新工科背景下多学科交叉融合的农业工程人才培养模式改革与探索

陈思羽，刘春山，杨传华，崔 波，李宪芝，姜永成

(1.佳木斯大学 机械工程学院，黑龙江 佳木斯 154007；2. 营口理工学院 机械与动力工程学院，辽宁 营口 115014 )

0 引言

为进一步加强科技革命与产业变革，加大创新驱动发展，制定了一系列国家战略。教育部积极推进新工科建设，2018年在河南省各高校新增160多个新专业，主要以数据学科与大数据技术、机器人工程两个专业为主。2018年广东部分高校在大二经过校内选拨，通过转专业方式可进入新工科专业学习，提高了新工科专业的学生质量[1]。佳木斯大学机械工程学院近年来也逐步加大新工科的建设力度。

农业智能化发展是必然趋势，应在传统农业工程学科的基础上，增加智能控制技术，如自动控制技术、智慧农业技术、物联网技术、通信工程和管理工程等学科，形成多学科交叉融合的新工科农业工程学科，为此迫切需要培养具有多学科交叉融合的农业工程新工科应用型人才。因此，各高等院校应大力推进适应新形式的人才培养模式与改革研究，培养具有符合当前新工科的工程应用人才。在新工科多学科交叉融合的大背景下，农机专业人才培养目标应转向智慧农业管理、农业大数据挖掘、农机农艺结合和农产品品质智能检测等方面，培养学生具有现代智能化农业机械设计、农艺过程分析与管理等“硬”本领，又要具有系统工程思想方式，具有农业现代化设计思想、田间大数据分析、农作物种植过程中农艺规划设计能力、多维度技术人才。因此，使农机专业具备新工科的特点，体现出交叉学科复合型工程人才培养体制改革与实践的典型性。

本文以佳木斯大学机械工程学院农业机械化及其自动化专业为示范点，寻求最佳的建设和发展新工科的途径，完善本专业的职称结构和人才布局，培养新时代所需的多维度高端人才，培养具有工程实践能力和创造意识、智慧化思维和跨学科多维度的新工科人才，对新工科人才培养改革经验积累具有重要意义。

1 整合课程体系创建多学科交叉融合人才培养模式

课程体系的建设要与生产实际紧密结合，要有目的、有计划和有针对性地培养应用型人才。目前，只有明确人才市场所需，在培养模式和优化课程结构时，才能紧跟时代发展步伐[2]。

佳木斯大学机械工程学院农机工程系设有农业机械化及其自动化专业和农业电气化专业，与传统农机专业相比，新工科背景下农机专业应呈现出多学科交叉融合特点，应与信息技术、地面遥感和地理学科交叉融合，培养出既有农业机械技术又具有自动化、智慧化和信息化的多学科交叉融合的智能型人才，建立智能型人才培养模式及课程体系，为农业优质、高产和高效作业提供最优的服务。例如，原农机专业传统的培养方案机械类课程偏多，在课程配置方面，新工科培养方案体现出自动化控制技术课程的重要性，既要提高传统自动控制课程，还要设置物联网、云平台技术和智慧农场等课程内容。在选修课程可以设置智能农业方法的课程，其主要目的是为提高学生自主学习能力，更好地把理论教学和项目化教学有机融合，为农机专业的工程认证奠定基础。

农业工程专业是一个综合性的交叉学科，是现代科学技术与农业产业化、现代化的有机结合。根据农机专业的特色，其涉及到农业机械化设计、农业电气配备、农业水利工程、田间种植管理、土壤学、信息技术、遥感技术等专业知识，强调“无界限制”，在新工科背景下，统筹所有资源、加强学科之间联系，培养复合型创新人才。

通过多学科交叉融合和其他院校的实际情况，制定和优化农机专业人才培养的组织结构，如图1所示。在上级部门教务处的统一安排下，依托理学院、机械工程学院和信息电子学院等教学部门，分为通识基础教学单位、工程基础类教学单位、专业必修和选修学院内部教学单位及专业选修学院外部教学单位四个部分。其中通识基础教学单位主要依托理学院、马克思主义学院、外国语学院和体育学院，工程基础类教学单位主要依托学院工学基础部，专业必修课和选修课主要依托学院农机工程系和机械工程系，专业选修课主要依托人文学院、信息电子学院和音乐学院。

图1 新工科农机专业人才培养组织结构

2 基于复杂问题的农机专业课程体系

农业工程面向农业生产实际问题，具有复杂性和不可控性。因此，在编制课程体系过程中，要考虑引导学生从工程实际出发，从各农场及田间存在的实际问题出发，积极选择相关课程，从而不断修改专业培养计划。另一方面，注重教师学历结构和知识结构优化，引进具有不同专业背景、具有不同工程经历的行业高端人才为校外导师，并在授课过程中，探索项目化教学、问题引导式和互动讨论式的教学模式[3-4]。

2.1 针对复杂农业问题的专业课程设置

农业工程实际应用问题较为复杂，经常涉及到多领域，如机械设计制造、控制工程、大数据处理和云平台技术等，每个阶段都涉及到不同的学科交叉，因此在新工科背景下，农业机械化及其自动化专业的课程设置，要考虑从解决复杂农业问题角度出发，强调解决现有疑难问题，寻求更好地解决问题途径。

农业的主要问题是机械化程度低，大多数地区仍然采用传统耕作技术，机械化水平低，劳动生产率不高，化肥使用品种及数量不当，优良品种推广面积有限。耕地质量退化，我国水土流失面积大，耕地缺少有机质，空气污染、灌溉水污染、酸雨等因素对农业发展均构成影响。为此要引导学生从农业需求和粮食安全两方面入手，发现农业机械化存在的问题，粮食安全存在的隐患。进而根据农业机械装备和农艺生产过程，在每个环节精心设计和管理，通过实际问题分析，寻求相关课程解决对应问题，制定农业工程专业课程体系，如图2所示。

图2 面向复杂农业问题的农业工程专业课程设置

2.2 针对复杂农业问题的跨学科教学模式制定

根据图2的专业课程设置，考虑到复杂农业问题，采用“校内—校外”“企业—高校”和“田间—实验室”三种方式，进行全方位的教学模式改革。邀请校外导师负责结合实践和田间需求进行项目化教学，校内教师传授基础概念、工作原理和基本操作等知识。同时，基于新工科的要求，在农业管理与控制的课程中引入自动控制专业学历的教师，在农业机械设施的课程中引入智能控制专业学历的教师。

此外，在教学模式上，注重项目化教学方式，以校企合作项目为导入点，解决实际问题为出发点，分小组讨论式分析问题、解决问题和探索新思路。在采用小组间讨论式时，对比各自的方法和思路，找到最佳解决问题的方案。在讨论过程中，可以相互学习，拓宽知识面，在辩论中潜移默化的强化知识要点。

3 结论

新工科主要强调培养具备跨学科和跨领域综合性人才培养目标，考虑新技术和新产业对工程新型人才的需求，学院结合地域优势、自身特点和办学特色，将现有农业机械化及其自动化专业课程设置进行调整，培养学生以创新能力和实践能力为主，建成一个跨学科、跨领域和跨时空的新工科农机专业，优化传统工科专业，以新工科多学科交叉融合培养具有智慧技术专业背景的综合型农机类人才。