《农业工程与可持续发展》绪论教学方法探讨

　　摘要：为更好地开展《农业工程与可持续发展》绪论课的讲授，笔者在教学中对该课程绪论部分的内容和教学方法进行了探索。首先引入农业概念及其发展历程，接着引出农业工程概念内涵。与此同时，指出当前我国农业存在的问题，为农业可持续发展主题的引入做出铺垫，并借助熵的概念进行农业可持续问题的讲解。最后引导学生正确认识农业发展，重视农业的可持续发展。

　　关键词：农业工程，可持续发展，教学方法

　　中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1674-098X（2017）03（b）-0193-03

　　随着社会经济的发展，可持续发展的重要性正在逐步提升。《农业工程与可持续发展》作为农业机械化及其自动化专业的一门重要课程。通过本课程的学习，使农业工程相关专业学生从宏观角度理解工业工程专业与可持续发展之间的辩证关系。熟悉了解农业工程生产中的农业机械化、农产品加工和农业环境等方面与农业可持续发展之间的关系，培养学生可持续发展的理念。但是《农业工程与可持续发展》至今尚无直接的教材，为此，笔者在教学中，对该课程内容设置和教学方法进行了探索。

　　该文从我国基本国情出发，探讨《农业工程与可持续发展》课程绪论的教学内容和教学方法，引导学生更好地理解可持续发展的意义，以及农业工程与可持续发展的关系。

　　1以“农业及其发展历程”引入课程内容

　　在教学中，为使课程更好地展开，首先将“农业及其发展历程”内容引入绪论课，以便使学生更清晰的了解农业的发展及其意义，更容易理解《农业工程与可持续发展》课程后续的主题内容。

　　“什么是农业？农业是怎么来的？”笔者从狭义和广义两个角度，对农业的定义进行了解释。在我国，农业是国民经济的基础[1]，它是指人们利用生物的生长机理，采取人工培养和养殖的办法，以取得产品的物质生产活动。从狭义上讲，农业泛指种植业[2]，它包括粮食作物、经济作物、饲料作物和绿肥等农作物的生产活动；从广义上讲，除种植业外，还包括林业、畜牧业、副业和渔业。这五业合在一起通常称为“大农业”。目前农业早已是国民经济中一个重要产业部门，是以土地资源为生产对象的部门，利用动物植物等生物的生长发育规律，通过人工培育来获得生产食品及工业原料的产业，属于第一产业[3]。

　　关于中国农业起源，可以借助古籍中许多美丽动听的传说故事进行讲解，这可以大大提高学生的学习兴趣和积极性。众所周知，我们经常把农业的起源归功于伟大的神农、后稷和黄帝或其他帝王、名臣等等[4]。在农业漫长的发展过程中，人们把农业生产划分为三个大的阶段：原始农业、传统农业和现代农业。

　　（1）原始农业――基本特征是完全依靠人力和简陋的木、石工具，模仿动植物自然生产过程进行自给自足的生产。

　　（2）传统农业――当人类进入封建社会后，开始学会制造铁犁和使用耕畜，生产力有了很大发展，开始打破原始社会那种封闭式的生产方式，逐渐进入较为开放的传统农业的发展模式。（3）现代农业――是以生物技术和信息技术为先导的技术高度密集的产业，不仅提高土地生产率，并打破了农业生产季节性和地域性的限制，同时现代农业资源节约和可持续发展的绿色产业。

　　2介绍农业工程的内涵

　　通过“农业及其发展历程”的教学，对“农业”进一步延伸，向学生讲解农业工程的内涵。农业工程是改善农业生产手段、生态环境和农村生活设施的各种工程技术、工程管理、工程理论的总称[5]，是为农业生产和农村生活服务的综合性工程技术及其原理。自1910年内燃拖拉机问世，标志了现代农业工程的开始。

　　另外从当前农业工程学科构成角度给学生一个全面的介绍。目前农业工程已经发展成为多学科综合性的边缘学科，其科学技术研究的范围很广，总体归结为以下7个方面：农业机械化、农田水利和水土保持、土地利用工程、农村建筑和农业生物环境工程、农副产品加工工程、农村能源工程、农业电气化工程。农业工程在合理利用农业资源、保护生态环境、提高农业产出率等方面都有重大作用。

　　3引入“农业可持续发展”

　　该课程教学的核心内容就是“农业可持续发展”，而“农业可持续发展”又是从何时成为大众关注的热点呢？笔者从以下几个方面分析了“农业可持续发展”提出的背景。

　　自工业革命以来，许多国家相继走上了以工业化为主的发展道路。随着社会生产力的迅速提高和经济规模的不断扩大，人类创造了前所未有的物质财富。但是，却出现了全球范围内的环境破环、资源过度消耗和贫富差距加大等问题，�乐赝�胁和阻碍着人类社会的生存和发展。于是，人类不得不深刻反思沿袭已久的生存方式和思想观念，进而试图去寻找一条既能保证经济增长和社会发展，又能维护生态良性循环的全新的发展道路。

　　在农业方面，以美国为代表的工业化农业的发展模式在世界各地得到推广。自20世纪70年代末以来，我国开始大力发展机械化生产方式，利用化肥、农业提高作物产量，工业化模式的农业带来了严重的问题。以大化肥、大农药、大量消耗地下水为代价的，农业环境污染严重，长期下去存在严重的隐患[6]。“农业可持续发展”在这样的背景下被提出。我们要发展既能满足当代人对农副产品的需求，又不对后代人农副产品的需求构成威胁的农业发展模式，即可持续发展的农业模式。要解决未来可能将要面临的粮食安全问题，必须要回到循环性生态农业上来。从可持续发展的角度看，中国未来农业只能走“用地养地”、“精耕细作”配合一定现代化设备和生态技术的生态农业。

　　4从熵的角度分析“农业可持续发展”

　　在教学过程中，笔者从熵的角度对农业工程的发展进行了剖析，以便使学生更加清晰理解农业可持续发展。1868年德国物理学家克劳修斯在物理学中发现和揭示了熵世界观的概念[7-8]。它告诉人们，物质和能量虽然是守恒的，但在表现形态上只能“沿着一个方向转换，即从可利用到不可利用，从有效到无效，从有序到无序”。为了创造工业文明，人类无节制的开采和消耗各类自然资源，这带来了严重的环境问题，影响人类的生存和发展[9]。

　　笔者探讨分析后得出结论，农业的实质就是通过绿色植物吸收与转化太阳能形成负熵。生物体的负熵机制如图1所示，以负熵为起点，并以这种负熵在流动过程中不断耗散的方式展开农业生产过程。

　　在教学中，笔者又尝试按照数学极限的思想，并提出一个极限公式（公式1），对农业可持续发展进行讲解。该极限公式可将其表示为如下的形式：以时间t为自变量，自然界的熵表示为时间t的函数，则

　　（1）

　　式中，C为相对常数，即人类生存的星球在某一时期能够忍受的熵。熵是最后不能再被转化做功的无效能量的总和。这种情况在封闭系统中表现明显，当熵达到最大值时，则表示一切有效能量均消耗殆尽。当有效能量和无效能量相等时（热力学第一定律的规定），则意味着系统进入了全面崩溃，或称“热寂”阶段[10]。只有当我们承认自己世界的有限性，有意识地尊重地球资源的极限，我们才能真正领会到地球的宝贵，从而做出对人类继续生存有重大意义的调整。

　　通过此部分内容的讲解可以有力的告诉学生，我们必须把熵定律作为价值判断的基础，只有发展低耗、节约，与自然和谐共存的、符合减熵原理和生态规律的农业，才能保持农业发展的可持续性。

　　5探讨可持续发展的途径

　　该课程的最终目的就是正确引导学生理解和重视农业的可持续发展。虽然农业的快速发展带来了一系列的负面环境问题，尤其是工业化的农业，在带来农业快速发展的同时破坏了生态的可持续性。但是，我们必须正确认识农业发展，探讨农业可持续发展。在基于资源环境约束下，寻求一条节约能源、保护环境的可持续发展之路[11]。

　　在教学过程中，笔者启发学生积极主动思考农业工程可持续发展的新方法，总结出农业可持续发展必须具备以下要素。

　　正确认识学习可持续发展农业的核心内容。以牺牲环境换取的经济效益的农业生产，只会让环境背上沉重的包袱的问题，而不会带来长久的效益，因此发展可持续农业已成为必然趋势。

　　利用系统思维和系统的科学体系去解决问题。我们面临的任何一个要解决的问题或要完成的任务其实都是系统。将农业工程看成大的系统，运用系统工程的理论和方法，结合农业科学技术研究农业系统的合理组建和最佳运行的过程技术。

　　学习以“绿色技术”为主题的农业工程技术。对农业机械及其自动化专业学生注入农业机械“绿色设计，绿色制造，绿色管理”的理念。

　　学会利用科学的思维方法寻找最优方案。根据可持续发展农业的性质和总目标，将问题分解为不同的组成因素，并按其相互影响及隶属关系按不同层次聚集组合，形成多层次的分析结构模型，使问题归结为最低层相对于最高层的相对重要权值的确定，进而寻找可持续发展的最优方案。作者：张若宇，翟志强，本文来自《农业工程》杂志