农业院校自动化专业建设与人才培养研究
——基于“互联网+农业”时代背景

2019-03-01 12:31桑运川吕成绪沈明霞

冶金与材料 2019年4期

桑运川，吕成绪，沈明霞

（南京农业大学工学院，江苏南京 210031）

我国是农业大国，农业的发展对我们国家的发展影响重大。科技的进步是农业发展的第一推动力量，农业的每一步发展都对科技应用提出更高的要求。如今，我国的农业已经迈入现代化、规模化和智能化发展阶段。随着计算机技术、网络技术、信息技术、自动化技术飞速发展，新科技必然向农业渗透和转化。在这样的背景下，高等农业院校设立自动化专业，主要突出以农业生产为主的控制技术和信息技术，自动化专业在农业大学有独特的专业特色与发展前景，人才培养目标有自己的特色。

1 农业不再是“老土”行业，农业将成为高科技行业

农业的历史，已有上万年，没有任何一个行业的存在史比农业更悠久。也因此，农业在世人眼里，是非常传统的行业，离现代化、高科技等词汇甚远。其实，未来的农业是真正的高科技行业。农业的近代史及未来发展，亦如其它行业般，一路升级。未来的农业领域，不只是能看到大型收割机、农业用直升机，还有最先进的农业科技，包括能连结至云端进行分析、改善农作物产量的感测器，以及能分担劳力的机器人。农业生产不再需要驾驶拖拉机去耕地，而是通过分析数据，智能化种田完成。

无人机、机器人、分子科学、云端服务，以及气候变迁背后的巨量资料分析，将是农民们茶余饭后的话题。透过GPS与地图科技的进展，管理区域内的农地灌溉辆、施肥量，并精细到每一株作物。利用土壤肥沃度的感测器，探测土壤颗粒中的化学/矿物质成分比重。放飞无人机、在施肥与喷药设备中安装作物感测器，收集来自空气与土地的资料，把湿度感测器推入土壤。利用宽频连结技术，就算是在偏远地区，农民们也能通过卫星，连上网络处理越来越大量的数据。农场上收集到的资料传送至远处的服务机构，让顾问或农作物专家进行分析，指导农场种植。超大型的收割机具备智能感测器，能监测收割到的玉米或干草重量，并估算出产量与收割面积。

未来的农民将变得很有趣、很好玩、很有成就感。机器人准备大举进军农耕领域，较小型的无人操作机器为24小时的农耕开启了大门。因为不需要人力，不必睡觉的机器能让农民坐享丰收之乐。在传统农业，靠天吃饭或许是农民们难以摆脱的宿命，但藉由最新的农业科技，农民可以当个快乐的农夫。李克强总理在考察杨凌农业高新区时，寄语说：农业要插上翅膀，飞向世界！农业，是最传统的行业，如果给农业插上科技的翅膀，农业将迸发巨大能量。

2 “互联网+农业”时代农业院校自动化专业建设研究与探索

自动化专业在高等农业教育中占有重要的地位。如今全球化迅速发展，我国农业面对激烈的国际竞争，为自动化教育的发展提供了新的机遇，也提出了更高的要求。随着我国高等教育进入大众化教育阶段，作为宽口径的自动化学科专业，已发展成为最庞大的学科专业之一。社会在变革，经济在发展，技术在进步，这些都对现行教育提出新的挑战。自动化学科必须主动适应这种变化发展的需要，在适应中发展自身并推动社会发展。

“互联网+农业”时代智慧农业的提出赋予了自动化学科全新的内涵。智慧农业通过生产领域的智能化、经营领域的差异性以及服务领域的全方位信息服务，推动农业产业链改造升级；实现农业精细化、高效化与绿色化，保障农产品安全、农业竞争力提升和农业可持续发展。农业从传统到现代，最终会发展到运用物联网、云计算、精准技术的智慧农业阶段，实现最佳的资源利用和最少的成本投入，达到农作物生产、运输和销售的智能化管理。自动化专业不仅要研究农业中电能的生产、输送、分配和利用，而且包括农用技术装备中电工电子技术有关的设计、开发、管理及应用。

“互联网+农业”时代为自动化专业建设提供了发展空间和机遇。自动化专业以其口径宽、面向广和需求多的特色，成为促进农业现代化建设的重要学科专业之一。我国农业发展面临着资源与市场的双重约束，迫切需要转变发展方式。我国发展现代农业将以“精细农业”、“虚拟农业”、“智能农业”和“网络农业”等内容为切入点，组织实施“数字农业科技行动”，突破一批关键技术。它将有助于推动我国农业从依靠经验为主的传统产业，转变为依靠高新技术的现代产业；有助于农业生产由粗放型向集约化转变；有助于推动农业和农村经济结构战略性调整。这为农业院校自动化专业的发展提供了更为广阔的空间和更高的要求。

3 农业院校自动化专业课程安排体现“互联网+农业”特色

农业大学中的理工科与综合性院校、工科院校中的相近专业相比，人才培养存在差异，具有自己的特色与优势。自动化专业毕业生作为工科的人才，要具有较强的工程意识，具备设计能力、技术应用能力以及创新能力。

学科导论告诉学生这个专业将来干什么。针对自动化专业大学新生对自己所学专业认知模糊，容易产生专业迷茫，容易失去自我学习发展的主动性等问题，在大一为学生开设“自动化专业导论”课程，由四个专业课教师来承担，主要讲述自动化专业课程体系，以及自控原理、传感器、PLC及单片机等主干课程的发展前沿，通过课程学习使新生对专业有一个整体和明确的了解，使之能够明确学习目的，提高学习兴趣，增强学习信心，做好专业技能培养和学习规划。作为专业导论课，这门课程的教材和教学内容的处理需要遵循两个原则：专业性和教育引导性。课程对于农业院校自动化学科发展方向和自动化在农业领域的应用予以阐述。把握时代热点，开设人工智能导论、机器人控制技术等相关课程。人工智能导论课程主要介绍人工智能的基本概念和研究方法，重点讲述计算机视觉、规划与行动、多Agent系统、语音识别、专家系统和机器学习等算法及其在农业领域的应用，使得学生对人工智能的发展概况、基本原理和应用领域有初步了解，对主要技术及应用有一定掌握，启发学生对人工智能的兴趣，培养知识创新和技术创新能力。

机器人控制技术课程作为对学生所学控制理论、电路理论、电子技术、机械动力学、传感器技术、运动控制等课程知识的综合升华，以采摘、喷雾等农业机器人为背景，主要涉及机器人的基本结构、机器人运动学和动力学建模、机器人的空间轨迹规划和机器人的位姿控制实现方法。

随着农业和农村经济结构战略性调整，农业生产将出现多学科、多专业的综合应用与联合攻关的新趋势。农业院校自动化专业在形成自己完整体系的同时，不断地向众多门类的自然学科渗透，例如土壤学、农业化学、遥感技术、信息通讯、生物环境、能源工程等。设施农业、精准农业、工厂化禽畜业等都对自动化提出了很高的要求。如何紧跟时代发展，调整和改造我国目前的农业自动化学科，是一项复杂而又艰巨的任务。

4 “互联网+农业”时代农业院校自动化专业实践教学

SRT（大学生科研训练计划）项目围绕农业，体现自身农业院校特色。大学生科研训练计划是专为在校大学生设计的一种项目资助计划，鼓励和支持大学生在导师指导下以团队形式完成科研项目，对提高大学生科研素养，培养大学生创新能力起到了积极作用。农业院校自动化专业在SRT立项过程中，就注重机器人视觉技术、人工智能技术、物联网技术、大数据融合技术等高科技技术应用于农业生产中。体现科技引领现代农业产业体系，引导学生认识到科技在农业产业横向拓展和纵向一体化发展中的引领作用。如基于C51单片机的旋耕机自动调平系统设计、高光谱成像和图像处理技术的水稻纹枯病早期检测技术研究、农用车故障远程诊断系统的设计与实现、温室土壤自动滴灌施肥闭环式控制系统、苹果内外部多品质同步检测方法及装置、蘑菇采摘机器人机械结构设计及控制技术研究等等。

引导大学生参加科技竞赛，选与农业有关的课题。南京农业大学工学院积极组织学生参加“东方红”杯全国大学生智能农业装备创新大赛，在已成功举办的两届比赛中，“面向农情信息采集的小型四足柔性机器人”获得A类特等奖；“禽蛋品质检测流水线系统”、“果园多通道红外对靶风送雾化器设计”、“便携式稻种发芽率检测仪”获得A类一等奖；“即熟型3D食品打印机”、“基于机器视觉的蔬菜黄叶分拣机器人”、“基于FPGA的母猪产前行为识别系统”、“基于静电离心雾化技术与路径规划算法的精量施药无人机”、“大棚便携式除草机”、“智能精量播种控制及漏播监测系统”等获得A类二等奖；“田间行走机器人”获得B类一等奖；“果园自动对靶施药机器人竞技”获B类二等奖；“温室微环境巡检机器人”获C类二等奖。

大学生社会实践，立足农业服务农业。利用暑期实践，组织安排自动化专业学生深入农业相关企业开展调研，了解农业方面对自动化的实际需求，明确当前自动化设备在农业中的应用现状，发现存在问题，运用自己的专业知识，提出个人解决方案。如针对大丰上海农场农业装备自动化程度调研、盐城拖拉机厂自动化流水线调研等。

校外实验实习基地选择兼顾自动化专业与农业特色。南京农业大学工学院目前签约的校外实习基地有盐城大丰上海农场、海丰米业、大丰鼎盛农业有限公司等。通过参观、使用大型农业机械进行联合收割、灭茬、施肥等作业情况，理解现代农业生产对农业装备自动化的需求和使用情况，明确对农业特色自动化专业人才培养的要求。

老师的科研课题，注重专业与农业的结合。南京农业大学工学院汪小旵教授团队主要从事设施温室物联网管控技术和设施农业机械两个方面的研究。沈明霞教授领衔的科研团队围绕农业信息采集、传输、处理、发布和反馈控制等共性技术展开科学研究，凝练出设施养殖自动化、设施种植智能化以及农产品质量快速智能检测3个重点科研方向，是一支多学科交叉的信息农业高素质研发与推广团队。尹文庆教授团队的主要研究方向有：种植与收获机械设计理论，农业生物及环境测控技术。围绕农业生产需求，重点针对旱地作物自动移栽机、谷物联合收获机、农业生物及环境三维重构的基础理论、关键与前沿技术进行研究。这些研究丰富了自动化专业的知识体系，拓展了自动化专业的研究领域。

5 “互联网+农业”时代农业院校自动化专业毕业生就业岗位具有了高大上的特点

随着农业现代化的发展，智能农业彻底颠覆了“锄禾日当午，汗滴禾下土”的传统观念，农业领域发展成为高大上的产业。农业互联网将从“空间、时间、成本、安全、个性化”五个角度全面改变农业面貌，“互联网+农业”将大幅推动了智慧农业的进程。农业机器人可以提高劳动生产率，解决劳动力的不足改善农业生产环境，防止农药、化肥等对人体的伤害提高作业质量。无人机技术在农业发面的应用标志着我国农业走向高科技的农业时代，如无人机应用于农业植保方面，克服了农作物株高和密度的限制。信息化实现农业生产全过程的信息感知、智能决策、自动控制和精准管理，农业生产要素的配置更加合理化、农业从业者的服务更有针对性、农业生产经营的管理更加科学化。农业概念已经不是传统意义上的种植业或农林牧副渔，而是集合农业生产业、加工制造产业及生活服务产业。自动化在农业领域有广阔前景。

中国新农人，让农业变得更具魅力。“新农人”是在互联网和电商时代崛起的新农民群体。与中国传统农民不同，他们为了创业理想而投身到农业行业之中，并进行科学化、系统化的生产创业活动。主动选择土地，却不再被土地束缚；同样面朝黄土背朝天，却不再充满悲情。他们用新理念、新技术，讲诉土地的故事，也演绎着中国农业现代化的希望。他们为传统农业转型注入了新的元素和能量，成为引领新农民、发展新农村、托起新农业的一支新的生力军。自动化学科是一门多学科交叉的高技术学科，有利于培养宽口径、多面手、综合复合型人才，正好适应农业领域多学科交叉的特点。高等农业教育肩负着发展农业科技、培养人才的使命，农业院校毕业生将在未来在农业领域施展才华建功立业。