建設無人機植保場景化教學的路徑探析

職業教育肩負著為國家培養高素質技能人才的重任。無人機植保因其具有高效智能、防治效果好、成本低、安全性高等優點，已成為農林植保的主要方式。但因無人機植保技術涉及無人機、農藥、農業等多個學科內容，跨學科師資力量薄弱，且教學起步相對較晚、經驗缺乏，培養效果亟待增強，急需無人機植保方面的高素質專業化人才。培養模式還在探索階段。河南機電職業學院工作人員提出場景化教學模式，探析實施路徑，以期為無人機植保教學提供一些參考借鑒。

一、行業人才需求和培養現狀的矛盾分析

（一）行業背景與人才需求分析

2022年，全國國土變更調查結果顯示，全國共有耕地面積12 758.0萬km2。我國耕地面積僅占世界耕地面積的1/10，卻生產了占全世界1/4的糧食，其中一個很重要原因就是科技生產力的不斷提升。然而，我國每年因病蟲害損失的糧食就達4000萬t，加強病蟲害統防統治是進一步“藏糧于地、藏糧于技”的突破方向。近年，隨著無人機植保技術的出現，全面革新了傳統的病蟲害防治模式。無人機防治技術是將藥液霧化為50～300μm霧滴粒徑，再加之旋翼的向下氣流將藥液快速沉積到靶標上，提高了防治效果，減少了農藥使用量，是典型新質生產力的代表。這一防治模式在現代農業中得到快速推廣和應用，截至2024年底，我國植保無人機保有量達22萬架。隨之而來的是，這一領域對無人機植保人才的需求，2010年以來，職業院校積極適應新技術、新商業模式，開設無人機應用技術專業的高職院校已從20所增至391所。但因無人機應用技術專業開設時間不長，屬于新興技能專業，可借鑒的成果經驗少，人才培養質量與產業需求矛盾突出。

（二）高素質人才培養現狀調查

無人機應用技術專業作為一門新興學科，大部分院校無人機植保課程還處在摸索起步階段，無人機植保人才培養問題主要集中在師資力量薄弱、教學手段落后、實訓實踐開展困難等方面。

1.師資力量薄弱。無人機植保是一門跨學科的綜合應用課程，涉及植物保護、農藥農學、無人機操控等多個學科。調研發現，職業院校較少為無人機植保設立專門學院，大部分是依托機械工程類或農林植物類學院開設無人機植保專業。這就導致師資力量方面存在畸輕畸重問題，導致培養的學生知識的寬度和深度不足，理論與實踐結合能力相對缺乏。

2.教學手段落后。目前，無人機植保教學資源相對匱乏，教學仍以課堂理論講授為主。筆者對河南省的多所學校高職生學習現狀的調查研究發現，職業院校學生基礎文化知識相對薄弱，專業興趣普遍不高，無人機植保跨學科知識學習難度較大，因此，如果僅靠課堂上教師講授理論這種被動的學習方式，難以激發學生探索新知、解決實際問題的激情，實踐應用和創新能力難以得到有效提升。

3.實訓實踐開展困難。無人機植保與機械設備、電子電路、電器工程等依靠生產流水線開展實訓實踐的專業相比，無人機植保因時效性強、窗口期短、病蟲害的發生具有偶發性、不確定性等因素，難以做到理論與實踐及時銜接，給實訓實踐帶來較大困難。建設實踐教學基地是連通學生需求和行業需要的重要途徑，但實踐基地建設投入大，需要政府、企業、學校等各部門的共同參與，建設難度較大。

二、場景教學模式的概念及理論依據

（一）無人機植保場景教學的概念

無人機植保場景教學是通過搭建真實的工程場景，把學生安排在真實或模擬情景中進行知識傳授的一種教學方法。其特點是以學生為中心，把需要掌握的無人機使用技巧和植保知識融入場景、嵌入作業流程，使學生在場景中構建知識體系，在實踐中轉化運用，全面培養學生的專業理論知識和實踐操作能力。

（二）實施場景教學的理論依據

無人機植保教學改革需要結合教育發展規律，才能更好地實現教與學的創新。無人機植保場景教學模式主要基于以下幾種理論。建構主義學習理論認為知識是在特定情境中通過活動、體驗和社會互動構建出來的，情景學習理論強調學習應在真實的社會和實踐中進行，體驗學習理論通過體驗、反思和概念化的過程來促進學習，增強學習的實踐性和應用性。因此，依托特定情景、現實場景、真實體驗構建的學習模式會使學習者更容易獲取知識、形成印象、固化技能。

（三）無人機植保場景的建設思路

開展無人機植保場景教學應以提升學生應用技能為目的，不僅要學習得關知識，還要培養解決實際問題的能力。場景教學從學生實際需求出發，依據真實任務場景確定教學內容，分析作業過程的各要素環節確定教學任務，使學生在場景任務中體驗和實踐，將空洞的理論順利銜接到真實的應用，提升學生的自主探索和主動解決問題的能力。

三、無人機植保場景化教學實施路徑探析

無人機植保場景建設可以采取兩種路線，一種是將真實植保場景虛擬化帶入課堂，通過虛擬植保場景，將抽象的理論具體化，使學生坐在教室也能身臨其境的“走進”農田，增強課堂趣味性，提高學生學習意愿；另一種是將學生帶進真實的植保項目進行場景化教學，通過“真實”植保場景，讓學生將課堂理論通過實際任務轉化為真正技能。

（一）借助科技技術，創設虛擬教學場景

1.虛擬教學場景的概念與優勢。虛擬場景教學法是指在教學中運用圖片、視頻、動畫、AR、VR等形式創設與教學內容相關的虛擬場景，驅動學生自主探討問題的教學方法。虛擬場景教學通過模擬作業場景，可以突破時間和空間限制，解決實踐教學的不可重復性問題，根據學習需要，提供自主可變的學習模塊，提高技術訓練的熟練性，增強突發情況處置能力，使學生的決策判斷、心理素質等綜合素質得到全面提升，有效解決教學資源限制、實踐教學難點等問題。例如，深圳市大疆創新科技有限公司、杭州凌動控股集團有限公司等公司推出的仿真無人機噴灑技術可以實現植保無人機的全自動、AB點以及手動飛行，還可以自由設定飛行高度、噴灑寬度等，使學習者感受逼真的飛行環境和操控體驗。同時，借助模擬器還能對學生的學習進度及考試成績進行有效管理，隨時掌握學習狀態。

2. 虛擬植保教學場景建設路徑。無人機植保場景建設首先應明確教學目標和教學內容，確定需模擬的農田環境和病蟲害種類，然后根據需要采集真實的農田和病蟲害圖片，利用3DMax、Maya等三維建模軟件對農田環境進行建模，包括無人機、農作物、土壤、天氣情況等要素，為確保逼真性農作物上的病蟲害可以采用真實照片貼圖的方式進行。利用Unity、Unreal Engine等虛擬仿真平臺創建沉浸式的無人機植保教學場景，根據真實的無人機植保作業流程，設計模擬場景，包括無人機起飛前準備和檢查、農藥配置、航線規劃、無人機起飛、飛行控制、農藥噴灑、降落等，環境方面考慮天氣、光照、風效等因素。仿真過程中設置交互功能，可以通過鼠標、鍵盤或VR手柄對無人機進行飛行控制。

教學時，教師可以將虛擬場景投影到大屏幕上，并結合大屏幕對植保過程進行講解、演示。練習時，學生可以佩戴VR眼鏡進入虛擬無人機植保教學場景，進行身臨其境的學習體驗。課下，學生可以通過在線教學平臺登錄植保虛擬場景，在平臺上進行自主學習、互動討論及提交作業。目前“圖知農業病蟲害大模型”、XR病蟲害防治等仿真軟件已在農業廣泛運用，AI深度學習能力降低了仿真場景建設的技術門檻和建設成本，為虛擬植保教學場景建設提供更多可行路徑。

（二）共創真實教學場景

虛擬植保教學場景主要針對學生的初級階段，幫助學生實現從“生手”到“新手”的轉變。學生在夯實理論基礎的情況下，知識和技能都需要進一步深化轉化，這個時候通過真實場景教學就會幫助學生更快實現從“生手”到“熟手”及“能手”的轉變。無人機植保受時效性強、窗口期短以及病蟲害的發生具有偶發性、不確定性等因素的影響，真實場景的選取與建設較為困難，因此，需要院校、農戶、企業等各方通力合作，共同參與才能完成。以河南機電職業學院場景教學的實踐為例，探討說明真實場景教學建設路徑。

1. 依托場景，確定教學內容。河南機電職業學院依據每年為豫東、豫北平原的小麥主產區提供無人機植保統防作業服務的真實任務為場景，根據具體植保場景要素的變化，各項工作任務實施的難易程度，時間長短，確定課程內容及學分，使學生在場景任務中熟練掌握無人機操作、農藥的選型與配比以及常見病蟲害的識別與防治。同時，融入課堂思政元素，使學生充分認識到科技在農業現代化中的重要作用，增強對“三農”的情感認同和做好“三農”工作的信心。

2. 運用場景，實施現場教學。貫徹場景施教的理念，深入農業一線場景開展教學，工作的過程就是教學過程，明確“一線三轉”（“一線”指堅持課程思政紅線，在工作場景根據不同任務，適時開展思想政治教育。“三轉”是指將生產資源轉化為教學資源，將教學資源轉化為人力資源，將人力資源轉化為生產資源的實施路徑。）。基于工作場景，教學實施的過程中結合場景變化，適時調整教學內容及形式，加強學生實踐技能的培養，注重培養學生產、學、研、創的能力和問題處置的應變能力。

3.基于場景，開展教學評價。根據職業教育特點，對接學業質量水平設定考評標準，建立科學的教學評價體系體現評價主體、評價方式、評價過程的多元化，改變通過“一張試卷定分數”的傳統評價方法。重點考核學生在工作場景中的植保作業實績，將教師評價、學生互評與自我評價相結合，校內評價與校外評價相結合，過程性評價與終結性評價相結合。適當吸納相關行業、企業和社會組織參與考核評價，最終以過程性考核綜合進行考核。

四、結語

無人機植保場景教學的應用，對提升學生實踐技能、理論知識轉化具有重要意義。然而，要將其有效融入教學并不容易，涉及資金投入、技術應用、實訓基地建設、校企深度融合等多方面。教師需要深度參與項目實踐，定期與行業專家交流研討，掌握最新的無人機植保市場需求，持續更新教學內容。

作者簡介：郭雪妮（1991— ），女，河南周口人，碩士，助教，主要從事高校無人機植保教學與研究工作。

（責任編輯" "程麗紅）