王家勝 王東偉

摘 要： 針對(duì)農(nóng)業(yè)物料學(xué)課程學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，引入理論與實(shí)驗(yàn)一體化教學(xué)模式，基于理論與實(shí)驗(yàn)的融合性，對(duì)課程理論內(nèi)容模塊和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)；課程教學(xué)過(guò)程按照“講、聽(tīng)、做、學(xué)”的流程，在實(shí)驗(yàn)操作中滲入理論學(xué)習(xí)，在理論學(xué)習(xí)中見(jiàn)證其應(yīng)用，使兩者相輔相成、有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)教、學(xué)、做三位一體，既能有效提升本門課程的教學(xué)質(zhì)量，又能培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的興趣和積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)態(tài)度。

關(guān)鍵詞： 農(nóng)業(yè)物料學(xué) 理論教學(xué) 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 一體化

農(nóng)業(yè)物料學(xué)是應(yīng)用近現(xiàn)代物理學(xué)理論、方法和技術(shù)來(lái)研究農(nóng)業(yè)物料的物理特性，以及各個(gè)物理因子和生物特性相互作用的一門邊緣性學(xué)科[1]。作為農(nóng)業(yè)工程學(xué)科的基礎(chǔ)，農(nóng)業(yè)物料學(xué)已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)高校農(nóng)機(jī)化專業(yè)一門理論性和實(shí)踐性并重的專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要培養(yǎng)學(xué)生掌握利用相關(guān)技術(shù)測(cè)試常見(jiàn)固體和液體農(nóng)業(yè)物料物理特性的實(shí)驗(yàn)方法和原理。農(nóng)業(yè)物料學(xué)涉及農(nóng)學(xué)、生物學(xué)、機(jī)械力學(xué)、流體力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)等多門學(xué)科的理論和技術(shù)，知識(shí)領(lǐng)域廣，學(xué)科交叉，給該門課程的教學(xué)帶來(lái)很大的挑戰(zhàn)。為了更好地加強(qiáng)知識(shí)的理解、提高學(xué)習(xí)效率、進(jìn)一步提高農(nóng)業(yè)物料學(xué)的教學(xué)質(zhì)量，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)，對(duì)該課程進(jìn)行理論與實(shí)驗(yàn)一體化教學(xué)模式的探索。

1.課程知識(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1農(nóng)業(yè)物料學(xué)研究對(duì)象及特征

農(nóng)業(yè)物料學(xué)的研究對(duì)象是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)產(chǎn)品加工和處理所面對(duì)的植物物料和動(dòng)物物料及其半成品和成品，如谷物種子、果蔬類、油類、肉、蛋、奶等，按存在狀態(tài)可分為固體物料和液體物料。農(nóng)業(yè)固體物料的結(jié)構(gòu)形式表現(xiàn)出多樣性，它們以塊狀、散粒體、粉狀等規(guī)則或不規(guī)則的形式存在，它們的內(nèi)在品質(zhì)也具有很大的差異性，因材質(zhì)的不同表現(xiàn)出不同的力學(xué)特性、電學(xué)特性和光學(xué)特性；農(nóng)業(yè)液體物料作為連續(xù)介質(zhì)，因其黏性不同而具有復(fù)雜的流動(dòng)特性和流體動(dòng)力學(xué)特性。

1.2理論模塊設(shè)計(jì)

農(nóng)業(yè)物料學(xué)所研究的內(nèi)容是基于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、加工、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、檢測(cè)的機(jī)械裝備和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，利用合適的技術(shù)和手段來(lái)研究各類農(nóng)業(yè)物料基本物理參數(shù)、力學(xué)、光學(xué)及電學(xué)特性[2]。遵循主次分明、突出重點(diǎn)的原則，具體理論教學(xué)內(nèi)容包括物料的基本物理參數(shù)（如形狀、尺寸、體積、密度、孔隙度、表面積、比表面積、含水率等）的表達(dá)形式和測(cè)試方法、黏彈性物料的流變模型及應(yīng)力松弛和蠕變理論、液體物料的黏度及液體物料流體阻力特性、散粒物料的內(nèi)外摩擦力學(xué)特性及空氣動(dòng)力學(xué)特性、農(nóng)業(yè)物料的換熱理論及干燥理論、農(nóng)業(yè)物料的介電特性和導(dǎo)電特性、農(nóng)業(yè)物料的光學(xué)反射和透射理論等。

1.3實(shí)驗(yàn)?zāi)K設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)在該教學(xué)模式中的作用尤為關(guān)鍵，通過(guò)實(shí)驗(yàn)課的實(shí)施，不僅使學(xué)生能夠掌握典型農(nóng)業(yè)物料物理特性的測(cè)試方法，同時(shí)是輔助學(xué)生理解和學(xué)習(xí)本課程理論知識(shí)的重要手段。為了達(dá)到此目的，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容須覆蓋和融合本課程的理論要點(diǎn)。根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合理論教學(xué)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置為谷物尺寸與硬度的測(cè)試，果蔬形狀、體積和密度的測(cè)試，農(nóng)業(yè)物料拉壓流變實(shí)驗(yàn)，液體物料比重與黏度的測(cè)試，谷物種子空氣動(dòng)力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)，散粒體物料休止角與內(nèi)摩擦角的測(cè)定實(shí)驗(yàn)，谷物種子含水率測(cè)定實(shí)驗(yàn)，農(nóng)業(yè)物料導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定，典型農(nóng)業(yè)物料LCR電學(xué)參數(shù)測(cè)定，谷物考種實(shí)驗(yàn)、谷物營(yíng)養(yǎng)成分光譜分析實(shí)驗(yàn)等。

2.理論實(shí)驗(yàn)一體化教學(xué)模式的實(shí)現(xiàn)

2.1理論實(shí)驗(yàn)一體化教學(xué)思想

傳統(tǒng)的教學(xué)是將理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)分階段進(jìn)行，一般先在課堂講授理論，后集中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這種教學(xué)模式容易導(dǎo)致理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)合不緊密，實(shí)驗(yàn)對(duì)理論的反饋?zhàn)饔冒l(fā)揮不及時(shí)、不充分。尤其對(duì)于農(nóng)業(yè)物料學(xué)理論知識(shí)體系繁多、學(xué)科跨度大，僅課堂講解理解難度大。由于理論教學(xué)與實(shí)踐性教學(xué)是一種相互加強(qiáng)與相互補(bǔ)充的關(guān)系[3，4]，通過(guò)構(gòu)建理論實(shí)驗(yàn)一體化教學(xué)模式，將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)融為一體，兩者同步開(kāi)展。按照“講、聽(tīng)、做、學(xué)”的流程，教師首先提出本次課的教學(xué)任務(wù)和知識(shí)目標(biāo)，對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講授，講授內(nèi)容分為兩部分，一部分為知識(shí)點(diǎn)的概念、原理等基礎(chǔ)理論知識(shí)，另一部分是講解基于這些理論知識(shí)的實(shí)驗(yàn)方法和步驟。學(xué)生在明確教學(xué)任務(wù)和知識(shí)目標(biāo)后，有目的性地對(duì)所講授的內(nèi)容進(jìn)行聽(tīng)記，接著按照實(shí)驗(yàn)方法有步驟地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師要有計(jì)劃、有目的地對(duì)實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)涉及的理論原理、支撐技術(shù)進(jìn)行提示和講解；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，結(jié)合實(shí)驗(yàn)，以問(wèn)題解答、討論互動(dòng)等形式對(duì)相關(guān)理論知識(shí)進(jìn)行歸納、總結(jié)、再學(xué)習(xí)，進(jìn)而加深理解，真正掌握和鞏固知識(shí)點(diǎn)。

2.2理論與實(shí)驗(yàn)的融合性

為了實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)物料學(xué)課程一體化教學(xué)過(guò)程中理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)的有效融合，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置及教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。在本課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置中，谷物尺寸與硬度的測(cè)試實(shí)驗(yàn)和果蔬形狀、體積和密度的測(cè)試實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)農(nóng)業(yè)物料基本物理參數(shù)的表達(dá)及測(cè)量理論；農(nóng)業(yè)物料拉壓流變實(shí)驗(yàn)、液體物料比重與黏度的測(cè)試實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)黏彈性物料的流變模型及應(yīng)力松弛和蠕變理論及液體物料的黏度及液體物料流體阻力特性知識(shí)；谷物種子空氣動(dòng)力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)、散粒體物料休止角與內(nèi)摩擦角的測(cè)定對(duì)應(yīng)散粒物料的內(nèi)、外摩擦力學(xué)特性及空氣動(dòng)力學(xué)特性理論；谷物種子水分測(cè)試實(shí)驗(yàn)（直接法）、農(nóng)業(yè)物料導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)農(nóng)業(yè)物料的換熱理論及干燥理論；典型農(nóng)業(yè)物料LCR電學(xué)參數(shù)測(cè)定、谷物種子水分測(cè)試實(shí)驗(yàn)（間接法）對(duì)應(yīng)物料的介電特性和導(dǎo)電特性理論；谷物考種實(shí)驗(yàn)、谷物營(yíng)養(yǎng)成分光譜分析實(shí)驗(yàn)則涵蓋物料的光學(xué)反射和投射理論。

例如對(duì)于谷物種子含水率及其測(cè)定方法知識(shí)模塊的學(xué)習(xí)，該模塊的教學(xué)目的是要求學(xué)生掌握谷物種子含水率的基本概念、含水率的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法及其測(cè)定原理。谷物種子含水率的測(cè)定方法有兩種：直接烘干法和間接測(cè)定法。針對(duì)兩種方法，分別安排兩個(gè)含水率測(cè)定實(shí)驗(yàn)：一個(gè)是紅外加熱烘干實(shí)驗(yàn)，另一個(gè)是基于介電常數(shù)的電子水分速測(cè)實(shí)驗(yàn)。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)定原理包含了紅外線熱效應(yīng)理論、谷物干燥理論等知識(shí)；第二個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)定原理包含了種子電特性理論中的含水率與介電常數(shù)知識(shí)。因此，該模塊的教學(xué)中，按照“講、聽(tīng)、做、學(xué)”的流程，在實(shí)驗(yàn)中滲入理論學(xué)習(xí)，在理論學(xué)習(xí)中見(jiàn)證其應(yīng)用，兩者相輔相成，既掌握了實(shí)驗(yàn)測(cè)定應(yīng)用方法，又加深了對(duì)理論知識(shí)的理解滲透。

3.結(jié)語(yǔ)

針對(duì)農(nóng)業(yè)物料學(xué)課程學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，引入理論實(shí)驗(yàn)一體化教學(xué)模式可將理論性、實(shí)踐性、開(kāi)放性有機(jī)融合，打破常規(guī)理論課與實(shí)驗(yàn)課的界限，理論與實(shí)驗(yàn)形成互補(bǔ)、相互促進(jìn)，實(shí)現(xiàn)教、學(xué)、做三位一體，有效啟發(fā)、活躍學(xué)生的思維，促進(jìn)師生互動(dòng)溝通，一方面，有效提高了本門課程的教學(xué)質(zhì)量，另一方面，培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)知識(shí)的興趣和積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)態(tài)度。

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