新工科背景下多學科交叉融合的農業工程人才培養模式改革與探索

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變革，加大創新驅動發展，制定了一系列國家戰略。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，主要以數據學科與大數據技術、機器人工程兩個專業為主。2018年廣東部分高校在大二經過校內選撥，通過轉專業方式可進入新工科專業學習，提高了新工科專業的學生質量[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。

農業智能化發展是必然趨勢，應在傳統農業工程學科的基礎上，增加智能控制技術，如自動控制技術、智慧農業技術、物聯網技術、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工程學科，為此迫切需要培養具有多學科交叉融合的農業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模式與改革研究，培養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，農機專業人才培養目標應轉向智慧農業管理、農業大數據挖掘、農機農藝結合和農產品品質智能檢測等方面，培養學生具有現代智能化農業機械設計、農藝過程分析與管理等“硬”本領，又要具有系統工程思想方式，具有農業現代化設計思想、田間大數據分析、農作物種植過程中農藝規劃設計能力、多維度技術人才。因此，使農機專業具備新工科的特點，體現出交叉學科復合型工程人才培養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機械化及其自動化專業為示范點，尋求最佳的建設和發展新工科的途徑，完善本專業的職稱結構和人才布局，培養新時代所需的多維度高端人才，培養具有工程實踐能力和創造意識、智慧化思維和跨學科多維度的新工科人才，對新工科人才培養改革經驗積累具有重要意義。

1 整合課程體系創建多學科交叉融合人才培養模式

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應用型人才。目前，只有明確人才市場所需，在培養模式和優化課程結構時，才能緊跟時代發展步伐[2]。

佳木斯大學機械工程學院農機工程系設有農業機械化及其自動化專業和農業電氣化專業，與傳統農機專業相比，新工科背景下農機專業應呈現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，培養出既有農業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模式及課程體系，為農業優質、高產和高效作業提供最優的服務。例如，原農機專業傳統的培養方案機械類課程偏多，在課程配置方面，新工科培養方案體現出自動化控制技術課程的重要性，既要提高傳統自動控制課程，還要設置物聯網、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，為農機專業的工程認證奠定基礎。

農業工程專業是一個綜合性的交叉學科，是現代科學技術與農業產業化、現代化的有機結合。根據農機專業的特色，其涉及到農業機械化設計、農業電氣配備、農業水利工程、田間種植管理、土壤學、信息技術、遙感技術等專業知識，強調“無界限制”，在新工科背景下，統籌所有資源、加強學科之間聯系，培養復合型創新人才。

通過多學科交叉融合和其他院校的實際情況，制定和優化農機專業人才培養的組織結構，如圖1所示。在上級部門教務處的統一安排下，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、專業必修和選修學院內部教學單位及專業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 新工科農機專業人才培養組織結構

2 基于復雜問題的農機專業課程體系

農業工程面向農業生產實際問題，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，從各農場及田間存在的實際問題出發，積極選擇相關課程，從而不斷修改專業培養計劃。另一方面，注重教師學歷結構和知識結構優化，引進具有不同專業背景、具有不同工程經歷的行業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 針對復雜農業問題的專業課程設置

農業工程實際應用問題較為復雜，經常涉及到多領域，如機械設計制造、控制工程、大數據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，農業機械化及其自動化專業的課程設置，要考慮從解決復雜農業問題角度出發，強調解決現有疑難問題，尋求更好地解決問題途徑。

農業的主要問題是機械化程度低，大多數地區仍然采用傳統耕作技術，機械化水平低，勞動生產率不高，化肥使用品種及數量不當，優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、酸雨等因素對農業發展均構成影響。為此要引導學生從農業需求和糧食安全兩方面入手，發現農業機械化存在的問題，糧食安全存在的隱患。進而根據農業機械裝備和農藝生產過程，在每個環節精心設計和管理，通過實際問題分析，尋求相關課程解決對應問題，制定農業工程專業課程體系，如圖2所示。

圖2 面向復雜農業問題的農業工程專業課程設置

2.2 針對復雜農業問題的跨學科教學模式制定

根據圖2的專業課程設置，考慮到復雜農業問題，采用“校內—校外”“企業—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，在農業管理與控制的課程中引入自動控制專業學歷的教師，在農業機械設施的課程中引入智能控制專業學歷的教師。

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具備跨學科和跨領域綜合性人才培養目標，考慮新技術和新產業對工程新型人才的需求，學院結合地域優勢、自身特點和辦學特色，將現有農業機械化及其自動化專業課程設置進行調整，培養學生以創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，優化傳統工科專業，以新工科多學科交叉融合培養具有智慧技術專業背景的綜合型農機類人才。