面向研究生的農業信息獲取與處理技術課程結構設計

孫偉 古麗米拉 李全勝

【摘要】農業信息獲取與處理技術是現代農業信息技術的核心環節，尚無可遵循的成熟教學體系。本研究面向研究生高層次人才培養需求，設計了課程結構和知識框架，涵蓋11個教學專題和8個綜合性實驗。實踐證明，本研究能夠有效滿足大數據時代研究生農業信息獲取與處理技術教學需求。

【關鍵詞】農業信息技術 ?信息獲取 ?信息處理 ?課程結構

【基金項目】本文為新疆農業大學研究生優質課程建設項目《農業信息獲取與處理技術》階段性研究成果。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）09-0003-01

農業是人類健康與發展的永恒主題，《全國農業可持續發展規劃（2015—2030年）》的重大項目之一是開展農業資源監測，需要“建設和完善遙感、固定觀測和移動監測等一體化的農業資源監測體系，建設農業資源環境大數據中心，推動農業資源數據共建共享”。其中，農業信息獲取涉及傳感器（溫度、濕度、PH值、光、CO2等）、遙感、導航定位、網絡信息檢索等多源、多層次、多尺度的農業資源監測技術，農業信息處理的實質內容則是農業資源環境大數據的分析、挖掘和知識發現技術。

《農業信息獲取與處理技術》課程的教學研究至關重要，是有效培養適應社會和時代發展需要的復合型高層次人才的基礎，也是涉農高校信息技術研究生教育面臨的一個關鍵教學研究問題。

1.國內外現狀分析

近年來，國內外教育機構針對信息技術在農業領域的有效應用開展了大量卓有成效的教學研究工作。

國外具有典型代表性的是美國Illinois大學農業與生物工程系開設的《精細農業》，處于世界領先地位，其課程體系設計涵蓋了農業信息技術的多個方面，而且以融入最新信息技術為優勢和特色，是國內外高校借鑒的重點。

國內具有代表性的是浙江大學開設的《精細農業》課程，是我國信息農業課程教學體系改革的先導力量，較為突出的教學成果是：《精細農業》成為國家精品課程;出版的國家級規劃教材《精細農業》以及面向21世紀課程教材《農業資源信息系統》等，在江蘇大學、東北農業大學、西北農林科技大學等10多所院校采用;自主創新開發了8種國際先進水平的教學儀器設備和6種教學軟件系統，在國內多所大學實際使用;開設了一系列創新性、綜合性教學實驗;建立了農業信息技術教學實習與科研示范綜合基地，為全國現代農業信息技術復合創新性人才培養探索了新的思路和途徑。此外，揚州大學、西南大學和石河子大學等高校也陸續開設了《農業信息技術》相關課程，都具有其地方特色。

綜上所述，現階段國內外教學團隊均側重于開設比較綜合的農業信息技術相關專業課程，往往是力求全面涵蓋農業信息的采集、傳輸、存儲、處理和綜合應用等多個環節，體現農業信息技術的整體內容和全局知識框架，而且多是針對本科生學習階段開設，旨在引導學生了解農業信息技術全方位知識，卻鮮有專門針對研究生教育階段的專業學習而開設農業信息獲取與處理技術方面的深度課程。

2.課程結構設計

新疆農業大學農業信息化教學研究團隊專門面向涉農高校的農學、計算機、信息管理和物聯網工程等相關專業的研究生開設《農業信息獲取與處理技術》課程。一方面，是對目前農業信息技術相關課程進行局部深化和優化，突出物聯網和大數據環境下農業數據的來源和分析，聚焦于農業信息技術的兩個環節：采集技術和處理技術，體現知識體系的“精、深、透”的原則;另一方面，是突出研究生教學特點和目標，以解決科學問題為導向，加大知識覆蓋面，加深知識難度，加強知識新穎性，不斷重構和凝練《農業信息獲取與處理技術》的知識體系和教學內容，如圖1所示。

基于農業信息技術的整體架構，本課程重點突出了農業信息采集與處理這兩個關鍵環節，逐步形成了適用于研究生教學的4類教學資源：（1）理論教學資料，包括教學大綱（11個章節的教學內容、基本要求和重點難點，每一章節對應于圖1中某一課程內容）、PPT課件、考試大綱和教學參考資料等;（2）課外閱讀文獻庫;（3）實驗教學大綱和實驗指導書;（4）核心專題案例庫。對應于理論教學中的重點和難點，本課程配套了8個綜合性實驗：農田現場信息采集與處理、遙感圖像預處理、遙感圖像分類與判別、基于遙感的農業生態環境監測、農業信息網絡檢索、基于GIS的農業信息分析、農業信息光譜分析實驗和基于統計的農作物模型模擬。

圖1 《農業信息獲取與處理技術》課程結構

針對研究生培養目標和學科點建設目標，基于長期積累的豐富的科學數據資源和項目案例資源，例如，已獲取了覆蓋烏魯木齊地區國產“高分一號”遙感影像，可為農田信息遙感監測實驗提供數據;擁有某地區農田傳感器數據，可為農田現場數據分析實驗提供支撐;掌握了新疆森林資源數據，可為農林資源空間格局分析提供支持，我們充分利用了新疆農業大學擁有的自治區級實驗教學示范中心“農業與農村信息技術實驗教學示范中心”、校級創新中心“農業信息化技術協同創新中心”、農業信息檢索實驗室等豐富的教學科研環境，進而有效引導研究生深入掌握天—空—地范圍（遙感、GPS和農田現場）內布設的主流傳感器獲取農業信息的原理、技術與方法，掌握網絡環境和科技文獻中蘊含的農業信息檢索與發現的核心技術與方法，掌握基于光譜分析技術和機器視覺技術的農業信息獲取與處理方法，掌握基于射頻標識RFID的農產品與動物標識信息采集方法，掌握農業大數據時空分析與處理模型與方法。

3.結論與展望

面向研究生開設的《農業信息獲取與處理技術》課程結構設計涵蓋了農業信息獲取與處理技術的關鍵內容，蘊含了領域知識前沿、難點問題和研究熱點資源，有助于加強研究生的數據思維、計算思維和實踐動手能力，培養學生綜合應用各學科知識發現問題、分析問題和解決問題的科學研究素養。而且，有效彌補了目前尚無農業信息獲取與處理技術研究生教材這一不足。隨著深入教學實踐和信息技術的最新進展，本課程結構也需進一步優化和深化。

參考文獻：

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