農林高校“三層體系，以賽促學，以研促創”的工科人才培養創新與實踐

牛子杰 張軍 曹培

摘 ?要：農林類院校的工科教育發展過程中，因其本身的學科特性以及學科交叉等原因，呈現出一定的特殊性。如何在農業高校背景下，針對工科專業進行改革試驗是一個重大課題。結合教學過程中出現的實際問題和有益嘗試，形成以產出為導向的“三層體系，以賽促學，以研促創”工科人才培養方案，為農林高校的工科專業教育提供新的模式與思路。

關鍵詞：農林高校;工程人才培養;三層體系;以賽促學;以研促創

中圖分類號：G642 ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1673-7164（2022）01-0066-04

一、研究背景

（一）政策導向

工業“4.0”的提出，催進著各類先進技術進行轉型升級，在“四新”建設中提出的新工科建設旨在促進新興工科專業升級改造[1]。農業工程正逐步從機械化、自動化向信息化、智能化發展，推動傳統農業向現代化農業、智慧農業發展，國務院《關于加快推進農業機械化和農機裝備產業轉型升級的指導意見》明確要求推進多種信息技術在農業上的應用，推進智慧農業發展，支撐農業發展的可持續性發展。

（二）國內重點院校的培養模式

在20世紀90年代于北美首先被提出和發展OBE（Outcomes-based Education）模式以及MIT提出的CDIO（Conceive Design Implement Operate，構思—設計—實施—運行）的工程教育理念，以實踐和產出為導向的是這種新學習模式最大的特點。近年來OBE、CDIO模式已經作為一種全新的教學體系逐步在我國高校實驗和推廣，其重在根據學生最終獲得的學習成果反推學生所需獲得的相關能力和知識，并基于此進行教學內容和模式設置的建設。在“雙一流”建設和“四新”的推動下，國內許多重點院校積極提出了既有共性也有差異的工科人才培養模式，共性在于注重跨學科、實踐能力、產學研結合，以及注重創新和創造性想象力的培養等。在此背景下，農林院校正在探索自身的工程人才培養新模式。

（三）本學校、本專業的教學育人模式

人才培養總是面向未來的。高校必須順應技術發展浪潮，從工科的學科特點和現代農業的發展需求，整合多學科資源，調整學科專業結構設置[2];走出人才培養的思維慣性，反思現有課程體系及教學方式，突出工科課程體系與緊密結合的教學模式;突出能力為本，注重學科的個性化、差異化發展特點，打破“范式”教育及學科體系間的體系壁壘，多層面為學生創造新式培養格局。

二、農林高校工科與工科高校工科之間人才培養差異性

（一）科研主方向

農業工程教育是在一般工程教育的學理路徑上發展的，但也有自身的特點。長久以來，工程科技在農業領域發揮的作用越來越大，以農業工程專業為代表，農業機械裝備作為提高農業生產效率、推動農業可持續發展的重要手段、農業科技研制的工具，正推動農業朝著以信息技術為核心的智能化與先進制造方向發展[3]。

這就要求高校必須聚焦國家農業發展中長期戰略，著眼未來發展，更新改造傳統農業工程類專業，培養掌握現代信息科技和工程科技、具備創新創業能力和跨界整合能力的農林工程人才，為農業的種植、保護、收獲和加工的信息化、智能化服務。

（二）周邊學科的交叉方向

農業高校作為我國高等教育體系的重要成員，其工科專業的設立具有其特有的學科特性，既不同于純農科類專業，亦不同于純工科類專業，具有學科交叉與集成的屬性。近年，高校借力于“新工科”“新農科”雙引擎，凸顯農業高校工科專業特色，加快建設一流農業工程類專業，加大對農業工程類專業建設改革力度，將教學從課堂內擴展到線上線下，多渠道、多平臺為高層次農業工程人才培養提供支撐。

但目前農林高校在人才培養過程中凸顯出面向產業的開放度、融入度不夠的問題。在新工科背景下，農業高校應當進一步將培養新工科人才目標作為教學改革的重要準繩，迫切需要瞄準產業需求、深化教學改革，探索新工科背景下多學科交叉融合的農業工程類人才培養模式，探索追求高階性、挑戰性、挑戰度教學方式[4-6]。

三、“三層體系，以賽促學，以研促創”的工科人才培養探索

（一） “三層體系”的內涵

應新時代和工程學科發展的大勢，近年來逐漸探索農林高校工程學科發展的新模式。三層體系包含“以賽促學，以研促創”所需的必要支撐，具體需從學校組織、多元教學平臺和學科創新競賽機會三個層面對工科人才培養進行探索，體系總體如圖1所示。

首先，為了保證學生自由交流的環境，需要依托于學校層面的支持，例如目前學校團委針對工科學生進行科技創新討論而設立的“創客之家”，以及學院本身的工程訓練中心以及實驗室條件。依托學校必要的軟硬件條件，由不同領域的教師團隊針對學生不同的專攻方向建立相關的學生社團，例如以無人機農業智能化應用為主的“AIRobot”社團和與無人機設計為主的“極飛空間”社團等，為學生提供高效的學習和參賽平臺，為學生搭建良好學習交流平臺的同時，也構成了教師與學生及時溝通的橋梁，幫助學生更快更準確地提升自身知識能力[7]。

與此同時，也使得教師能夠更加貼近學生的實際學習水平和需求情況，利于后續教學方案的設立以及教學方式的確定。在此基礎上，教師可以利用多元的教學方式，針對學生情況有目標地進行能力訓練，多方面提升教學效果，啟發學生進行自我探索，通過對要解決的問題追問，完成多學科知識的融合和創新。科研活動和學科競賽則作為整個過程的導向，也是最終結果。利用現有的學科競賽和科研活動機會為學生們提供施展的平臺，根據比賽和科創活動所需，重點強化學生所需的知識內容和科學素質，接收與其他學科交叉的知識內容。

（二）“以賽促學”的內涵

“以賽促學”的教學模式重在重構學生學習方式，培養學生學習習慣，從而培養適應社會發展所需要的綜合性高素質人才。

多項國內外創新教育研究都表明，講座、討論等傳統的創新教育方式并不能明顯提高學生們自主創新的意識。將實踐帶入教學，有利于探索教學改革道路。近年來，由政府和高校舉辦的科學知識應用創新競賽越來越多，也越來越成系統，為“以賽促學”提供了多樣的項目基礎。參與到實際競賽項目中，和全國大學生以及部分相關專業從事人員同臺競技，將對學生的專業能力成長起到推動作用，開闊學生眼界，同時幫助學生和教師察覺現存的不足，最終促進教學不斷改革并取得良好的效果[8]。

“以賽促學”的教學模式需要授課教師走出自己“熟悉地帶”，不間斷探索行業和社會上的最新設計趨勢，參照設計競賽優化相應課程內容，不斷革新教學方法和課程內容。

（三）“以研促創”的內涵

“以研促創”的教學模式，重在充分激發和展現學生在科研創新的潛力，以科學研究項目為驅動，促進學生創新能力的提升，提升學員的團隊合作和溝通協調能力。

以此為起始點，如果學生在畢業設計之外，能夠更多地真正參與到實體科技創新項目，那么“促創”的作用將會更為顯著，可使課程所授知識內容與實際科學應用相得益彰，使得學生學習的積極性和主動性都相應提高[9]。

（四）整體的“三層體系，以賽促學，以研促創”工科人才培養體系

一個新的人才培養體系的建立，必須依靠于學校、學院、教師多方面的條件支持;借力于目前高校和社會各界可能提供的比賽條件;依托于高校的科學研究環境，為學生首次踏入科研領域構建環境、鋪設平臺。“賽”和“研”作為人才培訓的過程，是師生探索新的教育模式的重要手段和途徑，在此過程中學生的能力和眼界的提升都是必然的收獲，教師在此過程中針對現有教學模式的反思則是可持續作用于人才培養過程的重要收獲。“賽”本身并不是目的，目的在于通過參賽，來調動教師和學生的參與的能動性和培養科研的敏銳度。

如此，在建立于學校、教師、學生以及社會各界之間的交互上的新的體系將成為一個可持續完善的人才培養過程。在促進學生進步的同時，也能使其與社會需求和科研環境有不斷地接觸和交流，起到遠大于單一教學方式的培養效果。

四、“三層體系，以賽促學，以研促創”的工科人才培養成效

（一）學生課程成績方面的培養成效

“三層體系，以賽促學，以研促創”教學模式從多個層面出發為學生提供與實際需求相適應的學習氛圍，在參與主觀能動性較強的工程類競賽和實際的科學創新項目的過程中，使學生能夠綜合運用課程內的專業知識，充分和深化理解抽象的專業理論，使科學理論與解決問題的實踐結合。例如在競賽用機器人的設計和制作過程中學生會用到多種傳感器。結合“機械工程測試技術”課程中對各種傳感器的講解，讓學生更能清楚各類傳感器的特點和使用方法;結合“機電一體化系統設計”課程中對PID控制算法的講解，讓學生在競賽小車的控制過程中更能深入地了解PID控制參數具體應該如何調整。指導學生參加比賽，能夠幫助教師檢查日常教學工作中的不足和問題，促使教師改變自身教學理念、教學方法，為教學改革和課程改革提供可信的資料和數據。兩者相互促進，有機結合，對學生課程成績提升起到一加一大于二的效果。

（二）學生動手能力方面的培養成效

在高校工科專業以“以賽促學，以研促創”作為教學的引導，將為學生提供更多實踐操作的機會，激發學習熱情，有效促進學生專業實踐能力的提高，使學生通過實踐練習將課上相關專業知識理論運用到實踐中，真正實現教學指導實踐，實踐反饋教學的良性循環。無論是學科競賽還是科技創新項目都將培養學生綜合分析、實際操作的能力。學生在參與比賽過程中極大地提高了自身對檢測傳感技術、信息處理技術、自動控制技術、伺服驅動技術、精密機械技術、系統總體技術的掌握程度。在本科生申報大學生創新創業項目的執行過程中，讓學生更加充分、深入地使用了這些技術，自主思考，實際嘗試進行操作，搭建實物，分別為學生自主搭建的柔性負壓吸力蘋果采摘系統和基于OpenMV的灌木修剪機器人。在此過程中，通過指導學生書寫項目申報書、實用新型專利以及相關論文的，提高其科研相關的撰寫能力[10]。

（三）學生升學就業方面的培養成效

在參加比賽和創新項目的過程中，學生不同方面的能力能夠得到強化，而這些能力的提升可以為初次接觸科研領域的本科生提供有利的發展基礎。有參與比賽和項目經歷的本科生，在參與研究生入學面試時表現出更為活躍的思考能力、更加過硬的專業知識以及對科研工作更為濃厚的興趣。

在競賽和科技創新過程中，由于學科競賽的時間特性，內容設置往往與近年來的熱點研究方向相結合、順應目前的市場實際需求情況。學生主動加入各項設計競賽，可以直觀地發現學習中的問題和不足，也利于發揮自己的長處，朝著更適合自己的方向發展，再次認識自己、提高自己、完善自己。與同齡人及行業設計人員可以迅速提升自身水平，提高畢業后的就業成功率。

參考文獻：

[1] 吳巖. 新工科：高等工程教育的未來——對高等教育未來的戰略思考[J]. 高等工程教育研究，2018（06）：1-3.

[2] 周珂，趙志毅，李虹. “學科交叉、產教融合”工程能力培養模式探索[J]. 高等工程教育研究，2019（03）：33-39.

[3] 郭祥云，張京京，劉杰. 農業工程學科近20年中外研究進展及趨勢演化——基于文獻計量和社會網絡分析視角[J]. 江蘇農業科學，2019（12）：1-9.

[4] 薛金林，戴青華，姚雪霞. 高等農業高校新工科建設分析與路徑[J]. 高等農業教育，2019（02）：15-19.

[5] 陳輝，黃立洪，葉大鵬. 農林院校新工科人才培養路徑探索[J]. 中國高校科技，2019（10）：67-69.

[6] 李慶達，韓霞，胡軍，等. 農業院校工科類專業“專業+創新創業”教育體系的研究[J]. 中國高校科技，2019（04）：77+129.

[7] 趙文兵，高志敏，柴旺興. 學科交叉機電結合的工程實踐教學研究[J]. 南方農機，2020（13）：160+173-174.

[8] 林健. 新工科專業課程體系改革和課程建設[J]. 高等工程教育研究，2020（01）：1-13.

[9] 廖慶喜，張擁軍，廖宜濤，等. 基于學科交叉融合的農業工程類一流專業建設探索與實踐[J]. 高等工程教育研究，2019（05）：11-15.

[10] 王曉慶，劉承磊，趙鴻. 農業院校工科類專業學生創業調研[J]. 當代教研論叢，2017（02）：22-24.

（薦稿人：閆鋒欣，西北農林科技大學機械與電子工程學院副教授）

（責任編輯：羅欣）

作者簡介：牛子杰（1985—），男，博士，西北農林科技大學機械與電子工程學院講師，研究方向：農業電氣化及自動化;張軍（1987—），男，博士，西北農林科技大學機械與電子工程學院講師，研究方向：智能農機裝備;曹培（1989—），女，博士，西北農林科技大學機械與電子工程學院講師，研究方向：電磁及聲散射特性。