智慧農業人才實踐能力培養與產業集群打造對策研究
——以福建省茶產業為例

侯毛毛，鐘鳳林

（福建農林大學 園藝學院，福建 福州 350000）

國家對于智慧農業的重視程度日益提高。近年來，中央相繼推出了一系列政策，推動智慧農業的發展，如“互聯網+農業”行動計劃、“數字農業”產業發展規劃等文件，從國家層面上鼓勵和支持農業信息化、智能化和自動化的發展。同時，智慧農業也成為了各地區和企業投資的熱點領域。越來越多的資本涌向智慧農業，促進了科技創新，提高了農業生產效率，改善了農民生產和生活條件。

福建的茶葉產業在國內茶葉市場中占據著重要的地位，且在國際市場中也有不俗的表現[1]。福建茶葉以白茶、烏龍茶、紅茶等品類為特色，深受消費者喜愛[1-2]。同時，政府也非常重視茶葉產業的發展，在政策層面上給予了大力支持，如加強科技創新推廣、扶持農民提升產業素質、強化品牌建設推廣等，將茶葉產業打造成為福建省農業的核心產業之一[3]。近年來，福建茶業以提高茶葉品質、提升生產效率和擴大茶葉市場份額為目標，推進數字化、網絡化、智能化發展，在智慧農業領域，為茶園規劃、管理、估產和災害治理等提供大數據支撐，不斷優化茶葉生產過程，提升茶葉的品質和附加值。

然而，作為新興產業，福建省智慧茶業尚處起步階段，在傳統茶業向智慧茶業轉型過程中面臨人才培養、產業鏈優化、產業集群形成等多重挑戰。在2021年福建省創新戰略研究科協聯合項目“鄉村振興戰略下福建省智慧農業科技成果轉化路徑與高科技產業集群打造研究”（2021R0152）支持下，本研究通過實地調研，分析了福建智慧茶業轉型面臨的人才問題，探索了高校提升智慧農業人才實踐能力的方案，并提出了智慧茶業產業集群打造對策。

1 福建省茶產業轉型面臨的人才問題

傳統茶產業要求人才具備三個主要技能：（1）茶園管理和茶葉生產技能。對于茶農和技術人員來說，需要掌握茶樹的栽培、病蟲害防治、采摘、加工等傳統技能，能夠熟練地進行茶葉的制作和管理工作。（2）品質認定能力。茶葉品質是茶葉的核心競爭力，因此要求人才懂得如何品嘗、辨識茶葉的品質，并且掌握相關的品嘗技巧。（3）茶葉營銷和渠道管理。需要人才懂得如何進行茶葉市場調研、制定市場策略和開拓渠道等方面的工作[4]。

現階段國家戰略要求傳統農業向智慧農業發展，這就對人才提出了更高的要求。通過對省內60余家擁有智慧茶園或在某個環節具備智慧生產能力的茶企進行調研，發現智慧生產操作工人、技術骨干、創新型和綜合型人才極度匱乏。這四類人才具體如下：（1）操作工人。智慧茶產業的發展離不開智能設備和操作，因此需要一批掌握相關技能的操作人員，他們需要具備豐富的生產技能和經驗，能夠操作各種自動化、數字化設備，保證產能和質量穩定。（2）技術骨干。智慧茶產業需要大量設計、制造和技術服務等人才，這些人才需具備深厚的理論基礎，熟悉電子技術、信息技術、材料科學等多個領域，能夠解決茶產業實際生產過程和終端市場所需的技術難題。（3）創新型人才。智慧茶產業要求人才具有創新意識和創新能力，能夠發現傳統茶產業存在的問題、突破阻礙茶產業發展的瓶頸、優化整個產業鏈條。（4）綜合型人才。這些人才不僅要有茶產業的實踐經驗，還需要具備市場營銷、金融投資、法律知識等相關能力，實現將茶產業與其他相關產業的合理融合。

高校是智慧農業人才培養的主力軍，產業需求引導下的人才培養，要求人才具備較強的實踐能力[5-6]。然而，對標產業中匱乏的四類人才，無論是操作工人、技術骨干，還是創新型和綜合型人才，當前在培養上面臨的最大問題都是高校智慧農業實踐條件的缺乏，致使人才實踐能力得不到有效鍛煉。

2 智慧農業（茶業）專業人才實踐能力培養的探索與實踐——以福建農林大學園藝學院為例

2.1 條件建設

高校提升專業人才實踐能力的方式包括課程實驗、專業綜合實習、畢業實習、勞動教育等。其中，專業綜合實習、畢業實習、勞動教育都是依托企業開展，課程實驗則更依賴于校內的實踐條件[7-8]。作為2020年成立的新專業，福建農林大學智慧農業專業的校內實踐條件相比于其他專業顯得較為匱乏。為了更好地提升實踐能力培養質量，在《關于一流本科課程建設的實施意見》(教高〔2019〕8號)的指導下，福建農林大學智慧農業系建設了《東南沿海梯田》虛擬仿真實驗課程，搭載有梯田式茶園系統。

梯田式茶園主要是在上述斜坡茶園的基礎上，沿斜坡面開設一級一級的階梯狀的植茶階面，這樣的茶園更有利于耕作，而且可以在一定程度上防止水土流失。梯田式茶園土質條件優越，可給予茶樹充足的光線和空氣，使得福建茶葉具有清新回甘、香氣濃郁、口感柔韌等特點。然而，梯田式茶園多處丘陵區，茶學實驗往往會受到季節、天氣、地理環境、安全等諸多因素的限制，不能隨時隨地開展，學生難以形成直觀、系統的認識。在此背景下，《東南沿海梯田》虛擬仿真實驗課程應運而生，系統涵蓋了梯田茶園管理方法、茶樹生長過程、茶樹水分養分需求特點、基礎設施建設、灌溉智能化等方面的內容，將智慧農業前沿知識與傳統茶學深度融合。該系統還具備開放性的特點，未來可以搭載智能機器人采摘、智能倉儲控制、智慧營銷、數字溯源等茶葉全生命周期管理方面的內容。

實驗系統通過3D仿真技術實現虛擬教學仿真。3D引擎在Windows平臺下通過DirectX技術實現3D渲染。通過骨骼動畫、關鍵幀和序列幀動畫制作3D動畫，通過計算機圖形學（實時陰影，光照貼圖，凹凸貼圖等）和計算幾何學（碰撞檢測、射線檢測、剛體、流體模擬等）等實現現象仿真。建設完成的梯田虛擬平臺開放、擴展、兼容，軟件系統操作便捷、運行流暢、畫面分辨率高，完整地還原了梯田地貌和其他各部分組成。通過模擬情景再現，將知識點附加在三維模型之上，實現關鍵知識要點在虛擬環境中的三維可視化，加深學生對知識要點的聯系和掌握。

2.2 方案設計

從實驗過程和考核方式兩個方面進行方案設計（表1）。實驗過程方面，由于茶園智能灌溉系統建設、運行和維護成本高，水路電路交織致使安裝過程存在一定安全隱患，傳感器等精密控制設備易損易耗，采用虛擬仿真實驗教學解決學生正式實驗前的培訓問題；同時，定制縮小版梯田用于實體實驗，以鍛煉學生實際操作能力。考核方式方面，在傳統考試和實驗報告的基礎上增加過程化考核，其中虛擬實驗對學生的每一步操作的正確性、規范性、安全性進行自動記錄、評估和評分，并實時輸出詳細的考核記錄單；實體實驗則根據知識應用、實驗操作和實驗結果等進行綜合評價。學生實驗操作步驟和考核知識點均根據產業和用人單位需求的調查結果進行設計，共10個操作步驟和23個知識要點。為了更好地分析和比較不同方案的優劣，設置了六種不同模式，分別為實體實驗——傳統考試（傳統模式）、虛擬仿真——傳統考試（模式一）、虛擬仿真——實體實驗——傳統考試（模式二）、實體實驗-過程化考核（模式三）、虛擬仿真——過程化考核（模式四）、虛擬仿真——實體實驗——過程化考核（模式五），如表1所示。

表1 實驗教學方案

實體實驗和傳統考試（實驗報告）較為常見，不再贅述。虛實結合實驗方法結合過程化考核（模式五）為探索重點，其具體實施過程如下：課程之前，學生對虛擬平臺和虛擬軟件中的實驗教學內容進行預習和試操作。課程開始，教師在多媒體實驗室演示虛擬教學平臺中的虛擬軟件，學生正式進入實驗學習，學習難點的解答和互動通過網絡平臺中的在線答疑功能進行。模塊一（梯田茶園智能灌溉系統）虛擬實驗完成并測試合格后，學生可進行預約實驗，按照預約時間和地點進入實驗室，完成灌溉系統安裝和調試。模塊二（茶樹生長與茶葉生產）虛擬實驗完成并測試合格后，學生可預約進入實驗室進行茶葉制作學習。虛擬實驗根據學生操作實時在線評分并及時反饋成績，學生在第一時間糾錯和總結，并將虛擬仿真中獲取的知識和培訓經驗應用于實體實驗。教師對學生實體實驗的每步操作進行評分并給予說明，虛擬實驗和實體實驗結果按照比例計算總分。學生可在虛擬軟件中的反復練習，通過虛實結合的方式充分培養實踐能力。

2.3 方案優選

2.3.1 評價指標。為在上述六種方案中探尋最優方案，本研究選取學生接受程度、教師接受程度、教學管理難度、實驗教學成本和學生考核成績作為評價指標。學生接受程度、教師接受程度、教學管理難度和學生考核成績等指標涵蓋實驗所有受眾面即學生、教師和實驗員，同時結合實驗教學成本綜合方案可行性和實施效果。不同指標賦分對象和方法如表2所示。

表2 指標賦分者、賦分方法和標準

根據表2賦分方法后取得的指標值如表3所示。值得注意的是，從學生和教師的接受程度看，傳統考試模式下學生更愿意接受虛擬仿真實驗教學，而教師傾向于接受實體實驗教學，這可能由于互聯網+時代下虛擬仿真教學模式新穎、貼合潮流，學生更愿意選擇線上虛擬仿真學習，教師則更注重教學效果和學生實操能力，因此選擇采用實體實驗方法。從教學管理難度和實驗教學成本來看，虛擬仿真結合實體實驗教學模式的管理難度大、建設成本高，這主要由于虛擬仿真實驗增加了軟件制作成本和機房管理工作。然而，相應地，虛實結合教學模式取得的成效也最為顯著，傳統考試模式和過程化考核模式下學生考核成績均處于最優水平。

表3 教學改革模式評價指標和指標值

2.3.2 模型優選。本研究綜合考慮學生和教師對方案的接受程度、方案可實施性及成效，引入多目標、多指標決策的成熟統計學方法——熵權系數評價模型[9]，對不同模式的優劣進行比較和評價。模型建立方法如下：

假設方案共m種，評價指標有n個，本研究中的評價指標包括學生接受程度、教師接受程度、教學管理難度、實驗教學成本和學生考核成績共5項指標，方案共6種，所以n=5，m=6。m種不同方案結合n個不同指標可得到評價矩陣[10]：

式中：rij為第i種方案下第j個指標值。對于某個指標rj，有信息熵Ej：

第j個指標值的熵值按下式計算：

第j個指標的客觀權重按下式計算：

表4所示為本研究中的指標權重，其中主觀權重由16位具有高級職稱的專家賦值后取平均值。從賦值結果來看，學生考核成績即最終成效的主觀權重高達0.51，表明學生學習效果是本研究中一線教師和研究者最為重視的指標。

表4 指標權重

不同方案的綜合評價系數熵權評價值λi可通過如下公式計算：

不同方案熵權系數評價值如圖1所示。圖中可看出，模式五和模式二熵權系數評價值顯著高于其他模式，表明虛實結合的教學方法綜合效果最優。相同的教學方法下，過程化考核熵權系數評價值高于傳統考試，表明對于實驗課程，過程化考核優于傳統考試。依據熵權系數評價值越高，方案綜合效果越優的模型原理，本研究中模式五為最優方案，即虛實結合教學方法和過程化考核相結合最有利于學生實踐能力的提升。

圖1 不同方案熵權系數評價值

因此，福建農林大學園藝學院智慧農業專業通過條件建設、理論研究、方案比選、量化決策等方法，探索出了適宜的人才實踐能力培養方案，即虛實結合教學方法和過程化考核相結合，該方案可應用于智慧農業尤其是智慧茶業的人才實踐能力培養。

3 智慧茶業產業集群打造對策

銜接和優化產業鏈、打造產業集群，可以使得人才價值最大化。福建（福州）作為數字中國峰會之地，擁有悠久的產茶史和龐大的茶產業，在智慧茶業產業集群打造方面具有天然優勢。本研究結合調研結果和團隊工作經歷，提出打造和優化福建智慧茶業產業集群的對策包括整合優勢資源、培育獨角獸企業和激活上下游產業。

3.1 整合優勢資源

地方政府、行業組織、科研院所以及大型企業，應共同探討優勢科技資源整合方案。政府可適當加大對智慧茶業產業集群建設的經費投入和政策扶持，通過金融扶持、稅收減免等措施促進企業更好地發展；行業組織可積極推動建立高科技智慧茶產業集群的培育機制；高校和科研院所除了人才培養外，應加強研發先進智慧生產技術如智能灌溉系統、無人機航測、遠程陽光房、物聯網等，探索數字孿生、機器學習、圖像識別等前沿技術在茶葉生產中的應用；大型企業之間應加強智慧茶業產業群體化建設，完善制度保障和標準化管理，建立產業集群常態化管理、交流和合作機制。

3.2 培育獨角獸企業

以自主研發的科技成果為紐帶，銜接高效科研資源和龍頭企業的產業資源，快速推進一個或兩三個規模較大、產業帶動力較強并且技術處于領先地位的智慧茶企發展，形成中心。通過吸引和輻射效應，鼓勵配套技術、設備、產品投資商和服務商的進入，逐步形成大配套產業集群。通過拓寬茶葉多元化開發和市場渠道，提升茶葉綜合價值和品牌影響力。

3.3 激活上下游產業

依托省、市智慧農業創新中心，建立一個專業、權威的市場服務和反饋平臺，激活智慧農業市場信息、銷售渠道、研發設計、裝備制造、產品制造、金融、物流、電子商務等服務產業，形成以市場為核心的大產業集群。同時，延攬精通全產業鏈運營的專業人才進入茶產業，通過激勵機制、交流合作等方式促進人才的梯次結構和聚集效應，提升人才培養服務茶產業集群的能力。

4 結語

發展智慧農業是踐行國家農業現代化戰略的重要途徑，而高科技智慧農業產業集群的打造離不開專業人才。本文闡述了智慧農業發展面臨的人才問題，介紹了福建農林大學以特色專業-茶學為核心培養智慧農業專業人才實踐能力的實例，提出了智慧茶業產業集群打造對策，以期為福建省智慧農業尤其是智慧茶業的發展提供一定參考。