農(nóng)林類大學(xué)“先進(jìn)制造技術(shù)”教學(xué)方法探索

范 維

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，湖北 武漢430070）

為迎接“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等一系列國家戰(zhàn)略帶來的新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，自2017年2月起，教育部分別組織各大高校舉行新工科建設(shè)研討會，形成了新工科建設(shè)“復(fù)旦共識”“天大行動”“北京指南”[1]，在全國高校深入地系統(tǒng)地探索和開展新工科教育新模式和新方法[2]。

“先進(jìn)制造技術(shù)”是工科專業(yè)特別是機(jī)械工程專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，通過先進(jìn)制造技術(shù)的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠在傳統(tǒng)制造領(lǐng)域基礎(chǔ)上融合信息技術(shù)（計(jì)算機(jī)與通信、控制理論、人工智能等）、電子、能源以及現(xiàn)代管理理念，并將其應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、檢測乃至回收的全生命周期，先進(jìn)制造技術(shù)課程既可以為農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域培養(yǎng)專門的人才，又可以為學(xué)生學(xué)習(xí)和理解交叉學(xué)科專業(yè)課如機(jī)械制造工藝、自動控制理論、農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)以及前沿的人工智能等提供良好的基礎(chǔ)[3]。

現(xiàn)階段農(nóng)林類大學(xué)的“先進(jìn)制造技術(shù)”課程與“新工科”建設(shè)的要求還存在差距，必須進(jìn)行教學(xué)改革探索，以期適應(yīng)“新工科”對培養(yǎng)創(chuàng)新型卓越工程科技人才的要求[4]。首先，應(yīng)以人為本考慮面向未來農(nóng)業(yè)和制造業(yè)領(lǐng)域的人才應(yīng)該具備何種新素質(zhì)[5]，而目前學(xué)生若需要具備這些新素質(zhì)，授課教師應(yīng)該開展先進(jìn)制造技術(shù)課程的邊界再設(shè)計(jì)和課程內(nèi)容重構(gòu)等，并結(jié)合農(nóng)林類大學(xué)的農(nóng)業(yè)背景優(yōu)勢，提出在先進(jìn)制造技術(shù)課程教學(xué)中的新結(jié)構(gòu)和新方法。

1 農(nóng)林類大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)課程內(nèi)容重構(gòu)

傳統(tǒng)先進(jìn)制造技術(shù)在農(nóng)林類大學(xué)的授課通常是圍繞工程領(lǐng)域的先進(jìn)制造各主流技術(shù)和系統(tǒng)，但普遍存在專業(yè)劃分偏窄、偏細(xì)，缺乏交叉性，人文基礎(chǔ)不夠等問題，對學(xué)生的工程創(chuàng)新和實(shí)踐能力培養(yǎng)有所不足[6]。

1.1 課程邊界與時俱進(jìn)——淬煉學(xué)生的綜合素質(zhì)和專業(yè)素養(yǎng)

當(dāng)前，我國農(nóng)、工業(yè)正面臨“工業(yè)4.0”“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”等國外新興技術(shù)革命戰(zhàn)略的挑戰(zhàn)，制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)的深度融合要求工程領(lǐng)域人才具有交叉學(xué)科的知識和能力。但農(nóng)業(yè)大學(xué)的教材和授課內(nèi)容仍然存在專業(yè)劃分偏細(xì)、知識落后、與實(shí)踐脫節(jié)等問題。先進(jìn)制造技術(shù)的核心和基礎(chǔ)是制造業(yè)與自動控制、智能傳感、快速成型等技術(shù)的結(jié)合，但所講授知識仍然是以數(shù)控機(jī)床、柔性制造等工業(yè)應(yīng)用技術(shù)為主，而在農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域新興的熱門，比如，人工智能、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)生的智慧農(nóng)業(yè)、無人農(nóng)場等方向少有涉及；VR、AR等虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對農(nóng)業(yè)環(huán)境的生產(chǎn)收獲過程模擬仿真更容易引起學(xué)生興趣，但涉及內(nèi)容較少；傳感檢測技術(shù)與綠色制造技術(shù)等對農(nóng)業(yè)對象無損檢測、農(nóng)業(yè)裝備自動導(dǎo)航與精準(zhǔn)控制等具體應(yīng)用拓展不夠。農(nóng)林類大學(xué)的“先進(jìn)制造技術(shù)”課程，在傳統(tǒng)工科大學(xué)的教學(xué)目標(biāo)上，應(yīng)該在以下方面有所側(cè)重：（1）農(nóng)業(yè)機(jī)械自動化技術(shù)和以工業(yè)機(jī)器人為代表的機(jī)電一體化集成水平，需要針對農(nóng)業(yè)環(huán)境下，針對作物、土壤和環(huán)境因素對機(jī)器人底盤、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、抓取機(jī)構(gòu)等進(jìn)行區(qū)別設(shè)計(jì)，此部分可以讓學(xué)生以機(jī)器人技術(shù)在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用作為主題寫一篇綜述。（2）現(xiàn)代管理理念。企業(yè)資源計(jì)劃、生產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)分析和調(diào)度是實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)和現(xiàn)代智能制造系統(tǒng)的先決技術(shù)條件，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中亦是迫切需要針對農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行信息化管理、溯源追蹤處理和宏觀監(jiān)控調(diào)度安排等，此部分內(nèi)容可以針對性拓展介紹。

1.2 制造強(qiáng)國之路的理念——塑造學(xué)生的責(zé)任感和價值感

《易經(jīng)·系辭》有一句：“形而上者謂之道，形而下者謂之器?！惫こ填悓W(xué)科的專業(yè)課程往往側(cè)重于形而下，即各種工程技術(shù)本身，導(dǎo)致了許多農(nóng)林類大學(xué)的工科學(xué)生在專業(yè)課學(xué)習(xí)中只看到“器”和作用，同時也由于農(nóng)業(yè)工程專業(yè)普遍比較辛苦，學(xué)生很容易產(chǎn)生專業(yè)自卑感，或者眼高手低，只想了解機(jī)器人、虛擬制造等高大上的章節(jié)內(nèi)容，而忽視了工科學(xué)習(xí)的循序漸進(jìn)和工程實(shí)踐。

先進(jìn)制造技術(shù)作為工科學(xué)科接觸科技前沿的課程，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生對我國的制造業(yè)戰(zhàn)略趨勢和其對國家發(fā)展的意義進(jìn)行思考。讓學(xué)生了解我國“智能制造”的發(fā)展，也要讓大家了解我們國家底層的伺服驅(qū)動、數(shù)控系統(tǒng)等仍然受制于人；要讓學(xué)生知道工匠精神作為制造業(yè)的價值觀，不是空談空論，應(yīng)該從微納制造的課堂學(xué)習(xí)、課后作業(yè)和考試態(tài)度等過程中潛移默化地進(jìn)行培養(yǎng)。

2 新工科建設(shè)先進(jìn)制造技術(shù)新方法

2.1 以項(xiàng)目為導(dǎo)向——培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力

教師授課仍然是先進(jìn)制造技術(shù)教學(xué)的根本，但是，授課內(nèi)容應(yīng)以實(shí)際工程項(xiàng)目為導(dǎo)向，以行業(yè)對人才的需求為教學(xué)目標(biāo)。因此，教師授課應(yīng)充分理解農(nóng)林類大學(xué)制造技術(shù)的學(xué)習(xí)特點(diǎn)、學(xué)習(xí)方法以及專業(yè)的發(fā)展方向，力爭先進(jìn)制造技術(shù)的專業(yè)課教學(xué)認(rèn)知與工程實(shí)踐相統(tǒng)一。在授課過程中，應(yīng)注重啟發(fā)式教學(xué)，以普及知識點(diǎn)的方式引導(dǎo)激發(fā)學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)，定期采用“無領(lǐng)導(dǎo)小組討論”的授課模式。

另外，結(jié)合企業(yè)實(shí)踐是先進(jìn)制造技術(shù)的有力支持[7]。近年來，工學(xué)院畢業(yè)生就業(yè)率保持在95%以上，就業(yè)競爭力就來源于工程應(yīng)用背景。因此，先進(jìn)制造技術(shù)的授課應(yīng)針對制造行業(yè)對人才的需求，采用“訂單式”合作培養(yǎng)模式，聘請行業(yè)內(nèi)高級技術(shù)專家或與企業(yè)協(xié)商，安排學(xué)生進(jìn)企業(yè)實(shí)習(xí)，并聯(lián)合制定相應(yīng)的人才培養(yǎng)方案，對提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐動手能力、語言表達(dá)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力都具有很好的效果。

2.2 聯(lián)合培養(yǎng)方案—提高學(xué)生的就業(yè)競爭力

先進(jìn)制造技術(shù)屬于工程類理論專業(yè)課，在先進(jìn)制造方向的基礎(chǔ)知識非常廣泛，當(dāng)有的同學(xué)對其中某部分技術(shù)難點(diǎn)有意愿深入學(xué)習(xí)時，很難通過單獨(dú)一個教師全盤講授。為培養(yǎng)能力更強(qiáng)的工科學(xué)生，可以通過教師授課、企業(yè)實(shí)踐和SPOC（Small Private Online Course）三種類型教學(xué)復(fù)合，制定互補(bǔ)的聯(lián)合培養(yǎng)方案，最終的課程評分機(jī)制也可以綜合考慮各級因素和指標(biāo)。

對學(xué)生在先進(jìn)制造技術(shù)課程學(xué)習(xí)的評價，需要將實(shí)踐打分、SPOC打分和課程評分有效銜接[7]。比如，機(jī)器人、智能傳感等與企業(yè)結(jié)合緊密的技術(shù)，可通過實(shí)際的農(nóng)產(chǎn)品自動分揀、禽蛋無損檢測、精量播種等企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目為案例，鍛煉學(xué)生分析問題、解決問題的實(shí)踐能力，企業(yè)指導(dǎo)教師也可以根據(jù)工作量、完成度、工作態(tài)度三個方面進(jìn)行打分。

3 結(jié)語

面向“新工科”建設(shè)，以培養(yǎng)卓越工程師為目標(biāo)，農(nóng)林類大學(xué)的先進(jìn)制造技術(shù)課程需要與時俱進(jìn)，深入進(jìn)行內(nèi)容重構(gòu)和教學(xué)方法探索。激發(fā)學(xué)生對中國在“制造強(qiáng)國”之路發(fā)展的責(zé)任感和使命感，注重交叉學(xué)科的綜合能力培養(yǎng)，結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿科技領(lǐng)域，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行工科技術(shù)方法與農(nóng)業(yè)應(yīng)用對象有機(jī)結(jié)合的思考與探索。以農(nóng)業(yè)工程項(xiàng)目為導(dǎo)向，強(qiáng)化互聯(lián)網(wǎng)+與產(chǎn)教深度結(jié)合，提高學(xué)生分析和解決農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中復(fù)雜工程問題的綜合能力。