农业物料学开放性实验教学的探索与实践

胡育璐 何金成 郑文鑫

[摘要]为了进一步培养新形势下的农业工程复合型人才，以人才创新能力与实操能力的培养为目标，项目组利用学校现有实验室条件上的优势，对农业物料学的实验课程进行了改革探索与实践。其采取的主要措施有：开放实验内容的选择，鼓励学生发挥学习的主观能动性，独立完成实验设计，培养学生的独立思考能力及创新能力;建立一套多维度的评价体系，对学生实操能力提出新的要求。实践表明，改革取得了较好的教学效果，有利于进一步提升实验人员的教学水平，也激发了学生参与课堂实验教学的积极性。

[关键词]农业物料学;本科;实验课程;实践教学

[中图分类号]G642，477 [文献标识码]A [文章编号]2095-3437（2020）07-0070-03

随着新时期我国土地流转进程加快，农村大力推行规模化生产，我国农业进入机械化发展的高速时期。时代告诉我们，要重视农业工程专业人才的培养。而高等人才来源于高等教育，要重视本科人才实践能力的培养，加大对本科课堂的改革力度，以适应新时期的发展需求。实验室是培养高素质人才的重要支撑平台，要重视实验室教学改革，以适应新时代的发展。

农业物料学作为农业工程学的基础学科，是一门研究农业物料物理特性的综合性基础课。农业高校的农机化专业需要对农业物料进行研究，以研发出更具有针对性的农机具。因此，农业物料学是一门理论与实践并重的学科，是培养农业工程人才不可或缺的专业基础课程。实验课程作为大学教育的重要组成部分，是理论走向实际的必要过程。高校要重视实验课程的改革，引导学生通过亲手实践操作，将课本上的理论转化为综合知识运用和解决问题的能力。

随着农业工程的发展，运用近代物理学理论、技术和方法，对农业物料进行了解和学习，能让学生对农业工程系统的学习有一个深入且直观的把握。农业物料学研究各种农业物料的物理特性，这些特性在农业机械产品的设计和制造分析中是不可缺少的基本参数。除了理论方面的学习，对学生实验技能的掌握要求也在逐步提高。如今随着科技进步，更多的实验设备被研发出来，在实验室内可完成的物料物理特性研究的范围越加广泛。为适应新形势，课程需要进行重新思考定位，利用实验室内的新型仪器设备，对实验室可完成的实验加以完善和拓展。而目前高校依然存在着对实验课程重视不足、教学模式固定、内容陈旧的现象，因此以创新为导向、以能力培养为目标的实验课教学改革势在必行。

一、农业物料学实验课程的缺点

农业物料学是专业基础课程，实验课程的开设时间与理论课教育进度要相配合。农业物料学实验课程安排为10个学时，分为4个实验，分别是测定谷物含水量、生物材料的硬度强度、种子物理特性、土壤特性。在有限的学时中，要精选实验内容，增强学生学习主动性，减少重复性实验，构建适应现代化发展的实验教学体系。

在对现有实验内容进行研究后，我们总结出传统物料学实验课程存在的缺点如下：

（一）实验内容覆盖面小

在实际实验室中，目前开设的实验农业物料的选择范围有限，比如黑米、谷粒、绿豆、红豆等。这些农业物料明显偏重谷物等种子特性的研究。农业物料的力学特性涉及的专业知识较广泛，包括流动力学、散粒体力学等。在有限的实验课时内，应当尽可能地让学生多接触到不同的专业知识，扩大眼界。因此我们更倾向引进如新鲜水果、牧草、菌草等新式物料，将实验物料与教师科研课题相结合，同时也能提高学生的实验兴趣。

（二）实验操作方式重复单一

实验课程的流程操作以指导教师讲解示范为主，学生被动且重复地模仿，并不能真正地理解掌握仪器的使用。由于操作单一重复，部分学生参与度不高，全程未能实际动手操作，学生兴趣明显不高。仪器设备的使用作为一项技能，更应该让学生发挥主观能动性，变“要我学”为“我要学”。

（三）实验成绩评定，评价系统不合理

传统课堂只以课上签到、课后上交实验報告作为评价标准，往往忽略了学生在实验过程中的表现。有些学生人来心未到，未能实际参与到实验课程中。课堂上，部分学生常常玩手机、开小差、组队聊天等。小组组成的实验操作团队分工不合理，使得有些学生处于旁观状态。但最后的实验报告同一小组是共享实验数据的，在课后进行评价时，实验教师无法准备判断哪些学生进行了操作，操作过程中是哪些学生主导，哪些学生配合。因此有必要设置新的评价体系，从设计、过程、成果三个方面进行全过程全方位全面的操作评价。

（四）实验过程强调了对理论课程的印证，未能进一步进行发散与探究

验证性的实验要求学生理解实验原理，学生仅需按教师所演示的步骤即可完成对实验现象的观察，但缺乏对整个实验过程进行创新思考的过程。因此下一步应引导学生向探究性学习方向发展，让学生跳出思维的固化圈，进行创新性探索。

二、开放式实验课程结构设计

开放性实验教学是一种解决方式，体现了因材施教、以人为本的原则，提倡个性化培养。在开放性的实验课上只提供相关的仪器设备、任务书。没有既定的实验程序，指导教师仅负责答疑及考核，维持现场秩序及打分。在基本知识结构的支撑下，给予学生最大的自由度，让学生根据自己的兴趣来设计实验。将课堂拓展到生活中，以学生的需求为导向，开放实验内容，开放实验教学，让学生学有所得。

传统教学过程强调教师和学生之间的有效互动。在开放式实验课程结构中，操作的主动权又回到了学生手中。借助学生自我内在需求的激发，使其主动、高效、多途径地去探索未知的体系。实验课程的结构设置要紧扣教学过程，做到实验验证与理论相结合，更有益于学生理解课堂理论知识。兴趣导向可以激发学生的积极性。要引入更多种类的农业物料、引进更先进的物料检测装置，引导学生参与到实验设计中来，激发学生上课热情。以培养学生的思考能力、创新能力、实践能力为导向，设置实验结构，改进教学内容。

开放性实验课程实施流程如下图所示：

（一）实验原理学习

课堂教学开始时，首先由指导教师对实验室规则、安全事项、设备基本型号进行讲解，学生掌握其中基本操作要领，为实验设计做准备。对实验室仪器设备的了解及掌握是一切实验的基础，在安全规范的指导下完成实验设计及操作，是实验的先决条件。讲解完毕后，教师可以适当提问实验原理、注意事项等，抽查学生的掌握情况，对课堂进行预热，调动学生的积极性。

（二）自主完成实验设计

给学生一个命题，由学生自由组队，完成选题的实验设计。指导教师只在学生遇到问题或出现错误时，予以解答与纠正，对实验方案的科学性、可行性进行专业评价，排除不确定性，确保实验的系统合理。整个实验设计过程都在实验课堂上完成。设计实验步骤，不仅需要对实验原理有深刻理解，还需要对课堂知识能充分运用，发挥小组成员的综合思考能力。在有限的时间内，以实验目的为导向，激发学生小组团队合作能力，使其同心协力完成实验设计。

（三）实验操作

学生必须严格按照安全及设备操作规范，依据小组内的实验设计内容，完成实验任务，记录实验过程，完成实验。在操作过程中，学生逐项完成实验，实验教师对操作规范、操作流程、实验的完成度进行现场打分，确保学生操作安全。鼓励学生在实验过程中自主发现问题、解决问题，鼓励学生提出新问题、新思路。学会举一反三，将实验操作过程变成理论联系实际的过程，并推广到不同实验中去。

（四）成绩综合评定

依据实验过程中考核的多方面内容，我们自主设计了实验成绩评分表，对实验过程进行全方位的评定。颠覆了传统实验课教学中的成绩评定单凭实验报告为准的模式，综合考量学生课堂表现，全面考虑各个队伍沟通合作情况、实验设计、数据准确性、操作过程等几个方面，并进行综合评定。实验报告依然保留，但所占的比重减小，更强调学生的独立思考能力、创新设计能力。

三、改革与探索

在项目实施过程中，我们首先对2016级农业机械化及其自动化专业进行了实践教学改革。教學改革针对重点领域、关键环节来设置，以农业物料学的实验教学部分内容为对象，进行改革实践。

（一）课程实验改革

以“生物材料的强度硬度的检测”实验项目为例。传统实验是根据教师设定的实验步骤来完成的，实验物料的选择由实验教师提前准备，每种物料对应的仪器设备也已经挑选完成。学生仅需学会操作仪器即可得到相关的数据。课堂上，教师讲授，学生重复，缺少创造性，无法激发学生的学习兴趣。

改革后的实验课程由学生自由组队、自主选择测定的物料对象，查阅相关仪器设备的说明书及物料基本参数后，选择相应的仪器设备，设置实验步骤，得出相关数据。实验课程中的农业物料可以由学生自主选择，如苹果、梨子等水果，也可以是大米、黑豆等谷物。实验室提供的仪器设备有万能材料试验仪、谷物硬度计、茎秆强度测定仪等。

一方面，要在原有的农业物料学实验内容上进行变更与修改。扩大农业物料的选择范围，提供给学生自主选择权，使其可以选择水果、谷物等不同农业物料进行研究，贴合新时期农业工程人才个性化培养的要求;提供更多的实验仪器供学生选择，能有效提高其操作技能。另一方面，可建立实验小组，进行简单实验自主设计环节，学生自由组队、分工合作，完成实验内容的设计与实施，增强学生自主创新能力和团队合作能力。着重考查学生在实验中的沟通组织协调能力，强调综合素质的培养。

对学生来说，实验课后的实验报告仅是评价体系的一部分。综合性实验成绩评价方式，能综合考虑学生沟通协调能力、设计创造能力与实验技能，更加注重学生综合素质培养。评价体系可以分为原理掌握、实验设计、操作规范、数据处理等四个方面。开放性实验机制的建立有利于激发学生自主学习的动力，培养创新型人才。通过理论知识体系的学习，鼓励学生主动去发现问题、思考问题、解决问题，建立全程化培养模式。

对于实验教师来说，开放式实验课堂的落实，需要教师技能的进一步提升。原有实验过程涉及的知识面有限，操作重复且内容固定，不具有创新性。实验教师掌握的技能陈旧，实验室设备更新换代缓慢，资源利用率低。进行实验内容的改革后，实验教师需要快速扩充自己的知识面，面对学生提出的新问题、新思路，能够做到指点迷津，引导创新。在课堂上能够兼顾不同学生的不同需求，并在课后指导时对学生实行个性化培养。将实验教师的身份任务进行进一步凝练，引人多样性的指导，实现师生互动。亦可以引入教师的科研项目，在实验室中设置与农业竞赛相关的物料实验，以赛促学，以学促练，夯实学生基础的同时也提升实验教师的管理教学水平。

（二）课程实验创新

农业物料学的开放性实验教学改革探索，做到了以下几点创新。

首先是思想创新。打破固有实验教学中学生单方面接受的固有模式，加强了理论教学与实践教学相互补充的关系，让学生与教师都解放思想。

其次是内容创新。实验课的内容既与理论课教学内容进一步结合，做到了一体化、同步化，又做到了差异化。每个学生都可以将理论作为实验的基础，灵活地选择自己感兴趣的内容进行探索。在内容的选择上，突出农业特色，突出科教结合，将新内容带人实验教学，激发了课堂活力。

再次是结构创新。课堂教学结构不再是一成不变的教师讲授、学生重复的模式。实验课的自由度更大，除了实验原理及探究的目的是固定的，其余过程都交由学生自主完成。强调了殊途同归，在不同的实验现象中，都能得出相同的原理。如果存在不同，则需要探究产生误差的原因。

最后是结果创新。对实验现象的观察，需要学生通过综合分析和独立思考得出不同的结果。实验的设计与数据分析能力是学生进一步深造的基础能力之一，通过科学的评价考核机制，激发学生求真学问、练真本领的热情。

四、结束语

实践证明，改革是切实可行的，在有限的课程实验时间中，大部分学生能够自主完成实验物料的选择、仪器设备的选择、设计出合理的实验步骤，完成参数测量及数据的记录，达到实验目的。

针对农业物料学课程的专项实验内容，学生需要对自己选择的物料特性有所了解，对理论应用娴熟才能完成相关实验。实验教师在过程中仅需对基本操作技术与安全注意事项进行说明，无须进行灌输式教学，有利于指导教师教学意识与方式的改变，对教师占主导地位讲解演练的教学方式进行了彻底改革。同时让学生自主思考，学会使用仪器，并设计出合理的实验过程，激发了学生的兴趣，增强了实验教学的互动性。以新形势下应用型人才培养为目标，在实验教学中突出了学生独立分析能力和动手能力的训练，激发了教学灵感，也符合新形势下对新工科人才培养的要求。其真正体现了农业院校的特色，以学生为主体，重视基础，不忘创新提高。