高校农业物联网基础课程建设与改革

朱瑞金，张 涛，唐 波

(西藏农牧学院电气工程学院，西藏 林芝 860000)

0 引言

我国是人口和农业大国，但人均耕地面积低于世界平均水平。为了积极应对新一轮的农业发展和技术变革，将农业与物联网相结合，促进农业经济转型和发展，教育部积极推进农业物联网专业建设，促进高校教学内容和教学方法的改革。

农业物联网基础课程为西藏农牧学院创新创业实验室开设的一门公共选修课程，旨在为全校农牧类专业学生提供农业物联网基础知识。物联网技术所涉及的专业领域覆盖面广，学生对于专业知识的掌握相对薄弱，应在教学实践中介绍物联网的基本结构，及其感知层和网络层涉及的关键技术，提高学生运用农业情景感知技术进行物联网应用系统设计的能力。农业物联网课程主要包括单片机、传感器、电路控制等内容，开设两年以来为全校农牧类专业学生提供了智能农业方面的相关知识。传统的教学模式以教师授课为主，但仅靠理论教学难以满足教学需求，因此该课程更加重视实践教学。应结合本校特色，优化教学方式，探索出适应农牧类专业学生发展需要的课程改革方案。目前，高校农业物联网类教学存在理论难以联系实际，学生实践培养不足，无法培养出解决实际问题的人才等问题。本文提出了一种虚实结合的教学理念，结合仿真编程软件，使学生能够实际掌握和应用课程理论，并引入了现代化的教学方式，实现了学科交叉。

1 农业物联网基础课程特点

农业物联网基础课程是一门理论与实践相结合的课程，旨在解决智能农业问题，课程综合性强，涉及学科多，要求学生具备一定的计算机基础知识和通信技术基础知识。

农业物联网是一个复杂的系统，教学内容涉及电子、通信、计算机、农学等学科和领域。对感知层、传输层、处理层和应用层等农业物联网关键技术进行教学研究，重点使学生能够掌握农业个体识别、情景感知、异构设备组网、多源异构数据处理、知识发现与决策支持等技术，使学生能够运用不同种类的农业设备、传感器突破数据共享屏障，通过M2M通信技术共享运行参数，遵循基于大数据与人工智能的控制策略实现农业全过程的最优自动化控制。通过学习使学生掌握基于物联网的智慧农业系统设计方法，进而实现农业智能化。

2 农业物联网基础课程教学存在的问题

2.1 课程专业性较强，课堂教学难度大

农业物联网基础课程专业性较强，涉及多门学科内容，课程难度较大，对授课教师的专业能力要求较高。学生对枯燥的教学内容缺乏兴趣，学习主动性不高，导致学习效果不理想。以ZigBee技术为例，教师虽然讲解了相关概念和技术标准，但是学生不知道如何应用ZigBee技术，不了解ZigBee技术与近距离无线通信技术相比所具有的优劣势，实践应用能力较差。

2.2 授课重理论，学生缺乏实践机会

农业物联网基础课程是一门理论联系实践的课程，但是部分教师教学观念陈旧，授课时重理论、轻实践，导致学生不了解这门课程的应用价值，学习动力和热情不足。此外，受到学校实验室条件的限制，学生缺乏参与实践训练的机会，导致实践操作能力较差。

2.3 课程考核方式单一，缺乏对学生综合能力的考查

农业物联网基础课程期末成绩总评中过于关注学生的理论考试成绩，课程考核方式单一，考试题型多为概念类题目，缺乏对学生综合能力的考查，学生为应付考试花费大量时间在学习和复习理论知识上，忽视了对自身实践技能的提升。理论考试试卷的出题题型也大多为概念类题目，忽视了对学生的思考能力和处理实际问题能力的考核。

3 农业物联网基础课程教学改革策略

农业物联网基础课程改革目标为：重视理论与实践相结合，将学生培养成为具有综合分析能力和动手实践能力的高素质人才，为我国农业现代化发展提供新动力。

3.1 引入现代教学手段，提升课堂效率

采用分组教学，将具有一定信息技术基础与零基础的学生进行分组，并根据不同专业开展有针对性的教学计划，进而提高课堂效率。开展以应用目标主导教学内容和教学过程的项目教学法，在教学手段上注重传统教学手段与现代教学手段(如多媒体课件、计算机仿真等)相结合，使用仿真软件完备的元器件库和虚拟测试仪器，使单片机的抽象概念直观化，程序运行结果可视化，有效提升教学效果。为学生提供智能控制/感知方面的知识，使学生形成新农/工科背景下学科交叉的专业知识结构。

3.2 利用仿真软件提高学生的综合分析能力

根据教学要求与教学目标，学校为学生提供了农业综合开发系统、仿真软件等设备，方便学生开展各种实训项目。例如，利用Proteus软件进行电路硬件原理图设计和汇编语言程序设计，并结合Keil软件进行C语言程序设计，同时安排经验丰富的教师进行指导，完成从硬件设计、制作到软件写入、调试的学习，不受实训学时安排和实验器材的限制，提升了教学质量和效果。

3.3 革新课程教学方法与手段

课程教学体现“做中学，做中教”的教学原则，灵活运用多种教学方法，突出学生的主体地位，合理运用现代信息技术进行教学与管理，实现优质教学资源共享。重视实验、实训、实习等实践教学环节，以真实的任务为实习实训项目，将课内学习与课外学习相结合，引导学生自主学习，并将所学知识技能有效应用于实践中。广泛使用示教仪、投影仪等电化教学手段，增强学生的直观感受，进而提高教学效果。

3.4 建设实践教学基地，使理论与实践并重

学校购入大量实验器材，现已拥有多套物联网实验箱，及具有仿真、实验功能的综合单片机实验箱，同时拥有多套模块化的树莓派微型电脑和基于STM32的传感器。制定实验室规章制度，规范实验流程，减少实验事故的发生几率。建设校外实践教学基地，与相关企业开展合作，建立长期合作机制。优化实验实训的教学形式和内容，开设综合性、创新性实验。鼓励教师参与科研活动，加强对教师的培训力度，提升教师的实验指导能力。增加实践教学学时，提升学生的实践操作能力。

3.5 优化教学考核方式，多种考核方式并举

在传统的期末考试中，理论考试成绩占80%，平时成绩占20%，平时成绩还包括考勤、上课情况、作业完成情况和实践操作情况。这种考评方式对实践能力的重视不足，对学生的评价不够全面。

第一，将期末理论考试成绩占比调整为60%；增加实践操作考核所占比重，调整为20%。

第二，重点培养学生的动手能力，提高学生的实践操作能力，加强师生之间的沟通交流，增加课堂反馈机制考核，调整为10%，以激发学生的学习兴趣，提升教学效果。

第三，考勤、上课情况、作业完成情况等平时成绩占总成绩的10%。

3.6 丰富课堂教学手段，建设课程资源库

第一，丰富课堂教学手段，创新教学模式，让学生参与到课堂教学中，成为课堂的主人，突出学生的主体地位。教师要发挥引导作用，紧密结合教材内容，利用信息技术编制配套的教学课件，拍摄课程微视频，突出重点并解决难点问题，简化教学过程，降低学生的学习难度，积极调动学生的形象思维，深化其对知识的记忆和理解，培养学生的自主学习能力。

第二，建设课程资源库，开发课程教学网站。资源库内容包括专业介绍、师资介绍、课程介绍、授课教材、教学大纲、教案、学案、作业习题、实训指导、参考资料目录、网络课件、仿真软件、仿真模型、课程微视频、网上(师生、生生)交流互动平台、网上考核评价平台、网上理论考证平台、优秀学生作品等，且均能在网站上浏览，具备动态更新和日常维护功能，可以引导学生进行自主学习并达到学习目标。

4 结语

农业物联网基础课程涉及多门学科，学生能够在课程学习中提升实践操作能力、综合分析能力和独立设计能力，进而培养出适应农业发展需要的专业人才，促进农业智能化的实现。开展农业物联网基础课程建设与改革，能够使学生提升实践操作能力、综合分析能力和独立设计能力，进而培养出适应农业发展需要的专业人才，促进农业智能化的实现。