虛實(shí)結(jié)合構(gòu)建智慧農(nóng)業(yè)泛在實(shí)踐平臺(tái)的研究與實(shí)踐

劉凱文 嚴(yán)方

（江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 句容 212400）

一、前言

泛在學(xué)習(xí)環(huán)境可以支撐學(xué)生的隨時(shí)隨地隨心學(xué)習(xí),極大地改變了學(xué)生的學(xué)習(xí)形態(tài)和方法，但泛在學(xué)習(xí)的碎片化、非線(xiàn)性化以及去中心化等特點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致深度學(xué)習(xí)目標(biāo)偏移,淺層學(xué)習(xí)泛濫。王君認(rèn)為泛在學(xué)習(xí)有利于學(xué)生構(gòu)建學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)[1]。孫劍萍認(rèn)為泛在學(xué)習(xí)成效的關(guān)鍵因素在于學(xué)習(xí)環(huán)境的建立、學(xué)習(xí)自主性的促成、學(xué)習(xí)行為的規(guī)范，三者對(duì)學(xué)習(xí)成效的影響分別達(dá)到了35.3%、29.6%、22.1%[2]。王君等提出在泛在學(xué)習(xí)過(guò)程中構(gòu)建深度學(xué)習(xí)場(chǎng)域[3]。劉革平等從學(xué)習(xí)模式的個(gè)性化和學(xué)習(xí)路徑的多元化提出智慧學(xué)習(xí)概念，提出對(duì)泛在學(xué)習(xí)的智慧構(gòu)建[4]。薛濤等認(rèn)為差異化、情境化、進(jìn)化性、交互性是泛在實(shí)踐平臺(tái)構(gòu)建的四個(gè)主要特征，有利于提升泛在學(xué)習(xí)過(guò)程中的資源利用率[5]。吳南中認(rèn)為虛實(shí)融合有利于共同成長(zhǎng)的建構(gòu)性情境塑造[6]。

智慧化是我國(guó)從農(nóng)業(yè)大國(guó)到農(nóng)業(yè)強(qiáng)國(guó)發(fā)展的必由之路，但農(nóng)民整體技術(shù)素養(yǎng)不高已成為智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的痛點(diǎn)與困局。同時(shí)智慧農(nóng)業(yè)具有季節(jié)性、長(zhǎng)周期、作業(yè)低頻等特性，使得智慧農(nóng)業(yè)人才培養(yǎng)面臨實(shí)踐難、周期長(zhǎng)、效果差等問(wèn)題，研發(fā)智慧農(nóng)業(yè)泛在實(shí)踐平臺(tái)無(wú)疑成為了破解困局的首選。如何將成熟的工業(yè)仿真技術(shù)與農(nóng)業(yè)仿真相結(jié)合，建立智慧農(nóng)業(yè)泛在實(shí)踐平臺(tái)，如何通過(guò)智慧農(nóng)業(yè)泛在實(shí)踐平臺(tái)培育智慧農(nóng)業(yè)從業(yè)者，成為團(tuán)隊(duì)2014 年以來(lái)的探索與實(shí)踐方向。課程團(tuán)隊(duì)建立產(chǎn)業(yè)適應(yīng)性強(qiáng)、動(dòng)態(tài)更新的數(shù)字農(nóng)業(yè)技能標(biāo)準(zhǔn)，研發(fā)產(chǎn)業(yè)匹配度高的虛實(shí)結(jié)合實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)涉農(nóng)專(zhuān)業(yè)“數(shù)字技能自選包”，形成自選模塊組成的數(shù)字技能培養(yǎng)課程，實(shí)施課堂訓(xùn)練虛實(shí)結(jié)合、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)戰(zhàn)與“互聯(lián)網(wǎng)+虛擬仿真”實(shí)訓(xùn)相結(jié)合的泛在實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生可以隨時(shí)隨地進(jìn)行數(shù)字農(nóng)業(yè)技能的實(shí)踐與訓(xùn)練，形成了完備的數(shù)字化農(nóng)業(yè)人才培養(yǎng)實(shí)踐教學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)了泛在學(xué)習(xí)理論在數(shù)字農(nóng)業(yè)技能人才培養(yǎng)領(lǐng)域的落地應(yīng)用。

二、智慧農(nóng)業(yè)泛在實(shí)踐平臺(tái)的虛實(shí)結(jié)合方案

（一）農(nóng)工交融制定泛在實(shí)踐的技能標(biāo)準(zhǔn)

1.創(chuàng)建數(shù)據(jù)流分析法

將涉農(nóng)工作領(lǐng)域的特異性，即生產(chǎn)流程信息抽象為數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行“采集、傳輸、監(jiān)視、存儲(chǔ)、分析、決策(調(diào)控)”六階段生命周期管理，形成項(xiàng)目化工作領(lǐng)域和模塊化工作任務(wù)。融合涉農(nóng)的特異性和數(shù)據(jù)生命周期的一致性，職業(yè)技能要求農(nóng)工融合，形成物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)集成和應(yīng)用職業(yè)技能等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

2.實(shí)施數(shù)字技術(shù)準(zhǔn)入更新機(jī)制

在技能標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，緊跟“產(chǎn)業(yè)鏈”發(fā)展動(dòng)態(tài)，以“能實(shí)戰(zhàn)，可實(shí)用”為新數(shù)字技術(shù)更新的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，建立每2 年更新一次的常態(tài)化更新機(jī)制，實(shí)現(xiàn)技術(shù)更新的時(shí)效性與實(shí)用性的統(tǒng)一。

（二）虛實(shí)結(jié)合構(gòu)建泛在實(shí)踐平臺(tái)

1.三景貫通構(gòu)建學(xué)習(xí)情境

開(kāi)發(fā)數(shù)字化農(nóng)業(yè)設(shè)施三維模型等一系列虛擬仿真素材庫(kù)，從機(jī)理上自主研發(fā)出植養(yǎng)殖生長(zhǎng)概率時(shí)序演變模型等工程仿真模型，研制了智慧農(nóng)業(yè)仿真實(shí)訓(xùn)支撐系統(tǒng)等管理層軟件，先后建成了覆蓋優(yōu)質(zhì)稻麥、綠色蔬果、循環(huán)水養(yǎng)殖、草坪草種植等鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化仿真教學(xué)軟件，并建立虛實(shí)結(jié)合仿真教學(xué)設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)訓(xùn)基地。整體性構(gòu)建“虛擬仿真場(chǎng)景→實(shí)物仿真場(chǎng)景→現(xiàn)場(chǎng)實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)景”三場(chǎng)景，人才培養(yǎng)過(guò)程中形成學(xué)生持續(xù)的實(shí)踐情境刺激。

2.虛實(shí)結(jié)合打造泛在實(shí)踐平臺(tái)

“科學(xué)規(guī)劃、統(tǒng)建共享”，針對(duì)農(nóng)類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程體系中的教學(xué)重難點(diǎn)，如季節(jié)氣候制約，生產(chǎn)難以重復(fù)，生產(chǎn)周期長(zhǎng)等特性，結(jié)合實(shí)際農(nóng)林生產(chǎn)場(chǎng)景和生產(chǎn)流程，融合區(qū)域特色產(chǎn)業(yè)與品種的開(kāi)發(fā)和種養(yǎng)殖技能培訓(xùn)需要，建設(shè)應(yīng)時(shí)鮮果生產(chǎn)等10類(lèi)虛擬仿真資源，形成專(zhuān)業(yè)覆蓋、課程體系覆蓋、“長(zhǎng)三角”特色農(nóng)產(chǎn)品覆蓋、產(chǎn)業(yè)服務(wù)覆蓋四類(lèi)覆蓋能力。

三、泛在實(shí)踐培養(yǎng)數(shù)字農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要的創(chuàng)新型人才

（一）自主培養(yǎng)

開(kāi)發(fā)智慧灌溉等課程模塊，融接《草坪建植與養(yǎng)護(hù)》等課程，形成涉農(nóng)專(zhuān)業(yè)“數(shù)字技能自選包”。學(xué)生可根據(jù)自身發(fā)展、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目等需要自主選擇，實(shí)現(xiàn)自主培養(yǎng)。建成國(guó)家級(jí)在線(xiàn)開(kāi)放課程4門(mén)，省級(jí)在線(xiàn)開(kāi)放課程21門(mén)，主編國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材2 部。

（二）階梯培養(yǎng)

在實(shí)踐教學(xué)中實(shí)施“虛擬仿真夯基礎(chǔ)、虛實(shí)結(jié)合精技能、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)戰(zhàn)強(qiáng)創(chuàng)新”階梯式培養(yǎng)，按認(rèn)知規(guī)律將實(shí)踐教學(xué)從課堂遷移到田間，從虛擬過(guò)渡到實(shí)戰(zhàn)。

在智慧種養(yǎng)植虛擬仿真系統(tǒng)、智慧種養(yǎng)植虛實(shí)結(jié)合仿真系統(tǒng)、智慧種養(yǎng)植現(xiàn)場(chǎng)等教學(xué)資源的支持下，開(kāi)展“線(xiàn)上+線(xiàn)下”虛擬仿真為特色的泛在實(shí)踐階梯培養(yǎng)教學(xué)。將“能制定現(xiàn)場(chǎng)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)定檢與運(yùn)維方案；能提出現(xiàn)場(chǎng)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維改進(jìn)意見(jiàn)”核心工程實(shí)踐能力通過(guò)虛擬仿真、虛實(shí)結(jié)合仿真、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)戰(zhàn)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)四階梯推進(jìn)訓(xùn)練，并充分利用仿真技術(shù)優(yōu)勢(shì)反復(fù)鍛造，形成學(xué)生職業(yè)技術(shù)能力的“核心競(jìng)爭(zhēng)力”，并凝聚學(xué)生“三懂兩愛(ài)”的職業(yè)道德之魂，即“懂政治、懂農(nóng)業(yè)，愛(ài)農(nóng)民、愛(ài)農(nóng)村、愛(ài)農(nóng)業(yè)”。

建成實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理、診改系統(tǒng)，主要功能包括角色管理、行為大數(shù)據(jù)記錄、分析模型構(gòu)建、數(shù)據(jù)挖掘、可視化表達(dá)、教學(xué)診改等功能。通過(guò)記錄學(xué)生在虛實(shí)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中的操作行為，生成仿真實(shí)訓(xùn)大數(shù)據(jù)；通過(guò)行為分析模型，對(duì)獲取的學(xué)生縱橫向成長(zhǎng)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行研判分析，得到綜合教學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果；通過(guò)對(duì)學(xué)生成長(zhǎng)記錄可視化，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、促進(jìn)學(xué)生改進(jìn)學(xué)習(xí)方法；同時(shí)，可視化的教學(xué)評(píng)價(jià)促進(jìn)教師進(jìn)行教學(xué)方法、手段改革，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的全程跟蹤和及時(shí)評(píng)價(jià)。

結(jié)合仿真實(shí)訓(xùn)評(píng)價(jià)大數(shù)據(jù)增強(qiáng)學(xué)生知技學(xué)習(xí)與訓(xùn)練評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)智能分析功能，實(shí)現(xiàn)仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)過(guò)程中的實(shí)時(shí)教學(xué)診改。實(shí)時(shí)教學(xué)診改后學(xué)生的難點(diǎn)錯(cuò)誤率降低10%以上，學(xué)生單一項(xiàng)目平均耗時(shí)下降10%，學(xué)生的課堂滿(mǎn)意度95%以上。

（三）泛在培養(yǎng)的智慧教學(xué)模式

充分利用虛擬仿真資源的泛在優(yōu)勢(shì)，大力推進(jìn)泛在實(shí)踐教學(xué)，即課堂虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)戰(zhàn)與“互聯(lián)網(wǎng)+虛擬仿真”碎片化實(shí)訓(xùn)相結(jié)合，形成“智慧三成泛在實(shí)踐教學(xué)模式”，簡(jiǎn)稱(chēng)“三成模式”。

三成模式是指圍繞智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)“建運(yùn)維”的知識(shí)和能力培養(yǎng)，每一個(gè)仿真訓(xùn)練節(jié)點(diǎn)均顯現(xiàn)一個(gè)三維表型的虛擬生產(chǎn)成果，使用學(xué)生有明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，即“成果導(dǎo)向”；學(xué)生的仿真訓(xùn)練過(guò)程獲得的每一項(xiàng)關(guān)鍵知識(shí)和技能，以及當(dāng)前存的不足，均進(jìn)行可視化呈現(xiàn)，即“成長(zhǎng)可視”；智慧農(nóng)業(yè)仿真作業(yè)成績(jī)?nèi)S可視，班組競(jìng)賽排名，全程五激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，改進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式與學(xué)習(xí)行為，即“成就驅(qū)動(dòng)”。

借助虛擬仿真優(yōu)勢(shì)，及時(shí)收集學(xué)生學(xué)習(xí)行為大數(shù)據(jù)，通過(guò)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，將學(xué)生單純的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)操作行為變成綜合性的虛擬作業(yè)行為，從“成果導(dǎo)向”“成就驅(qū)動(dòng)”“成長(zhǎng)可視”三個(gè)維度，構(gòu)建一個(gè)立體考核評(píng)價(jià)系統(tǒng)，促成從“管學(xué)思維”到“促學(xué)思維”的轉(zhuǎn)變。

四、泛在實(shí)踐人才培養(yǎng)效果

（一）提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，雙創(chuàng)成果豐碩

成果實(shí)施以來(lái)，依托平臺(tái)開(kāi)發(fā)8 門(mén)課程，12 個(gè)專(zhuān)業(yè)8000 多名學(xué)生受益，累積向智慧農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)輸送優(yōu)秀人才1500 多名，第三方學(xué)生實(shí)踐能力評(píng)價(jià)優(yōu)良率達(dá)到95.2%。學(xué)生參加挑戰(zhàn)杯、“互聯(lián)網(wǎng)+”等比賽獲獎(jiǎng)48 項(xiàng)，其中《小莓好——開(kāi)拓科技興農(nóng)新時(shí)代》獲“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽國(guó)家級(jí)金獎(jiǎng)，《交互式智能寵物籠》《智慧型黑魚(yú)繁殖裝備》獲挑戰(zhàn)杯省級(jí)特等獎(jiǎng)、一等獎(jiǎng)。學(xué)生參加雙創(chuàng)類(lèi)比賽獲獎(jiǎng)245 項(xiàng)，其中與智慧農(nóng)業(yè)相關(guān)的有152 項(xiàng)，占62.04%。發(fā)表論文53 篇，申請(qǐng)專(zhuān)利45 項(xiàng)，省級(jí)大創(chuàng)項(xiàng)目73 項(xiàng)，獲省級(jí)優(yōu)秀畢業(yè)論文3 篇。

（二）團(tuán)隊(duì)教學(xué)研創(chuàng)融通，教科研成果顯著

以現(xiàn)代農(nóng)林虛擬仿真中心為核,從數(shù)字技術(shù)的四個(gè)應(yīng)用維度主動(dòng)賦能學(xué)院產(chǎn)教研培平臺(tái)：彩葉林木等4 個(gè)國(guó)家科研基地賦能創(chuàng)新能力；新型職業(yè)農(nóng)民培育示范等2 個(gè)國(guó)家級(jí)培訓(xùn)基地賦能培訓(xùn)能力；全國(guó)農(nóng)林職教集團(tuán)賦能服務(wù)能力；中肯農(nóng)業(yè)科技示范園等2 個(gè)國(guó)際交流平臺(tái)賦能?chē)?guó)際化能力。

項(xiàng)目實(shí)施以來(lái)，主持國(guó)家級(jí)教科研項(xiàng)目2項(xiàng)，省級(jí)7項(xiàng)；發(fā)表論文44篇（其中SCI、EI 論文8 篇），授權(quán)軟件著作權(quán)25 項(xiàng)，申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利41 項(xiàng)（授權(quán)10 項(xiàng)），主編教材10 本；立項(xiàng)橫向課題11 項(xiàng)（累積合同額190 多萬(wàn)元）；獲省微課比賽一等獎(jiǎng)1 項(xiàng)、省教學(xué)能力大賽二等獎(jiǎng)2 項(xiàng)、省信息化比賽二等獎(jiǎng)2 項(xiàng)。

（三）建成一流實(shí)訓(xùn)基地，成果輻射效果顯著

累計(jì)投入1500 萬(wàn)元，建成2300m2 的智慧農(nóng)業(yè)仿真技術(shù)研發(fā)中心、學(xué)生工作室、大師工作室、國(guó)家級(jí)智慧園林仿真實(shí)訓(xùn)中心等校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地。

構(gòu)建了實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)與應(yīng)用各主體之間的開(kāi)放共享、權(quán)責(zé)明晰的競(jìng)合關(guān)系，建成了遵循商業(yè)規(guī)則的，對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)所有權(quán)、使用權(quán)和銷(xiāo)售權(quán)多元互易、合作共贏的機(jī)制，形成了良性循環(huán)的自生性生態(tài)。生態(tài)圈包括各個(gè)產(chǎn)教研培平臺(tái)以及校政企各方合作主體，通過(guò)創(chuàng)新同頻，利益同享，在實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)與推廣中，實(shí)現(xiàn)數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣、設(shè)備研發(fā)及培訓(xùn)、人才培養(yǎng)一體，也就是數(shù)字農(nóng)業(yè)設(shè)備培訓(xùn)即現(xiàn)場(chǎng)實(shí)戰(zhàn)，仿真教學(xué)即數(shù)字農(nóng)業(yè)虛擬生產(chǎn)，形成農(nóng)村農(nóng)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型急需的高貢獻(xiàn)度。依托國(guó)家新型職業(yè)農(nóng)民培育示范基地，為基層農(nóng)技人員、職業(yè)農(nóng)民、涉農(nóng)企業(yè)員工提供數(shù)字技術(shù)技能培訓(xùn)8000 人以上，利用虛擬仿真資源服務(wù)中肯、中法農(nóng)業(yè)培訓(xùn)1910 人，認(rèn)真履行社會(huì)責(zé)任，扎實(shí)開(kāi)展農(nóng)林虛擬仿真資源服務(wù)農(nóng)民培育行動(dòng)，服務(wù)范圍廣、規(guī)模大、成績(jī)卓越。