新工科背景下农业工程创新实践体系建设的思考*
2021-12-06杨丽丽王东伟员玉良何晓宁青岛农业大学机电工程学院山东青岛266109
杨丽丽,王东伟,员玉良,何晓宁(青岛农业大学机电工程学院,山东青岛 266109)
“新工科”是相对于“传统工科”的新概念,是基于人工智能、5G、物联网等新技术驱动下的新领域。“农业工程”中现代化的农业装备,不仅对作物的整个生长信息、种植模式、土壤特性、环境因子、区域特点、品种特征等相关知识进行全面掌握,还需要在机械研发过程中注入自动控制理论、系统工程、电子信息等专业知识,因而迫切需要以农业机械为核心的多知识体系的创新实践体系建设。
新工科背景下创新体系建设在多专业多学科多方面受到高校教育者的广泛关注。比如,曹成茂等[1]针对农业工程类人才培养面临的问题,从人才培养方案制定、多种人才培养模式、实践教学体系构建和多元协同培养方式实践等方面,阐述了以实践能力为抓手的农业工程类双创人才培养方法;李宗平等[2]围绕创新人才培养目标,探索实验室建设和发展的指导思想;研究高校实验室在实验大平台构建、校企联合实验室建设、实验体系改革、学科交叉融合、科技创新激励制度、实验教学质量保障体系及实验室文化建设等方面的举措;张伏等[3]以农业工程研究生的创新创业型人才培养模式为研究背景,从学生培养、导师能力提高和培养方案的修订等方面提出了一系列措施,提高学生的创新创业能力。李海军[4]在新工科背景下以机电一体化技术课程项目的教学应用实践为基点,设计不同类型的教学项目和有针对性的项目实施路线,构建考核评价体系,推进并提升了课程建设的质量。这些宝贵经验都值得学习和借鉴,文章旨在探讨在新工科下以农业工程专业群为核心的创新实践体系建设。
青岛农业大学农业工程类专业创新实践体系建设在研究分析新农业经济对传统工科专业人才培养上提出了新的要求,全面打通了制约全程全面发展的农业工程类专业升级改造的实施路径,构建了以应用为核心、基础与实践相结合,思政与专业相融合的应用型农业工程类专业人才培养体系,实现了农业工程类专业向产业发展无缝衔接的应用型方向发展。
工程教育新理念
工程教育新理念是要建立学校、企业、合作单位共建的完善的校企合作课程教学体系,建设一支结构合理、业务精湛、充满活力的高素质的师资队伍,形成较完善的基于产学研合作的人才共育机制。
以农业机械化及其自动化专业为核心的专业群、以机械设计与制造基础为核心的课程群、以智能装备研发与教学团队建设的教师群等三群体系重构合成。培养模式构建以通识教育与专业教育结合,实施宽口径的专业教育;实践教学与校企合作兼顾,培养学生的科学基础和工程意识,加强“大工程”观念;基础加强模块,拓宽专业,注重复合,重视能力;技术素质与非技术素质结合,提高综合素质指导思想。
根据目标与培养模式,首先要保障学生有一个健康的体魄。体育、心理健康及就业指导相关课程总学时136,占课内总学时的5.67%。其次,提高学生的思想意识、道德水准和职业素养。人文社科教育培养学生的伦理道德和社会责任感,提升学生的科学素养和国家情怀,增强学生的思辨力与判断力。课程思政建设要落实将社会主义核心价值观融入教育教学全过程的重要举措,实行“思政+专业”实现课程育人。新工科的内涵不但包括传统工科与其他学科的交叉融合,也包括一些人文社科学科与专业课程的密切交融。创新体系建设的一个突破点就是把思想价值引领贯穿教育教学全过程,实现全程育人和全方位育人。以《农业机械学》为例,该课程是农业工程专业群建设的专业核心课程,对于学生掌握现代农机装备的专业知识与前沿技术尤为重要。根据农业机械学课程特色与人才培养目标,在授课过程中引入“农机文化”与“工匠精神”两个重要思政元素。“农机文化”是指在机械化进程中形成的一种基本精神,以特有内涵的软性优势,潜移默化中熏陶学生的情操、观念和价值观的文化形态,是农业积累的物质文明和精神文明的总和。“工匠精神”是职业能力、职业道德和职业品质的体现,是学生们的行为表现和职业价值取向,涵盖精益、敬业、创新及专注方面的内容。由此,课程思政的核心要义是通过专业课程深入挖掘学科中蕴含的思政资源,充分发挥课程的育人功能和教师的育人职责,推动思政课和专业课跨学科交融耦合。
再次拓宽专业基础和方向,强化英语、数学、计算机教育。在英语课程设置上,除了大学英语外,相应增加雅思听说读写、商务英语等相关选修课程;数学类课程增设了工程数学以及数学建模等课程;计算机类课程增设了统计分析、计算机网络技术、仿真软件、数字农业技术的理论与实践课程。英语、数学、计算机基础课程总学时为504 学时,占课内总学时的20.34%。从基础课程所占的比例可以体现出厚基础、宽口径的原则,只有强化基础,才有利于增强学生获取、运用和更新知识的能力。同时,减少专业课程门类设置,留出足够学时强化基础,保证实践能力训练和素质提高。由此,设立了几门必不可少的基础课和专业基础课,《机械制图》《理论力学》《材料力学》《机械设计》《机械原理》《汽车拖拉机学》《农业机械学》《机械制造技术基础》等具有拟合度高、递进关系强的课程,形成通用知识、基础理论、设计分析、制造工艺等串联的课程群。《电工技术》《电子技术》《控制工程基础》《工程测试技术》《常用工具软件》等具有理论算法高、弥补关系强的课程构建全面的大工程课程体系。专业基础课总学时为792 学时,占课内总学时的33.11%。专业课分为必修课和限选课两大类,专业课体现专业内涵和特点,总学时为1328 学时,占课内总学时的55.52%。限选课则根据分流特点进行选择,体现模块化,即根据分流方向选择课程,避免了选课的盲目性,也使知识结构更加合理。从专业基础课和专业课的课程设置体现了农业工程本科教育贯彻的少课程、少学时的教育思想,保证学生既能够将基础课学得深入,又为学生个性发展留出一定的思索空间。
人才培养新模式
新工科建设中农业工程类专业需培养能够解决“跨界”的“复杂工程问题”的工程应用型人才,培养“宽口径、厚基础、重实践、强能力”的复合型人才。创新体系建设以立德树人为根本,以培养高素质应用型人才为目标,以农业机械化及其自动化专业建设为着力点,突出强化农业工程学科与专业特色,促进农机人才培养与农业装备产业优化升级、经济转型发展紧密对接,完善适应个性化教育需要的教学管理体制和运行机制,深入创新实践的应用型农业机械化及其自动化的专业群培养模式。
培养模式坚持落实“强适应、高创新、深融合”的“大工程”人才培养理念,按照新工科工程教育的思想理念,以学生为中心,以产出为导向,持续改进的原则进行专业群建设。课程群建设致力于培养具备扎实的自然科学基础、较强工程实践能力、勤奋进取的工作精神和创新创造能力、兼具强烈家国情怀和职业素养的具有独立从事科学研究工作复合型人才。“目标+特色+专业”的共享、共性群体集成路径与方案。按照“总体目标+优势特色+专业特点”的设计思路,以面向农业现代化、农业机械化、农业信息化为主题,培养从事农机事业的情感,改革集成农业机械化及其自动化、农业电气化、机械设计制造及其自动化等专业的课程与培养路径。培养模式构建体系结构如图1 所示。
图1 培养模式框架结构
“校内+车间+田间”的群体课程、实践教学体系的构建。创新课程体系,缩减传统教学“黑板上理论、实验室试验、训练中心锻炼”课程周期,提高“电脑里模拟、车间里演练、田间里体验”的实战化内容比例,形成“教学链、产业链、使用链”相结合的理论与实践课程群体系。
“引领+特长+经验”的高层次高水平双师型教师群组建。全面建成由学生主持创业创新大赛,参与教师主持的各级别应用类研究项目,培养具备具有实践经验的应用型毕业生和生产一线经历的双师型教师群。学生参与竞赛科研比例在学生总数中达70% 以上,教师参与校企合作项目比例达100%,中青年教师企业锻炼比例达100 %。
创新实践体系
应用型创新人才的培养除了具有扎实的理论基础,使其具有系统的通识化教育和专业化教育外,更需培养学生的实践能力,注重创新与应用,两者相辅相成。创新实践体系建设应突出以“应用”为培养目标、“创新”为主要特征。体系建设在这方面不断投入了对实践条件的建设,鼓励学生积极参加科技活动、学科竞赛,参与科研工作,通过课研赛结合等多种途径培养和提升学生的创新实践能力,同时重视培养学生的创新精神。
学院在传统实验平台的基础上,建设了虚拟仿真实验室,如电子技术实验、微机原理与接口实验、信号与系统实验、模式识别与图像处理、理论力学实验等,通过“虚实结合”的实践平台构建面向创新能力培养的实验教学模式。农业工程创新实践课程体系构建如图2 所示。
图2 农业工程专业群理论实践课程体系构建
青岛农业大学机电工程学院近几年组织的竞赛包括“挑战杯”山东大学生创业计划竞赛、节能减排社会实践与科技竞赛、大学生先进成图技术与产品信息建模大赛、大学生智能车竞赛、智能制造大赛、大学生机械创新设计大赛、大学生工程训练综合能力竞赛、大学生电子设计竞赛、三维数字化创新设计大赛等竞赛项目。学科竞赛具有全方面、综合性的特点,这使得理论体系和竞赛相互促进、相辅相成。图3 显示了科研竞赛对学生能力和职业素养的各项能力培养。学院组织全国大学生机械创新设计大赛、电子设计竞赛指导教师团队,常年开展科研活动及科技竞赛两类活动,不断提高学生实践能力,使科技活动常年化、层次化、多样化、系列化。各个阶段的科技活动按层次进行,循序渐进,大一学生重基础,大二学生重活动,大三学生重竞赛,大四学生重科研,成为实验和课程设计环节的有益补充。科技活动系统化和多样化,利用交叉学科促进专业群内的不同专业学生组合配置,培养学生的工程实践能力、创新能力和团队协作精神,切实提高学生的综合素质和工匠精神。
图3 科研竞赛对学生能力的培养
“双师型”教师群培养体系
以农业机械化及其自动化专业为核心的专业群,实现专业间的集成,实现理论与实践的结合,不断提升专业融合度。以教学团队、课程群团队、创新团队、创业团队等相互协同为基础的企业创新人员参与、科研单位支撑的农业工程类专业教学大数据平台构建,形成农业与机械装备间的交互式知识输送,确保过程中量、质的稳定与提升。
以学院的现代农业装备实验室为例,该实验室配备了农机装备远程控制、农机装备智能系统、作物-机器系统、智能排种系统、联合收获测试分析系统、农机整机集成设计和农机装备交互现实等大型共享综合实验平台。同时,学院建立了工程基础实验教学平台、虚拟仿真平台和大学生科技创新基地,有效地保证了该专业创新实践体系的顺利实施。
学院鼓励教师出国考察和攻读学位,使教师具有国际化视野。从事农业工程类方向的教师可申请进入农场的实习基地,深入了解和掌握农场的发展状况及农业装备设备和水平,切实提高自身的实践能力。鼓励教师们参与科研组建科研团队,由具有丰富经验的学术带头人带领团队,创建并发展农业工程类专业和实践体系的建设。鼓励教师申报各类教学科研项目和课题,提高教师的教学科研能力和创新水平。同时,学院利用农机专家工作站等优势资源,为新进教师制定培养计划,选择教学经验丰富专家对青年教师进行:“传、帮、带”。加强中青年教师教育理论和职业道德培训,鼓励教师企业挂职、锻炼。加大校、企两级共享资源平台的建设,提高共享资源建设力度和水平。通过基地、平台、装备等资源的充分整合,带动农电、机制、电气、电自化等相关专业的发展。通过多种举措,学院教师中双师型比例大幅提高,达63%。聘任兼职教师比例超过25%,中青年教师挂职比例达到90%,核心专业博士学位比例达到90%。
总结
农业工程专业创新实践体系建设的实施,可形成全面适应中国国情的农业工程类专业人才培养体系,培养出价值追求高尚、专业精神执着、作风严谨扎实、富有创新创业精神、实践能力和社会责任感强的高素质复合型的专门人才和“下得去、待得住、用得上、干得好”的农业科技工作者。文章设计的课程时间体系建设模型,师生素质培养体系,可提高实践教学与理论教学质量,加强学校、企业和合作单位合作的灵活性和可扩展性,从而培养出有着较强综合能力的毕业生,为各专业研发教师和人员提供多科学综合平台,为建设多学科交叉融合打好基础。