沈明衛(wèi)， 郝飛麟， 何 勇， 馮 雷， 葉章穎

(1. 浙江大學(xué) 生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院， 杭州 310058；2. 浙江樹(shù)人學(xué)院 生物與環(huán)境工程學(xué)院， 杭州 310015)

0 引 言

農(nóng)業(yè)工程屬于綜合性的交叉學(xué)科，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化、現(xiàn)代化的有機(jī)結(jié)合[1]。主要包括農(nóng)田水利建設(shè)，水土保持設(shè)施，農(nóng)業(yè)動(dòng)力和農(nóng)業(yè)機(jī)械工程，設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境工程、農(nóng)業(yè)信息化管理，農(nóng)副產(chǎn)品的加工、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸工程等，并隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)內(nèi)容以及技術(shù)手段的發(fā)展，這些領(lǐng)域的內(nèi)容不斷得到拓展。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)范圍廣，包括大田和設(shè)施栽培與養(yǎng)殖，涵蓋產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后等各個(gè)環(huán)節(jié)，所涉及的學(xué)科領(lǐng)域和知識(shí)非常廣泛，農(nóng)業(yè)工程專業(yè)本科生培養(yǎng)目標(biāo)是使學(xué)生在掌握工程實(shí)踐知識(shí)的基礎(chǔ)上具有解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中問(wèn)題的能力，因此基于知識(shí)應(yīng)用的探究性實(shí)驗(yàn)在專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中起著舉足輕重的作用[2-3]。農(nóng)業(yè)工程專業(yè)的部分專業(yè)課程如生物生產(chǎn)機(jī)器人、精細(xì)農(nóng)業(yè)、生物環(huán)境工程等從專業(yè)設(shè)立之初就開(kāi)始大量采用探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)。與傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)相比，探究性實(shí)驗(yàn)范圍廣，技術(shù)手段多樣，而且能與時(shí)俱進(jìn)地密切聯(lián)系行業(yè)發(fā)展熱點(diǎn)，如生物環(huán)境工程課程實(shí)驗(yàn)可以選擇對(duì)溫室、畜舍、水產(chǎn)養(yǎng)殖等設(shè)施進(jìn)行設(shè)計(jì)、環(huán)境因子調(diào)控并分析設(shè)施環(huán)境成因，探索與設(shè)施環(huán)境相關(guān)的植物、動(dòng)物生理生長(zhǎng)、行為等。對(duì)融合了學(xué)科交叉內(nèi)容的課程來(lái)說(shuō)，這些實(shí)驗(yàn)的順利開(kāi)展對(duì)學(xué)生適應(yīng)新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式起著舉足輕重的作用。

由于探究性實(shí)驗(yàn)與學(xué)科研究?jī)?nèi)容的發(fā)展密切相關(guān)，隨著學(xué)科研究領(lǐng)域的拓展和深入，課程探究性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容日益豐富，對(duì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室裝備提出了新的要求[4]。因此，如何對(duì)現(xiàn)有的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室配置和管理進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，提升教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行水平，推動(dòng)課程探究性實(shí)驗(yàn)的可持續(xù)健康發(fā)展，是一個(gè)具有現(xiàn)實(shí)意義的問(wèn)題。

1 教學(xué)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀

農(nóng)業(yè)工程專業(yè)現(xiàn)有教學(xué)實(shí)驗(yàn)室是按照2002年專業(yè)合并后根據(jù)課程設(shè)置需求進(jìn)行建設(shè)，分為專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)方向課程實(shí)驗(yàn)室，主要以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為主，輔以一定的拓展性實(shí)驗(yàn)。專業(yè)方向課程涉及到農(nóng)業(yè)工程學(xué)科下多個(gè)二級(jí)學(xué)科領(lǐng)域，分為核心課程和個(gè)性課程，每一門核心課程都建有相應(yīng)實(shí)驗(yàn)室；個(gè)性課程根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置或融合到其他教學(xué)實(shí)驗(yàn)室。專業(yè)方向課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)根據(jù)課程內(nèi)容要求，結(jié)合學(xué)科方向，鼓勵(lì)并推動(dòng)學(xué)生進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)實(shí)踐。

(1) 學(xué)科實(shí)驗(yàn)室投入大，設(shè)施好。隨著農(nóng)業(yè)工程學(xué)科領(lǐng)域的不斷發(fā)展，探究性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和技術(shù)手段也不斷得到延伸，如在生物生產(chǎn)機(jī)器人探究性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以設(shè)計(jì)播種、收獲、產(chǎn)后處理等不同作業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)功能和控制系統(tǒng)，也可以參加美國(guó)農(nóng)業(yè)生物工程師學(xué)會(huì)(ASABE)和國(guó)內(nèi)每年開(kāi)展的各類農(nóng)業(yè)作業(yè)機(jī)器人競(jìng)賽項(xiàng)目等，這對(duì)專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)施設(shè)備提出了新的要求。專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室雖然近年來(lái)設(shè)施設(shè)備投入在加大，但是與學(xué)科方面的投入相比還是相差甚遠(yuǎn)。如農(nóng)業(yè)工程學(xué)科從2017年以來(lái)國(guó)家和學(xué)校投入學(xué)科實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備設(shè)施建設(shè)經(jīng)費(fèi)超過(guò)5 500萬(wàn)元，這還不包括科研經(jīng)費(fèi)在實(shí)驗(yàn)室設(shè)備上的投入。而教學(xué)實(shí)驗(yàn)室從2012年以來(lái)國(guó)家和學(xué)校等渠道投入教學(xué)設(shè)備費(fèi)僅有300萬(wàn)元左右(這包含2017～2018年下達(dá)的中央高校改善辦學(xué)條件專項(xiàng)資金)，因此在實(shí)驗(yàn)設(shè)施和設(shè)備條件上無(wú)法與學(xué)科實(shí)驗(yàn)室相比。學(xué)科的發(fā)展與實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的變化是密切相關(guān)的，尤其在探究性實(shí)驗(yàn)中，老師把學(xué)科發(fā)展的新思想和方法應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生受到鼓勵(lì)和啟迪踴躍進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新探索，這需要設(shè)備和設(shè)施條件作為支撐[5-6]。由于學(xué)科和教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)施設(shè)備水平差異大，部分指導(dǎo)老師利用學(xué)科或科研實(shí)驗(yàn)室的設(shè)施設(shè)備條件，把本科生探究性實(shí)驗(yàn)探索活動(dòng)放在學(xué)科或者科研實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，學(xué)生也更加傾向于使用功能先進(jìn)的測(cè)試儀器設(shè)備，使得學(xué)科和科研實(shí)驗(yàn)室負(fù)荷加大[7]，相應(yīng)地教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的利用率則下降，這種狀況在這幾年的發(fā)展中顯得尤為明顯。

(2) 借助學(xué)科實(shí)驗(yàn)室影響研究生科研探索活動(dòng)。當(dāng)探究性實(shí)驗(yàn)需要借助學(xué)科或科研實(shí)驗(yàn)室的設(shè)施設(shè)備條件來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探索時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生資源和管理的矛盾。由于學(xué)科或科研實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)科研任務(wù)和壓力，是研究生進(jìn)行科研探索的主要場(chǎng)所，本科生的加入占用實(shí)驗(yàn)空間和設(shè)備等資源，導(dǎo)致使用和管理出現(xiàn)問(wèn)題：① 目前的學(xué)科和科研實(shí)驗(yàn)室空間都根據(jù)教師承擔(dān)課題以及研究生招生等情況進(jìn)行調(diào)控，而科研實(shí)驗(yàn)室面積核算時(shí)并未包含本科生探究性實(shí)驗(yàn)的需求，本科生探究性實(shí)驗(yàn)的加入增加了科研實(shí)驗(yàn)室使用空間上的負(fù)擔(dān)；② 本科生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的安全使用和操作經(jīng)驗(yàn)尚不足，在操作功能多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的貴重儀器時(shí)，需要進(jìn)行系統(tǒng)、全面地培訓(xùn)和操作指導(dǎo)下才能順利進(jìn)行，但科研實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)老師由于任務(wù)繁多，很少有精力來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作指導(dǎo)，而儀器操作使用的研究生難以承擔(dān)本科生儀器設(shè)備操作指導(dǎo)的責(zé)任和義務(wù)，且流動(dòng)性大，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。

(3) 未充分發(fā)揮教學(xué)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員作用。相對(duì)于科研實(shí)驗(yàn)室，教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的管理人員是專職的實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員，人員流動(dòng)性小，能夠嚴(yán)格遵守儀器設(shè)備的操作規(guī)范，能夠?qū)γ恳粋€(gè)進(jìn)入教學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行設(shè)備操作的學(xué)生都要進(jìn)行培訓(xùn)和指導(dǎo)。但由于其工作范圍和職責(zé)的劃分，被限定在教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，而教學(xué)實(shí)驗(yàn)室由于設(shè)施設(shè)備方面投入相對(duì)少，實(shí)驗(yàn)室硬件條件相對(duì)落后，部分設(shè)施設(shè)備條件無(wú)法滿足探究性實(shí)驗(yàn)要求，降低了學(xué)生的使用意愿，使得教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的使用率下降，造成實(shí)驗(yàn)教學(xué)技術(shù)人員和實(shí)驗(yàn)室空間的嚴(yán)重浪費(fèi)。

2 對(duì)策與措施

2.1 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源

(1) 建立校內(nèi)公共教學(xué)實(shí)驗(yàn)室。在現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程中，部分課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與其他學(xué)院開(kāi)設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程有一定程度的重復(fù)，如機(jī)械制造基礎(chǔ)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和生物系統(tǒng)傳輸過(guò)程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與機(jī)械工程學(xué)院、能源工程學(xué)院的部分課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容相類似。農(nóng)業(yè)工程專業(yè)在充分調(diào)研和遴選的基礎(chǔ)上，通過(guò)與其他學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)合作和共同建設(shè)公共教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享[8]。在拓展實(shí)驗(yàn)資源的同時(shí)，可將這部分的實(shí)驗(yàn)室空間和設(shè)施設(shè)備轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特色項(xiàng)目。

(2) 組建科研與教學(xué)一體實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。農(nóng)業(yè)工程專業(yè)課程雖然具有相對(duì)的獨(dú)立性，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容各有特點(diǎn)。但不同課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)也有相通的地方，如生物物料學(xué)與生物質(zhì)材料工程、可再生能源工程等課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中都需要用到測(cè)試生物質(zhì)材料熱學(xué)、力學(xué)等物料特性的設(shè)備。鑒于此，學(xué)院根據(jù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容交叉融合的特點(diǎn)進(jìn)行專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整，提高資源和資金利用率：① 把課程體系中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完全不同、個(gè)性特色明顯的課程單獨(dú)建設(shè)或保留原實(shí)驗(yàn)室。把實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和技術(shù)手段上有交叉的部分建立共享教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，如對(duì)各課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中涉及的機(jī)器視覺(jué)、信息獲取處理、控制等內(nèi)容建立機(jī)器視覺(jué)和控制實(shí)驗(yàn)室，對(duì)生物質(zhì)材料測(cè)試(包括光學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)等特性)建立生物質(zhì)材料測(cè)試實(shí)驗(yàn)室等，減少各課程實(shí)驗(yàn)空間和設(shè)施設(shè)備上的重復(fù)投入，提升空間和儀器設(shè)備的利用效率[9]；② 由于設(shè)施設(shè)備投入差異大，學(xué)科或科研實(shí)驗(yàn)室對(duì)學(xué)生探究性實(shí)驗(yàn)具有更大的吸引力，加大了科研實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行負(fù)荷。對(duì)與探究性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有交叉的學(xué)科或科研實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)協(xié)商和建立運(yùn)行管理機(jī)制，將部分探究性實(shí)驗(yàn)使用頻度高的科研儀器設(shè)備轉(zhuǎn)移到相應(yīng)課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，由教學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員管理，或者融合科研與教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)施和設(shè)備，組建基于科研和實(shí)驗(yàn)教學(xué)于一體的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[10]。

2.2 優(yōu)化教學(xué)實(shí)驗(yàn)室管理人員

(1) 拓展教學(xué)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)工作人員的工作范圍。實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員的考核和管理是學(xué)校教學(xué)改革的內(nèi)容[11-12]，農(nóng)業(yè)工程專業(yè)必修課程的實(shí)驗(yàn)學(xué)生一般在60人左右，選修或個(gè)性課程(絕大部分為探究性實(shí)驗(yàn))的實(shí)驗(yàn)學(xué)生一般在20～30人之間。探究性實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容重復(fù)性低，對(duì)儀器性能要求高且多樣性，學(xué)生樂(lè)于使用科研實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備和設(shè)施條件，使科研實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員增加了實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作量。而目前科研實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備使用和管理基本上以研究生為主，亟需實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員投入管理，根據(jù)專業(yè)課程特點(diǎn)和探究性實(shí)驗(yàn)的發(fā)展要求，把部分(30%左右)實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員的工作職能逐步轉(zhuǎn)移到教學(xué)和科研實(shí)驗(yàn)室共享平臺(tái)或者科研實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備管理和運(yùn)行，緩解教學(xué)和科研共享平臺(tái)以及科研實(shí)驗(yàn)室管理壓力，促進(jìn)科教實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)室規(guī)范化管理和運(yùn)行。這項(xiàng)措施實(shí)施2年來(lái)，大大緩解了實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理人員配置失衡的現(xiàn)象。

(2) 提高實(shí)驗(yàn)室工作人員綜合素質(zhì)。實(shí)驗(yàn)室是學(xué)生進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)以及科研探索的場(chǎng)所，有創(chuàng)新思想的碰撞以及新思路和想法不斷涌現(xiàn)，需要實(shí)驗(yàn)設(shè)施和設(shè)備條件去協(xié)助實(shí)施和實(shí)踐。實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員不僅要掌握儀器設(shè)備的操作和維護(hù)、運(yùn)行管理等，還需協(xié)助實(shí)驗(yàn)設(shè)施的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)方案的制定等，這需要實(shí)驗(yàn)室工作人員對(duì)實(shí)驗(yàn)室所進(jìn)行的研究探索有相當(dāng)了解和掌握，對(duì)實(shí)驗(yàn)人員也提出了更高專業(yè)要求。通過(guò)參加國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)會(huì)議以及各研究團(tuán)隊(duì)學(xué)術(shù)交流沙龍以及儀器設(shè)備的培訓(xùn)和實(shí)驗(yàn)儀器研發(fā)項(xiàng)目等，多渠道提升實(shí)驗(yàn)室工作人員的專業(yè)技術(shù)水平，更好地為探究性實(shí)驗(yàn)服務(wù)。

3 改革成效

隨著農(nóng)業(yè)工程學(xué)科的迅速發(fā)展，探究性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容日趨豐富，對(duì)儀器設(shè)備多樣化和實(shí)驗(yàn)室管理提出了新的要求[13]。通過(guò)現(xiàn)階段的調(diào)整和實(shí)施，取得了一些成果。① 農(nóng)業(yè)工程專業(yè)與校內(nèi)其他專業(yè)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源進(jìn)行合作共享，并參與建設(shè)一些高水平的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，為農(nóng)業(yè)工程相關(guān)專業(yè)3門基礎(chǔ)課程提供了國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源；② 通過(guò)基于專業(yè)領(lǐng)域方向的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室調(diào)整和優(yōu)化，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)室以及儀器設(shè)備的共享性，減少部分儀器設(shè)備的重復(fù)投入，提升了教學(xué)實(shí)驗(yàn)室條件，為探究性實(shí)驗(yàn)和學(xué)科競(jìng)賽的順利開(kāi)展提供支撐[14-15]；同時(shí)緩解了探究性實(shí)驗(yàn)對(duì)科研實(shí)驗(yàn)室的壓力；③ 通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)技術(shù)人員工作內(nèi)容調(diào)整，充分利用實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員人力資源，并相應(yīng)調(diào)整考核等要求提升實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的積極性和科研實(shí)驗(yàn)室的專業(yè)化運(yùn)行和管理水平。

2021年農(nóng)業(yè)工程專業(yè)本科生探究性實(shí)驗(yàn)探索成果經(jīng)過(guò)整理后分別獲得2項(xiàng)發(fā)明專利授權(quán)和2項(xiàng)軟件著作權(quán)。將探究性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與國(guó)內(nèi)外學(xué)科競(jìng)賽內(nèi)容相結(jié)合，將優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)探索成果參加國(guó)內(nèi)外競(jìng)賽，分別榮獲2021年ASABE國(guó)際農(nóng)業(yè)機(jī)器人大賽冠軍和2021全國(guó)大學(xué)生人工智能與農(nóng)業(yè)機(jī)器人競(jìng)賽一等獎(jiǎng)等多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)。

4 結(jié) 語(yǔ)

探究性實(shí)驗(yàn)是新工科建設(shè)的重要內(nèi)容，農(nóng)業(yè)工程是交叉性學(xué)科，特別著重于知識(shí)的綜合運(yùn)用和實(shí)踐。探究性實(shí)驗(yàn)是學(xué)生開(kāi)始進(jìn)入專業(yè)領(lǐng)域研究探索的階段，需要指導(dǎo)老師啟發(fā)思路和討論實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)等，同時(shí)需要實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員在實(shí)驗(yàn)室安全、設(shè)施設(shè)備操作使用，實(shí)驗(yàn)方案實(shí)施等方面進(jìn)行專業(yè)指導(dǎo)，這對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)專業(yè)技術(shù)人員提出了新的要求，也對(duì)配套的實(shí)驗(yàn)室配置和管理機(jī)制提出了新的挑戰(zhàn)。從實(shí)驗(yàn)室配置優(yōu)化、與科研實(shí)驗(yàn)室共享運(yùn)行以及轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員工作職責(zé)等調(diào)整結(jié)果表明，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系存在的問(wèn)題得到妥善的處理，取得了階段性的成果。要促進(jìn)這種模式的持續(xù)拓展和深入，需要進(jìn)一步調(diào)整和優(yōu)化，推動(dòng)課程探索性實(shí)驗(yàn)課持續(xù)健康發(fā)展。