基于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用的課程教學(xué)方案研究

王健 喬紅波 臺海江

摘要：我國作為農(nóng)業(yè)大國，只有讓農(nóng)業(yè)得到充分的發(fā)展，才能扎實(shí)做好鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略。在信息時代背景下，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的有效使用能快速推進(jìn)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展應(yīng)用。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用課程的開設(shè)就是基于此種契機(jī)，以提高學(xué)生在農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)綜合運(yùn)用能力為前提，培養(yǎng)學(xué)生成為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的科技復(fù)合型人才為目的。文章針對農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用中的關(guān)鍵問題，結(jié)合教學(xué)中所存在的一些問題，在多個層面進(jìn)行分析，在教學(xué)方法，考核方式等方面進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)探索精神和創(chuàng)新意識。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù);課程建設(shè);教學(xué)方法

中圖分類號：TP393? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）22-0111-02

1 引言

我國是農(nóng)業(yè)大國，在黨的十九大報(bào)告中指出，“三農(nóng)”問題是關(guān)系國計(jì)民生的根本性問題，必須始終把解決好“三農(nóng)”問題作為全黨工作的重中之重。農(nóng)業(yè)是鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要內(nèi)容之一，只有讓農(nóng)業(yè)得到充分的發(fā)展，才能夠讓國民經(jīng)濟(jì)得到穩(wěn)步的提升，高質(zhì)量推進(jìn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略。充分發(fā)揮創(chuàng)新作為引領(lǐng)發(fā)展的第一動力作用，在農(nóng)業(yè)的各領(lǐng)域中上引入新的技術(shù)手段，探索農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的道路，有效地推進(jìn)農(nóng)業(yè)持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展，打破傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的“靠天收”格局，提高農(nóng)業(yè)的綜合競爭力。

農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)由于其數(shù)據(jù)的特殊性，應(yīng)用發(fā)展較為緩慢，隨著3S技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，智慧農(nóng)業(yè)等新型農(nóng)業(yè)概念的不斷實(shí)踐，農(nóng)業(yè)產(chǎn)品中的生產(chǎn)、加工、銷售、環(huán)境、資源等全產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)不斷被收集，農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)以每年50%～80%的速度顯著增長。在當(dāng)前信息技術(shù)背景下，大數(shù)據(jù)技術(shù)，云計(jì)算，人工智能的蓬勃發(fā)展逐漸改變著人們的生活方式，推動著社會發(fā)展。結(jié)合當(dāng)前農(nóng)村振興戰(zhàn)略，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)越來越為人們所重視，為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)應(yīng)用提供了巨大的發(fā)展空間，成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的加速器。

在涉農(nóng)高校建設(shè)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)時，對于農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)如何得到有效使用，對于培養(yǎng)適合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的科技人才具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。在當(dāng)前能掌握和應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)的創(chuàng)新人才仍是稀缺資源，培養(yǎng)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)相關(guān)人才也成為一個緊迫的問題。本文從農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用研究中的關(guān)鍵問題著手，結(jié)合專業(yè)特色，探討在教學(xué)過程中存在的問題，提出相應(yīng)的建議或者對策，促進(jìn)這門課程教學(xué)的發(fā)展，并探索農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案。

2 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)內(nèi)涵以及專業(yè)前置課程要求

農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)也具備一般大數(shù)據(jù)的特性，具有以下“五 V”特性：數(shù)據(jù)量巨大（Volume） 、準(zhǔn)確性高（Veracity） 、計(jì)算速度快（Velocity） 、數(shù)據(jù)類型多（Variety） 和價值量大（Value） 。但農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)也有著自己獨(dú)特的一面，對農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確定義，不同的學(xué)者有著各自的意見，其中張浩然[1]認(rèn)為農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)是指以大數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)的理念、技術(shù)及方法來處理農(nóng)業(yè)生產(chǎn)銷售整個鏈條中所產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，從中得到有用信息以指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營、農(nóng)產(chǎn)品流通和消費(fèi)的過程。宋長青[2]定義為農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)是指在農(nóng)業(yè)以及涉農(nóng)相關(guān)領(lǐng)域所產(chǎn)生（或發(fā)生）的全樣本（或多樣本）不同類型數(shù)據(jù)的集合。結(jié)合上述觀點(diǎn)，我們可以認(rèn)為農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用可以為政府政策制定、農(nóng)業(yè)科研支撐、涉農(nóng)企業(yè)發(fā)展等提供指導(dǎo)性的意見或思路，針對當(dāng)前農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的諸多問題，都可結(jié)合大數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)解決。

當(dāng)前大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)方案仍處于探索階段，培養(yǎng)模式雖沒有形成完整的體系，但業(yè)界和高校針對當(dāng)前的應(yīng)用背景設(shè)計(jì)了大同小異的培養(yǎng)方案。作為一門新開設(shè)的專業(yè)課程，其核心課程包括但不限于：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、算法設(shè)計(jì)與分析、計(jì)算機(jī)組成原理、數(shù)據(jù)庫原理、操作系統(tǒng)與Linux、機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)與軟件工程、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概論、數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)。通過上述課程的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生成為掌握處理和解決大數(shù)據(jù)復(fù)雜工程問題所需相關(guān)知識基本理論方法的高素質(zhì)、復(fù)合型信息化人才。目前的農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)并沒有明確的教學(xué)設(shè)計(jì)方案，這就要求教師對課程的教學(xué)安排，必須有著科學(xué)的學(xué)習(xí)計(jì)劃，使學(xué)生能夠?qū)τ谵r(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)有系統(tǒng)的認(rèn)識，同時應(yīng)做到以學(xué)生為中心，通過培養(yǎng)對所學(xué)課程的興趣，激發(fā)學(xué)習(xí)動力。

農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的課程就要讓學(xué)生了解所學(xué)核心課程都是相互關(guān)聯(lián)，在實(shí)際應(yīng)用中都是層層遞進(jìn)，而不是毫不相干的知識點(diǎn)，同時認(rèn)識在學(xué)習(xí)和工作中會碰到哪些需求，使用哪種技術(shù)方案能夠解決相關(guān)問題。案例的講解最能吸引學(xué)生注意力，也能將學(xué)生所學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行綜合的使用，依照案例對學(xué)生進(jìn)行深入淺出的講解，提高學(xué)生的興趣以及實(shí)際工作能力。因此案例的選取一定要貼近實(shí)際應(yīng)用需求，選用真實(shí)的素材，讓學(xué)生了解到所學(xué)的知識會應(yīng)用到哪些真實(shí)場景，而不僅僅是要求學(xué)生掌握一個個零散知識點(diǎn)，只做到對知識內(nèi)容的死記硬背，而沒有辦法切實(shí)地做到對知識的靈活運(yùn)用。

3 針對農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的關(guān)鍵問題課程方案設(shè)計(jì)

農(nóng)業(yè)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，針對農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的處理流程，大致可以分為數(shù)據(jù)采集、管理、處理分析研究等[3]。農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集，主要是在實(shí)驗(yàn)站或野外站點(diǎn)使用專用的傳感器、無人機(jī)、便攜終端等設(shè)備進(jìn)行農(nóng)業(yè)信息的采集，這些信息的采集與所使用的設(shè)備有著密切的關(guān)系，不同采集技術(shù)影響農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的維度、粒度、頻度、廣度等，農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集包括作物長勢、土壤墑情等各類信息采集;對于采集后的數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)格式的差異性，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理，包含數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、去噪處理等工作，這類問題通過使用標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范的算法就能大部分得到解決[4]。大數(shù)據(jù)時代，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相比傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)有著新的形態(tài)，因此對數(shù)據(jù)庫的擴(kuò)展性提出了新的要求，在數(shù)據(jù)管理階段，大多是依托現(xiàn)有的一些大數(shù)據(jù)軟件、系統(tǒng)等，然而由于設(shè)計(jì)理念、底層架構(gòu)的差異，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫在對農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的管理方面存在很大局限性[5]。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的研究最終以從農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)中提取感興趣的信息為目的，在數(shù)據(jù)處理階段，針對不同的應(yīng)用場景需要不同的處理平臺或技術(shù)支撐，特別是面對高并發(fā)讀寫、海量數(shù)據(jù)的高效率存儲和訪問、高可擴(kuò)展性和高可用性等問題;數(shù)據(jù)分析階段與應(yīng)用或需求息息相關(guān)，通過設(shè)計(jì)不同的模型可以獲得不同參數(shù)或信息的結(jié)果，分析出農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)中潛在的價值和規(guī)律，對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)行合理的推斷和預(yù)測，進(jìn)而指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動。在農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)處理過程的各環(huán)節(jié)都存在大量的細(xì)節(jié)性問題，在教學(xué)方案設(shè)計(jì)的過程中，就對教師提出了更高的要求，不僅要掌握最新的大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，更要對農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)處理流程有著完整的認(rèn)識，進(jìn)而指導(dǎo)學(xué)生對農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的學(xué)習(xí)。

為了培養(yǎng)具備大數(shù)據(jù)科學(xué)素養(yǎng)，并掌握農(nóng)學(xué)、農(nóng)業(yè)信息學(xué)等農(nóng)業(yè)領(lǐng)域知識的復(fù)合型人才，在教學(xué)過程中要緊密結(jié)合學(xué)生專業(yè)，同時引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)處理過程中的存在的問題，基于實(shí)際需求對學(xué)生進(jìn)行教學(xué)，例如在數(shù)據(jù)采集階段，由于設(shè)備的差異，導(dǎo)致數(shù)據(jù)儲存結(jié)構(gòu)不同，而這些都可以通過指定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)來避免，從而快速實(shí)現(xiàn)不同機(jī)構(gòu)之間數(shù)據(jù)共享;因數(shù)據(jù)采集設(shè)備的落后，無法做到自動化的信息收集，需要大量的人工輔助，由此產(chǎn)生大量的人力費(fèi)用，同時因?yàn)槿斯じ深A(yù)，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集不全，格式不規(guī)范，最終采集的數(shù)據(jù)很難被真正應(yīng)用，而要解決這些問題就牽涉到計(jì)算機(jī)的軟硬件應(yīng)用[6]。也可以讓學(xué)生依據(jù)自己的興趣選擇農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用方向，并在以此問題完成課程設(shè)計(jì)，分析在應(yīng)用的過程中存在哪些導(dǎo)致結(jié)果不可靠的原因，并給出相應(yīng)的解決方案，例如冬小麥的長勢檢測，病蟲害檢測等課題[7];也可以緊跟時事，例如青島每年7月份海中都有大量滸苔密集分布，遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去如同“海上草原”，可以讓學(xué)生針對這些海上綠潮事件進(jìn)行受災(zāi)面積的監(jiān)測，同時分析災(zāi)害發(fā)生的可能原因。由于上述關(guān)鍵問題在研究過程中都與其他學(xué)科之間有著大量的交叉，所以對于學(xué)生的安排，最好能夠分組進(jìn)行，每組大概3～5人，這樣針對特定問題學(xué)生能從多個方面展開探討，而不僅局限于某一局限角度。部分應(yīng)用可能是行業(yè)研究的熱點(diǎn)，也是行業(yè)的最新研究方向，需從最新的科技文獻(xiàn)中才能找到最新的研究路線，以此為契機(jī)，讓同學(xué)掌握科技論文的檢索和閱讀能力，這樣能比單純的課堂教學(xué)給學(xué)生留下更深刻的印象;也能促使學(xué)生主動去學(xué)習(xí)相關(guān)知識，并提高在具體實(shí)踐應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力。教師在課堂中所承擔(dān)的職責(zé)就會從之前的單純的知識傳播者，變成學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者，更多地把精力轉(zhuǎn)移到讓學(xué)生能理解案例，引導(dǎo)學(xué)生能自如地運(yùn)用所學(xué)習(xí)的知識，讓學(xué)生能夠很好地融入課堂內(nèi)容的講解，不僅僅單純作為一個知識的被動接受體，而是應(yīng)用中存在問題的發(fā)現(xiàn)者、解決方案的思考者。由于課時的限制，無法對于學(xué)生做到全方位的講解，網(wǎng)絡(luò)資源能給教學(xué)工作帶來很大的便利，慕課或公開課給學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)平臺，針對所學(xué)習(xí)的知識點(diǎn)進(jìn)行自由選擇，重點(diǎn)視頻學(xué)生可以反復(fù)觀看，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，增加學(xué)生的課外學(xué)習(xí)時間。

對于學(xué)生的培養(yǎng)，單純的校園教學(xué)略顯不足，可以采取校企聯(lián)合培養(yǎng)模式，雙方發(fā)揮各自優(yōu)勢，在保證辦學(xué)特色及專業(yè)課程設(shè)置的前提下，植入相應(yīng)前沿科技及特色人才崗位需求的企業(yè)課程，讓學(xué)生參與企業(yè)實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目，在項(xiàng)目中應(yīng)用各類大數(shù)據(jù)技術(shù)，訓(xùn)練大數(shù)據(jù)思路和實(shí)踐步驟，做到理論與實(shí)踐相結(jié)合。畢業(yè)后能在科研院所、企事業(yè)等單位從事大數(shù)據(jù)分析、處理、服務(wù)、開發(fā)和利用、大數(shù)據(jù)系統(tǒng)集成與管理維護(hù)等方面工作。

4 結(jié)束語

鄉(xiāng)村振興離不開農(nóng)業(yè)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)中有著無可限量的價值茲待人們獲取，這就需要大量的專業(yè)技術(shù)人員支持，而具備大數(shù)據(jù)和農(nóng)業(yè)相關(guān)知識的復(fù)合型人才仍較為稀缺，在實(shí)際應(yīng)用中大量出現(xiàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)采集不全、數(shù)據(jù)挖掘不充分、模型構(gòu)建簡單的現(xiàn)象，因此對于農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)人才的培養(yǎng)就成為當(dāng)前迫切需要解決的問題，也是制約我國農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。這就要求高校教師對于農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用能力提出了更進(jìn)一步的要求。本文結(jié)合農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)在實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)鍵問題，對課程的建設(shè)對照改進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)和綜合運(yùn)用所學(xué)內(nèi)容解決實(shí)際問題的能力，讓學(xué)生在課程中真正受益，成為農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的專業(yè)人才。課程建設(shè)是一個持續(xù)的過程，很多內(nèi)容依然在探索之中，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)中面對的很多問題也在逐步發(fā)生改變，如何將教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際工作中的應(yīng)用進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，也是教學(xué)課程建設(shè)的中一項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容。

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