基于職業院校教學能力比賽的植物工廠環境調控項目教學設計與實踐

摘 要： 為深入貫徹落實職業教育“三教”改革，提高人才培養質量，推動職業教育高質量發展，在全國職業院校技能大賽教學能力比賽背景下，以設施農業環境監控技術課程中植物工廠環境調控項目為例，從教學整體設計、教學實施過程、學生學習效果和反思改進措施4 個方面介紹教學設計與實踐效果。實施此項教學改革能有效提升設施農業與裝備專業人才培養質量。

關鍵詞：教學能力；教學設計；植物工廠；環境調控；設施農業

中圖分類號：S26；G642 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1795（2024）09-0154-06

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2024.09.025

0 引言

設施農業是在可控制條件下給農業生產、管理提供設備，提高生產效率，降低勞動成本的設施技術手段，目前已進入智慧設施農業發展新階段，呈現出多領域多學科交叉、技術密集、發展迅速的特點。隨著產業轉型升級，技能與技術型人才的工作崗位邊界融合，新技術、新工藝、新裝備大量應用，行業企業人才需求由對簡單工序操作人員和單一崗位的人員需求，逐漸轉為對現代設施、智能裝備、信息系統等應用人才、復合型及高素質技術技能人才需求[1-2]。針對以上問題，根據智慧設施農業行業急需的設施農業生產技術管理人員崗位培養需求，以設施農業環境監控技術課程中植物工廠環境調控項目為例，對教學整體設計、教學實施過程、學生學習效果和反思改進措施等方面進行教學設計與實踐，取得了良好的效果[3-4]。

1 教學整體設計

1.1 標準引領，重構教學內容

設施農業環境監控技術課程是職業院校設施農業與裝備專業的核心課程，依據設施農業生產技術管理崗位的環境調控典型工作要求，高等職業學校設施農業與裝備專業教學標準、行業標準NY/T 2145—2012《設施農業裝備操作工》、職業技能等級標準《物聯網智慧農業系統集成和應用》及設施農業與裝備專業人才培養方案與課程標準，融入物聯網智慧農業系統集成和應用1+X 高級證書，結合全國職業院校技能大賽高職組光伏電子工程的設計與實施賽項，按照設施農業實際工作場景，由簡到難、層層遞進的順序，重構塑料大棚環境調控、日光溫室環境調控、連棟溫室環境調控、植物工廠環境調控和設施環境綜合調控5個模塊[5]。通過真實崗位工作任務，培養懂理論、會操作、精技能、勤思考、守行規和有擔當的德技兼修設施農業生產技術管理崗位高素質技術技能人才。

本研究來源于合作企業植物工廠生產技術管理崗位工作任務，依據制定植物工廠環境調控管理方案、環境調控子系統檢測、分析、調試、系統運維和植物工廠綜合調控的崗位工作流程設置了8 個任務，如圖1 所示。相比于塑料大棚、日光溫室、連棟溫室，植物工廠是現代設施農業發展的高級階段，代表著未來農業的發展方向[6]。植物工廠環境調控可以使設施內植物生育不受或很少受自然條件制約，在非可耕地，以及太空、極地、遠洋艦艇等特殊環境中實現食物自給。針對植物工廠這一新興農業生產模式，教學中使用了全人工光型植物工廠和氣霧栽培式家庭植物工廠新設備；引入了中國照明電器協會團體標準T/CALI1201—2022《人工光型植物工廠光環境技術規范》。

1.2 思政領航，強化鑄魂育人

堅持立德樹人、德技并修，推動思想政治教育與技術技能培養融合統一是現代職業教育高質量發展的要求[7-8]。以“兩愛五精神”為課程思政主線，通過新聞報道、視頻資料、故事分享、交流展示和情境引入等方式，有效利用課程導入、知識講解、技能操作、分組討論、考核評價和課堂小結等環節，借助守邊戰士植物工廠種植蔬菜案例、我國首例國際單體最大植物工廠案例和光環境布點方法等思政載體有機融入思政元素，將愛農業、愛本職，以及工匠精神、勞動精神、勞模精神、團隊精神和創新精神貫徹始終[9-10]。課程思政體系如圖2 所示。

1.3 學情導向，明確教學目標

本研究教學主體是設施農業與裝備專業3 年級學生。在知識儲備方面，學生已經具備植物與植物生理、電氣控制、水肥一體化和農業物聯網應用技術等課程的相關基礎知識，以及本設施農業環境監控技術課程中塑料大棚、日光溫室和連棟溫室環境調控方法。在技能儲備方面，已經完成機械制圖、電工技能的實操訓練，掌握光照度計、溫濕度傳感器和CO2 傳感器的使用方法。通過教學平臺的調查發現，學生對實際的工作任務興趣較高，能夠帶著問題去學習；主觀意識強，喜歡動手操作，用電子設備動態學習；專業基礎知識較扎實，但是對知識的遷移能力比較弱，對已掌握的知識技能加以綜合運用的能力有待提高[11]。

依據課程標準、行業及職業技能等級標準、融入崗、賽、證的要求，結合學情，制定本研究的教學目標和重點。根據學情分析，預判教學難點，如圖3 所示。

1.4 三教引領，搭建教學資源

為達成教學目標，解決教學重難點，教學團隊教師與企業合作聯合申請學院科研課題，研發氣霧栽培式家庭植物工廠，將研究項目成果轉化為教學設備，擴充生產實景，彌補大型植物工廠可操作性和靈活性不足的缺點，使學生充分接觸智慧設施農業的新設備，實現科教產深度融合[12]。

與企業合作開發具有專業特色的設施農業環境調控學習平臺，綜合課前準備、課堂教學、課后拓展及教學評價等功能，配合視頻、交互式動畫、微課等教學資源，為線上線下結合教學模式提供技術支撐，激發學生學習的動力，提高學習效率，靈活學習時間，延伸教學空間。

團隊教師自主開發了數字教材，方便學生隨時隨地使用移動終端學習，同時便于緊跟智慧設施農業發展更新教材內容?；铐撌焦慰梢造`活地將不同工作場景下同一環境因子調控任務重組在一起，形成該環境因子調控方法合集，方便學生總結梳理所學知識技能，對不同環節的同類知識進行增值評價。

根據工作任務分工和教學設備數量，實訓中每組學生3～4 人，充分利用教學資源，輪換崗位多次訓練，同時培養學生團隊精神。

1.5 任務驅動，構建實訓模式

為達成教學目標，結合學情和教學重難點，采用“兩動?六環節”的實訓模式，如圖4 所示，以任務驅動、討論互動為主要教學方法，備?引?析?練?評?拓6個環節對應實際工作流程，利用自研氣霧栽培式植物工廠、數字教材、活頁式工單、虛擬軟件和設施農業環境調控學習平臺等豐富課程資源，融入“兩愛五精神”為主線的課程思政，對學生進行全過程、多元化評價，加強學生對專業知識的理解和專業技能的應用，培養學生的綜合職業能力和職業素養。

1.6 效果導向，實現精準評測

教學單元采用“四元三維”考核體系[13]。依據行業標準，以教師、學生、同學和企業專家為考核主體，確定3 個維度、8 個評價指標，如表1 所示，綜合課前教學平臺評價、課中教師現場考核、學生自評、同學互評和課后企業專家評價，全方位掌握學生學習情況，出現問題及時調整、改正[14-15]。結合活頁式工單，引入增值評價，對同一測量儀器在不同任務中多次使用，規范操作及熟練程度的變化進行評判，提升對學生學習效果評價的準確性，實現全過程、多元化精準評測。

2 教學實施過程

2.1 整體實施

本研究整體按植物工廠生產技術管理崗位工作流程邏輯實施，16 課時完成植物工廠環境調控任務，按制定管理方案?光環境系統調控?溫濕度環境系統調控?CO2 補給系統調控?植物工廠綜合調控的工作任務順序完成，每次課按“兩動?六環節”實訓模式實施。

2.2 課堂實施

2.2.1 課前

備——教師創設情景，通過設施農業環境調控學習平臺，發布植物工廠環境調控各任務的預習內容、進行基礎測試和討論，對班級和個人進行學情分析，調整教學策略，評價課前任務。學生溫故知新、閱讀資料、自學探究，為課堂學習做好準備，同時培養學生自我管理的能力。

2.2.2 課中

引——教師以植物工廠生產管理技術崗位情境引入教學內容，如人工光源選型與布置任務中，引導學生以技術員身份完成布置計算。通過新聞報道、視頻資料等載體融入愛崗敬業的思政元素，將工作任務布置給學生，如新課導入時，通過新聞報道邊疆哨所等極端環境中守邊戰士利用植物工廠種植蔬菜的案例，引領學生思想觀念和價值追求，融入愛國主義教育，同時增強學生的專業認同感、責任感和使命感。

析——學生與教師共同討論，分析任務，梳理知識技能要點；教師利用植物工廠實物、動畫、虛擬軟件等教學資源，虛實結合，講解知識，參考行業標準示范操作，解決教學重點內容。如溫濕度環境檢測與分析任務中，教師通過學習平臺三維仿真動畫，講解溫濕度檢測空間布點方法；人工光系統安裝后調試任務中，通過設置闖關游戲，調動學生積極性，快速掌握調試步驟。

練——學生以模擬崗位、分組合作的方式按步驟完成工作任務，在操作、討論過程中加深對教學難點的理解，教師在學生練習過程中巡視指導，及時糾正錯誤，解答學生問題，引導學生養成規范操作的職業習慣，教導學生崇尚精益求精的工匠精神，吃苦耐勞的勞動精神。人工光系統調試任務中，學生分組訓練（每組3 人），分別以檢測員、操作員、記錄員的身份，在家庭植物工廠中（情境訓練）合作完成第1 次平均光子通量密度檢測后，交換身份完成第2 次、第3 次不同高度的測量（輪崗訓練），解決虛擬平面布點與光譜儀準確對應這一教學難點。任務完成后學生將成果進行現場展示，交流分享，鍛煉學生的邏輯思維能力和語言表達能力，同時將小組任務成果以圖片或視頻形式上傳至學習平臺，方便專家評價指導。如植物工廠綜合調控任務中，學生分組完成不同作物的環境調控策略制定，將參數設置輸入植物工廠，完成調控實施，將調控策略文檔和實施操作視頻上傳至學習平臺，供教師進行評價打分。每組同學為全班講解各自制定的調控策略。

評——針對學生實操過程，進行教師評價和小組自評，人工光系統調試任務第1 次檢測PPFD 分布后，及時評價操作過程中的問題和優點，避免后續測量重復出現同樣問題，及時推薦學生好方法；對成果展示、交流分享進行小組互評；對在其他模塊、項目中重復出現的知識技能進行增值評價，如光譜儀在人工光環境檢測和人工光系統調試前后兩次任務中均有使用，通過增值評價掌握學生光譜儀操作情況，及時給出改進意見。評價過程引導學生樹立公平、公正的意識，教育學生平等尊重、團結協作。學生通過評價環節鞏固提升所學知識技能，教師對實操過程出現的共性問題集中講解，對課堂教學全過程進行總結。如植物工廠綜合調控任務，企業教師解答調控策略制定中學生的共性問題，同時分享個人經歷，激發學生愛農興農的情懷。

2.2.3 課后

拓——教師發布鞏固、拓展任務，引導學生選擇自己相適應的任務，鞏固所學知識技能，培養學生探究精神、創新精神。邀請企業專家與教師共同對學生的植物工廠環境調控任務完成情況進行評價，給出改進建議。

3 學習效果

3.1 內化知識，強化技能，綜合職業能力全面提升

本單元教學實施完畢后，通過數據提取和實施前后對比，學生的學習方法、學習主動性和學習興趣得到顯著提升，互動深入有效，認知和實踐能力得到顯著提升，目標達成度達到預期要求。

3.2 勇擔使命，善作善成，崗位適應能力顯著提高

學生實習上崗后，運用本單元所學知識技能，高質量完成企業植物工廠人工光系統的安裝與調試，并負責植物工廠的運行維護，企業反饋對上崗學生滿意度高，課程思政有效培養學生的責任與擔當。

4 改進措施

4.1 特色創新

（1）突出“兩愛五精神”，涵育“三農”情懷。教學團隊將提煉總結形成的“兩愛五精神”課程思政主線，貫穿教學全過程，通過精選的思政案例有機融入，使情感價值內化于學生思想、行為、性格中，德技兼修，愛農興農。

（2）強化“兩動?六環節”，培養“現代農匠”。對標工作流程，團隊總結提煉出“兩動?六環節”實訓模式。課前準備知識、發現問題；課中崗位引入、分析任務、多層次訓練和互動評價，解決重點難點，提升操作技能，注重團隊合作；課后鞏固提升。培養設施農業高素質技術技能人才。

（3）推進科教產融合，實現強能善技。教師團隊與合作企業聯合研發氣霧栽培式家庭植物工廠、設施農業環境調控學習平臺，轉化項目研究成果，為學生打造優質教學資源，創設真實工作場景，助力提升學生實訓技能。

（4）用好評價指揮棒，提升學習動力。細化評價方案，精準對接教學目標，制定“四元三維”評價體系。在全過程、多元化考核評價體系中，引入增值評價，對同一知識技能在不同工作場景學習評價進行比較，幫助學生樹立信心，提升學習動力。

4.2 不足及改進措施

（1）結合學生能力，靈活調整實訓環節。課中實訓環節時間和內容安排上可以增加一定的靈活性，充分體現學生為主體，對于接受能力較好的學生可適當安排難度升級的任務供其選擇。

（2）進一步加強課程新資源開發，信息化手段全過程應用。加強校企合作，及時更新視頻、微課等線上教學資源，持續開發新型活頁式、工作手冊式教材。充分利用信息化手段和大數據分析，靈活調整教學實施策略，加入人工智能手段，加強實操過程的智能化信息采集和分析，便于及時、準確、高效地對學生進行評價和指導，使學生更好地掌握適應新時代發展要求的技能，實現真正的技能興農。

5 結束語

以植物工廠環境調控為例，詳細闡述了教學設計與實踐，對標設施農業生產技術管理人員崗位技能，重構課程，在創新實訓模式實踐中融入思政元素，使用豐富的教學資源和信息化手段，采用精準評價體系，高質量達成教學目標，有效提升了設施農業與裝備專業人才培養質量，學生綜合職業能力顯著提升，企業滿意度高，對相關專業及課程建設有一定借鑒價值。

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