基于互聯網加智慧農業的農科人才培養模式探究

楊 娟，葉 進，馬仲輝，沈方科

（廣西大學a.農學院植物科學國家級實驗教學示范中心；b.計算機與電子信息學院，南寧 530004）

0 引言

作為一個農業大國，目前我們面臨的一個比較嚴重的問題：①60后、70后年老之后，誰來種田［1］？②農業類高校將如何吸引現在的90后、00后投身到農業生產和農業產業中來［2］？伴隨農業和新技術的結合，農業生產發生了重大變革，而科技與教育在農業生產變革中發揮著重要作用。目前農業生產已經從農業1.0 發展到農業4.0 階段［3］。以大數據、云計算、物聯網等為代表的信息科技正推動農業傳統生產經營方式向智慧化生產方式與經營方式轉變［4-5］。因此調整課程內容，實施農業科學研究與人才培養供給側改革，探討適應新形勢的“新農科”學科建設與課程改革的新模式，已經成為當務之急［6-7］。

新農科建設“北京指南”中提出了新農科改革實踐方案［8］，為深入貫徹落實習總書記提出的“立德樹人”“知農愛農”“強農興農”“實現農業農村現代化關鍵在科技、人才”四個方面的要求［9-10］，各高校已經開始了各種各樣的改革措施［11-12］。采取的主要措施有：進行農科類專業課程大綱修訂，與農業企業、地方政府共建產教融合實踐基地［13］，利用互聯網、大數據技術建設信息化課程資源，進行學科交叉融合［14］。如湖南農業大學改革課程教材、強化實踐教育和創新創業教育［15］；沈陽農業大學堅持卓越農林人才與應用型人才培養的緊密融合，加大新農科內容對工科的融入，幫助學生確立更寬廣的學術視野［16］。

我校植物科學國家級實驗教學示范中心聯合電子與信息技術廣西實驗教學示范中心，通過“中西部高校綜合實力提升計劃”、廣西大學“211工程”項目、“互聯網加實驗室建設”專項經費，購置農業信息化實驗室設備20多臺套，聯合農學院、計算機與電子信息學院（以下簡稱計電學院）建立了智慧農業實驗實踐基地。在5年實踐期間2個實驗教學示范中心先后投入建設經費持續開展實驗室建設，并以互聯網＋為手段，開展人才培養模式的創新型研究與探索，創新成效與實驗室建設形成互相促進的良性循環，取得了顯著的成效。

1 建設背景

1.1 融合型人才培養與新農業發展銜接不足

隨著現代化農業的發展，以及農業信息化、智能化、規模化等程度不斷提高，對于農業信息化人才培養提出了更高的要求，除了常規的通識、專業理論教育外，如何提供更多更有效的實踐環節來提高學生實踐應用能力。解決由于實踐創新培養承載力不足，學生在產業和科研真實環境的實踐訓練不充分，導致創新能力不強和就業競爭力弱化等問題。

1.2 農學課程體系教學信息化程度普遍較低

農學培養的人才主要是服務于農業基層，由于缺乏農業現代化與信息化的深度融合，培養模式限于區域視角缺乏全國視角，導致農業基層長期處于低水平發展狀態，農業人才流失造成的惡性循環導致國家振興鄉村計劃難以實施，需要解決美麗廣西戰略中高質量人才培養的問題。

1.3 信息學科綜合實踐創新能力培養不充分

計算機科學卓越工程師培養計劃無法與產業對接，創新實踐的源泉和動力不足。如何有效推進優質科教資源共享，加強個性培育，拓寬專業視野，形成產學研深度聯動的協同育人長效機制，解決信息化人才培養與產業需求匹配不足的難題。“應用驅動創新，數據驅動發展”迫使工科教學改革，卻缺乏應用基地建設和基地數據獲取，“新工科”教學改革困難重重。

深刻分析新農科和新工科建設遇到的瓶頸，發揮綜合性大學多學科協同發展的優勢，研究創造性、復合型、應用型人才培養是本課題解決的主要問題。

2 融合創新的“互聯網＋”智慧農業人才培養模式

2.1 跨學科協作組建師資隊伍和智慧農業實踐教學平臺

缺乏現代信息科學技術的農學院、缺乏應用基地建設和基地數據的計算機與電子信息學院，經過深入思考和反復認證，在“211”工程及“強基”計劃建設驅動下，以學校為主導，以項目形式跨學科創建了智慧農業實驗室，并跨學科組建了一批多學科交叉的師資隊伍，隊伍包括兩個學科的一線專任教師、一線實驗教師，并外聘現代農業國家級首席專家；實驗室搭建借鑒了業界優秀案例，在教學反饋中快速迭代后續的案例開發，并不斷把最新科研成果融入實驗室。學生通過參與大數據及人工智能在農業的具體應用場景和關鍵環節實踐，激發了學習熱情，提高了創新思維能力，為交叉復合型人才培養提供了新模式。通過項目實施，以農業物聯網和精細化種植為手段徹底改變了基于傳統農業的實踐教學，同時創新發展了教育部計算機科學卓越工程師培養的跨學科協同育人模式。

2.2 重構農學與工學融合創新的實踐教學體系

構建智慧農業實踐教學體系，涵蓋了自動化設備、精細化控制、智能化管理等模塊。其中自動化設備包括遠程水肥控制和農業數據采集等內容；精細化控制包括基于專家數據庫的物候期管理系統，基于深度學習的標準化種植管理，基于WSN的生長態勢遠程感知等內容；智能化管理包括基于大數據的促化控稍精準管理，基于灰色模型的作物產量預測，基于圖像識別的病蟲害識別與預警，基于區塊鏈的農產品動態溯源系統等內容。這些智慧農業相關的內容極大地改變了農業認知實踐、果樹栽培學、農業昆蟲學、作物栽培學等植物生產類相關專業課的實踐內容；同時也將工科如程序設計與算法、數據庫原理、物聯網與云計算、數據挖掘與深度學習、計算機網絡等課程內容融入進來，基于物聯網、云計算、大數據、虛擬現實等技術，構建互聯網＋實驗室＋農業基地的全方位教學資源，不僅通過遠程資源共享，讓師生實時獲取基地數據，而且建立數據驅動下的智慧農業教學內容，打造了“線上線下”相結合的校內外穩定的實驗實踐體系（見圖1）。

圖1 農科和工科融合創新的實踐教學體系

2.3 建立多維度多區域多團隊支撐的人才培養長效機制

依托已經建立的示范基地，在農學院和計算機與電子信息學院共建教學科研團隊的帶領下，在現代農業產業技術體系廣西荔枝、龍眼、芒果、柑橘、香蕉等創新團隊的協作下，構建多學科多產業協同的科研教學融合平臺，結合虛擬仿真實驗資源的設計與開發、農業物聯網的基地管理、專家庫的農業標準化生產、深度學習的病蟲害識別與防治等產業實際應用，設計了知識交叉、學科融合的綜合型實踐課題去覆蓋現代化農業生產的各個環節。緊密結合畢業論文指導、課外科技創新、學科競賽、創新創業競賽，引導學生“早進課題、早做科研”，進一步帶動和強化實踐創新訓練。本科階段加入項目的同學中50%都已順利進入研究生階段。農科學生掌握APP等基本軟件項目管理技術，具備了獨立完成軟件著作權申請的能力，學生申請的發明專利均是與兩個學科教師科研、農業生產需求緊密結合產生的創新成果。

3 建設創新點

（1）農工深度融合，以信息技術為支撐的教學理念。智慧農業將現代化應用于較為成熟的傳統產業、利用現代化新知識技能改造發展傳統農業產業，不僅需要多學科交叉人才，而且創新思維與應用能力至關重要。項目創新性地提出進行兩個學科深度融合的復合型人才培養，進行實踐教學體系的跨學科改革，從而培養適應新時代農業發展需求的高素質復合應用型專業人才，有效服務地方經濟社會發展和國家鄉村振興戰略。

（2）數據驅動式教學內容的改革在實踐中不斷推進。立足廣西特色農業產業，引進吸收加自主開發，創建和完善農業信息化實驗教學資源，創新了農科的實踐教學內容。依靠專業教師、實驗教師和參與學生采集相關數據，借助現有的儀器設備及物聯網、電子信息技術等綜合性手段，對實驗課程需要的教學信息進行整合，形成基于智慧農業云服務的信息化資源，并在實踐中豐富和拓展了課程資源和實踐案例。把測試數據通過云平臺引入實驗室，擴充教學案例和實驗課程，不斷優化和提高平臺功能。

（3）互聯網＋基地＋實驗室打造開放式實踐教學平臺。構建適用于實驗室的農業云平臺，全面打造開放式實驗實踐體系。“互聯網＋基地＋實驗室”教學改革能夠讓師生實時獲取并不斷優化課程資源，并通過門禁云、設備云、課程云、數據云實現了資源的開放共享，創新型地在計算機科學與技術卓越工程師培養中加大領域應用和設計思維訓練，通過智慧農業培養學生的數據思維，課題打造的數據驅動式教學案例既重塑了農科教學實踐庫又填補了工科教學數據庫。

4 建設成效

4.1 學生創新創業能力顯著提升

學生創新創業能力不斷增強。學生主持的農業物聯網應用示范項目獲得了國家級資助。近3年創新創業比賽中獲得的獎勵超過40項，以互聯網加比賽為例，參賽數量和獲獎數量逐年遞增，2019年自治區級以上獲獎15項。其中第三、第五屆分別獲得了全國銅獎和銀獎，項目期間兩個學科學生共同參與的其他各類國家級獎勵超過10項。學生申請國家發明專利20余項，獲得國家發明專利3項，獲得實用新型專利10項，獲得軟件著作權14項，發表論文10多篇。

4.2 科教融合的創新應用影響加大

結合廣西特色，把廣西荔枝龍眼示范團隊、芒果創新團隊、廣西大學農業示范基地的科研成果融入農業認知實踐課程體系；把桂平麻垌農技推廣站、武鳴蘑菇種植基地等標準化種植云平臺及專家數據庫納入本科教學；通過基于深度學習的圖像識別技術在學生創新實踐項目中的初見成效，吸引了廣西農科院芒果團隊、廣西香蕉產業體系植保崗位團隊、廣西柑橘產業體系植保崗位團隊等高水平團隊主動參與到作物蟲害識別及防治等新農科研究探索及教學改革中來。

智慧農業加快農技推廣的速度，帶動師生將農業信息化技術推廣到荔枝、芒果、沃柑等多個產業，涉及廣西多個地區的農作物基地，不僅創新發展了計算機科學卓越工程師的跨院協同育人模式，并通過跨院的實踐活動，讓學生帶著創新創業項目走進農村。以農產品溯源為例，融合智慧農業核心問題和關鍵技術，在促進區域農業品牌建設、推動本地農林經濟發展中發揮作用。

4.3 實驗實踐課程質量和教學團隊整體水平顯著提高

學生對實踐課程的優秀評價率不斷提高。中青年教師主持省級教改項目4項，校級教改項目4項，教材項目1項，建設了7門虛擬仿真實驗課程，并獲優秀創新創業導師獎、廣西農牧漁業豐收獎、青年教師觀摩講課競賽一等獎、本科教學“十佳教師”和“十佳實踐教師”“實驗室先進管理工作者”“三育人標兵”等獎項和榮譽稱號。教學團隊中2人晉升正高職稱，1人晉升副高職稱。

4.4 支農愛農型人才培養方式增多

依托國家現代農業產業技術體系廣西各個產業的創新團隊及廣西區科技重點研發計劃，帶動師生將農業信息化技術推廣到荔枝、芒果、沃柑等多個產業，滲透到廣西多個地區的多種農作物基地，不僅創新發展了計算機科學卓越工程師培養中的跨院協同育人模式，而且深入培養了學生愛鄉村愛家鄉建設美麗廣西的責任感，通過跨院的實踐活動，讓學生帶著具備前沿信息技術的創新創業項目走進農村、走近農民、走向農業，同時，提高了農科和工科學生的職業素養。

5 結語

植物科學國家級實驗教學示范中心協同電子與信息技術廣西實驗教學示范中心，借助2013年獲得的教育部第一批卓越農林計劃示范點，中心便開始了現代農業人才培養模式的探索。隨后建設新農科的《安吉共識》以及廣西桂教高教（2019）56號文件出臺的實施卓越農林人才培養計劃的意見，中心探索新農科與新工科融合創新的智慧人才培養方式，提升了農科學生的互聯網思維，增強了學生的創新創業能力，推進農業學科與信息科學的深度交叉和融合，拓展傳統農業學科的內涵，對促進高等農業教育的高質量發展具有重要參考價值。

·名人名言·

在科學上沒有平坦的大道，只有不畏勞苦沿著陡峭山路（其崎嶇之路）攀登的人，才有希望達到（其）光輝的頂點。

——馬克思