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农业机械化专业主干课程实验教学改革

2021-11-19 11:24 来源:农业机械论文 人参与在线咨询

摘 要: 农业机械化专业的主干课程通常包括 《农业机械学》、《拖拉机构造》等课程,其实验环节注重学生实践与创新能力的培养。随着 “新农科”概念的提出和执行以及农业机械新的发展方向,这些课程的实验教学体系也需要相应改革和更新。本文以山东理工大学农业机械化及其自动化专业为例,在分析几门专业主干课程实验教学体系现状和存在问题的基础上,对其改革的途径提出了几点见解和建议。

关键词: 实验教学; 农机专业; 主干课程; 贯通式体系

引言

农业机械化及其自动化专业是为我国农业机械工程领域培养人才的对口专业,其专业课程的布局和教学质量直接影响所培养人才的专业基础,而其中的实验环节既是理论课的延续,又是理论课的升华[1],是学生实践动手能力以及创新能力养成的第 1 个实践环节,因此实验教学是农业机械化专业课程教学的重要组成部分,对于专业人才创新与实践能力的培养具有不可替代的重要作用。基于这样的共识,近年国内各高校的农业机械化专业在制定和修正培养计划时不断加大实践环节占比,而且专业课程中的实验学时比重在课程总体学时不断压缩的同时基本维持不变。以山东理工大学农业机械化专业为例,核心主干课程 《农业机械学》的总学时由 72 学时压缩至 64 学时,而实验学时的比例均保持在 30%以上。随着农业机械朝自动化、智能化方向的发展,农机专业的培养方案和包括实验教学在内的课程教学体系也面临着新的、更高要求的挑战,因此需要不断进行升级和革新[2]。本文在分析以 《农业机械学》和 《拖拉机构造课程》 为核心的几门专业主干课程的实验教学体系现状和存在问题的基础上,对农业机械化专业主干课程实验教学体系的改革途径提出了几点见解和建议。

1 专业主干课程实验教学体系现状及存在的问题

以山东理工大学的农业机械化及其自动化专业为例,目前主要包含实验环节的主干课程有 《农业机械学》、《拖拉机构造》、 《机械制造工艺学》、 《自动机械设计》、《机电系统设计》、 《液压与气压传动》以及 《工程测试技术》等。在这些课程当中,除前 3 门的总学时分别为 64 学时、56 学时和 64 学时外,其它课程基本为总学时 32 学时,其中实验教学为 4 ~ 8 学时不等; 而 《机械制造工艺学》课程考虑到设有单独的实习环节,其实验教学只有 4 学时。这些课程的主要实验内容大多是认知性实验、元部件的拆装实验和部分特性与性能测试实验等。实验教学在时间安排上采用紧密衔接课堂教学的方式,实验与授课穿插式同步进行。在实验过程中,教师需要进行讲解、指导和答疑解惑; 学生分组完成实验后,每人需要上交实验报告,教师根据实验过程中学生的表现以及实验报告的质量给出实验成绩,最后以约 20%的比例计入课程的总成绩中。目前,专业主干课程实验教学存在的主要问题包括: 教学内容、模式和方法以及实验效果评价方法较为传统,需要采用更新更好的策略以提高学生动手实践的积极性,增加实验的知识与能力收获; 实验设备更新缓慢、数量偏少,不能很好地与时俱进、与农机智能化的趋势接轨,且每位学生的动手机会有限; 各课程各自为政、缺乏有效的关联与贯通,导致学生的专业知识较为零碎,难以形成一个完整连贯的体系;部分课程 “农”的含量比重偏低,未能突出体现农机专业特色、服务农机专业人才培养。

2 专业主干课程实验教学体系改革路径

2. 1 实验教学内容、模式和方法的升级

随着农机向着智能化发展的趋势,专业主干课程的实验教学内容也要相应升级和创新。如, 《拖拉机构造》和 《农业机械学》 的实验可以引入无人驾驶拖拉机以及无人作业机械等智能农机装备的结构、性能认识与测试等项目; 《自动机械设计》和 《机电系统设计》的教学内容也要统一扩展至智能机械、机电一体化农机产品的设计与开发。此外,实验内容不只局限于实验室,应该让学生走进田间和工厂去进行认知性甚至实操性实验。如,前往试验田、学校的合作企业和实习基地完成实验项目,参加各类农机演示等现场会,对教学内容有更具体、生动和深刻的学习。在教学模式和教学方法上,也要尝试将课堂教学中常采用的先进教学模式和教学创新技法等加以应用。如,采用翻转课堂教学模式[3],线上线下混合式的实验教学模式,线上可以观看视频和动画等自学,线下通过实物拆装与测试锻炼实践动手与动脑能力;采用头脑风暴法等创新思维训练方法引导学生进行拆装或认知性实验,在了解某一部件功能的基础上,根据专业知识对部件结构提出创新改进和设计方案等。农机专业的主干课程都十分注重实践与创新能力的培养,因此在教学方法上要加大引导的力度,较少填鸭式灌输和过场式实验,认为完成拆装就可以,而忽略了拆装和测试过程中的观察、思考和发现。在实验成绩评定方面,教师主要以实验报告的质量作为评价依据,同时兼顾实验过程表现。但是,学生提交的实验报告都是采用校发的统一格式的实验报告纸,对于不同类型的实验项目来讲太过简单粗犷。因此,有必要针对不同课程的不同实验项目,配合实验指导书,根据具体实验内容设置相应的实验报告格式,量身打造个性化的、项目专属的实验报告纸,准确地对学生的实验效果和能力进行评判。

2. 2 丰富升级农机专业主干课程的实验条件

随着农业工程学科受到更多的重视,农机专业课程的实验条件也在逐步改善,如实验场地的扩大和新实验大棚的投入使用,近几年购入的大量实验设备和试验台等。在此基础上,充分挖掘利用已有的条件如土槽进行各类 “仿田间”试验,根据改进的实验项目自制实验设备和试验台也不失为低投入、高产出的升级模式。并且,借此机会调动学生参与课程实验的准备工作[4],以及实验设备、机具和模型等的设计、改进与制作全过程,对于学生的动手与创新能力的培养也是大有裨益。对于实验设备更新换代相对滞后的另一种解决途径就是搭建虚拟仿真实验教学平台。如,河南农业大学基于 VR 技术建成了网络化的农业机械学虚拟仿真实验教学平台,用以进行农业装备的虚拟仿真实验与部分农业装备虚拟仿真训练 ( 实践)[5];安徽农业大学也以科研成果转化为虚拟实验资源,建立拖拉机构造虚拟仿真实验教学平台[6]。山东理工大学农业工程学院的虚拟仿真实验平台目前已经初具规模,主要用于拖拉机构造课程的部分实验教学和玉米青贮收获机械的科研等,在未来还需要向更多专业课程和实验项目覆盖。

2. 3 多门专业主干课程形成贯通式实验教学

目前,农机专业主干课程的实验场地相对集中,但实验内容太过零散,相互之间的关联并不明显。为帮助学生形成一个完整的实践认知知识体系,有必要将多门专业课的实验内容放在一起进行统筹规划,将各课程的多数实验内容有机串联起来,形成贯穿式的专业课程实验教学群,然后按照开课顺序循序渐进地进行安排。如,实验教学群以 《农业机械学》和 《拖拉机构造》为核心,针对其重要组成部分进行认知与拆装实验,之后分别在 《工程测试技术》 与 《机械制造工艺学》的实验项目中安排该部件主要性能的测试实验与其组成构件的机械加工工艺和方法的实验,最后在 《液压与气压传动》、 《自动机械设计》和 《机电系统设计》中布置实践该部件及其构成的自动化和智能化改进或设计的实验内容。由于这些课程的开课时间分布在不同学期,因此各课程的实验时间不可避免地存在时间差。为了保证学生的知识体系能够有效连贯起来,可以在实验教学上通过采取预习、提问以及带领学生对前期实验内容进行简单回顾等方法,帮助学生将专业主干课程的实验所学串联起来,专业知识体系不但完整而且前后连贯。

2. 4 部分课程的实验项目增加 “农” 的比重

农机专业主干课程的实验开设学院基本均为农业工程学 院,因 此 主 要 围 绕 “农 机” 开 展。但 目 前《机械制造工艺学》的实验教学场地在其它学院,实验任课教师也是外学院教师,实验的内容主要包括“机床的静刚度测量” 和 “可加工误差统计分析”2个实验项目,离农机较远,不能很好地融合农业机械的专业知识,体现专业特色,因此有必要在课程以及实验教学内容中增加农机部件设计、制造加工工艺方面的内容; 并且,该课程目前只有 4 学时实验,虽然安排有实习环节,但相对于 64 总学时来讲占比还是偏少,因此有必要适当加大实验环节的学时比重。此外,为了扩大学生的知识口径并增加其就业竞争力,《机电系统设计》中涉农部分也较其它课程偏少。随着农业机械智能化的发展,该课程在农业机械化专业人才培养方面具有日益重要的位置,因此需要在其课程内容以及实验和实践环节中逐渐加大 “含农量”。为了适应智能化农机的发展方向,引导学生建立现代农机需要 “农机” 与 “农艺” 相结合的理念,山东理工大学农业机械化专业的培养计划将 《农学概论》列为专业选修课。该课程共 32 学时 ( 均为课堂讲授) ,教学目的是帮助学生从农机农艺融合的角度,了解、掌握作物生长发育、产量、品质形成规律及其对环境条件的要求以及实现作物的高产、优质、高效和可持续发展所采取的农业技术措施,同时掌握农业机械设计中需要运用的农艺学原理与原则。因此,《农学概论》极有必要增加实验环节,并引入农机专业主干课程的实验教学群,帮助学生对农业机械的主要作业对象和作业目标有实在、具体的认知,理解和掌握智能农业机械及其工作部件的设计、制造或改进所遵循的原则和方法,奠定更为扎实和全面的农机专业知识体系。

2. 5 加强农机专业实验教学师资力量

当前国内高校普遍重视师资队伍建设,但实验师资建设还未能受到相应重视,引进的高层次人才作为实验师资数量极少,专职实验人员和担任实验教学任务的任课教师能够参与的实验培训或进修机会偏少,导致专业知识更新慢、实验教学模式和方法都较为陈旧。因此,有必要从 “引”和 “育”2 个方面加强农业机械化专业课程实验教学队伍的建设,增强农机专业实验以及课堂教学软实力的同时,对培养实践与创新能力强的专业人才也具有积极作用。

3 结论

以 《农业机械学》 和 《拖拉机构造》 为核心的农业机械化专业主干课程的实验教学体系既存在教学内容和模式传统滞后、实验设备更新缓慢等共性问题,也存在部分课程 “含农量”不高、未能紧密围绕农机开展的个性问题,还存在课程间关联松散不能很好形成贯通体系的问题。对此,提出了根据智能化农机发展趋势进行实验教学内容与教学模式的更新升级,根据实验项目 “量身定制”实验报告从而对成绩进行科学评价,依据 “虚实结合、以虚补实”和自制或改进实验设备等原则改善实验条件,以及将多门专业主干课程的实验环节统筹规划、形成 “核心为主,贯穿其他”的贯通式专业课程实验群的改革建议。

作者:阮培英 蔡善儒 宋井玲 程卫东 赵静 牛国栋 单位:山东理工大学农业工程与食品科学学院

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