機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計課程改革助推智能農(nóng)機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)的研究

阮培英，程衛(wèi)東，蔡善儒，耿端陽

（山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東 淄博 255000）

隨著我國農(nóng)業(yè)逐漸步入智慧化的發(fā)展階段， 農(nóng)機(jī)的用戶群體與用戶需求也隨之發(fā)生了顯著變化。用戶群體由傳統(tǒng)農(nóng)民轉(zhuǎn)變?yōu)樾滦汀奥殬I(yè)農(nóng)民”，用戶需求從性能可靠、適應(yīng)性強(qiáng)的農(nóng)機(jī)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂腥藱C(jī)交互功能、操作便捷舒適的智能化和無人化農(nóng)機(jī)。傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)向智能農(nóng)機(jī)轉(zhuǎn)型升級是大勢所趨。相關(guān)高校以此為契機(jī)，紛紛推出改進(jìn)措施，推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動化本科專業(yè)的發(fā)展。以山東理工大學(xué)為例，該校根據(jù)農(nóng)機(jī)人才市場的新需求，重新定位農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動化專業(yè)本科人才培養(yǎng)的方向與目標(biāo)，積極拓展新的專業(yè)方向，制定了智能農(nóng)機(jī)專業(yè)方向的人才培養(yǎng)計劃，根據(jù)專業(yè)方向有針對性地培養(yǎng)本科學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和能力，為智能農(nóng)機(jī)行業(yè)輸送高質(zhì)量的專業(yè)人才。

1 智能農(nóng)機(jī)方向?qū)I(yè)人才培養(yǎng)的背景

1.1 傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)向智能農(nóng)機(jī)轉(zhuǎn)型升級是大勢所趨

我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志是機(jī)械化與自動化，智能化或者智慧化是在此基礎(chǔ)上新的升級。發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)，旨在使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程實現(xiàn)低耗高效化、標(biāo)準(zhǔn)化以及少人化[1]。2017年，在中央一號文件中，首次提出要實施“智慧農(nóng)業(yè)工程”；在2021年發(fā)布的十四五規(guī)劃中，進(jìn)一步將建設(shè)“智慧農(nóng)業(yè)”作為十四五期間的重要內(nèi)容。智慧農(nóng)業(yè)將是我國農(nóng)業(yè)未來20年的主要發(fā)展方向。

智能農(nóng)機(jī)是將軟硬件集成技術(shù)、通信技術(shù)、遙感技術(shù)、大數(shù)據(jù)云平臺技術(shù)以及農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)在傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)上的有機(jī)整合[2]。智能農(nóng)機(jī)的推廣應(yīng)用，是構(gòu)成智慧農(nóng)業(yè)的重要一環(huán)，也是智慧農(nóng)業(yè)的一個主要特征[3]。當(dāng)前，我國智能農(nóng)機(jī)的發(fā)展已經(jīng)開始起步，農(nóng)機(jī)裝備在技術(shù)研發(fā)上已經(jīng)開始具備智能化的特征[4]，傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)的智能化轉(zhuǎn)型升級已然是大勢所趨，給農(nóng)業(yè)機(jī)械化與自動化專業(yè)的人才培養(yǎng)帶來了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

1.2 智能農(nóng)機(jī)本科生專業(yè)人才培養(yǎng)的現(xiàn)實意義

（1）主動適應(yīng)行業(yè)對專業(yè)技術(shù)人才的需求

智慧農(nóng)業(yè)與智能農(nóng)機(jī)是農(nóng)業(yè)與農(nóng)機(jī)行業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢。農(nóng)業(yè)機(jī)械化與自動化專業(yè)的人才培養(yǎng)應(yīng)緊隨行業(yè)發(fā)展的潮流與趨勢，為農(nóng)機(jī)行業(yè)不間斷地輸送高質(zhì)量人才，為加快推進(jìn)我國農(nóng)機(jī)智能化的發(fā)展提供強(qiáng)有力的人才支撐，有效緩解智慧農(nóng)業(yè)與智能農(nóng)機(jī)專業(yè)人才市場出現(xiàn)的供求矛盾，在擴(kuò)大學(xué)生就業(yè)面的同時，實現(xiàn)精準(zhǔn)就業(yè)與高質(zhì)量就業(yè)。

（2）增強(qiáng)新農(nóng)業(yè)背景下學(xué)生的專業(yè)（行業(yè)）認(rèn)同感

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前仍有部分農(nóng)業(yè)機(jī)械化與自動化專業(yè)的學(xué)生對所學(xué)專業(yè)和所處行業(yè)缺乏高度的認(rèn)同感。培養(yǎng)智能農(nóng)機(jī)方向的專業(yè)人才，有利于幫助學(xué)生提高對新農(nóng)業(yè)、新農(nóng)民的認(rèn)識，讓學(xué)生認(rèn)識到“現(xiàn)代農(nóng)機(jī)也可以很高大上”、“現(xiàn)代農(nóng)民也可以大有作為、前景美好”，有利于增強(qiáng)學(xué)生對專業(yè)與行業(yè)的認(rèn)同感，讓學(xué)生在智慧農(nóng)業(yè)的大背景下愿意投身農(nóng)機(jī)行業(yè)貢獻(xiàn)力量。

（3）提高學(xué)生的專業(yè)技能水平和就業(yè)競爭力

以山東理工大學(xué)為例，該校將智能農(nóng)機(jī)方向作為農(nóng)業(yè)機(jī)械化及自動化專業(yè)建設(shè)的重點，在保留原有的“工”和“農(nóng)”雙重專業(yè)屬性的基礎(chǔ)上，圍繞智能化拓寬知識面、增加技能點。實踐證明，培養(yǎng)的學(xué)生既能從事農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)，還能從事機(jī)械設(shè)計、制造等工業(yè)生產(chǎn)崗位的工作。與純工科的機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的學(xué)生相比，在工業(yè)領(lǐng)域的就業(yè)劣勢并不明顯。在農(nóng)業(yè)機(jī)械化及自動化專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)上向智能化的方向傾斜和調(diào)整，增加工科知識與技能的比重，使學(xué)生“技多不壓身”，有利于提升寬口就業(yè)的競爭力，提高就業(yè)率。

2 應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)助推農(nóng)機(jī)智能化升級

機(jī)電一體化技術(shù)是將機(jī)械、液壓與氣動技術(shù)、電子信息技術(shù)以及計算機(jī)控制技術(shù)等有機(jī)結(jié)合的綜合性技術(shù)。應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)的系統(tǒng)，統(tǒng)稱為機(jī)電系統(tǒng)。將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)機(jī)領(lǐng)域，常常通過融合傳感器技術(shù)、自動控制技術(shù)、智能導(dǎo)航技術(shù)、計算機(jī)視覺與光譜技術(shù)、機(jī)器人與無人機(jī)技術(shù)等來實現(xiàn)。在農(nóng)機(jī)領(lǐng)域中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，一方面，能夠豐富農(nóng)機(jī)裝備的功能、顯著提高農(nóng)機(jī)裝備的工作可靠性和操作簡便性；另一方面，還可以實現(xiàn)對機(jī)具的高精度可控，并具備學(xué)習(xí)、判斷和決策等能力，提高農(nóng)機(jī)作業(yè)的效率與質(zhì)量，助力農(nóng)業(yè)機(jī)械化、自動化向智能化升級。由此可知，將機(jī)電一體化技術(shù)與農(nóng)機(jī)裝備有機(jī)高度融合，是實現(xiàn)農(nóng)機(jī)智能化的重要途徑之一[5]。

在傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)逐步向智能農(nóng)機(jī)轉(zhuǎn)型的新背景下，農(nóng)業(yè)機(jī)械化與自動化專業(yè)的學(xué)生不光要懂機(jī)，還要懂電等更多領(lǐng)域的知識，更要能將機(jī)和電等多領(lǐng)域的知識有機(jī)融為一體。專業(yè)課程體系要做出相應(yīng)的調(diào)整和改革。以山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)機(jī)械化與自動化專業(yè)為例，機(jī)電課程群主要包括液壓與氣壓傳動、工程測試技術(shù)、工廠電氣控制和機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計等課程，其中前三門課程是先修課程，機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計則是核心課程。機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計課程是基于機(jī)電一體化的核心理念的課程，其教學(xué)目標(biāo)是傳授機(jī)電產(chǎn)品的構(gòu)成原理、總體設(shè)計與模塊設(shè)計的基本知識，鍛煉學(xué)生綜合運用知識解決實際工程問題的能力，為今后從事機(jī)電一體化的產(chǎn)品開發(fā)與管理打好基礎(chǔ)。多年來，機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計課程教學(xué)團(tuán)隊根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)和實踐的成果、反饋意見和分析結(jié)果，在課程的考核方式、教學(xué)方法以及包括實驗教學(xué)環(huán)節(jié)在內(nèi)的課程內(nèi)容等方面持續(xù)進(jìn)行了改革和優(yōu)化，但在大力推進(jìn)智能化農(nóng)機(jī)發(fā)展的新背景下，在教學(xué)模式和內(nèi)容等方面仍有進(jìn)一步改進(jìn)提升的空間。

3 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計課程改革的建議

（1）課程內(nèi)容的調(diào)整應(yīng)偏重農(nóng)機(jī)化

在機(jī)電系統(tǒng)或者機(jī)電一體化的概念里，機(jī)指的是機(jī)械本體以及機(jī)械傳動，涵蓋的領(lǐng)域常常是工業(yè)機(jī)械。由于在對接智能農(nóng)機(jī)方向時略有脫節(jié)，因此有必要對課程內(nèi)容進(jìn)行偏重農(nóng)機(jī)化的調(diào)整，增加農(nóng)機(jī)的比重，也就是要將機(jī)械本體延伸為農(nóng)業(yè)機(jī)械。例如，調(diào)整課程內(nèi)容時，在保留工業(yè)流水線裝配與碼垛機(jī)器人的基礎(chǔ)上，增加農(nóng)作物收獲機(jī)器人、田間作業(yè)機(jī)器人等內(nèi)容。

（2）在教學(xué)環(huán)節(jié)中將農(nóng)業(yè)工程類課題案例化

以山東理工大學(xué)為例，由于該校農(nóng)業(yè)工程學(xué)科的辦學(xué)歷史久、實力強(qiáng)，因此有很多智慧農(nóng)業(yè)與智能農(nóng)機(jī)方向的研究項目與課題實例。在機(jī)電系統(tǒng)課程的教學(xué)環(huán)節(jié)中（包括實習(xí)與實踐環(huán)節(jié)）將這些實例案例化并納入教學(xué)內(nèi)容，不僅有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。通過科研反哺教學(xué)、教學(xué)促進(jìn)科研，實現(xiàn)教學(xué)、科研雙贏。

（3）為學(xué)生創(chuàng)造更多的實操機(jī)會

機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計課程教學(xué)目前包括28學(xué)時的授課、4學(xué)時的實驗和與1周的課程設(shè)計，其中實習(xí)實踐環(huán)節(jié)占比較少；由于機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計是一門實踐性較強(qiáng)的課程，因此除了在教學(xué)管理和課程考核中要加大對學(xué)生實際問題綜合分析能力與理論知識實際應(yīng)用能力的培養(yǎng)和檢驗力度外，還要盡可能多地為學(xué)生提供各類實踐鍛煉與實習(xí)實操的機(jī)會，如：引薦學(xué)生參與教師的科研項目，鼓勵學(xué)生參加省級機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新大賽等各類、各級比賽，利用合作企業(yè)等各種平臺組織學(xué)生參觀實習(xí)，幫助學(xué)生建立專題創(chuàng)新團(tuán)隊或興趣小組并開展題目論證與實踐研究活動。

（4）完善和優(yōu)化課程體系

以山東理工大學(xué)為例，目前機(jī)電課程群只有4門課。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化與自動化專業(yè)本科生培養(yǎng)目標(biāo)和課程設(shè)置的調(diào)整和優(yōu)化，應(yīng)逐步將更多的理論以及實踐課程納入機(jī)電課程群中，例如：農(nóng)學(xué)基礎(chǔ)、Matlab編程與虛擬仿真、農(nóng)業(yè)信息化等課程，以及利用虛擬現(xiàn)實平臺和拖拉機(jī)虛擬駕駛系統(tǒng)等開發(fā)出來的實踐課程。通過完善和優(yōu)化課程體系，將學(xué)生培養(yǎng)成為“懂農(nóng)機(jī)、知農(nóng)藝、會智能”的復(fù)合型人才。機(jī)電一體化技術(shù)不斷融合聲、光、液等技術(shù)并進(jìn)入快速發(fā)展階段，應(yīng)根據(jù)機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢，將更多的高新技術(shù)課程納入機(jī)電課程群。

4 結(jié)語

農(nóng)機(jī)智能化是當(dāng)前我國農(nóng)機(jī)發(fā)展的必然趨勢。為培養(yǎng)智能農(nóng)機(jī)方向的高質(zhì)量專業(yè)人才并向行業(yè)輸送高水平人才，農(nóng)業(yè)機(jī)械化及自動化本科專業(yè)也勢必要向智能化轉(zhuǎn)型升級。在專業(yè)課程體系建設(shè)中，推進(jìn)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計課程改革應(yīng)堅持機(jī)電一體化的人才培養(yǎng)理念，使機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計課程真正起到將幾門先修課程的內(nèi)容融會貫通的作用，幫助學(xué)生在掌握農(nóng)機(jī)、農(nóng)業(yè)相關(guān)知識與技能的基礎(chǔ)上進(jìn)一步學(xué)習(xí)農(nóng)機(jī)智能化。為實現(xiàn)智能農(nóng)機(jī)方向?qū)I(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)，還需要在當(dāng)前機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計課程教學(xué)的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整課程內(nèi)容并提高農(nóng)機(jī)化內(nèi)容的占比、將農(nóng)業(yè)工程類科研項目案例化并納入課程教學(xué)、多源拓展實踐教學(xué)渠道并給學(xué)生提供更多的實踐機(jī)會、做大做強(qiáng)機(jī)電課程群并優(yōu)化課程體系，積極推進(jìn)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計課程改革，助推智能農(nóng)機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)。