农林高校“三层体系，以赛促学，以研促创”的工科人才培养创新与实践

牛子杰 张军 曹培

摘  要：农林类院校的工科教育发展过程中，因其本身的学科特性以及学科交叉等原因，呈现出一定的特殊性。如何在农业高校背景下，针对工科专业进行改革试验是一个重大课题。结合教学过程中出现的实际问题和有益尝试，形成以产出为导向的“三层体系，以赛促学，以研促创”工科人才培养方案，为农林高校的工科专业教育提供新的模式与思路。

关键词：农林高校;工程人才培养;三层体系;以赛促学;以研促创

中图分类号：G642    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2022）01-0066-04

一、研究背景

（一）政策导向

工业“4.0”的提出，催进着各类先进技术进行转型升级，在“四新”建设中提出的新工科建设旨在促进新兴工科专业升级改造[1]。农业工程正逐步从机械化、自动化向信息化、智能化发展，推动传统农业向现代化农业、智慧农业发展，国务院《关于加快推进农业机械化和农机装备产业转型升级的指导意见》明确要求推进多种信息技术在农业上的应用，推进智慧农业发展，支撑农业发展的可持续性发展。

（二）国内重点院校的培养模式

在20世纪90年代于北美首先被提出和发展OBE（Outcomes-based Education）模式以及MIT提出的CDIO（Conceive Design Implement Operate，构思—设计—实施—运行）的工程教育理念，以实践和产出为导向的是这种新学习模式最大的特点。近年来OBE、CDIO模式已经作为一种全新的教学体系逐步在我国高校实验和推广，其重在根据学生最终获得的学习成果反推学生所需获得的相关能力和知识，并基于此进行教学内容和模式設置的建设。在“双一流”建设和“四新”的推动下，国内许多重点院校积极提出了既有共性也有差异的工科人才培养模式，共性在于注重跨学科、实践能力、产学研结合，以及注重创新和创造性想象力的培养等。在此背景下，农林院校正在探索自身的工程人才培养新模式。

（三）本学校、本专业的教学育人模式

人才培养总是面向未来的。高校必须顺应技术发展浪潮，从工科的学科特点和现代农业的发展需求，整合多学科资源，调整学科专业结构设置[2];走出人才培养的思维惯性，反思现有课程体系及教学方式，突出工科课程体系与紧密结合的教学模式;突出能力为本，注重学科的个性化、差异化发展特点，打破“范式”教育及学科体系间的体系壁垒，多层面为学生创造新式培养格局。

二、农林高校工科与工科高校工科之间人才培养差异性

（一）科研主方向

农业工程教育是在一般工程教育的学理路径上发展的，但也有自身的特点。长久以来，工程科技在农业领域发挥的作用越来越大，以农业工程专业为代表，农业机械装备作为提高农业生产效率、推动农业可持续发展的重要手段、农业科技研制的工具，正推动农业朝着以信息技术为核心的智能化与先进制造方向发展[3]。

这就要求高校必须聚焦国家农业发展中长期战略，着眼未来发展，更新改造传统农业工程类专业，培养掌握现代信息科技和工程科技、具备创新创业能力和跨界整合能力的农林工程人才，为农业的种植、保护、收获和加工的信息化、智能化服务。

（二）周边学科的交叉方向

农业高校作为我国高等教育体系的重要成员，其工科专业的设立具有其特有的学科特性，既不同于纯农科类专业，亦不同于纯工科类专业，具有学科交叉与集成的属性。近年，高校借力于“新工科”“新农科”双引擎，凸显农业高校工科专业特色，加快建设一流农业工程类专业，加大对农业工程类专业建设改革力度，将教学从课堂内扩展到线上线下，多渠道、多平台为高层次农业工程人才培养提供支撑。

但目前农林高校在人才培养过程中凸显出面向产业的开放度、融入度不够的问题。在新工科背景下，农业高校应当进一步将培养新工科人才目标作为教学改革的重要准绳，迫切需要瞄准产业需求、深化教学改革，探索新工科背景下多学科交叉融合的农业工程类人才培养模式，探索追求高阶性、挑战性、挑战度教学方式[4-6]。

三、“三层体系，以赛促学，以研促创”的工科人才培养探索

（一） “三层体系”的内涵

应新时代和工程学科发展的大势，近年来逐渐探索农林高校工程学科发展的新模式。三层体系包含“以赛促学，以研促创”所需的必要支撑，具体需从学校组织、多元教学平台和学科创新竞赛机会三个层面对工科人才培养进行探索，体系总体如图1所示。

首先，为了保证学生自由交流的环境，需要依托于学校层面的支持，例如目前学校团委针对工科学生进行科技创新讨论而设立的“创客之家”，以及学院本身的工程训练中心以及实验室条件。依托学校必要的软硬件条件，由不同领域的教师团队针对学生不同的专攻方向建立相关的学生社团，例如以无人机农业智能化应用为主的“AIRobot”社团和与无人机设计为主的“极飞空间”社团等，为学生提供高效的学习和参赛平台，为学生搭建良好学习交流平台的同时，也构成了教师与学生及时沟通的桥梁，帮助学生更快更准确地提升自身知识能力[7]。

与此同时，也使得教师能够更加贴近学生的实际学习水平和需求情况，利于后续教学方案的设立以及教学方式的确定。在此基础上，教师可以利用多元的教学方式，针对学生情况有目标地进行能力训练，多方面提升教学效果，启发学生进行自我探索，通过对要解决的问题追问，完成多学科知识的融合和创新。科研活动和学科竞赛则作为整个过程的导向，也是最终结果。利用现有的学科竞赛和科研活动机会为学生们提供施展的平台，根据比赛和科创活动所需，重点强化学生所需的知识内容和科学素质，接收与其他学科交叉的知识内容。

（二）“以赛促学”的内涵

“以赛促学”的教学模式重在重构学生学习方式，培养学生学习习惯，从而培养适应社会发展所需要的综合性高素质人才。

多项国内外创新教育研究都表明，讲座、讨论等传统的创新教育方式并不能明显提高学生们自主创新的意识。将实践带入教学，有利于探索教学改革道路。近年来，由政府和高校举办的科学知识应用创新竞赛越来越多，也越来越成系统，为“以赛促学”提供了多样的项目基础。参与到实际竞赛项目中，和全国大学生以及部分相关专业从事人员同台竞技，将对学生的专业能力成长起到推动作用，开阔学生眼界，同时帮助学生和教师察觉现存的不足，最终促进教学不断改革并取得良好的效果[8]。

“以赛促学”的教学模式需要授课教师走出自己“熟悉地带”，不间断探索行业和社会上的最新设计趋势，参照设计竞赛优化相应课程内容，不断革新教学方法和课程内容。

（三）“以研促创”的内涵

“以研促创”的教学模式，重在充分激发和展现学生在科研创新的潜力，以科学研究项目为驱动，促进学生创新能力的提升，提升学员的团队合作和沟通协调能力。

以此为起始点，如果学生在毕业设计之外，能够更多地真正参与到实体科技创新项目，那么“促创”的作用将会更为显著，可使课程所授知识内容与实际科学应用相得益彰，使得学生学习的积极性和主动性都相应提高[9]。

（四）整体的“三层体系，以赛促学，以研促创”工科人才培养体系

一个新的人才培养体系的建立，必须依靠于学校、学院、教师多方面的条件支持;借力于目前高校和社会各界可能提供的比赛条件;依托于高校的科学研究环境，为学生首次踏入科研领域构建环境、铺设平台。“赛”和“研”作为人才培训的过程，是师生探索新的教育模式的重要手段和途径，在此过程中学生的能力和眼界的提升都是必然的收获，教师在此过程中针对现有教学模式的反思则是可持续作用于人才培养过程的重要收获。“赛”本身并不是目的，目的在于通过参赛，来调动教师和学生的参与的能动性和培养科研的敏锐度。

如此，在建立于学校、教师、学生以及社会各界之间的交互上的新的体系将成为一个可持续完善的人才培养过程。在促进学生进步的同时，也能使其与社会需求和科研环境有不断地接触和交流，起到远大于单一教学方式的培养效果。

四、“三層体系，以赛促学，以研促创”的工科人才培养成效

（一）学生课程成绩方面的培养成效

“三层体系，以赛促学，以研促创”教学模式从多个层面出发为学生提供与实际需求相适应的学习氛围，在参与主观能动性较强的工程类竞赛和实际的科学创新项目的过程中，使学生能够综合运用课程内的专业知识，充分和深化理解抽象的专业理论，使科学理论与解决问题的实践结合。例如在竞赛用机器人的设计和制作过程中学生会用到多种传感器。结合“机械工程测试技术”课程中对各种传感器的讲解，让学生更能清楚各类传感器的特点和使用方法;结合“机电一体化系统设计”课程中对PID控制算法的讲解，让学生在竞赛小车的控制过程中更能深入地了解PID控制参数具体应该如何调整。指导学生参加比赛，能够帮助教师检查日常教学工作中的不足和问题，促使教师改变自身教学理念、教学方法，为教学改革和课程改革提供可信的资料和数据。两者相互促进，有机结合，对学生课程成绩提升起到一加一大于二的效果。

（二）学生动手能力方面的培养成效

在高校工科专业以“以赛促学，以研促创”作为教学的引导，将为学生提供更多实践操作的机会，激发学习热情，有效促进学生专业实践能力的提高，使学生通过实践练习将课上相关专业知识理论运用到实践中，真正实现教学指导实践，实践反馈教学的良性循环。无论是学科竞赛还是科技创新项目都将培养学生综合分析、实际操作的能力。学生在参与比赛过程中极大地提高了自身对检测传感技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、精密机械技术、系统总体技术的掌握程度。在本科生申报大学生创新创业项目的执行过程中，让学生更加充分、深入地使用了这些技术，自主思考，实际尝试进行操作，搭建实物，分别为学生自主搭建的柔性负压吸力苹果采摘系统和基于OpenMV的灌木修剪机器人。在此过程中，通过指导学生书写项目申报书、实用新型专利以及相关论文的，提高其科研相关的撰写能力[10]。

（三）学生升学就业方面的培养成效

在参加比赛和创新项目的过程中，学生不同方面的能力能够得到强化，而这些能力的提升可以为初次接触科研领域的本科生提供有利的发展基础。有参与比赛和项目经历的本科生，在参与研究生入学面试时表现出更为活跃的思考能力、更加过硬的专业知识以及对科研工作更为浓厚的兴趣。

在竞赛和科技创新过程中，由于学科竞赛的时间特性，内容设置往往与近年来的热点研究方向相结合、顺应目前的市场实际需求情况。学生主动加入各项设计竞赛，可以直观地发现学习中的问题和不足，也利于发挥自己的长处，朝着更适合自己的方向发展，再次认识自己、提高自己、完善自己。与同龄人及行业设计人员可以迅速提升自身水平，提高毕业后的就业成功率。

参考文献：

[1] 吴岩. 新工科：高等工程教育的未来——对高等教育未来的战略思考[J]. 高等工程教育研究，2018（06）：1-3.

[2] 周珂，赵志毅，李虹. “学科交叉、产教融合”工程能力培养模式探索[J]. 高等工程教育研究，2019（03）：33-39.

[3] 郭祥云，张京京，刘杰. 农业工程学科近20年中外研究进展及趋势演化——基于文献计量和社会网络分析视角[J]. 江苏农业科学，2019（12）：1-9.

[4] 薛金林，戴青华，姚雪霞. 高等农业高校新工科建设分析与路径[J]. 高等农业教育，2019（02）：15-19.

[5] 陈辉，黄立洪，叶大鹏. 农林院校新工科人才培养路径探索[J]. 中国高校科技，2019（10）：67-69.

[6] 李庆达，韩霞，胡军，等. 农业院校工科类专业“专业+创新创业”教育体系的研究[J]. 中国高校科技，2019（04）：77+129.

[7] 赵文兵，高志敏，柴旺兴. 学科交叉机电结合的工程实践教学研究[J]. 南方农机，2020（13）：160+173-174.

[8] 林健. 新工科专业课程体系改革和课程建设[J]. 高等工程教育研究，2020（01）：1-13.

[9] 廖庆喜，张拥军，廖宜涛，等. 基于学科交叉融合的农业工程类一流专业建设探索与实践[J]. 高等工程教育研究，2019（05）：11-15.

[10] 王晓庆，刘承磊，赵鸿. 农业院校工科类专业学生创业调研[J]. 当代教研论丛，2017（02）：22-24.

（荐稿人：闫锋欣，西北农林科技大学机械与电子工程学院副教授）

（责任编辑：罗欣）

作者简介：牛子杰（1985—），男，博士，西北农林科技大学机械与电子工程学院讲师，研究方向：农业电气化及自动化;张军（1987—），男，博士，西北农林科技大学机械与电子工程学院讲师，研究方向：智能农机装备;曹培（1989—），女，博士，西北农林科技大学机械与电子工程学院讲师，研究方向：电磁及声散射特性。