基于互联网加智慧农业的农科人才培养模式探究

杨 娟，叶 进，马仲辉，沈方科

（广西大学a.农学院植物科学国家级实验教学示范中心；b.计算机与电子信息学院，南宁 530004）

0 引言

作为一个农业大国，目前我们面临的一个比较严重的问题：①60后、70后年老之后，谁来种田［1］？②农业类高校将如何吸引现在的90后、00后投身到农业生产和农业产业中来［2］？伴随农业和新技术的结合，农业生产发生了重大变革，而科技与教育在农业生产变革中发挥着重要作用。目前农业生产已经从农业1.0 发展到农业4.0 阶段［3］。以大数据、云计算、物联网等为代表的信息科技正推动农业传统生产经营方式向智慧化生产方式与经营方式转变［4-5］。因此调整课程内容，实施农业科学研究与人才培养供给侧改革，探讨适应新形势的“新农科”学科建设与课程改革的新模式，已经成为当务之急［6-7］。

新农科建设“北京指南”中提出了新农科改革实践方案［8］，为深入贯彻落实习总书记提出的“立德树人”“知农爱农”“强农兴农”“实现农业农村现代化关键在科技、人才”四个方面的要求［9-10］，各高校已经开始了各种各样的改革措施［11-12］。采取的主要措施有：进行农科类专业课程大纲修订，与农业企业、地方政府共建产教融合实践基地［13］，利用互联网、大数据技术建设信息化课程资源，进行学科交叉融合［14］。如湖南农业大学改革课程教材、强化实践教育和创新创业教育［15］；沈阳农业大学坚持卓越农林人才与应用型人才培养的紧密融合，加大新农科内容对工科的融入，帮助学生确立更宽广的学术视野［16］。

我校植物科学国家级实验教学示范中心联合电子与信息技术广西实验教学示范中心，通过“中西部高校综合实力提升计划”、广西大学“211工程”项目、“互联网加实验室建设”专项经费，购置农业信息化实验室设备20多台套，联合农学院、计算机与电子信息学院（以下简称计电学院）建立了智慧农业实验实践基地。在5年实践期间2个实验教学示范中心先后投入建设经费持续开展实验室建设，并以互联网＋为手段，开展人才培养模式的创新型研究与探索，创新成效与实验室建设形成互相促进的良性循环，取得了显著的成效。

1 建设背景

1.1 融合型人才培养与新农业发展衔接不足

随着现代化农业的发展，以及农业信息化、智能化、规模化等程度不断提高，对于农业信息化人才培养提出了更高的要求，除了常规的通识、专业理论教育外，如何提供更多更有效的实践环节来提高学生实践应用能力。解决由于实践创新培养承载力不足，学生在产业和科研真实环境的实践训练不充分，导致创新能力不强和就业竞争力弱化等问题。

1.2 农学课程体系教学信息化程度普遍较低

农学培养的人才主要是服务于农业基层，由于缺乏农业现代化与信息化的深度融合，培养模式限于区域视角缺乏全国视角，导致农业基层长期处于低水平发展状态，农业人才流失造成的恶性循环导致国家振兴乡村计划难以实施，需要解决美丽广西战略中高质量人才培养的问题。

1.3 信息学科综合实践创新能力培养不充分

计算机科学卓越工程师培养计划无法与产业对接，创新实践的源泉和动力不足。如何有效推进优质科教资源共享，加强个性培育，拓宽专业视野，形成产学研深度联动的协同育人长效机制，解决信息化人才培养与产业需求匹配不足的难题。“应用驱动创新，数据驱动发展”迫使工科教学改革，却缺乏应用基地建设和基地数据获取，“新工科”教学改革困难重重。

深刻分析新农科和新工科建设遇到的瓶颈，发挥综合性大学多学科协同发展的优势，研究创造性、复合型、应用型人才培养是本课题解决的主要问题。

2 融合创新的“互联网＋”智慧农业人才培养模式

2.1 跨学科协作组建师资队伍和智慧农业实践教学平台

缺乏现代信息科学技术的农学院、缺乏应用基地建设和基地数据的计算机与电子信息学院，经过深入思考和反复认证，在“211”工程及“强基”计划建设驱动下，以学校为主导，以项目形式跨学科创建了智慧农业实验室，并跨学科组建了一批多学科交叉的师资队伍，队伍包括两个学科的一线专任教师、一线实验教师，并外聘现代农业国家级首席专家；实验室搭建借鉴了业界优秀案例，在教学反馈中快速迭代后续的案例开发，并不断把最新科研成果融入实验室。学生通过参与大数据及人工智能在农业的具体应用场景和关键环节实践，激发了学习热情，提高了创新思维能力，为交叉复合型人才培养提供了新模式。通过项目实施，以农业物联网和精细化种植为手段彻底改变了基于传统农业的实践教学，同时创新发展了教育部计算机科学卓越工程师培养的跨学科协同育人模式。

2.2 重构农学与工学融合创新的实践教学体系

构建智慧农业实践教学体系，涵盖了自动化设备、精细化控制、智能化管理等模块。其中自动化设备包括远程水肥控制和农业数据采集等内容；精细化控制包括基于专家数据库的物候期管理系统，基于深度学习的标准化种植管理，基于WSN的生长态势远程感知等内容；智能化管理包括基于大数据的促化控稍精准管理，基于灰色模型的作物产量预测，基于图像识别的病虫害识别与预警，基于区块链的农产品动态溯源系统等内容。这些智慧农业相关的内容极大地改变了农业认知实践、果树栽培学、农业昆虫学、作物栽培学等植物生产类相关专业课的实践内容；同时也将工科如程序设计与算法、数据库原理、物联网与云计算、数据挖掘与深度学习、计算机网络等课程内容融入进来，基于物联网、云计算、大数据、虚拟现实等技术，构建互联网＋实验室＋农业基地的全方位教学资源，不仅通过远程资源共享，让师生实时获取基地数据，而且建立数据驱动下的智慧农业教学内容，打造了“线上线下”相结合的校内外稳定的实验实践体系（见图1）。

图1 农科和工科融合创新的实践教学体系

2.3 建立多维度多区域多团队支撑的人才培养长效机制

依托已经建立的示范基地，在农学院和计算机与电子信息学院共建教学科研团队的带领下，在现代农业产业技术体系广西荔枝、龙眼、芒果、柑橘、香蕉等创新团队的协作下，构建多学科多产业协同的科研教学融合平台，结合虚拟仿真实验资源的设计与开发、农业物联网的基地管理、专家库的农业标准化生产、深度学习的病虫害识别与防治等产业实际应用，设计了知识交叉、学科融合的综合型实践课题去覆盖现代化农业生产的各个环节。紧密结合毕业论文指导、课外科技创新、学科竞赛、创新创业竞赛，引导学生“早进课题、早做科研”，进一步带动和强化实践创新训练。本科阶段加入项目的同学中50%都已顺利进入研究生阶段。农科学生掌握APP等基本软件项目管理技术，具备了独立完成软件著作权申请的能力，学生申请的发明专利均是与两个学科教师科研、农业生产需求紧密结合产生的创新成果。

3 建设创新点

（1）农工深度融合，以信息技术为支撑的教学理念。智慧农业将现代化应用于较为成熟的传统产业、利用现代化新知识技能改造发展传统农业产业，不仅需要多学科交叉人才，而且创新思维与应用能力至关重要。项目创新性地提出进行两个学科深度融合的复合型人才培养，进行实践教学体系的跨学科改革，从而培养适应新时代农业发展需求的高素质复合应用型专业人才，有效服务地方经济社会发展和国家乡村振兴战略。

（2）数据驱动式教学内容的改革在实践中不断推进。立足广西特色农业产业，引进吸收加自主开发，创建和完善农业信息化实验教学资源，创新了农科的实践教学内容。依靠专业教师、实验教师和参与学生采集相关数据，借助现有的仪器设备及物联网、电子信息技术等综合性手段，对实验课程需要的教学信息进行整合，形成基于智慧农业云服务的信息化资源，并在实践中丰富和拓展了课程资源和实践案例。把测试数据通过云平台引入实验室，扩充教学案例和实验课程，不断优化和提高平台功能。

（3）互联网＋基地＋实验室打造开放式实践教学平台。构建适用于实验室的农业云平台，全面打造开放式实验实践体系。“互联网＋基地＋实验室”教学改革能够让师生实时获取并不断优化课程资源，并通过门禁云、设备云、课程云、数据云实现了资源的开放共享，创新型地在计算机科学与技术卓越工程师培养中加大领域应用和设计思维训练，通过智慧农业培养学生的数据思维，课题打造的数据驱动式教学案例既重塑了农科教学实践库又填补了工科教学数据库。

4 建设成效

4.1 学生创新创业能力显著提升

学生创新创业能力不断增强。学生主持的农业物联网应用示范项目获得了国家级资助。近3年创新创业比赛中获得的奖励超过40项，以互联网加比赛为例，参赛数量和获奖数量逐年递增，2019年自治区级以上获奖15项。其中第三、第五届分别获得了全国铜奖和银奖，项目期间两个学科学生共同参与的其他各类国家级奖励超过10项。学生申请国家发明专利20余项，获得国家发明专利3项，获得实用新型专利10项，获得软件著作权14项，发表论文10多篇。

4.2 科教融合的创新应用影响加大

结合广西特色，把广西荔枝龙眼示范团队、芒果创新团队、广西大学农业示范基地的科研成果融入农业认知实践课程体系；把桂平麻垌农技推广站、武鸣蘑菇种植基地等标准化种植云平台及专家数据库纳入本科教学；通过基于深度学习的图像识别技术在学生创新实践项目中的初见成效，吸引了广西农科院芒果团队、广西香蕉产业体系植保岗位团队、广西柑橘产业体系植保岗位团队等高水平团队主动参与到作物虫害识别及防治等新农科研究探索及教学改革中来。

智慧农业加快农技推广的速度，带动师生将农业信息化技术推广到荔枝、芒果、沃柑等多个产业，涉及广西多个地区的农作物基地，不仅创新发展了计算机科学卓越工程师的跨院协同育人模式，并通过跨院的实践活动，让学生带着创新创业项目走进农村。以农产品溯源为例，融合智慧农业核心问题和关键技术，在促进区域农业品牌建设、推动本地农林经济发展中发挥作用。

4.3 实验实践课程质量和教学团队整体水平显著提高

学生对实践课程的优秀评价率不断提高。中青年教师主持省级教改项目4项，校级教改项目4项，教材项目1项，建设了7门虚拟仿真实验课程，并获优秀创新创业导师奖、广西农牧渔业丰收奖、青年教师观摩讲课竞赛一等奖、本科教学“十佳教师”和“十佳实践教师”“实验室先进管理工作者”“三育人标兵”等奖项和荣誉称号。教学团队中2人晋升正高职称，1人晋升副高职称。

4.4 支农爱农型人才培养方式增多

依托国家现代农业产业技术体系广西各个产业的创新团队及广西区科技重点研发计划，带动师生将农业信息化技术推广到荔枝、芒果、沃柑等多个产业，渗透到广西多个地区的多种农作物基地，不仅创新发展了计算机科学卓越工程师培养中的跨院协同育人模式，而且深入培养了学生爱乡村爱家乡建设美丽广西的责任感，通过跨院的实践活动，让学生带着具备前沿信息技术的创新创业项目走进农村、走近农民、走向农业，同时，提高了农科和工科学生的职业素养。

5 结语

植物科学国家级实验教学示范中心协同电子与信息技术广西实验教学示范中心，借助2013年获得的教育部第一批卓越农林计划示范点，中心便开始了现代农业人才培养模式的探索。随后建设新农科的《安吉共识》以及广西桂教高教（2019）56号文件出台的实施卓越农林人才培养计划的意见，中心探索新农科与新工科融合创新的智慧人才培养方式，提升了农科学生的互联网思维，增强了学生的创新创业能力，推进农业学科与信息科学的深度交叉和融合，拓展传统农业学科的内涵，对促进高等农业教育的高质量发展具有重要参考价值。

·名人名言·

在科学上没有平坦的大道，只有不畏劳苦沿着陡峭山路（其崎岖之路）攀登的人，才有希望达到（其）光辉的顶点。

——马克思