電氣與電子信息類涉農人才培養模式探索
——以江蘇大學為例

李浩然

(江蘇大學 電氣信息工程學院,江蘇 鎮江 212013)

0 引言

2019年9月,習近平總書記給全國涉農高校書記校長和專家代表回信,指出“中國現代化離不開農業農村現代化,農業農村現代化關鍵在科技、在人才”[1]。貫徹習近平總書記給全國涉農高校書記校長和專家代表的回信精神,推動高水平農業人才培養,是涉農高校的重要使命[2]。這一方針指導下,江蘇大學回顧辦學歷程,繼往開來,從“工中有農”到“以工強農”,構建“四融入”培養新機制;從“以工支農”到“以融興農”,形成“四協同”育人新模式。通過改革創新,保證和提高農業工程領域人才質量。2022年,教育部辦公廳印發《新農科人才培養引導性專業指南》,明確提出在“智慧農業領域”,推動互聯網、物聯網、大數據、云計算、人工智能等現代信息技術與農業深度融合,融合農業工程、機械工程、農學與生命科學和信息科學知識體系[3]的要求。江蘇大學電氣信息工程學院農業電氣化專業獲批國家一流專業建設點,是江蘇大學涉農人才培養的主陣地之一。其中,電子技術作為農機機械化到智能化邁進的關鍵技術之一,能否進一步提升教學質量,能否建立跨學科交叉培養體系,是培養適應新農科發展的復合型人才的重要環節。

1 電氣與電子信息類涉農人才培養存在的問題

“新農科”人才培養,要求凸顯學科交叉和互通性,能否建立跨學科交叉培養體系,是培養適應新農科發展的復合型人才的重要環節[4]。就目前的電氣與電子信息類涉農人才培養來看,存在著以下問題:培養方案對“新農科”的要求體現不足、課程設置上電氣與電子信息類與農科融合互動不足、基于教學的多學科互通互融不足、實踐層面的縱深性和浸潤性不足。

1.1 培養方案中對“新農科”的體現不足

顯然,以人工智能技術為核心的電氣與電子信息技術的發展無疑正在不斷削弱傳統農業知識的地位,與人工智能、大數據分析等相關的交叉學科知識將會進入“新農科”的理論與實踐體系之中。當今的“新農科”人才不僅要有傳統的農業知識儲備,還要掌握智能化時代必需的學科理論、多學科知識,尤其是要凸顯電子化、信息化技術的運用,要注重電子化、信息化技術相對應的科技倫理素養的發展。由此可見,“新農科”必然對“新農科”人才的課程體系、課堂教學、實踐體系等內在培養模式產生影響。長期以來,電氣與電子信息類涉農人才培養模式中仍然以電氣與電子信息培養為主,“農”字體現不足。首先,體現在整個培養方案中,在關于電氣與電子信息和新農業具體的對接安排上存在不足、基于進階性的電氣與電子信息和農業具體領域及環節融入的設計相對不足、基于學生“增值”尤其是實踐與創新方面的培養設計相對不足。其次,關于如何組織電氣與電子信息和農業實踐運用教學研究的對接安排相對欠缺。培養模式上安排的不足,影響了電氣與電子信息類涉農人才培養的過程與效能。

1.2 課程設置上電氣與電子信息類和農科融合互動不足

培養方案的核心在于課程,而課程設置中則需要貫徹培養方案的要求。就電氣與電子信息類涉農人才的課程設置而言,長期以來存在著電氣與電子信息類和農科融合不足的問題。主要體現在以下幾個方面:(1)農科課程為單設且存在著體量較小的問題;(2)課程自身缺乏張力,電氣與電子信息類和農科的交叉內容及主題極少,“兩張皮”問題凸顯;(3)基于電氣與電子信息類和農科融合的課程資源相對不足,教師的教和學生的學都缺乏有力的支持。由此產生的問題是,電氣與電子信息類課程無法與農科課程在空間上、時間上產生有效互動,二者本身也難以實現交叉,因而學生學完課程之后,只是在知識上增加了對農科的了解,但如何將以人工智能技術、大數據為核心的電氣與電子信息技術運用于農科以及運用于農科的哪些方面,難以實現“精準”。因而,這種課程設置很難產生“融合”和“聚合”的作用。

1.3 基于教學的學科互通互融不足與基于實踐學科交叉的“浸潤性”不足并存

就電氣與電子信息類涉農人才的課堂教學而言,長期存在著電氣與電子信息學科和農業學科的“互通互融”性不足的問題。這些問題主要表現在以下幾個方面:(1)鑒于教師自身知識融合與能力延展方面的不足,課堂教學中,電氣與電子信息課程教學在農科運用中知識與實踐講解不到位;(2)基于課程自身的容納性不足,教學的延展性和運用指向不足,學生難以在課堂教學中實現知識的融合與對話;(3)基于教學資源的學科互通互融不足,學生的學科知識與能力培養難以打通電氣與電子信息課程和農學融通的“最后一公里”。就實踐層面的縱深性和浸潤性而言,主要存在以下問題:(1)在模擬實踐中,缺乏“雙師”合作,以至于實踐難以深入,學生也難以在實踐中深刻理解電氣與電子學科在農業實踐中的運用機理、著力點和開挖點,而是僅限于當前已經開發出的部分農業信息科技,難以形成對農業、電氣和電子學科之需要的全面性理解[5]。(2)在現場實踐中,由于實踐體系自身戰線過長,且缺乏科學的組織,以至于學生的參與性不足——只管一段而不是全過程參與,導致學生對農業缺乏全面和系統的理解,難以找到更多、更有效的切入點和創新點。

2 基于系統思維的電氣與電子信息類涉農人才培養模式改革

為實現涉農專業學生素質的全面發展,立足于國家鄉村振興戰略,鞏固脫貧攻堅成果,切實服務國家發展戰略,為全面提升電氣與電子信息類涉農人才培養效能為架構的培養體系[6],就必須從培養方案設計、課程設計與實施、教學與實踐活動的開展等多個層面入手?；谶@一思路,學院組織了行業專家、學科專家、研究人員,從培養方案、課程與教學、實踐等環節進行了優化。

2.1 優化培養方案,凸顯電氣與電子信息類和“新農科”交融

在培養方案的優化中凸顯電氣與電子信息類和“新農科”交融色彩。首先,要解決的問題是交融什么、如何交融、交融到什么程度;其次,要解決的問題是如何在培養方案中體現。基于此,電氣與電子信息類涉農人才培養方案的優化中,主要關注了以下方面:(1)基于進階發展的要求,4年學段的整體安排上,全程遵循感知-理解-運用-實用與創造4個階段進階;(2)在培養模式上,基于跨學科學習與實踐、綜合涉農問題的案例研究、涉農運用的探究式課題式學習、基于實踐的“多導師”合作與實踐創新、基于作品導向的涉農綜合性問題解決與實用技術設計等“進階”與“合力”;(3)實施課程與實踐對話,打通校內外、課程與實踐的“圍墻”,推動二者的對話;(4)圍繞跨學科學習與指導的高效開展、學習與實踐活動的高效對接,構建教師共同體,推動教學相長;(5)構建電氣與電子信息類和“新農科”交融的資源體系(含案例庫),為電氣與電子信息類涉農人才培養提供資源支持。

2.2 優化課程設置,推動電氣與電子信息類和農科融合互動

為推動課程體系內涵式建設,專業層面圍繞現代農業的相關前沿課程如傳感器技術、人工智能技術、物聯網技術、控制科學等進行建設,凸顯現代電氣與電子信息在涉農課程中的運用。(1)構建交叉性校本課程[7],推動電氣與電子信息類和農科在課程內容體系上的交融。基于校本課程建設,從電氣與電子信息課程的各個運用維度,實現與農學學科、農業工作的互通互融,以確保二者在具體維度和具體細分領域上達到“你中有我”“我中有你”,使得二者緊密成為一體。與此對應,要基于產品導向,構建校本課程模塊,引導學生基于實踐運用導向,從理論與實踐兩個角度,審視電氣與電子信息類和農科的互通互融,進而實現綜合能力的發展。(2)構建輪轉式角色課程,推動高效課堂建設。在具體的互通互融實用性模塊建設上,采取電氣與電子信息類和對應農科教師“同課共構”的方式,即在同一節或者同一單元的課程,選取部分交叉多且深的模塊,采取“雙師”合作的方式,涉及電氣與電子信息類的部分和農科的教師分別主講,并由“雙師”進行對話(互相對話以及與學生對話),以幫助學生更為深入地理解二者的互通互融。(3)構建系列主題式講座課程。講座課程為系列的、連續的專業性主題,凸顯電氣與電子信息類和農科的互動互融,立足問題的解決、思考、啟發而展開,以主題引導學生開展探索、與教師的對話,推動學生開展相關探究。主題講座課程要凸顯對前沿問題、現象、技術的關注,要靶向前沿和發展趨勢。(4)構建實景式共享課程。所謂實景式共享課程,主要指電氣與電子信息類和農科的運用實景式課程:立足田間地頭的信息技術與電氣技術的農業機械的演示與使用,立足企業流水線的現代化農業器械的研制與生產,立足農業種植的實驗與運行,立足農產品開發與加工的實踐現場等。這種實景課程,可以通過遠程在線的方式,也可以采取現場教學的方式。但實景式課程要立足課程的安排,要帶有目的、任務和評價,以使得學生真正“有收獲”“有觸動”“有想法”。(5)實施“雙師”分段式課程,推動實踐課程模塊化。所謂“雙師”是指校內理論課教師和校外實踐導師,二者主要基于合作與分工,共同守好“一段渠”。校內課程在于開發實踐運用的理論和方法論部分,校外導師主要負責實踐運用部分。二者的合作基礎是實踐課程,而實踐課程作為完整的一門課,則分為上下兩段同步推進,且二者各占一半學分。在修讀上,學生若一個部分不及格,則整個課程不及格。在上課方式上,理論課教師上完課后,將任務單提交給實踐導師,并對學生的發展給出評語;實踐導師則按照要求開展實踐教學,提出反饋建議給理論課導師,提交學生表現評價。二者圍繞實踐的合作,能夠幫助學生及時將理論與實踐結合起來,實現立足實踐平臺的理論與實踐的對話。(6)采取學分互認制度,推動學生跨專業選課。為夯實學生的農學基礎,學院鼓勵學生跨專業選課,但選課的指向必須明確,要注重與本學科的關聯性和互通性。在學生跨專業選課的成績評價上,要突出對其交融性思維與意識的評價。

2.3 構建“基礎課程整合”及“學科競賽助理”聯動教學模式,推動教學層面的學科互融與實踐“浸潤”

優化諸如“模擬、數字電子技術基礎”“電路原理”“單片機、嵌入式”等基礎課程的開設方案,讓每門課程開始前學生具備一定的基礎,例如:電路課程是電子技術課程的基礎。對于前沿技術課程難以大規模嵌入的問題,提出開設系列化的延續性、漸進式工程項目競賽路徑,逐步提升規模、功能、性能、難度、工程要求及創新性指標。通過設置院級的學科競賽并納入學生綜合能力評價指標體系,讓更多的學生邁出“理論與實踐”結合的第一步,讓學生在這一過程中強化電子技術知識。在解決系統問題過程中,拓展學生在數據科學、控制科學、電力電子及電氣工程等方面的知識。以賽促學,實現多學科的有機融合,實現增強動手能力、拓展知識儲備、積累技術方法、提升工程創新素養的目的:提高入門性質的競賽頻率,實現競賽常態化,采取每季度組織一次,減少因為來不及完成作品導致的放棄事件;由教師牽頭,將企業校友與有競賽經驗的學生組成“傳幫帶”隊伍,系統性地講授基本基礎理論及工程經驗,幫助新學生邁出、邁好競賽參與的第一步;建立“遞進式、延續式”的工程項目競賽體系,對于不同能力水平、不同學業規劃目標的學生,提供不同難度等級、不同命題來源的競賽機會,并在過程中植入電子信息、機器人、傳感器、人工智能等現代農業發展的基礎前沿知識,逐步實現以下階段目標。第一,對于大一學生,主要側重解決一些經典的電子設計問題。如信號燈電路設計、“尋跡小車”設計等,幫助學生有計劃地進行入門學習。所學知識涉及C語言、模電及電路等。課程提前結束也有利于相關課程開設后的深入理解,反哺教學,提升教學質量。該階段主要以“混合式”教學為主,除了有組織地開設“電子設計創新”課程及高年級學生“傳幫帶”等線下學習資源,還要充分利用線上開放課程等資源。通過工程設計與“混合資源”的協同,學習過程不是看錄像、放任不管的形式,而是有效的、有目標的、有系統的學習。第二,對于大二學生,所涉及的工程項或競賽題目應融入處理器、傳感器等技術的使用,完成諸如環境感知、特定環境下的控制及網絡通信等任務。通過工程任務,激發學生的自學意識,以目標為導向,拓展學生具備的技術能力及知識體系。對于該階段的學生,可以推薦參加省級的電子設計大賽及校級的智能農業裝備設計大賽。第三,根據學科專業及學生個人興趣,面向企業或行業需求,采取參與“企業命題”相關的競賽,選擇自身適合的產業銜接對象,如機器人、智能農機裝備、控制優化算法設計、人工智能等。通過競賽這一媒介,建立學生和企業交流、展示與溝通的渠道,不僅能提升學生對于企業行業現狀的了解,也能讓企業發掘更多的優秀人才,形成良好的就業生態。

3 結語

面向農業現代化這一發展目標,“新農科”人才不僅要有傳統的農業知識儲備,還要掌握智能化時代必需的學科理論、多學科知識。電氣與電子信息技術是推動農業機械化與智能化的關鍵技術之一,在涉農人才培養過程中要注重電子化、信息化技術相對應的科技倫理素養的發展。因此,在分析了電氣與電子信息類涉農人才培養存在的問題基礎上,優化培養及評價方案,提出了基于系統思維的電氣與電子信息類涉農人才培養模式。通過電氣與電子信息類和對應農科教師“同課共構”、實景式課程利用、實施“雙師”分段式課程等策略,確保二者在具體維度和具體細分領域上達到“你中有我”“我中有你”,凸顯電氣與電子信息類和“新農科”交融色彩、強化現代電氣與電子信息在涉農課程中的運用。在“理論與實踐”結合方面,通過構建“基礎課程整合”及“學科競賽助理”聯動教學模式,實現多學科的有機融合,實現增強動手能力、拓展知識儲備、積累技術方法、提升工程創新素養的目的。在這一新培養體系中,集多元化的學、做、賽、研等環節于一體。在培養綜合能力強的涉農人才過程中,更重視學生個體能力及興趣差異,繼而培養出能滿足新要求、適應新變化、掌握新技能、精通新方法的高端農業技術人才,積極服務于中國鄉村振興、農業現代化戰略。