“雙一流”高校智慧農業本科和研究生應用基礎研究能力的培育

［摘 要］ 智慧農業具有提升農業生產效率、降低生產成本、推動產業振興、促進農民增收等多方面的作用，已成為我國農業農村現代化建設的內生驅動力。在智慧農業學科建設和服務社會發展中，本科生和研究生人才培養起著至關重要的作用。“雙一流”高校是我國人才培養的主力軍。然而，在智慧農業專業人才培養方面存在嚴重不足，具體體現為現有學科單一、工科強農學弱、校級聯合交叉特色不顯著和課程設置體系不成熟等方面的問題。從院校兩級學術交流、本科生課程設置和本科生、研究生科研能力提升等方面給出一些建議，將助力于智慧農業專業培養模式從單維度學科向多維度鏈條式培養轉變、資源匯聚，以及從機械結合向有機結合轉變等，提升智慧農業專業研究生人才培養質量。

［關鍵詞］ “雙一流”高校；智慧農業；人才培養；課程設置

［基金項目］ 新疆維吾爾自治區“天池英才”領軍創新人才計劃（51052401407）；2024年度新疆大學國家級大學生創新訓練計劃“綠洲農田土壤質量空間變化特征及其驅動機制研究”

［作者簡介］ 薛 偉（1985—），男，山東泰安人，理學博士，新疆大學生態與環境學院副教授，博士生導師，主要從事綠洲農田生態學研究。

一、新時代智慧農業人才培養的必要性

世界一流大學和一流學科（Double First-Class Initiative），簡稱“雙一流”建設，是中共中央、國務院做出的重大戰略決策，也是中國高等教育領域繼“211工程”和“985工程”之后的又一國家戰略。2021年12月17日，習近平總書記在中央全面深化改革委員會第二十三次會議中強調，要突出培養一流人才、服務國家戰略需求、爭創世界一流的導向，深化體制機制改革，統籌推進、分類建設一流大學和一流學科［1］。2021年至2023年，全國每年招收碩士研究生分別為105.07萬人、110.35萬人和130.17萬人，當前高校中碩士研究生數量約為300萬，已經成為推動學術與科研進步的關鍵力量。在統籌推進“雙一流”建設過程中，教學育人單位應從國家戰略出發，突出培養基礎型和應用型人才。

智慧農業是現代科學技術與農業種植相結合的新興學科，實現農業從播種到采收、加工全鏈條的無人化、自動化、智能化管理，達到增產增收和可持續發展的目的［2］。在我國農業農村現代化進程中，智慧農業是現代農村經濟重要的內生驅動力，是促進共同富裕、解決區域間發展不平衡和不充分的重要舉措。近年來，各地區企業在探索具有區域特色的路徑模式方面取得了一定的基礎，逐漸形成了企業安身立命的核心技術和研發團隊。杭州初靈信息技術股份有限公司重點打造基于大數據+人工智能的智慧農業產品，如“數字農業創新應用平臺”“高標準農田管護系統”“農機淘”等系列產品。潤建股份有限公司著重研發全場景作物生長器產品，模擬農作物的生長發育過程，病蟲害發生和傳播過程，結合農田土壤、作物生長、水肥等參數，更加精準模擬出受各種突發環境影響下作物產量和質量的預測，助力高標準種植。平安銀行股份有限公司打造數字鄉村范本，在安徽阜南蘆蒿基地、甘肅臨洮百合基地、廣東河源茶園基地安裝土壤監測、大氣監測及水肥一體化等平安智慧農業設備，提升基地生產效率。智慧農業高新技術企業和產業應用前景的蓬勃可持續發展，重點在于科技、在于人才。農業生產的全過程包括整地、種子篩選、播種、水肥藥管理、作物生長管理和收獲加工等環節，管理人員首先須具備農學專業知識。由此，智慧農業是在農學基礎的前提下，加以創新，融合信息技術、人工智能、農業裝備等，使農業逐步實現智能化。此外，智慧農業需要的人才應具備農學、信息技術、工程技術以及智能裝備等多方面的知識和技能。

二、“雙一流”高校智慧農業專業存在的問題

在新時代，知識生產模式已經發生了改變，企業主導性的現代農業產業集群的發展已經擺脫了以往小農戶種植理念，步入機械化、智能化和生態化發展快車道。高校現有的象牙塔式教學模式、單方面人才培養模式已經難以適應社會發展。“雙一流”院校應把自身的發展置于現代社會的發展之中，需要變革以適應時代的變革。截至目前，147所“雙一流”建設高校中，只有7所農業類高校，除去政法文史類高校，其余均為綜合性理工科大學。近年來，設置有智慧農業學院/專業的“雙一流”高校只有37所，約占總量的25%。其中，超過一半的智慧農業專業集中于中東部“雙一流”高校，西北地區“雙一流”高校僅有新疆大學和石河子大學開設智慧農業專業。2023年，新疆全年糧食播種面積達4 237.2萬畝，新增586.3萬畝，新疆糧食總產達2 119.2萬噸，增加305.7萬噸，占全國增量的34.4%，新增種植面積、總產量均居全國第一［3］。就智慧農業專業地域分布與全國糧食播種面積來看，專業設置存在空間分布不均衡問題，難以滿足種糧大省農業現代產業化發展需要［4］。

另一個問題是，綜合型理工大學是目前國內“雙一流”高校的主流高等教育形式，在化學工程與技術、材料學、計算機科學與技術、軟件工程、機械工程、電氣工程和土木工程等專業有很強的科研實力，擁有更完善的教學設施和師資力量［5］。但是，農學基礎學科專業缺失或農學師資力量明顯偏弱，抑或是軟件工程和計算機科學技術專業缺失或師資力量偏弱。比如，大連理工大學在建設智慧農業專業方面，偏重以軟件工程學院為基礎。華東師范大學以上海市都市現代農業為建設智慧農業專業切入點，聯合軟件學院、上海市農業委員會信息中心和上海市農業物聯網工程中心共建農業云聯合實驗室，推進農業生產領域的精準化和智能化。上海大學智慧農業方向設置在機電工程與自動化系學院，著重于研發溫室作物生長智能巡視機器人，擅長于機電儀控。新疆大學“雙一流”建設學科計算機科學與技術專業優勢明顯，師資力量雄厚，但缺少農學專業，農業類研究多零星散布于其他學院。石河子大學“雙一流”建設學科以化學工程與技術為擅長，智慧農業專業設置在傳統的農學院。傳統農業學科結構相對單一，學科交叉融合不夠，已逐漸難以滿足現代農業發展需求。

就智慧農業專業來講，研究生人才的培養須具備扎實的農學知識，掌握作物生長、遺傳變異的規律以及與環境互作關系等基礎理論。同時，在信息采集和建模方面還須強化農業遙感監測技術、地理信息系統、作物模擬模型和高級程序語言等現代化技術，以及農業智能裝備的應用。就目前省部級以上重大重點智慧農業項目來看，全天氣類型下作物全生育期長勢監測和產量預測技術是重要的基礎課題［6］。該類基礎課題的實施，需研究生具備農業生態學、作物模型原理和應用等方面的基礎知識，了解并掌握作物物候期、生長過程和產量分配等生態學原理，基于此來構建數學模型，采用微分公式來量化生長速率及其與環境的關系，最后利用計算機編程語言將概念模型予以技術變現。當前，智慧農業院校在多學科交叉師資力量建設，特別是本科生和研究生課程建設方面存在方向分散、顧此失彼的問題。

三、“雙一流”高校智慧農業專業學術交流和課程設置的建議

從智慧農業的定義來看，其具有更強的學科交叉能力。為了促進傳統農業學科與軟件工程、智能制造、地理與遙感等專業知識的融合，開展多學科頻繁且富有成效的學術交流很重要［6］。學術交流的主要目的是將農業、軟件工程、智能制造等各領域研究成果、創新思想、實踐經驗等，通過學術報告和自由討論等環節，讓參會者了解并熟悉各自感興趣的領域最新進展，起到拓寬參會者學術視野和知識面的目的。合作的機會和創新的靈感，多是在頻繁的交流、問題探討等互動中產生的。通過分享最新的研究成果和思想以及存在的問題，可以激發新的研究靈感和方向，推動學術領域的不斷進步。學術交流的形式多種多樣，主要形式有學術會議、學術講座和報告、學術論壇、學術沙龍以及學術研討會等。在學院層次，通過定期舉辦小規模、主要由學院內部人員參加的學術沙龍，圍繞學院教職工最新研究成果開展自由發言和討論，增強內部教職工之間的相互了解和合作。由于學院學科較為集中，具體為某一大類下的二級學科，比如，農學院具體開設農學專業、園藝專業、農業資源與環境專業、土壤學專業等，難以涉及軟件工程和計算機等大類專業，這就需要在大學層次定期舉辦智慧農業學術會議，邀請農學院、軟件工程學院、智能制造學院、地理與生態學院等專業人員，開展主題演講和分組討論等，就某一具體議題開展深入研討、交換意見，共同尋求解決方案。以河南大學智慧農業專業學術研討為例，農學院積極與軟件工程學院聯合，定期開展學位點建設、學科方向凝練、科研團隊建設、碩博研究生聯合培養、項目合作等研討，加強突出河南大學“雙一流”的特色。東北農業大學申報農業農村部東北智慧農業技術重點實驗室，依托農業信息技術學科體系，遵循突出北方寒地特色、注重交叉融合創新、發揮現代農業優勢、聚焦區域產業發展的原則，堅持開放、流動、聯合、競爭的運行管理機制，每年圍繞重點實驗室研究方向設立研究生論壇和開放課題基金，依托開放基金促進學術交流和合作，促進現代農業與人工智能深度融合。

本科生和研究生知識的獲取渠道主要是教科書和授課。因此，智慧農業課程設置要起到打牢基礎知識、拓寬知識面和引領知識向縱深發展的作用。就本科生課程設置而言，在第一學年以通識教育課程和基礎課程為主，基礎課程以“高等數學”“智慧農業專業導論”“農業遙感原理與技術”“計算機基礎”等為主，在暑假小學期開展農業遙感（無人機）操作實踐。在第二學年，專業基礎課以“植物生理學”“大數據原理與應用”“數字電路與邏輯”“土壤肥料學”“農業生態學”“農業氣象學”“地理信息系統基礎及農業應用”“作物栽培與耕作學”“軟件工程”“農業傳感器與智能裝備”等為主，實踐模塊以智慧農業專業考察和農用傳感器系統認知實踐為主。在第三學年，專業課程設置“作物育種學”“農業應用統計”“遙感數字圖像處理”“節水灌溉理論與技術”“作物模型原理與應用”等，選修課輔以“作物表型組學概論”“農業廢棄物處理處置”“農業企業管理”“機器學習與數據挖掘”等，實踐模塊設置智能農業數據分析綜合實踐、智慧農業規劃與設計、智慧農業專業綜合實習。第四學年，注重學科交叉課程：“智慧供應鏈”“農業物聯網”等。各高校開設智慧農業專業實踐課程，要因地制宜，與地方農業科技發展政策和方向相結合，形成自己的特色。在培養方式方面，要注重以智慧農業為主，疊加輔修專業。以華中農業大學為例，設置智慧農業專業“1+N+X”修讀模式，“1”為智慧農業專業，“N”為專業方向，“X”為輔修課程或輔修專業。依托多個學院，構建了智慧育種、智慧植保、智慧園藝、智慧漁業、智慧生產等專業方向，建立本—碩—博直升人才培養體系。西北農林科技大學實踐教學依托智慧農業示范園、楊凌智慧農業中心及國內眾多智慧農業公司開展產學研用等?？蒲蟹矫?，依托旱區作物逆境生物學國家重點實驗室和黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室、作物高效用水國家工程實驗室，構建5個“智慧”+專業為核心的專業群。

四、本科生和研究生科研能力提升的對策

項目+人才組合是特色學科發展壯大的關鍵?？蒲许椖渴菫榈胤浇洕l展服務的，研究生必須深入參與科研項目。通過自身的課題案例，在學術研究與實踐結合方面總結如下經驗。

1.尋找合適的機會。密切關注導師個人網站發布的實驗室或項目組內部的通知，了解是否有適合參與的科研項目。同時，定期與導師交流，表達自己參與科研項目的意愿，并詢問是否可以加入已有的項目或新開展的項目。

2.主動表達興趣。在了解導師主要橫向科研項目后，向導師表達對其研究方向和項目的興趣，并表明愿意參與其中。展示出積極主動的態度可讓導師知道研究生對科研工作的熱情。在向導師申請參與科研項目時，展示自己具備的相關能力和背景。

3.踏實肯干、積極作為。在野外試驗過程中，嚴格按照既定的研究方案來采集各類型數據，做到每日數據的質量分析匯報。由于研究生有限知識面的制約，難以鑒別數據質量的好壞。當每日數據采集后，要及時向導師匯報，詢問是否需要開展補測等工作。

4.提出可行的建議和想法。在數據分析過程中，提出一些與導師研究方向相關的問題、建議或新的研究想法。這既表明自身對項目的思考和分析能力，也有利于更好地融入導師的研究團隊。在數據分析過程中，要不斷閱讀新的文獻，學會使用通用數據分析軟件和新的數據分析技能，將采集的數據分門別類系統地闡述，提升專業能力，使自己在項目中能夠發揮更大的作用。

5.持之以恒地付出努力。參與導師的科研項目需要時間和精力的投入。數據分析和論文寫作以及發表，是一個漫長且充滿挑戰的過程。論文在投稿之前需要數遍乃至數十遍的修改，直至導師滿意為止。研究生要提高自身抗壓能力，遇到任何問題要學會冷靜分析，提出解決方案。

參考文獻

［1］習近平主持召開中央全面深化改革委員會第二十三次會議強調：加快建設全國統一大市場提高政府監管效能 深入推進世界一流大學和一流學科建設［EB/OL］.（2021-12-17）［2024-05-01］.https：//www.gov.cn/xinwen/2021-12/17/content_5661684.htm.

［2］謝岷，李麗君，吳強，等.內蒙古智慧農業高質量發展機遇與對策［J］.智慧農業導刊，2024（4）：1-4.

［3］新疆維吾爾自治區農業農村廳.“新疆糧食總產2119.16萬噸 總產及面積增量居全國第一”［EB/OL］.（2023-12-29）［2024-05-01］.https：//nynct.xinjiang.gov.cn/xjnynct/c113576/202312/f9dcbcbd5ff140aaa6689d8f14b0ea48.shtml.

［4］張國徽.新疆科技精準扶貧助力打贏脫貧攻堅戰模式探析［J］.農家參謀，2020（21）：66-69.

［5］孫坤，鄧海順，來永斌，等.新工科背景下我國高等教育培養模式探析［J］.高教學刊，2023（9）：29-32.

［6］“中國2050現代智慧生態農業戰略研究與發展路線圖”重大咨詢研究項目啟動會在北京召開［J］.農業工程技術，2020（40）：17.

Cultivating Applied and Basic Research Capabilities in Smart Agriculture for Undergraduate and Graduate Students in Double First-Class Universities

XUE Wei， Mollydam Mutalifu

（College of Ecology and Environment， Xinjiang University， Urumqi， Xinjiang 830017， China）

Abstract： Smart agriculture has played a pivotal role in enhancing agricultural production efficiency， reducing production costs， driving industrial revitalization， and promoting farmers’ income， thus becoming an endogenous driving force for the modernization of China’s agricultural and rural areas. In the discipline development of smart agriculture and its service to social development， the cultivation of undergraduate and graduate talents holds acrucial position. Double first-class universities are the main force in talent cultivation in China. However， there are significant deficiencies in the professional training of smart agriculture talents， manifesting in the monotony of existing disciplines， the preponderance of engineering over agriculture， the lack of distinctive cross-disciplinary collaboration among colleges of the university， and the immature curriculum system. This article offers several suggestions from the perspectives of academic exchanges between universities， undergraduate curriculum design， and the enhancement of undergraduate and graduate research capabilities. These suggestions will contribute to the transformation of the training model for smart agriculture professionals from a single-dimensional discipline to amulti-dimensional chain-like approach， as well as the shift in resource aggregation from a mechanical integration to an organic integration， thereby improving the quality of talent cultivation for smart agriculture graduate students.

Key words： double first-class universities; smart agriculture; talent cultivation; curriculum design