智慧农业视野下农业资源与环境专业实践教学模式构建

杨 兰，韩永亮

（湖南农业大学 资源学院，湖南 长沙 410128）

引言

作为我国国民经济发展的根本，农业的科学合理发展，对于我国经济的发展和社会的稳定具有重要作用。发展智慧农业不仅是我国农业现代化和产业化的发展方向，更是我国实施乡村振兴战略和推动农村现代化的重要举措。“农业环境保护学”课程作为农业资源与环境专业的必修课，培养通过理论知识解决实际生产问题的现代化人才是该门课程的主要目标。在传统课堂上，课程知识的传授主要采取课堂讲授的方法，可以使学生掌握基本概念和原理，但也存在学生理解起来不容易，课后复习难以实现等问题，影响教学效果。当前，高校的校园网网络基础设施已经建成，校外教学基地也已建立并得以完善，随着教学条件的改善，“农业环境保护学”教学模式必须进行优化改革，才能满足社会对人才的需求。

一、智慧农业提出的背景

“智慧农业”的概念最早于2014年提出，从2016年开始，几乎每年的中央一号文件都会提到它。“农稳社稷，粮安天下”，农业始终是关系国计民生的基础性产业。我国作为农业大国，始终把农业农村发展放在首位。《中共中央 国务院关于做好2022年全面推进乡村振兴重点工作的意见》指出，“大力推进数字乡村建设。推进智慧农业发展，促进信息技术与农机农艺融合应用”，可见智慧农业已是农业发展的大趋势。我国是农业大国，而非农业强国。尽管智慧农业在我国还处于起步阶段［1］，但在国家的大力倡导下，现代农业生产过程已经更加精细化、可视化、智能化、简单化、现代化。

作为农业生产的高级阶段，智慧农业是集新兴的互联网、移动互联网、云计算和物联网技术为一体，依托部署在农业生产现场的各种传感节点（环境温度、湿度、土壤水分、二氧化碳含量、图像等）和无线通信网络实现农业生产环境的智能感知、智能预警、智能决策、智能分析、专家在线指导，为农业生产提供精准化种植、可视化管理、智能化决策［2］。管理人员可以通过各种信息终端（手机、电脑等）对种植环境信息进行实时掌握，不出门便可知道田地中的具体情况，从而根据相关预警信息通过控制系统对农业情况进行调整，达到作用科学种植、科学管理的目的与作用，并最终实现农业生产节能降耗、增产增收、绿色环保的目标，促进我国农业的发展［3］。

二、“农业环境保护学”课程概述

“农业环境保护学”是农业资源与环境专业的专业核心课，主要介绍农业环境保护的基本概念、基本理论和基本方法，掌握水污染、大气污染、土壤污染和农业污染的评价与治理，以及了解其与农业的关系。通过本课程的学习，学生需掌握农业环境保护的基本概念、基本理论和基本方法，重点掌握水污染治理及其与农业的关系、大气污染治理及其与农业的关系、土壤污染治理及其与农业的关系、垃圾污染治理及其与农业的关系，系统掌握当代环境问题产生的根源及解决的途径，为自然科学和社会科学的研究和教学提供重要的理论基础和必备的专业知识，使学生毕业后可承担农业环境保护的工作。

未来我国加快智慧农业建设，不仅仅需要具备农业基本知识和技能的实用型人才，也需要培养外语水平高、科研能力强的学术型人才［4］。2010年，为了响应国家培养“卓越工程师”的号召，加强学生动手与创新能力的培养，“农业环境保护学”课程将农业环境保护教学实习与实验课程进行改革。2018年，我校进行农业资源与环境专业培养方案调整，考虑到农业环境保护课题日益重要，社会需求量大，尤其是2016年《土壤污染防治行动计划》的颁布，和湖南省作为耕地重金属治理的试点省份，特将此课程调整为农业资源与环境专业的专业核心课程。环境保护问题关系到我们的一呼一吸，学生对于日常出现的各种环境问题有着浓厚的探知欲，如何将学生的兴趣引入学习中，通过理论知识解决实际问题，这是现阶段本课程亟待解决的关键问题。

三、智慧农业与专业实践教学模式构建

（一）前期调研

1.调查对象与方法。本研究调查对象为湖南农业大学资源环境学院2019年、2020年、2021年选修“农业环境保护学”课程的农业资源与环境专业本科生，共210人。采用问卷调查法，问卷题型包括单选题、多选题和开放式问题三种，共10道题。调查采用网上问卷、匿名方式于课程结束后发放给学生，填写完回收。共回收问卷205份，所有回收问卷均为有效问卷。

2.调研问卷结果分析。调研问卷结果显示，学生对农业环境保护问题有着浓厚兴趣，尤其是土壤污染、大气污染与防治及水污染与防治这三部分内容，感兴趣占比分别为72.4%、70.5%和67.6%；97.1%的学生表示希望通过“农业环境保护学”课程的学习，能够对自己接触到的农业模式有更深入的了解；93.3%的调查者表示如果经过实训，能够较快熟悉智慧农业云端操作；88.6%的调查者希望“农业环境保护学”课程能够进行线下+实习+实例教学，如参观智慧农业相关企业、外出进行实例分析、深入了解农业污染地区现状等。

（二）转变教学理念，规范内容设计

我们教学团队在进行课程知识结构梳理时，在授课过程中将学生感兴趣的智慧农业巧妙设计并融入教学内容中。如，通过将科学家打破瓶颈、突破关键技术治理农业污染及跨学科合作研究的典型案例，引入智慧农业的关键技术教学中，表明农业对接科技让农业更时尚、让农业污染治理更高效。在设计实践项目时，也针对这些问题有所倾斜设置。同时，团队教师通过制作课程微视频，精简理论教学，提出实际生产问题，开发学生思维，使学生在理解基本概念和原理的同时，保持浓厚的学习兴趣。

善用现代教学工具，更新教学内容。授课过程中引入“农业环境保护”相关公众号、App等工具，引导学生自主学习，梳理知识。如，在“大气污染及其防治”这一章节，引导学生找出我国与发达国家之间在进行大气污染防治方面的差距，如何学习发达国家（如英国）大气污染防治的经验，认识农业发展模式之间存在的差异，使我国农业污染治理少走弯路。同时了解我国在现代农业发展方面的优势，提高学生专业自信和文化自信以及任重道远的社会责任感。通过对我国智慧农业发展历史的了解，引导学生用发展的眼光、辩证的态度来分析和看待问题。

（三）调整教学模式，拓展实践环节

1.线下教学。我们利用讨论式、参与式等教学方式，使学生亲自参与到教与学的过程中，自主将科学理论知识内化，进而更好地掌握基础理论知识。在课前，我们对班上同学进行随机分组，同时推选小组长进行协调。对于大家感兴趣的教学内容，采取小组合作、师生互动交流的方式。即，首先教师针对课前学习情况，组织各小组进行PPT展示，然后小组主讲人或组员协作答疑解惑，最后教师再根据课前交流中了解到的学生普遍存在的问题和本节课的重点难点进行问题再现，学生回答后再进行总结反馈，从而更好地促进知识点的巩固和掌握［5］。

2.线下+翻转课堂混合教学。根据制定好的农业资源与环境专业实践教学模式构建流程，我们在教学模式上进行改革，采取线上+线下教学相结合的模式。在线上，教师根据学生要学习的章节内容，在雨课堂、网易公开课、中国大学慕课、超星学习通等App及微信公众号上搜集相关资料，根据教学目标，对教学内容进行分类，归纳出不同章节的重点和难点，分别制作微课件上传到网络学习平台（如学习通）。引导学生提前对学习内容进行自主学习，设置相对简易且有趣的问题，供学生回答并预习。教师收集整理学生的普遍性疑难问题，并在课堂教学中集中答疑。

翻转课堂混合教学就是将线上、线下结合起来，形成一个闭环流程［6］。为解决线上教学缺乏互动的问题，在授课时，我们通过弹幕推送、投票、“懂”与“不懂”的实时反馈、课堂随测、红包奖励等平台功能解决这一难题，实现师生间的有效互动。增加对学生平时的考核，将积极参与课堂互动、平时作业完成情况、自主学习能力与自觉性提升程度纳入平时成绩当中，以引导学生加强平时学习。在翻转课堂结束以后，增加科研+实例教学环节，达到理论学习与实践应用的双向教学目标，从而有效提升学生运用农业环境保护学知识解决实际生产问题的实践能力。

3.项目案例与实践教学相结合。在科研+实例教学环节，主要采用启发式教学方法。通过项目案例分析，强化实践教学效果。在实践教学环节，依托教师的科研或项目采用模块化的方式将实事案例分解到教学之中，鼓励学生对农业环境保护项目实例中所采用的智慧农业系统的相关方案进行讨论与评价，并分析其中的合理性与错误。如，在介绍“水资源与水污染防治”这一章节时，引入教师参与的长江中下游洞庭湖区面源污染治理项目案例，指出智慧农业系统和农业环境保护学理论知识在其中发挥的作用，提升学生的学习热情和科学素养，使其把所学转化为所用，为实现以智慧农业建设新时代乡村增砖添瓦，深化“绿水青山就是金山银山”的绿色发展理念。

实践教学是人才培养中不可或缺的重要环节，在培养学生实践能力、创新能力和劳动就业能力方面发挥着重要的作用。在以往的教学过程中，教师或学生往往出现重理论而轻实践的问题。我们目前所用的高等职业教育“十三五”规划教材，多偏重理论知识，实践内容涵盖较少，而最新的科研成果、技术手段和实用案例未能及时体现在教材中，活页式、工作手册式教材还有待开发，导致学生理论学习较多而实践应用能力不足。学生对智慧农业虽然兴趣极高，但对于智慧农业的认识仅停留在观赏阶段，无法实际体验操作，“纸上得来终觉浅”，学生只有亲自实践，才能真正感受到现代农业的迅速发展，同时提高动手能力。

在本研究团队中，有专业教师与相关企业开展了产学研深入合作。校企协共同拟订并优化的人才培养方案，可以更好地培养人才以适应智慧农业对农业精专技术人才的需要［7］。因此，在“农业环境保护学”教学中，我们利用合作的企业开展实践教学。在课程结束之际，带领学生一起观看《告别雾都——伦敦如何治理大气污染》《水污染治理进行时》《人工浮岛》等纪录片，深入学习发达国家污染治理经验。同时，前往来仪湖国家湿地公园、湖南竹泉农牧股份有限公司和益阳现代农业嘉年华进行新农村建设和农业环境治理的现场考察，包括新农村建设现状、养殖场的布局建设、农业面源污染的现状、农业环境治理的措施和智慧农业管理系统的实践实习。通过这种方式将教师被动的知识灌输转变为学生自主的探索思考［8］，从而以这种方式将枯燥的理论课程与科研实践相结合，从根源上达成实践的目的，增强学生对于知识的掌握程度。同时，除实践教学外，我们也积极鼓励学生参加学科竞赛、科学反哺等活动。

（四）教学反馈效果评价

教学效果评价主要从学生成绩、学生能力的提升、同行授课专家听课反馈这三方面体现。我们发现，课程改革之后，在对主观题的认识回答中，学生思维活跃、认识深刻；同时学生对本门课程的满意度也显著提高。学生纷纷表示，在本课程的学习过程中有效提高了自己对智慧农业的认识、对农业环境保护学知识的理解、对本专业研究方向的把握，对其考研方向选择、毕业工作的寻求均有很大帮助。同行授课专家听课的反馈意见表示，“农业环境保护学”实践教学改革后，学生的主观能动性被充分调动起来，课堂气氛活跃，学生回答问题积极。学生在实践中、课堂上真正学到了本专业的前沿知识，对关键技术问题、产学研问题有了更深入的思考。

结语

智慧农业是我国实施乡村振兴战略和发展科学技术的必然趋势。智慧农业在我国尚处于初步发展阶段，对农学、信息技术、人工智能、物联网等多学科交叉复合型人才有着巨大需求。高校立德树人的根本任务是多维度、全方位的。随着科学研究的发展，智慧农业的重要性将会进一步凸显。作为农业资源与环境专业的核心课程，“农业环境保护学”课程的教学要适应我国智慧农业现代化发展，同时培养符合智慧农业发展的复合型人才，更好地实现乡村振兴。因此，“农业环境保护学”课程的教学要求会进一步提高，该课程的教学改革需要与时俱进，要保持先进的理念，教学内容要更加实用，教学方法要更加创新，同时考核模式要更为合理，从而进一步提高教学效果，紧跟时代步伐，培养智慧农业专业人才。