机电系统设计课程改革助推智能农机专业人才培养的研究

阮培英，程卫东，蔡善儒，耿端阳

（山东理工大学农业工程与食品科学学院，山东 淄博 255000）

随着我国农业逐渐步入智慧化的发展阶段， 农机的用户群体与用户需求也随之发生了显著变化。用户群体由传统农民转变为新型“职业农民”，用户需求从性能可靠、适应性强的农机逐渐转变为具有人机交互功能、操作便捷舒适的智能化和无人化农机。传统农机向智能农机转型升级是大势所趋。相关高校以此为契机，纷纷推出改进措施，推进农业机械化及其自动化本科专业的发展。以山东理工大学为例，该校根据农机人才市场的新需求，重新定位农业机械化及其自动化专业本科人才培养的方向与目标，积极拓展新的专业方向，制定了智能农机专业方向的人才培养计划，根据专业方向有针对性地培养本科学生的专业素质和能力，为智能农机行业输送高质量的专业人才。

1 智能农机方向专业人才培养的背景

1.1 传统农机向智能农机转型升级是大势所趋

我国农业现代化的标志是机械化与自动化，智能化或者智慧化是在此基础上新的升级。发展智慧农业，旨在使农业生产过程实现低耗高效化、标准化以及少人化[1]。2017年，在中央一号文件中，首次提出要实施“智慧农业工程”；在2021年发布的十四五规划中，进一步将建设“智慧农业”作为十四五期间的重要内容。智慧农业将是我国农业未来20年的主要发展方向。

智能农机是将软硬件集成技术、通信技术、遥感技术、大数据云平台技术以及农机农艺融合技术等多种先进技术在传统农机上的有机整合[2]。智能农机的推广应用，是构成智慧农业的重要一环，也是智慧农业的一个主要特征[3]。当前，我国智能农机的发展已经开始起步，农机装备在技术研发上已经开始具备智能化的特征[4]，传统农机的智能化转型升级已然是大势所趋，给农业机械化与自动化专业的人才培养带来了新的挑战和机遇。

1.2 智能农机本科生专业人才培养的现实意义

（1）主动适应行业对专业技术人才的需求

智慧农业与智能农机是农业与农机行业未来发展的必然趋势。农业机械化与自动化专业的人才培养应紧随行业发展的潮流与趋势，为农机行业不间断地输送高质量人才，为加快推进我国农机智能化的发展提供强有力的人才支撑，有效缓解智慧农业与智能农机专业人才市场出现的供求矛盾，在扩大学生就业面的同时，实现精准就业与高质量就业。

（2）增强新农业背景下学生的专业（行业）认同感

调研发现，目前仍有部分农业机械化与自动化专业的学生对所学专业和所处行业缺乏高度的认同感。培养智能农机方向的专业人才，有利于帮助学生提高对新农业、新农民的认识，让学生认识到“现代农机也可以很高大上”、“现代农民也可以大有作为、前景美好”，有利于增强学生对专业与行业的认同感，让学生在智慧农业的大背景下愿意投身农机行业贡献力量。

（3）提高学生的专业技能水平和就业竞争力

以山东理工大学为例，该校将智能农机方向作为农业机械化及自动化专业建设的重点，在保留原有的“工”和“农”双重专业属性的基础上，围绕智能化拓宽知识面、增加技能点。实践证明，培养的学生既能从事农业机械化生产，还能从事机械设计、制造等工业生产岗位的工作。与纯工科的机械设计制造及其自动化专业的学生相比，在工业领域的就业劣势并不明显。在农业机械化及自动化专业学生的培养上向智能化的方向倾斜和调整，增加工科知识与技能的比重，使学生“技多不压身”，有利于提升宽口就业的竞争力，提高就业率。

2 应用机电一体化技术助推农机智能化升级

机电一体化技术是将机械、液压与气动技术、电子信息技术以及计算机控制技术等有机结合的综合性技术。应用机电一体化技术的系统，统称为机电系统。将机电一体化技术应用于农机领域，常常通过融合传感器技术、自动控制技术、智能导航技术、计算机视觉与光谱技术、机器人与无人机技术等来实现。在农机领域中应用机电一体化技术，一方面，能够丰富农机装备的功能、显著提高农机装备的工作可靠性和操作简便性；另一方面，还可以实现对机具的高精度可控，并具备学习、判断和决策等能力，提高农机作业的效率与质量，助力农业机械化、自动化向智能化升级。由此可知，将机电一体化技术与农机装备有机高度融合，是实现农机智能化的重要途径之一[5]。

在传统农机逐步向智能农机转型的新背景下，农业机械化与自动化专业的学生不光要懂机，还要懂电等更多领域的知识，更要能将机和电等多领域的知识有机融为一体。专业课程体系要做出相应的调整和改革。以山东理工大学农业机械化与自动化专业为例，机电课程群主要包括液压与气压传动、工程测试技术、工厂电气控制和机电系统设计等课程，其中前三门课程是先修课程，机电系统设计则是核心课程。机电系统设计课程是基于机电一体化的核心理念的课程，其教学目标是传授机电产品的构成原理、总体设计与模块设计的基本知识，锻炼学生综合运用知识解决实际工程问题的能力，为今后从事机电一体化的产品开发与管理打好基础。多年来，机电系统设计课程教学团队根据学生学习和实践的成果、反馈意见和分析结果，在课程的考核方式、教学方法以及包括实验教学环节在内的课程内容等方面持续进行了改革和优化，但在大力推进智能化农机发展的新背景下，在教学模式和内容等方面仍有进一步改进提升的空间。

3 机电系统设计课程改革的建议

（1）课程内容的调整应偏重农机化

在机电系统或者机电一体化的概念里，机指的是机械本体以及机械传动，涵盖的领域常常是工业机械。由于在对接智能农机方向时略有脱节，因此有必要对课程内容进行偏重农机化的调整，增加农机的比重，也就是要将机械本体延伸为农业机械。例如，调整课程内容时，在保留工业流水线装配与码垛机器人的基础上，增加农作物收获机器人、田间作业机器人等内容。

（2）在教学环节中将农业工程类课题案例化

以山东理工大学为例，由于该校农业工程学科的办学历史久、实力强，因此有很多智慧农业与智能农机方向的研究项目与课题实例。在机电系统课程的教学环节中（包括实习与实践环节）将这些实例案例化并纳入教学内容，不仅有利于培养学生的学习兴趣，还有利于培养学生的创新意识和创新能力。通过科研反哺教学、教学促进科研，实现教学、科研双赢。

（3）为学生创造更多的实操机会

机电系统设计课程教学目前包括28学时的授课、4学时的实验和与1周的课程设计，其中实习实践环节占比较少；由于机电系统设计是一门实践性较强的课程，因此除了在教学管理和课程考核中要加大对学生实际问题综合分析能力与理论知识实际应用能力的培养和检验力度外，还要尽可能多地为学生提供各类实践锻炼与实习实操的机会，如：引荐学生参与教师的科研项目，鼓励学生参加省级机电产品创新大赛等各类、各级比赛，利用合作企业等各种平台组织学生参观实习，帮助学生建立专题创新团队或兴趣小组并开展题目论证与实践研究活动。

（4）完善和优化课程体系

以山东理工大学为例，目前机电课程群只有4门课。随着农业机械化与自动化专业本科生培养目标和课程设置的调整和优化，应逐步将更多的理论以及实践课程纳入机电课程群中，例如：农学基础、Matlab编程与虚拟仿真、农业信息化等课程，以及利用虚拟现实平台和拖拉机虚拟驾驶系统等开发出来的实践课程。通过完善和优化课程体系，将学生培养成为“懂农机、知农艺、会智能”的复合型人才。机电一体化技术不断融合声、光、液等技术并进入快速发展阶段，应根据机电一体化技术的发展趋势，将更多的高新技术课程纳入机电课程群。

4 结语

农机智能化是当前我国农机发展的必然趋势。为培养智能农机方向的高质量专业人才并向行业输送高水平人才，农业机械化及自动化本科专业也势必要向智能化转型升级。在专业课程体系建设中，推进机电系统设计课程改革应坚持机电一体化的人才培养理念，使机电系统设计课程真正起到将几门先修课程的内容融会贯通的作用，帮助学生在掌握农机、农业相关知识与技能的基础上进一步学习农机智能化。为实现智能农机方向专业人才的培养目标，还需要在当前机电系统设计课程教学的基础上，通过调整课程内容并提高农机化内容的占比、将农业工程类科研项目案例化并纳入课程教学、多源拓展实践教学渠道并给学生提供更多的实践机会、做大做强机电课程群并优化课程体系，积极推进机电系统设计课程改革，助推智能农机专业人才培养。