智慧农业人才实践能力培养与产业集群打造对策研究——以福建省茶产业为例

侯毛毛，钟凤林

（福建农林大学 园艺学院，福建 福州 350000）

国家对于智慧农业的重视程度日益提高。近年来，中央相继推出了一系列政策，推动智慧农业的发展，如“互联网+农业”行动计划、“数字农业”产业发展规划等文件，从国家层面上鼓励和支持农业信息化、智能化和自动化的发展。同时，智慧农业也成为了各地区和企业投资的热点领域。越来越多的资本涌向智慧农业，促进了科技创新，提高了农业生产效率，改善了农民生产和生活条件。

福建的茶叶产业在国内茶叶市场中占据着重要的地位，且在国际市场中也有不俗的表现[1]。福建茶叶以白茶、乌龙茶、红茶等品类为特色，深受消费者喜爱[1-2]。同时，政府也非常重视茶叶产业的发展，在政策层面上给予了大力支持，如加强科技创新推广、扶持农民提升产业素质、强化品牌建设推广等，将茶叶产业打造成为福建省农业的核心产业之一[3]。近年来，福建茶业以提高茶叶品质、提升生产效率和扩大茶叶市场份额为目标，推进数字化、网络化、智能化发展，在智慧农业领域，为茶园规划、管理、估产和灾害治理等提供大数据支撑，不断优化茶叶生产过程，提升茶叶的品质和附加值。

然而，作为新兴产业，福建省智慧茶业尚处起步阶段，在传统茶业向智慧茶业转型过程中面临人才培养、产业链优化、产业集群形成等多重挑战。在2021年福建省创新战略研究科协联合项目“乡村振兴战略下福建省智慧农业科技成果转化路径与高科技产业集群打造研究”（2021R0152）支持下，本研究通过实地调研，分析了福建智慧茶业转型面临的人才问题，探索了高校提升智慧农业人才实践能力的方案，并提出了智慧茶业产业集群打造对策。

1 福建省茶产业转型面临的人才问题

传统茶产业要求人才具备三个主要技能：（1）茶园管理和茶叶生产技能。对于茶农和技术人员来说，需要掌握茶树的栽培、病虫害防治、采摘、加工等传统技能，能够熟练地进行茶叶的制作和管理工作。（2）品质认定能力。茶叶品质是茶叶的核心竞争力，因此要求人才懂得如何品尝、辨识茶叶的品质，并且掌握相关的品尝技巧。（3）茶叶营销和渠道管理。需要人才懂得如何进行茶叶市场调研、制定市场策略和开拓渠道等方面的工作[4]。

现阶段国家战略要求传统农业向智慧农业发展，这就对人才提出了更高的要求。通过对省内60余家拥有智慧茶园或在某个环节具备智慧生产能力的茶企进行调研，发现智慧生产操作工人、技术骨干、创新型和综合型人才极度匮乏。这四类人才具体如下：（1）操作工人。智慧茶产业的发展离不开智能设备和操作，因此需要一批掌握相关技能的操作人员，他们需要具备丰富的生产技能和经验，能够操作各种自动化、数字化设备，保证产能和质量稳定。（2）技术骨干。智慧茶产业需要大量设计、制造和技术服务等人才，这些人才需具备深厚的理论基础，熟悉电子技术、信息技术、材料科学等多个领域，能够解决茶产业实际生产过程和终端市场所需的技术难题。（3）创新型人才。智慧茶产业要求人才具有创新意识和创新能力，能够发现传统茶产业存在的问题、突破阻碍茶产业发展的瓶颈、优化整个产业链条。（4）综合型人才。这些人才不仅要有茶产业的实践经验，还需要具备市场营销、金融投资、法律知识等相关能力，实现将茶产业与其他相关产业的合理融合。

高校是智慧农业人才培养的主力军，产业需求引导下的人才培养，要求人才具备较强的实践能力[5-6]。然而，对标产业中匮乏的四类人才，无论是操作工人、技术骨干，还是创新型和综合型人才，当前在培养上面临的最大问题都是高校智慧农业实践条件的缺乏，致使人才实践能力得不到有效锻炼。

2 智慧农业（茶业）专业人才实践能力培养的探索与实践——以福建农林大学园艺学院为例

2.1 条件建设

高校提升专业人才实践能力的方式包括课程实验、专业综合实习、毕业实习、劳动教育等。其中，专业综合实习、毕业实习、劳动教育都是依托企业开展，课程实验则更依赖于校内的实践条件[7-8]。作为2020年成立的新专业，福建农林大学智慧农业专业的校内实践条件相比于其他专业显得较为匮乏。为了更好地提升实践能力培养质量，在《关于一流本科课程建设的实施意见》(教高〔2019〕8号)的指导下，福建农林大学智慧农业系建设了《东南沿海梯田》虚拟仿真实验课程，搭载有梯田式茶园系统。

梯田式茶园主要是在上述斜坡茶园的基础上，沿斜坡面开设一级一级的阶梯状的植茶阶面，这样的茶园更有利于耕作，而且可以在一定程度上防止水土流失。梯田式茶园土质条件优越，可给予茶树充足的光线和空气，使得福建茶叶具有清新回甘、香气浓郁、口感柔韧等特点。然而，梯田式茶园多处丘陵区，茶学实验往往会受到季节、天气、地理环境、安全等诸多因素的限制，不能随时随地开展，学生难以形成直观、系统的认识。在此背景下，《东南沿海梯田》虚拟仿真实验课程应运而生，系统涵盖了梯田茶园管理方法、茶树生长过程、茶树水分养分需求特点、基础设施建设、灌溉智能化等方面的内容，将智慧农业前沿知识与传统茶学深度融合。该系统还具备开放性的特点，未来可以搭载智能机器人采摘、智能仓储控制、智慧营销、数字溯源等茶叶全生命周期管理方面的内容。

实验系统通过3D仿真技术实现虚拟教学仿真。3D引擎在Windows平台下通过DirectX技术实现3D渲染。通过骨骼动画、关键帧和序列帧动画制作3D动画，通过计算机图形学（实时阴影，光照贴图，凹凸贴图等）和计算几何学（碰撞检测、射线检测、刚体、流体模拟等）等实现现象仿真。建设完成的梯田虚拟平台开放、扩展、兼容，软件系统操作便捷、运行流畅、画面分辨率高，完整地还原了梯田地貌和其他各部分组成。通过模拟情景再现，将知识点附加在三维模型之上，实现关键知识要点在虚拟环境中的三维可视化，加深学生对知识要点的联系和掌握。

2.2 方案设计

从实验过程和考核方式两个方面进行方案设计（表1）。实验过程方面，由于茶园智能灌溉系统建设、运行和维护成本高，水路电路交织致使安装过程存在一定安全隐患，传感器等精密控制设备易损易耗，采用虚拟仿真实验教学解决学生正式实验前的培训问题；同时，定制缩小版梯田用于实体实验，以锻炼学生实际操作能力。考核方式方面，在传统考试和实验报告的基础上增加过程化考核，其中虚拟实验对学生的每一步操作的正确性、规范性、安全性进行自动记录、评估和评分，并实时输出详细的考核记录单；实体实验则根据知识应用、实验操作和实验结果等进行综合评价。学生实验操作步骤和考核知识点均根据产业和用人单位需求的调查结果进行设计，共10个操作步骤和23个知识要点。为了更好地分析和比较不同方案的优劣，设置了六种不同模式，分别为实体实验——传统考试（传统模式）、虚拟仿真——传统考试（模式一）、虚拟仿真——实体实验——传统考试（模式二）、实体实验-过程化考核（模式三）、虚拟仿真——过程化考核（模式四）、虚拟仿真——实体实验——过程化考核（模式五），如表1所示。

表1 实验教学方案

实体实验和传统考试（实验报告）较为常见，不再赘述。虚实结合实验方法结合过程化考核（模式五）为探索重点，其具体实施过程如下：课程之前，学生对虚拟平台和虚拟软件中的实验教学内容进行预习和试操作。课程开始，教师在多媒体实验室演示虚拟教学平台中的虚拟软件，学生正式进入实验学习，学习难点的解答和互动通过网络平台中的在线答疑功能进行。模块一（梯田茶园智能灌溉系统）虚拟实验完成并测试合格后，学生可进行预约实验，按照预约时间和地点进入实验室，完成灌溉系统安装和调试。模块二（茶树生长与茶叶生产）虚拟实验完成并测试合格后，学生可预约进入实验室进行茶叶制作学习。虚拟实验根据学生操作实时在线评分并及时反馈成绩，学生在第一时间纠错和总结，并将虚拟仿真中获取的知识和培训经验应用于实体实验。教师对学生实体实验的每步操作进行评分并给予说明，虚拟实验和实体实验结果按照比例计算总分。学生可在虚拟软件中的反复练习，通过虚实结合的方式充分培养实践能力。

2.3 方案优选

2.3.1 评价指标。为在上述六种方案中探寻最优方案，本研究选取学生接受程度、教师接受程度、教学管理难度、实验教学成本和学生考核成绩作为评价指标。学生接受程度、教师接受程度、教学管理难度和学生考核成绩等指标涵盖实验所有受众面即学生、教师和实验员，同时结合实验教学成本综合方案可行性和实施效果。不同指标赋分对象和方法如表2所示。

表2 指标赋分者、赋分方法和标准

根据表2赋分方法后取得的指标值如表3所示。值得注意的是，从学生和教师的接受程度看，传统考试模式下学生更愿意接受虚拟仿真实验教学，而教师倾向于接受实体实验教学，这可能由于互联网+时代下虚拟仿真教学模式新颖、贴合潮流，学生更愿意选择线上虚拟仿真学习，教师则更注重教学效果和学生实操能力，因此选择采用实体实验方法。从教学管理难度和实验教学成本来看，虚拟仿真结合实体实验教学模式的管理难度大、建设成本高，这主要由于虚拟仿真实验增加了软件制作成本和机房管理工作。然而，相应地，虚实结合教学模式取得的成效也最为显著，传统考试模式和过程化考核模式下学生考核成绩均处于最优水平。

表3 教学改革模式评价指标和指标值

2.3.2 模型优选。本研究综合考虑学生和教师对方案的接受程度、方案可实施性及成效，引入多目标、多指标决策的成熟统计学方法——熵权系数评价模型[9]，对不同模式的优劣进行比较和评价。模型建立方法如下：

假设方案共m种，评价指标有n个，本研究中的评价指标包括学生接受程度、教师接受程度、教学管理难度、实验教学成本和学生考核成绩共5项指标，方案共6种，所以n=5，m=6。m种不同方案结合n个不同指标可得到评价矩阵[10]：

式中：rij为第i种方案下第j个指标值。对于某个指标rj，有信息熵Ej：

第j个指标值的熵值按下式计算：

第j个指标的客观权重按下式计算：

表4所示为本研究中的指标权重，其中主观权重由16位具有高级职称的专家赋值后取平均值。从赋值结果来看，学生考核成绩即最终成效的主观权重高达0.51，表明学生学习效果是本研究中一线教师和研究者最为重视的指标。

表4 指标权重

不同方案的综合评价系数熵权评价值λi可通过如下公式计算：

不同方案熵权系数评价值如图1所示。图中可看出，模式五和模式二熵权系数评价值显著高于其他模式，表明虚实结合的教学方法综合效果最优。相同的教学方法下，过程化考核熵权系数评价值高于传统考试，表明对于实验课程，过程化考核优于传统考试。依据熵权系数评价值越高，方案综合效果越优的模型原理，本研究中模式五为最优方案，即虚实结合教学方法和过程化考核相结合最有利于学生实践能力的提升。

图1 不同方案熵权系数评价值

因此，福建农林大学园艺学院智慧农业专业通过条件建设、理论研究、方案比选、量化决策等方法，探索出了适宜的人才实践能力培养方案，即虚实结合教学方法和过程化考核相结合，该方案可应用于智慧农业尤其是智慧茶业的人才实践能力培养。

3 智慧茶业产业集群打造对策

衔接和优化产业链、打造产业集群，可以使得人才价值最大化。福建（福州）作为数字中国峰会之地，拥有悠久的产茶史和庞大的茶产业，在智慧茶业产业集群打造方面具有天然优势。本研究结合调研结果和团队工作经历，提出打造和优化福建智慧茶业产业集群的对策包括整合优势资源、培育独角兽企业和激活上下游产业。

3.1 整合优势资源

地方政府、行业组织、科研院所以及大型企业，应共同探讨优势科技资源整合方案。政府可适当加大对智慧茶业产业集群建设的经费投入和政策扶持，通过金融扶持、税收减免等措施促进企业更好地发展；行业组织可积极推动建立高科技智慧茶产业集群的培育机制；高校和科研院所除了人才培养外，应加强研发先进智慧生产技术如智能灌溉系统、无人机航测、远程阳光房、物联网等，探索数字孪生、机器学习、图像识别等前沿技术在茶叶生产中的应用；大型企业之间应加强智慧茶业产业群体化建设，完善制度保障和标准化管理，建立产业集群常态化管理、交流和合作机制。

3.2 培育独角兽企业

以自主研发的科技成果为纽带，衔接高效科研资源和龙头企业的产业资源，快速推进一个或两三个规模较大、产业带动力较强并且技术处于领先地位的智慧茶企发展，形成中心。通过吸引和辐射效应，鼓励配套技术、设备、产品投资商和服务商的进入，逐步形成大配套产业集群。通过拓宽茶叶多元化开发和市场渠道，提升茶叶综合价值和品牌影响力。

3.3 激活上下游产业

依托省、市智慧农业创新中心，建立一个专业、权威的市场服务和反馈平台，激活智慧农业市场信息、销售渠道、研发设计、装备制造、产品制造、金融、物流、电子商务等服务产业，形成以市场为核心的大产业集群。同时，延揽精通全产业链运营的专业人才进入茶产业，通过激励机制、交流合作等方式促进人才的梯次结构和聚集效应，提升人才培养服务茶产业集群的能力。

4 结语

发展智慧农业是践行国家农业现代化战略的重要途径，而高科技智慧农业产业集群的打造离不开专业人才。本文阐述了智慧农业发展面临的人才问题，介绍了福建农林大学以特色专业-茶学为核心培养智慧农业专业人才实践能力的实例，提出了智慧茶业产业集群打造对策，以期为福建省智慧农业尤其是智慧茶业的发展提供一定参考。