戴 飛，宋學(xué)鋒，黃曉鵬，趙武云

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 機電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

耕種收綜合機械化率是衡量一個國家或地區(qū)主要糧食作物農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)水平的關(guān)鍵指標(biāo)與參考。“十二五”期間，我國耕種收綜合機械化率由52%提升至62%，當(dāng)“十三五”結(jié)束時，已達到70%。2021年是我國“十四五”規(guī)劃的開局之年，也是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全面進入機械化裝備主導(dǎo)的新階段，要求各主要糧食作物的耕種收綜合機械化率均超過80%，較2020年提高10%左右。因此，在新形勢與新目標(biāo)的規(guī)劃要求下，農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)學(xué)的課程建設(shè)應(yīng)用與講授目標(biāo)也應(yīng)當(dāng)有所調(diào)整與改變，其核心特色內(nèi)容的側(cè)重點應(yīng)當(dāng)進一步與耕種收作業(yè)環(huán)節(jié)相結(jié)合。

離散元法能夠模擬各類農(nóng)業(yè)機械裝備作業(yè)過程，仿真效果準(zhǔn)確、結(jié)果可視化，是近年來農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域應(yīng)用較多的仿真分析手段[1]。借助于甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)混合課程建設(shè)項目與課程思政教改項目的實施，擬以授課團隊在科研過程中結(jié)合西北旱區(qū)玉米、馬鈴薯、胡麻和藜麥等作物機械化生產(chǎn)相關(guān)的耕、種、收三大作業(yè)環(huán)節(jié)完成的離散元仿真模擬分析案例為依托，構(gòu)建完善農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)學(xué)西北旱區(qū)特色作物線上課程資料庫是一種很好的嘗試，同時可以很好的揭示農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)過程中的機理機制。通過離散元對專業(yè)領(lǐng)域科研創(chuàng)新成就仿真分析案例，展示農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)相關(guān)的新農(nóng)藝與新裝備，進一步充實和完善“工匠精神”相關(guān)思政元素，培養(yǎng)農(nóng)機專業(yè)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力，達到學(xué)農(nóng)知農(nóng)愛農(nóng)，增加專業(yè)自信，堅定服務(wù)三農(nóng)的理想信念[2]。

1 西北旱區(qū)特色作物線上課程資料庫構(gòu)建

1.1 西北旱區(qū)特色作物線上課程資料庫組成

如圖1所示，為西北旱區(qū)特色作物線上課程資料庫具體結(jié)構(gòu)組成。借助于離散元方法對西北旱區(qū)特色作物機械化生產(chǎn)過程中的耕整 （旋耕、鎮(zhèn)壓、覆土），種植（排種、排肥、播種）和收獲（分段收獲、聯(lián)合收獲）三大環(huán)節(jié)相關(guān)機械化生產(chǎn)進行離散元仿真分析與教學(xué)過程中案例添加，使學(xué)生掌握相關(guān)農(nóng)藝技術(shù)要求，更加生動形象的認(rèn)知相關(guān)配套裝備作業(yè)機理與過程。

圖1 西北旱區(qū)特色作物線上課程資料庫組成Figure 1 Online course database composition of Northwest arid region featured crops

1.2 課程資料庫耕種收綜合機械化因素分析

為進一步在課程資料庫中體現(xiàn)耕種收綜合機械化率的重要性，西北旱區(qū)特色作物線上課程資料庫主要模塊包括作業(yè)環(huán)節(jié)、具體組成、作業(yè)過程展示、與課程具體知識點聯(lián)系和關(guān)聯(lián)章節(jié)5部分構(gòu)成。課程資料庫內(nèi)容主要依托西北旱區(qū)玉米全膜雙壟溝播、馬鈴薯全膜面覆膜覆土栽培、胡麻與藜麥等特色作物高凈度收獲等相關(guān)農(nóng)藝技術(shù)，按照耕整、播種、施肥、脫粒分離、清選環(huán)節(jié)進行離散元仿真分析，對作業(yè)過程進行詳細展示，對作業(yè)機理進行揭示，闡明農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)過程中的相應(yīng)評價指標(biāo)，使學(xué)生更好的理解和掌握西北旱區(qū)主要作物機械化生產(chǎn)要求與過程認(rèn)知。

2 西北旱區(qū)特色作物線上課程資料庫應(yīng)用

2.1 耕整環(huán)節(jié)線上課程資料庫應(yīng)用

如表1所示，為結(jié)合離散元分析方法開展的耕整環(huán)節(jié)線上課程資料庫具體應(yīng)用。其中，旋耕與鎮(zhèn)壓部分主要與西北旱區(qū)玉米全膜雙壟溝農(nóng)藝技術(shù)相結(jié)合，通過講授仿真旋耕裝置、鎮(zhèn)壓裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)與離散元運動參數(shù)設(shè)置，要求學(xué)生掌握玉米全膜雙壟溝種床構(gòu)建技術(shù)，明確在全膜雙壟溝種床構(gòu)建作業(yè)工藝中對旋耕起壟的具體要求；在全膜雙壟溝覆膜種床整地過程中，對膜邊和壟溝的鎮(zhèn)壓作業(yè)要求進行羅列，引導(dǎo)學(xué)生對兩種不同的鎮(zhèn)壓輪的結(jié)構(gòu)和功能進行理解認(rèn)知。在覆土作業(yè)環(huán)節(jié)方面，分別與農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)學(xué)的第三章與第六章內(nèi)容相結(jié)合。其中，第三章依托地膜覆蓋抗旱耕作法，將西北旱區(qū)特有的微壟覆膜、全膜雙壟溝單幅覆膜、全膜雙壟溝雙幅覆膜種床覆土離散元仿真作業(yè)過程進行展示，讓同學(xué)深刻體會到“膜土-機器-植物”互作系統(tǒng)研究已成為北方旱地雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械化的核心研究內(nèi)容；同時，結(jié)合覆膜種床機械化構(gòu)建過程解析，進一步揭示出西北旱區(qū)全膜雙壟溝是集壟作法、溝播法、覆蓋抗旱耕作法優(yōu)點于一體的農(nóng)藝技術(shù)，有助于結(jié)合上述三種典型的抗旱耕作方法去凝練總結(jié)全膜雙壟溝農(nóng)藝技術(shù)優(yōu)勢。

表1 耕整環(huán)節(jié)線上課程資料庫Tab.1 Cultivation link online course database

此外，在國內(nèi)馬鈴薯種植機械化方面，通過基于離散元法的全膜面覆土馬鈴薯種植模式與覆土裝置作業(yè)性能展示，與傳統(tǒng)馬鈴薯種植作業(yè)模式形成鮮明對比，讓同學(xué)們進一步學(xué)習(xí)掌握了近年來西北旱區(qū)創(chuàng)新推廣應(yīng)用的根莖類作物覆膜覆土栽培方法與配套裝備，很好的體現(xiàn)出西北地區(qū)農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)學(xué)講述內(nèi)容的地域特色與農(nóng)作制差異。

2.2 種植環(huán)節(jié)線上課程資料庫應(yīng)用

如表2所示，為結(jié)合離散元分析方法開展的種植環(huán)節(jié)線上課程資料庫具體應(yīng)用。該部分主要與農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)學(xué)第二章農(nóng)業(yè)機器作業(yè)工藝中的播種作業(yè)工藝、田間管理作業(yè)工藝2節(jié)內(nèi)容相結(jié)合，以離散元法排種、排肥和播種仿真分析向?qū)W生們生動的展示玉米全膜雙壟溝機械化作業(yè)過程中溝播玉米株距控制、“一膜兩年用”追肥排肥和膜上直插式玉米播種，更好的輔助掌握西北旱區(qū)玉米全膜雙壟溝農(nóng)藝技術(shù)要求。

表2 種植環(huán)節(jié)線上課程資料庫Tab.2 Planting link online course database

在上述離散元仿真分析過程中，可以向?qū)W生們初步講解所在團隊在各個案例中應(yīng)用的離散元方法與技巧，引導(dǎo)學(xué)生們對離散元仿真分析法產(chǎn)生興趣，學(xué)習(xí)農(nóng)機專業(yè)領(lǐng)域的先進前沿研究手段、方法與理論，進一步提升學(xué)生科研創(chuàng)新能力，使學(xué)生對農(nóng)機專業(yè)產(chǎn)生熱愛與情懷。

2.3 收獲環(huán)節(jié)線上課程資料庫應(yīng)用

如表3所示，為結(jié)合離散元分析方法開展的收獲環(huán)節(jié)線上課程資料庫具體應(yīng)用。在農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)學(xué)第二版的修訂教材中，第五章授課內(nèi)容設(shè)置為北方水田農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械化，由于這部分內(nèi)容與甘肅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際性與結(jié)合性不強，加之考慮到甘肅省是我國的四大育種基地之一，因此，將原有第一版教材第九章的內(nèi)容設(shè)置為第五章種子加工機械化，并在第二節(jié)種子清選方法和機具內(nèi)容上配套了甘肅特色油料作物胡麻脫粒物料氣流式、風(fēng)篩式清選內(nèi)容[13]。

表3 收獲環(huán)節(jié)線上課程資料庫Tab.3 Harvest link online course database

依照農(nóng)作物機械化收獲方法，分別開展了離散元分段收獲與聯(lián)合收獲的仿真模擬。其中，在第二章農(nóng)業(yè)機器作業(yè)工藝第六節(jié)谷物收獲作業(yè)工藝中設(shè)置了與育種脫粒相關(guān)的玉米種子變徑變間距低損傷脫粒和小區(qū)育種小麥無滯種脫粒2個分段收獲案例，通過各裝置作業(yè)過程的展示，讓同學(xué)進一步深刻領(lǐng)會到育種機械比傳統(tǒng)機械作業(yè)要求更高。同時，設(shè)置了與甘肅特色作物相關(guān)的胡麻機械化聯(lián)合收獲與藜麥機械化聯(lián)合收獲仿真模擬2個聯(lián)合收獲案例，進一步體現(xiàn)出西北地區(qū)農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)學(xué)講述內(nèi)容的特色與創(chuàng)新[18]。此外，在講述農(nóng)業(yè)物料風(fēng)選原理內(nèi)容時，以胡麻脫粒物料的氣流式清選為例；在講述農(nóng)業(yè)物料風(fēng)篩選原理內(nèi)容時，以胡麻脫粒物料的風(fēng)篩式清選為例，依托離散元仿真分析方法，使學(xué)生們能夠直觀的對比兩種清選方式作業(yè)過程的異同，尤其是講授對于小差異混雜程度大的脫粒物料更適合于哪種清選模式，學(xué)生們會一目了然，以期到達教學(xué)相長的授課效果。

3 結(jié)論

本文以“十四五”我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全面進入機械化裝備主導(dǎo)新階段為背景，規(guī)劃構(gòu)建了西北旱區(qū)特色作物線上課程資料庫的結(jié)構(gòu)組成，將西北旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)相關(guān)離散元仿真分析案例運用到農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)學(xué)課程的教學(xué)當(dāng)中，通過對三大作業(yè)環(huán)節(jié)（耕整、種植和收獲）相關(guān)的具體組成、作業(yè)過程展示、知識點聯(lián)系及關(guān)聯(lián)章節(jié)內(nèi)容進行設(shè)置完善與討論，實現(xiàn)對西北旱區(qū)特色作物線上課程資料庫構(gòu)建與應(yīng)用，以期進一步提升農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)學(xué)課程課堂教學(xué)質(zhì)量，提高該農(nóng)機專業(yè)混合式課程的建設(shè)水平。