置體現了農業工程本科教育貫徹的少課程、少學時的教育思想，保證學生既能夠將基礎課學得深入，又為學生個性發展留出一定的思索空間。

人才培養新模式

新工科建設中農業工程類專業需培養能夠解決“跨界”的“復雜工程問題”的工程應用型人才，培養“寬口徑、厚基礎、重實踐、強能力”的復合型人才。創新體系建設以立德樹人為根本，以培養高素質應用型人才為目標，以農業機械化及其自動化專業建設為著力點，突出強化農業工程學科與專業特色，促進農機人才培養與農業裝備產業優化升級、經濟轉型發展緊密對接，完善適應個性化教育需要的教學管理體制和運行機制，深入創新實踐的應用型農業機械化及其自動化的專業群培養模式。

培養模式堅持落實“強適應、高創新、深融合”的“大工程”人才培養理念，按照新工科工程教育的思想理念，以學生為中心，以產出為導向，持續改進的原則進行專業群建設。課程群建設致力于培養具備扎實的自然科學基礎、較強工程實踐能力、勤奮進取的工作精神和創新創造能力、兼具強烈家國情懷和職業素養的具有獨立從事科學研究工作復合型人才。“目標+特色+專業”的共享、共性群體集成路徑與方案。按照“總體目標+優勢特色+專業特點”的設計思路，以面向農業現代化、農業機械化、農業信息化為主題，培養從事農機事業的情感，改革集成農業機械化及其自動化、農業電氣化、機械設計制造及其自動化等專業的課程與培養路徑。培養模式構建體系結構如圖1 所示。

圖1 培養模式框架結構

“校內+車間+田間”的群體課程、實踐教學體系的構建。創新課程體系，縮減傳統教學“黑板上理論、實驗室試驗、訓練中心鍛煉”課程周期，提高“電腦里模擬、車間里演練、田間里體驗”的實戰化內容比例，形成“教學鏈、產業鏈、使用鏈”相結合的理論與實踐課程群體系。

“引領+特長+經驗”的高層次高水平雙師型教師群組建。全面建成由學生主持創業創新大賽，參與教師主持的各級別應用類研究項目，培養具備具有實踐經驗的應用型畢業生和生產一線經歷的雙師型教師群。學生參與競賽科研比例在學生總數中達70% 以上，教師參與校企合作項目比例達100%，中青年教師企業鍛煉比例達100 %。

創新實踐體系

應用型創新人才的培養除了具有扎實的理論基礎，使其具有系統的通識化教育和專業化教育外，更需培養學生的實踐能力，注重創新與應用，兩者相輔相成。創新實踐體系建設應突出以“應用”為培養目標、“創新”為主要特征。體系建設在這方面不斷投入了對實踐條件的建設，鼓勵學生積極參加科技活動、學科競賽，參與科研工作，通過課研賽結合等多種途徑培養和提升學生的創新實踐能力，同時重視培養學生的創新精神。

學院在傳統實驗平臺的基礎上，建設了虛擬仿真實驗室，如電子技術實驗、微機原理與接口實驗、信號與系統實驗、模式識別與圖像處理、理論力學實驗等，通過“虛實結合”的實踐平臺構建面向創新能力培養的實驗教學模式。農業工程創新實踐課程體系構建如圖2 所示。

圖2 農業工程專業群理論實踐課程體系構建

青島農業大學機電工程學院近幾年組織的競賽包括“挑戰杯”山東大學生創業計劃競賽、節能減排社會實踐與科技競賽、大學生先進成圖技術與產品信息建模大賽、大學生智能車競賽、智能制造大賽、大學生機械創新設計大賽、大學生工程訓練綜合能力競賽、大學生電子設計競賽、三維數字化創新設計大賽等競賽項目。學科競賽具有全方面、綜合性的特點，這使得理論體系和競賽相互促進、相輔相成。圖3 顯示了科研競賽對學生能力和職業素養的各項能力培養。學院組織全國大學生機械創新設計大賽、電子設計競賽指導教師團隊，常年開展科研活動及科技競賽兩類活動，不斷提高學生實踐能力，使科技活動常年化、層次化、多樣化、系列化。各個階段的科技活動按層次進行，循序漸進，大一學生重基礎，大二學生重活動，大三學生重競賽，大四學生重科研，成為實驗和課程設計環節的有益補充。科技活動系統化和多樣化，利用交叉學科促進專業群內的不同專業學生組合配置，培養學生的工程實踐能力、創新能力和團隊協作精神，切實提高學生的綜合素質和工匠精神。

圖3 科研競賽對學生能力的培養

“雙師型”教師群培養體系

以農業機械化及其自動化專業為核心的專業群，實現專業間的集成，實現理論與實踐的結合，不斷提升專業融合度。以教學團隊、課程群團隊、創新團隊、創業團隊等相互協同為基礎的企業創新人員參與、科研單位支撐的農業工程類專業教學大數據平臺構建，形成農業與機械裝備間的交互式知識輸送，確保過程中量、質的穩定與提升。

以學院的現代農業裝備實驗室為例，該實驗室配備了農機裝備遠程控制、農機裝備智能系統、作物-機器系統、智能排種系統、聯合收獲測試分析系統、農機整機集成設計和農機裝備交互現實等大型共享綜合實驗平臺。同時，學院建立了工程基礎實驗教學平臺、虛擬仿真平臺和大學生科技創新基地，有效地保證了該專業創新實踐體系的順利實施。

學院鼓勵教師出國考察和攻讀學位，使教師具有國際化視野。從事農業工程類方向的教師可申請進入農場的實習基地，深入了解和掌握農場的發展狀況及農業裝備設備和水平，切實提高自身的實踐能力。鼓勵教師們參與科研組建科研團隊，由具有豐富經驗的學術帶頭人帶領團隊，創建并發展農業工程類專業和實踐體系的建設。鼓勵教師申報各類教學科研項目和課題，提高教師的教學科研能力和創新水平。同時，學院利用農機專家工作站等優勢資源，為新進教師制定培養計劃，選擇教學經驗豐富專家對青年教師進行：“傳、幫、帶”。加強中青年教師教育理論和職業道德培訓，鼓勵教師企業掛職、鍛煉。加大校、企兩級共享資源平臺的建設，提高共享資源建設力度和水平。通過基地、平臺、裝備等資源的充分整合，帶動農電、機制、電氣、電自化等相關專業的發展。通過多種舉措，學院教師中雙師型比例大幅提高，達63%。聘任兼職教師比例超過25%，中青年教師掛職比例達到90%，核心專業博士學位比例達到90%。

總結

農業工程專業創新實踐體系建設的實施，可形成全面適應中國國情的農業工程類專業人才培養體系，培養出價值追求高尚、專業精神執著、作風嚴謹扎實、富有創新創業精神、實踐能力和社會責任感強的高素質復合型的專門人才和“下得去、待得住、用得上、干得好”的農業科技工作者。文章設計的課程時間體系建設模型，師生素質培養體系，可提高實踐教學與理論教學質量，加強學校、企業和合作單位合作的靈活性和可擴展性，從而培養出有著較強綜合能力的畢業生，為各專業研發教師和人員提供多科學綜合平臺，為建設多學科交叉融合打好基礎。