農業機器人技術課程教學改革與實踐

摘要：農業機器人技術課程是智能農業工程領域的必修課，具有較強的綜合性和實踐性。闡述該課程教學現狀，分析教學過程中存在的問題，探索“賽教融合，科創融匯”的教學模式，展示課程改革實施以來取得的成果。該教學模式對培養學生在農業機器人領域的工程實踐能力和創新意識具有促進作用，也為相關課程的改革提供了新思路。

關鍵詞：農業機器人技術； 教學改革； 學科競賽； 實踐能力； 課程思政

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2024）05-0138-03

農業機器人技術課程是智能農業工程專業的核心課程。通過該課程的學習，學生將掌握農業機器人技術的基本理論，包括機器人運動學、動力學和控制算法等基礎知識。同時，該課程還涵蓋農業機器人的實際操作技能如機器人編程、傳感器應用和機械結構設計等[1-2]。這些知識和技能的掌握對學生工程實踐能力的提升具有重要作用，尤其是在農業自動化和智能化領域。

學科競賽在培養大學生綜合創新能力方面具有常規教學難以比擬的獨特優勢[3-5]。與農業機器人技術課程關聯度較高的競賽主要有全國大學生工程實踐與創新能力大賽和全國大學生機械創新設計大賽等，均為省級以上教育主管部門聯合主辦的大學生競賽項目，旨在為大學生提供一個創新創意展示平臺，培養和鍛煉學生的工程實踐能力、創新精神和團隊合作能力。競賽開設“興農機械”賽道，從推進農業現代化的目標出發，引導全國大學生關注農業生產和農業科技，并參與農業農村現代化建設。

在新農科建設需求和新工科發展背景下，農業機器人技術課程的教學目標與學科競賽的宗旨高度契合[6-7]。結合多年指導學生參加競賽的體會，嘗試將課程與競賽有機結合，開發教學資源，挖掘思政元素，通過改革達到“賽教融合，科創融匯”的目的，從而全面提升學生的工程實踐能力和創新意識，充分發揮課程的育人功能。

1教學現狀分析

農業機器人技術課程涉及的知識面廣，實踐性和綜合性強。傳統教學模式形式單一、內容陳舊，且受到實驗設備條件限制，使得課程在培養學生的理論與實踐結合能力方面存在缺失，導致學生的主觀能動性和創新思維能力受到限制，對課程的學習缺乏積極性和主動性，甚至有些厭學情緒[8-11]。從教學情況和結果反饋來看，傳統教學模式存在亟待解決的問題。

1.1理論與實踐脫節

實踐是知識建構和探索創新的重要途徑。傳統教學過于側重理論知識的傳授，以實際工程問題為基礎的實踐內容較少。例如，課堂上會講解農業機器人的運動學和動力學理論知識，但學生缺少機會進行農業機器人的機構設計和編程以驗證這些理論，更沒有機會嘗試設計新的農業機器人以應用于農業生產或解決現實中的農業問題。

1.2教學方法單一

傳統教學方法以課堂講授為主，缺乏多樣化的教學手段和活動形式。這種單一的教學方式難以激發學生的學習興趣和積極性，也無法滿足不同學生的學習需求，導致教學效果不佳。例如，課堂上只能通過講解和演示來介紹農業機器人控制理論的應用，而學生缺少機會參與實際設計、制作和編程，這限制了學生對農業機器人技術的深入理解和應用能力培養。

1.3實驗設備更新滯后

實驗課是學生鞏固理論知識、培養動手能力的重要教學環節。農業機器人技術發展迅速，傳統課本中的案例和實驗設備往往滯后于行業發展，無法及時更新跟進。而且，現有的實驗設備運行模式往往不可改動，其功能原理依靠上課教師口述講解，學生只能看到結果，這難以激發學生的探索和創新欲望，無法達到實驗課的真正目的。例如，課程仍在教授過時的傳感器技術，而忽略了如深度學習在農業機器人視覺中的應用等最新的感知技術。

2改革措施

針對上述問題，將學科競賽和教師的科研項目引入教學環節，形成“賽教融合，科創融匯”的教學模式，幫助學生更好地應用所學知識，進一步加深學生對學科的理解和認知，提高課程的教學效果和教學質量。同時，這也有利于選拔參加競賽的優秀人才，為學生的未來職業發展和競爭力提升打下堅實的基礎。

2.1融入競賽考點，改進教學方案

競賽題目來源于實際工程項目，參加競賽能讓學生接觸到實際的農業工程問題。通過對競賽考點進行深入分析，提煉出與課程目標和學習要求相匹配的知識內容。在制定教學方案時，根據人才培養計劃和新工科建設要求，將競賽考點和課程內容相結合，融入課程教學大綱中，在理論環節確保學生能夠全面掌握課程所涉及的理論知識。同時，借鑒競賽項目的案例和經驗，結合學生的實際學習情況，設計出更具挑戰性和實踐性的實驗課教學方案，實現理論與實踐相輔相成的教學方法，在實踐中進一步提升理論學習效果，促進學生全面發展。

2.2引入競賽模式，鼓勵項目式學習

將“興農機械”項目引入實踐教學過程中，激發學生的學習熱情和創造力，培養團隊協作能力和解決問題能力。將競賽內容融入實踐環節中，依托“大學生創新實驗室”等實踐平臺，引導學生進行項目式學習。項目采用競賽的基本框架，包括競賽的目標、主題、時間線和評價標準等，確保與教學目標緊密相連。學生需要在團隊內部分工合作，共同完成項目任務。教師在此過程中擔任指導者和促進者的角色，幫助學生解決問題、提高技能。

2.3融入科研項目，延展實踐教學

在教學內容中融入最新科研成果，能夠激發學生的學習興趣和創新能力。結合教師的科研項目，開展機械臂智能抓取課題研究，針對課題組學生的興趣及研究方向，為每位學生定制化設計詳細的科研任務，使學生能夠迅速把握領域前沿動態，提高參與科研項目的積極性。以科研團隊為依托，強化資源共享，可以提升教師培養學生的能力，同時提升學生的合作與創新素養，培養出素質與能力全面發展的優秀人才。

2.4融入思政元素，凸顯育德功能

思政教育是高等教育的重要組成部分，也是培養學生社會責任感和使命感的重要途徑。在農業機器人技術課程中融入思政元素，引導學生認識到現代農業科技對于提高糧食生產效率、保障國家糧食安全和推動鄉村振興的重要性，從而激發他們對實現農業現代化和促進社會發展的責任感和使命感。同時，強調愛國主義精神和社會主義核心價值觀，引導學生積極參與農業創新和實踐，將所學知識應用于實際，服務于國家和社會的發展。

3實踐效果

通過實施“賽教融合，科創融匯”的教學模式，充分激發了學生對農業機器人的興趣，提升了學生在智能農業工程領域的實踐能力和創新意識，提高了學生解決復雜工程問題的能力，也提升了教師的教學能力和實踐指導能力。學生通過學習課程和參加課程的延展活動，利用課堂上學到的知識自行設計了白菜收獲機器人和物流搬運機器人（如圖1所示）的抓取機構、移動底盤和連接部件等，近幾年在工程實踐與創新能力大賽、全國大學生機械創新設計大賽和華北五省區機器人大賽等學科競賽中獲得決賽一等獎1 項、二等獎1項和省賽金獎1 項、一等獎1 項、二等獎6項（見表1）。

學校智能農機裝備與技術團隊牽頭，依托智能智造重點實驗室，研發出農業機器人技術課程實驗裝置（如圖2所示），并編寫了配套的實驗指導教材。近幾年獲得國賽和省賽“優秀指導教師”榮譽稱號3人次，獲得內蒙古自治區教師教學創新大賽一等獎2 項，獲批內蒙古民族大學新工科項目1項。

4結語

通過構建“賽教融合，科創融匯”的教學模式，將農業機器人技術課程與學科競賽有機結合，激發了學生的學習興趣，提升了學生的工程實踐能力和科研創新意識，更好地達成了教學目標，促進學生全面發展。這種教學模式符合新工科建設的要求，可為其他高校課程教學改革提供參考。