高校農業物聯網基礎課程建設與改革

朱瑞金，張 濤，唐 波

(西藏農牧學院電氣工程學院，西藏 林芝 860000)

0 引言

我國是人口和農業大國，但人均耕地面積低于世界平均水平。為了積極應對新一輪的農業發展和技術變革，將農業與物聯網相結合，促進農業經濟轉型和發展，教育部積極推進農業物聯網專業建設，促進高校教學內容和教學方法的改革。

農業物聯網基礎課程為西藏農牧學院創新創業實驗室開設的一門公共選修課程，旨在為全校農牧類專業學生提供農業物聯網基礎知識。物聯網技術所涉及的專業領域覆蓋面廣，學生對于專業知識的掌握相對薄弱，應在教學實踐中介紹物聯網的基本結構，及其感知層和網絡層涉及的關鍵技術，提高學生運用農業情景感知技術進行物聯網應用系統設計的能力。農業物聯網課程主要包括單片機、傳感器、電路控制等內容，開設兩年以來為全校農牧類專業學生提供了智能農業方面的相關知識。傳統的教學模式以教師授課為主，但僅靠理論教學難以滿足教學需求，因此該課程更加重視實踐教學。應結合本校特色，優化教學方式，探索出適應農牧類專業學生發展需要的課程改革方案。目前，高校農業物聯網類教學存在理論難以聯系實際，學生實踐培養不足，無法培養出解決實際問題的人才等問題。本文提出了一種虛實結合的教學理念，結合仿真編程軟件，使學生能夠實際掌握和應用課程理論，并引入了現代化的教學方式，實現了學科交叉。

1 農業物聯網基礎課程特點

農業物聯網基礎課程是一門理論與實踐相結合的課程，旨在解決智能農業問題，課程綜合性強，涉及學科多，要求學生具備一定的計算機基礎知識和通信技術基礎知識。

農業物聯網是一個復雜的系統，教學內容涉及電子、通信、計算機、農學等學科和領域。對感知層、傳輸層、處理層和應用層等農業物聯網關鍵技術進行教學研究，重點使學生能夠掌握農業個體識別、情景感知、異構設備組網、多源異構數據處理、知識發現與決策支持等技術，使學生能夠運用不同種類的農業設備、傳感器突破數據共享屏障，通過M2M通信技術共享運行參數，遵循基于大數據與人工智能的控制策略實現農業全過程的最優自動化控制。通過學習使學生掌握基于物聯網的智慧農業系統設計方法，進而實現農業智能化。

2 農業物聯網基礎課程教學存在的問題

2.1 課程專業性較強，課堂教學難度大

農業物聯網基礎課程專業性較強，涉及多門學科內容，課程難度較大，對授課教師的專業能力要求較高。學生對枯燥的教學內容缺乏興趣，學習主動性不高，導致學習效果不理想。以ZigBee技術為例，教師雖然講解了相關概念和技術標準，但是學生不知道如何應用ZigBee技術，不了解ZigBee技術與近距離無線通信技術相比所具有的優劣勢，實踐應用能力較差。

2.2 授課重理論，學生缺乏實踐機會

農業物聯網基礎課程是一門理論聯系實踐的課程，但是部分教師教學觀念陳舊，授課時重理論、輕實踐，導致學生不了解這門課程的應用價值，學習動力和熱情不足。此外，受到學校實驗室條件的限制，學生缺乏參與實踐訓練的機會，導致實踐操作能力較差。

2.3 課程考核方式單一，缺乏對學生綜合能力的考查

農業物聯網基礎課程期末成績總評中過于關注學生的理論考試成績，課程考核方式單一，考試題型多為概念類題目，缺乏對學生綜合能力的考查，學生為應付考試花費大量時間在學習和復習理論知識上，忽視了對自身實踐技能的提升。理論考試試卷的出題題型也大多為概念類題目，忽視了對學生的思考能力和處理實際問題能力的考核。

3 農業物聯網基礎課程教學改革策略

農業物聯網基礎課程改革目標為：重視理論與實踐相結合，將學生培養成為具有綜合分析能力和動手實踐能力的高素質人才，為我國農業現代化發展提供新動力。

3.1 引入現代教學手段，提升課堂效率

采用分組教學，將具有一定信息技術基礎與零基礎的學生進行分組，并根據不同專業開展有針對性的教學計劃，進而提高課堂效率。開展以應用目標主導教學內容和教學過程的項目教學法，在教學手段上注重傳統教學手段與現代教學手段(如多媒體課件、計算機仿真等)相結合，使用仿真軟件完備的元器件庫和虛擬測試儀器，使單片機的抽象概念直觀化，程序運行結果可視化，有效提升教學效果。為學生提供智能控制/感知方面的知識，使學生形成新農/工科背景下學科交叉的專業知識結構。

3.2 利用仿真軟件提高學生的綜合分析能力

根據教學要求與教學目標，學校為學生提供了農業綜合開發系統、仿真軟件等設備，方便學生開展各種實訓項目。例如，利用Proteus軟件進行電路硬件原理圖設計和匯編語言程序設計，并結合Keil軟件進行C語言程序設計，同時安排經驗豐富的教師進行指導，完成從硬件設計、制作到軟件寫入、調試的學習，不受實訓學時安排和實驗器材的限制，提升了教學質量和效果。

3.3 革新課程教學方法與手段

課程教學體現“做中學，做中教”的教學原則，靈活運用多種教學方法，突出學生的主體地位，合理運用現代信息技術進行教學與管理，實現優質教學資源共享。重視實驗、實訓、實習等實踐教學環節，以真實的任務為實習實訓項目，將課內學習與課外學習相結合，引導學生自主學習，并將所學知識技能有效應用于實踐中。廣泛使用示教儀、投影儀等電化教學手段，增強學生的直觀感受，進而提高教學效果。

3.4 建設實踐教學基地，使理論與實踐并重

學校購入大量實驗器材，現已擁有多套物聯網實驗箱，及具有仿真、實驗功能的綜合單片機實驗箱，同時擁有多套模塊化的樹莓派微型電腦和基于STM32的傳感器。制定實驗室規章制度，規范實驗流程，減少實驗事故的發生幾率。建設校外實踐教學基地，與相關企業開展合作，建立長期合作機制。優化實驗實訓的教學形式和內容，開設綜合性、創新性實驗。鼓勵教師參與科研活動，加強對教師的培訓力度，提升教師的實驗指導能力。增加實踐教學學時，提升學生的實踐操作能力。

3.5 優化教學考核方式，多種考核方式并舉

在傳統的期末考試中，理論考試成績占80%，平時成績占20%，平時成績還包括考勤、上課情況、作業完成情況和實踐操作情況。這種考評方式對實踐能力的重視不足，對學生的評價不夠全面。

第一，將期末理論考試成績占比調整為60%；增加實踐操作考核所占比重，調整為20%。

第二，重點培養學生的動手能力，提高學生的實踐操作能力，加強師生之間的溝通交流，增加課堂反饋機制考核，調整為10%，以激發學生的學習興趣，提升教學效果。

第三，考勤、上課情況、作業完成情況等平時成績占總成績的10%。

3.6 豐富課堂教學手段，建設課程資源庫

第一，豐富課堂教學手段，創新教學模式，讓學生參與到課堂教學中，成為課堂的主人，突出學生的主體地位。教師要發揮引導作用，緊密結合教材內容，利用信息技術編制配套的教學課件，拍攝課程微視頻，突出重點并解決難點問題，簡化教學過程，降低學生的學習難度，積極調動學生的形象思維，深化其對知識的記憶和理解，培養學生的自主學習能力。

第二，建設課程資源庫，開發課程教學網站。資源庫內容包括專業介紹、師資介紹、課程介紹、授課教材、教學大綱、教案、學案、作業習題、實訓指導、參考資料目錄、網絡課件、仿真軟件、仿真模型、課程微視頻、網上(師生、生生)交流互動平臺、網上考核評價平臺、網上理論考證平臺、優秀學生作品等，且均能在網站上瀏覽，具備動態更新和日常維護功能，可以引導學生進行自主學習并達到學習目標。

4 結語

農業物聯網基礎課程涉及多門學科，學生能夠在課程學習中提升實踐操作能力、綜合分析能力和獨立設計能力，進而培養出適應農業發展需要的專業人才，促進農業智能化的實現。開展農業物聯網基礎課程建設與改革，能夠使學生提升實踐操作能力、綜合分析能力和獨立設計能力，進而培養出適應農業發展需要的專業人才，促進農業智能化的實現。