产教融合、多元共享的智慧农业虚实结合仿真平台建设研究

刘凯文 严方

（江苏农林职业技术学院，江苏 句容 212400）

一、前言

《中共中央、国务院关于全面推进乡村振兴加快农业农村现代化的意见》（2021 年中央一号文件)的指出“乡村振兴关键是产业振兴”。产业振兴人才先行，培养一大批“懂农业，爱农村、爱农民”的高素质技术技能型人才，当前已成为全国农业院校的紧迫任务。

教育部等九部门印发的《职业教育提质培优行动计划（2020-2023）》文件将“遴选100 个左右示范性虚拟仿真实训基地”列入其中，通过将虚拟现实技术、人工智能技术与职业教育实训教学深度融合，解决职业教育实训教学“高投入、高耗材、高危险、难实施、难观摩、难再现”的问题，解决实训教学资源不足的问题。构建与生产实训情境接近的教学环境，拓展实训教学内容广度和深度、延展实训教学时间和空间、提升实训教学质量和水平，通过“科技引领，虚实结合；育训结合，教学创新；一校一策，共建共享；科学管理，规范考核”等要求，为高职院校虚拟仿真实训基地建设指明了方向。

随着农业产业体系的调整，我国农业必将向规模化农业、新型农业主体、互联网+农业、高科技农业和农产品精细化深加工的方向发展，对农业从业人员的综合素质提出了新要求。长期以来，因农业生产具有的季节性强、周期长、有害生物风险等原因，涉农从业人员的实训教学困难重重。虚拟仿真教学，具有不受季节、自然环境限制，且低代价、零风险和易重复等优势，必将成为破解智慧农业人才实训教学难题的有效手段。产教融合、多元共享是当代实训基地建设的基本共识[1,2]，但从全国来看真正落地并产生自生性能力的实训基地比例并不是很高。陈志杰等从产教融合的生态本质出发，提出产教融合的内涵在于生态建设[3,4]。李俊,李东书对比了德国和英国模式和中国的产教融合的异同，指出政府在产教融合的主导地位[5]。郑钰佳等提出政府、高职院校、人力资源公司、企业(行业)四位一体，实现产教融合[6,7]，但对于学校与政府的命运共同体关系没有进一步阐释，也就是地方政府如何在产教融合中获取效益。向芳等进一步阐释了校政企各方在产教融合中的位置与利益关系，从根本上揭示了产教融合的本质，即利益各方的命运共同体建立。依托智慧农业虚实结合仿真平台的建设，为智慧农业仿真平台的功能规划、运行管理、共建共享机制建立了良好模式，形成了权责量化、多元互易的内生发展机制。智慧农业虚实结合仿真平台共建共享过程中的命运共同体建成实质就是技术集成创新同频，数字红利分享共振，形成仿真平台建设与应用的生态圈。

二、建设虚拟仿真创新研发中心

中心的主要任务是农林仿真实训教学资源研发、农林虚拟仿真衍生技术创新。中心引入企业冠名制，企业投入软硬件资源和研发人员，学校提供场地，以及师生团队，产出的研发成果和知识产权校企共享。

中心以VR 园林虚拟协同作业、AR 园林生产巡视装备研发为切入点，探索虚拟现实技术与农林生产的融合途径。建成由15 类农林产品生产过程仿真工程数学模型、虚拟三维模型组成的农林仿真模型库。利用大数据、人工智能技术开发园林虚拟仿真实训算法，形成实训教学智慧诊改系统。利用虚拟场景素材，研发园林三维GIS 精准作业机器人、园林三维GIS 管控技术。

中心依照企业场景建设，满足仿真资源建设全过程要求，同时满足学校创新创业教育需求，实现“教科研创”一体化。将虚拟仿真作业的流程与工艺融入新型活页式、移动数字化教材，建立专业课程教材与虚拟仿真教学内容动态更新机制，建立每2 年更新一次的常态化更新机制，及时更新活页式教材内容，将现代农林的新技术、新工艺、新规范融入教材，使教学内容更新与产业技术升级同步。开发20 部立体化活页式教材。

以设施农业、智慧园艺、家庭农场为对象，开发农业设施设计与建造、植物生长营养调控、植物工厂、农业智能设备应用、植物种苗脱毒等综合性的虚拟仿真实训项目。以“数字植物工厂”模型来代替实际的植物工厂场景，建设设施农业中的景观、设备等要素素材，如树木、大棚、水肥一体化设施等，满足《蔬菜生产技术》《作物生产技术》《无土栽培》等课程的实训所需；同时可以用在学生创新创业中，将实际案例制作成资源，既能够供具体项目使用，又能够丰富素材资源库，循环推进，加快资源建设。

三、建设虚实结合仿真实训中心

虚实结合引领园林绿化养护行业的精品化、智慧化升级，建设1:1 虚实结合5000m2高标准智慧园林养护教学工场，打造融合3S、人工智能、物联网、自动控制等技术，集智能化测绘、巡查监控、节水精确灌溉、生态污染和病虫害监控等功能为一体的智慧养护系统，实现养护的低碳化、智慧化目标。

构建仿真、互动的园林景观场景，学生在虚拟环境中开展园林规划设计相关课程实训，消除专业学习技能实训时间有限、空间生产场景的限制，解决真实环境难以具备或难以完成的教学功能（如景观小品拆装、景观园林建造等）。现代园林技术类课程实训资源针对高职学生特点，对接园林养护等岗位典型工作任务需求，以园林产业职业从业成长历程为线索，能力为本位，从感性到理性，从简单到复杂，从具体到抽象，以学生职业成长可视化为主线，结合虚拟仿真技术特性改造现有的实训课程体系。

围绕园林植物识别、园林设计与施工等实训项目，采用VR、AR 等技术，自主研发园林植物园虚拟仿真系统、园林设计虚拟仿真系统、园林施工虚拟仿真系统。引进AR 增强现实系统及园林全息三维展示系统。

打造融合3S、人工智能、物联网、自动控制等技术，集智能化巡查监控、节水精确灌溉、生态污染和病虫害监控等功能为一体的智慧园艺。从生产端开始接受农业原始数据，利用现代化技术进行处理，同时利用现代化的展示手段，将现代农业的技术进行表现。真实生产与虚拟仿真相结合，打造“线上+线下”园艺虚实结合仿真实训平台，提升学生的实践能力。修订人才培养方案，将虚拟仿真资源充分融入课程体系，融入“云实训”“云讲台”“云农场”等新型虚拟仿真教学形式，示范开展“线上+线下混合虚拟仿真教学”，创新人才培养模式。

四、构建“四维赋能”的平台建设生态

“四维赋能”的核心是现代农林虚拟仿真中心，支点是学院产教研培平台。核心与支点间双向赋能，技术集成创新同频，数字红利分享共振，构建育训生态。

（一）依托彩叶林木等4 个国家科研基地，开展“农林+”仿真技术融合创新和“农林+”仿真技术衍生创新，构建创新生态。

（二）依托国家农林职教集团，荟聚众力转化推广“三新”技术，应用推广仿真资源，构建服务生态。面向南京农高区、中植集团等政企涉农岗位职业培训实际需求，采用校校合作、校企合作等多种形式，依托学院多年积累的农林生产及病害大数据资源，利用数字媒体等专业的技术优势，开发农林三维模型及算法支撑体系，实现生产实景、教学实景与虚拟仿真实训场景的时空转换，推进“农林+”仿真技术融合创新。

（三）依托国家新型职业农民培育示范基地等2 个国家级培训基地，开展虚拟仿真为特色的新型职业农民数字技能培训，构建培训生态。

（四）依托中肯农业科技示范园等2 个国际交流平台，推广农业农村数字技能培育中国标准，构建国际化生态。形成双语化草莓种植技术等5 个现代农艺仿真教学资源，《草莓省力化高效栽培技术》等双语活页式技术(培训)手册 8 种，传递“一带一路”数字化农业人才培养的大国担当。

五、产教融合服务地方特色农林产业

充分融入5G、AI、大数据等技术手段，实现生产实景、教学实景与虚拟仿真实训的时空转换。仿真技术创新申请公开发明专利8 件，著作权20件，承担省级及以上教科研课题5 项，结题省级及以上教科研课题4 项。研发GIS 精准作业机器人、病虫害微流控检测等仿真衍生创新技术，形成发明专利4 项，推广农林智能装备4 件。

六、等价互易形成仿真平台内生发展的可持续发展机制

（一）等价互易，形成仿真平台持续“造血”机制

建立共建共享资源的多元互易机制，包括：基地实训中心、研发中心的冠名权；虚拟仿真素材二次开发权；自有产权和自主知识产权虚拟仿真实训软硬件资源的所有权、使用权和销售权；培训市场和技术服务市场资源的共享等。探索企业横向、财政支持、培训投入、项目股份制收益、政府示范等多种筹资渠道。充分挖掘基地资源人才潜力，有序推进社会示范性培训、装备与衍生产品研制与销售、新技术新工艺新产品推广、技术成果交流与展示、现代农林技术虚拟交流等“造血”活动。

（二）量化贡献，形成权责量化机制

围绕资源的开发建设、应用维护、示范推广等资源生态要素，进行权责平等量化，通过量化的共享权限，建立团队利益约束组织形式，形成团队成员、合作企业、用户、关联企业等建设成员间的共建共享、利益分配标准，并以“贡献分”形式表达。

（三）借鉴“独董”，形成独立监督机制

借鉴“独董制”，建立第三方监督团队，对团队“首席项目经理竞标”、项目非财政资金投入与分配、项目建设效能评估、多元互易项目等进行独立监督。

七、建设成效

围绕农林虚拟仿真核心技术，在生产过程仿真工程数学模型、虚拟三维模型、虚拟仿真实训大数据算法、三维GIS 精准作业机器人、三维GIS 管控技术等方面形成密集的自主知识产权体系，发明专利申报23 项，软件著作权申报42 项，发表科研、教改论文15 篇。

建成园林植物种植与养护等10 类虚拟仿真资源群，包括2.5 万个素材资源、76 个实训项目；建成现代园林工坊等三大类生产实景1:1 虚实结合实训平台，形成对15 个专业、45 门课程、15 类“长三角”特色农林产品、15家重点企业的覆盖。形成创新型人才培养的“线上+线下”融合课堂，形成现代农林虚实结合仿真实训体系。