全面推进乡村振兴背景下智慧农业课程教学改革与实践

摘" 要：针对全面推进乡村振兴对新农科实用型复合型创新型人才培养的要求，进行多学科交叉，对农科类本科生开设智慧农业课程。但是该课程面临两大挑战，一是农科类学生信息化基础薄弱，二是农业领域的信息化需求和问题梳理难度大。因此，智慧农业课程的教学改革以理论和实践相结合、线上线下相结合、校内校外相结合，突出整体结构、关键要素、实践案例和课程思政，帮助学生建立用大数据及互联网思维重塑传统农业的技术路径，设置面向“互联网+”大赛和创新创业大赛的智慧农业专题实践，加大研究性教学内容设计，同时强化学生的“大国三农”情怀、责任担当、科学精神、创新精神和个人素养等，培养服务乡村振兴和建设数字乡村的实用型、复合型、创新型技术人才，助力数字乡村发展。

关键词：乡村振兴；智慧农业；教学改革；“互联网+”；实践

中图分类号：G642" " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：2096-9902（2024）04-0019-06

Abstract： In order to meet the requirements of comprehensively promoting the revitalization of rural areas for the cultivation of practical， compound and innovative talents in New Agricultural Science， a course of \"Smart Agriculture\" was set up for agricultural undergraduates. However， the course faces two major challenges， one is that the informatization foundation of agricultural students is weak， and the other is that it is difficult to sort out the information needs and problems in the field of agriculture. Therefore， the teaching reform of Smart Agriculture course combines theory with practice， online and offline， and both inside and outside the school， highlighting the overall structure， key elements， practical cases and ideological and political education in all courses， so as to help students establish a technological path to reshape traditional agriculture with big data and Internet thinking， set up smart agriculture special practice for \"Internet Plus\" Competition and Innovation Competition， and increase the design of research teaching content. At the same time， we should strengthen the students' feelings of \"big country， agriculture， rural areas and farmers\"，as well as their scientific spirit， innovative spirit and personal accomplishment， and train practical， compound and innovative technical talents to serve the revitalization of the rural area and build a digital rural area and facilitate the development of digital rural area.

Keywords： rural revitalization; smart agriculture; teaching reform; \"Internet Plus\"; practice

党的二十大报告中，习近平总书记提出“全面推进乡村振兴”“坚持农业农村优先发展”。而农业发展需要综合运用信息化、工程化等技术，其发展因为人工智能技术的应用已经呈现出新的业态[1-2]。乡村振兴战略的实施同时也对农村治理提出了新的要求[3-4]。《数字农业农村发展规划（2019—2025年）》也对数字农业提出了新的发展理念和目标，农业服务的数字化建设迫在眉睫[5]。

教育部办公厅等四部门发布《关于加快新农科建设推进高等农林教育创新发展的意见》提出全面加强知农爱农教育，深入推进课程教学改革，构建数字化农林教育新模式，大力推进农林教育与现代信息技术的深度融合，加强农科教协同育人，着力培养学生创新意识、创新能力和解决复杂专业问题的能力。

广西壮族自治区教育厅根据卓越农林人才教育培养计划，提出紧紧围绕脱贫攻坚、乡村振兴战略和生态文明建设，构建符合新时期要求的高等农林人才培养体系，为广西现代农林业高质量发展提供人才支撑。在全面推进乡村振兴的时代背景下，广西大学为培养满足乡村振兴和新农科要求的高素质复合型卓越农业人才做了很多改革[6-8]。并将智慧农业、农业大数据和人工智能概论课程纳入到农科类人才培养计划。其中，智慧农业课程以农业为研究对象，利用电子工程、信息化管理和可视化表达等先进工科技术提升传统农业，提升农科类学生的数字化思维，培养服务乡村振兴和数字乡村建设的实用型、复合型、创新型技术人才，助力数字乡村发展[9-10]。

智慧农业课程是新农科建设背景下针对农科类学生，涉及多个交叉学科的课程。但如何做好专业学科交叉融合，强化智慧农业课程教学设计和改革显得尤为迫切。在将该课程列入培养计划之前，课程团队成员已于2016年通过组建学科交叉师资队伍，指导大学生“互联网+”大赛，构建农业物联网系统，进行大学生智慧农业创新创业平台的建设；2020年，该课程纳入本科生培养计划之后，团队成员进行了一系列课程教学改革。

如果照本宣科地对农科学生直接开展信息化课程教学，会产生很多问题：一是学生缺乏信息科学的坚实基础，急于在信息科学的大海里遨游，耗费了大量的时间和精力，却始终一知半解，打击学习的积极性和信心。二是随着信息技术的不断升级，以ChatGPT为代表的人工智能模型的快速迭代和不断缩短求解路径[11]，比掌握信息技术本身更为迫切的任务是，如何梳理农业领域的信息化需求和问题，培养农业行业融合创新人才成为了新的挑战。

1" 智慧农业课程教学目标

智慧农业是面向农科类专业学生开设的一门专业选修课程，主要内容包括智慧农业概述、现状及发展趋势，以及由物联网篇、大数据篇、人工智能篇3个模块组成的智慧农业整体结构和关键要素，同时也是面向“互联网+”大赛和创新创业大赛的智慧农业专题实践课，通过在智慧农业系统设计的原理、技术、步骤上的阐述，以及智慧农业实践的翔实案例，提供了用大数据及互联网思维重塑传统农业的技术路径，对农科及工科师生以智慧农业为主题开展教学实践和创新活动具有重要参考价值。

课程目标1：学生能运用信息系统的基本理论和方法，针对要解决的农业生产复杂问题，借助自动化农机设备，进行数字化工程设计，参与智慧农业应用系统需求分析等研发活动。

课程目标2：了解应用物联网、大数据及人工智能解决复杂工程问题时分析和解决问题的方法和流程，通过查阅文献等方法，寻求解决问题的可行方案，并能根据实际情况选择较优的解决方案。培养学生自主学习能力和创新意识。

课程目标3：针对智慧农业复杂工程问题，能正确表述自己的解决方案，与同行及公众进行交流。培养学生工程意识、标准化意识和严谨细致的工作态度。

2" 智慧农业课程教学内容

具体教学内容的展开由主讲教师编著的电子课件等介质配合课程内容的讲授而实现。本课程采用以解决复杂计算机工程问题为导向的内容组织方式，将理论知识教学与实践能力培养相融合，强调通过理论授课、实验技能训练及创新意识和创新能力组合训练，培养学生分析问题的能力，提高学生根据领域问题选择合理的信息化技术及手段进行系统设计的能力，以达到进行智慧农业项目管理和编写项目计划书的目的。本课程的教学组织充分围绕研究性教学展开，从课程整体方案设计、理论教学设计和实践训练多方面体现了研究性教学的指导思想。

智慧农业课程的教学组织，主要从课程的整体框架，课程各个知识点的区别与联系、每章的重点和难点等角度来讲解，对于关键知识点采取从粗到精，从简单到复杂的递进式教学方法，符合认知规律。任课过程中注重研究性教学内容的组织，每堂课都设计出研究性教学环节，注重启发性和互动性，调动学生的兴趣，发挥学生的主观能动性。对于重点与难点的内容安排了案例教学的环节，从问题求解的角度讨论云计算与大数据、卫星遥感、病虫害预警建模等思想。同时理论教学过程中安排自主学习的任务，要求课程期间完成智慧农业项目计划书的编写。

图1是教学内容安排，改革特点主要有：①智慧农业案例在教学中占比达到40%，快速直观帮助农科类学生建立起领域信息化系统的基本概念及知识目录；同时与智慧农业相关企业如广西捷佳润科技集团股份有限公司合作共建教学基地，带领学生前往参观，也邀请企业相关高级技术人员给学生进行线上授课，授课时间不少于4学时。②学生实践投入的时间占比超过70%，让学生以小组报告的形式进行课堂外的延伸学习，将老师教授的最后一个环节小组宣讲PPT安排到18周完成，在项目计划书撰写过程中，教师通过互动式讨论帮助学生不断迭代项目计划书（表1），直到课程结束，学生用项目计划书参加“互联网+”比赛。

人工智能在水产养殖中研究应用分析与未来展望应写出应用人工智能后水产养殖的产量、水产的生长状态。计划书还需聚焦，而不是泛泛而谈。

3" 智慧农业教学案例——“指尖农云”农业物联网系统

“指尖农云”农业物联网系统为课程团队自主设计，以分布式管理、数据实时监控、权限划分明确为主要原则，通过移动客户端实现基地环境的实时监控，定时留存作物生长状态的视频和照片。根据作物物候期生长环境参数，配置成专家数据库，引入反馈机制，降低农业生产的风险。针对农场生产与管理现状，结合区域主要作物的标准化种植管控要求，将过程管理机制、贯穿式溯源理念、农业数据采集与挖掘业务应用以及云计算、人工智能等信息技术相结合，致力于打造数字化种植及云农场管理的创新模式。

3.1" 整体框架

纵向分层可划分为3层：采集层、汇聚层、应用层（图2）；采集层主要是利用无线传感器网络，通过部署在基地中的各种传感器来采集各种环境参数，以及配置作物的生长周期和环境参数；汇聚层主要将采集层采集到的环境参数汇聚到云平台上，实现数据的共享；应用层主要是通过客户端实现实时监控，以及对环境参数进行数据分析和挖掘。

3.2" 平台结构

平台位于校园内的大棚（封闭式种植区域）和农田（开放式种植区域），图3描述了实际部署情况。其特点如下：①准确获得大棚内温湿度、降雨量、光照强度、CO2浓度及土地肥力等参数；②采用RPL路由算法对WPAN进行布放[12]；③为降低成本，采用无线传输方式；④监测到数据异常后可及时反馈给用户。

在种植区域内布置的传感器节点，负责采集环境信息并通过无线传输至WSN网关，WSN完成ZigBee到以太网通信协议的转换，服务器通过路由器和WSN网关处于同一子网内，经过WSN驱动完成数据的传输任务[13]。NI-WSN测量节点能够直接接入传感器。本装置采用电池提供电源，四节5号电池可以为本装置提供三年的时间。当用于户外时，可以在装置外部增加一个NI防护外壳。还可以对节点进行自定义编程。

另外网关节点负责采用2.4 GHz、IEEE802.15.4无线基于ZigBee技术从传感器网络中收集测量数据，集成在WSN-9791软件包NI-WSN中，能够帮助用户快速配置传感器网络，并结合NI-LabVIEW图形开发环境实现测量数据的提取、分析与显示[14]。

3.3" 专家库设计

专家值设置模块为种植者提供了一个农作物生长环境参数调控的标准。专家值设置的数据全部来自专家数据库，在采集的原始数据基础之上进行数据清洗和筛选之后构成了数据源，将数据源中的数据和专家数据库中的数据进行对比和分析并形成相应的记录反馈给用户。

针对普通用户，在权限判断的前提下只能访问本基地已经配置好的专家值，并接收与专家值对比之后反馈的报警信息[15]。针对种植基地的管理员，则有权访问本基地所有专家值并进行专家值的增删改查。针对整套系统的平台管理员，则可以修改所有不同基地的所有专家值，配置任意基地的专家值，并且增加新入驻的行业或者是种植基地或者对已有行业进行修改、删除。除了供用户和管理员的直接访问和使用之外，同时也导入前台动态数据，进行种植过程的参数异常报警设置，最终帮助农场主实现设备的闭环控制。

3.4" 溯源系统设计

溯源模块实现了对农产品种植情况的管理和控制。具体包括添加种植记录的详细信息、查询种植记录的详细信息、修改种植记录的详细信息及删除种植记录的详细信息。特别是通过农药、化肥的使用记录看出产品是否绿色有机，是否可作为放心的健康产品。此外系统管理员对农产品企业的农产品出库记录进行统筹管理，以动态更新企业的农产品库存，以及出库后的流经城市进行记录，为农产品的质量溯源提供出库依据[16]。

4" 课程思政设计

目前乡村振兴建设和数字乡村发展均缺乏实用型、复合型农业技术人员，而高等院校毕业生大多不愿去基层农业技术推广机构从事相关工作[17]。智慧农业课程是转变传统农业教学理念、增强学生服务农业农村现代化意识的重要契机[18]。所以，智慧农业要全面加强并普及专业思政建设，提炼课程中蕴含的核心思想要素和精神价值，将其融入智慧农业课程，达到专业教育教学中知识的传授与价值引领的有机协同，从而引导学生“懂农业、爱农村、爱农民”。课程团队致力于树立以强农兴农为己任的精神，注重传授学识的同时，传扬科学家勇于探究的精神，爱国爱家的情怀和坚韧不拔的意志，整个授课环节贯穿 “大国三农”情怀及扎根农村，服务农村、奉献于农村的职业生涯等诸多与科学素养相关的知识，让课堂的内涵和主旨凸显“顺应新时代发展格局、增强服务乡村全面振兴的使命感和责任感，培养知农爱农创新人才”这一主线（表2）。

5" 结束语

智慧农业课程以理论知识与实践相结合为主，邀请智慧农业相关企业技术人员授课，结合智慧农业教学案例开展深入分析，线上教学与线下教学相结合，自主教材与慕课课程相结合，以小组研究式教学为主要创新开展课程建设，组织学生分组撰写“互联网+”大赛项目计划书，调动学生参与智慧农业相关项目的积极性和主动性，融入课程思政建设，强化学生的“三农”情怀、责任担当、科学精神、创新精神和个人素养等方面的素养，培养服务乡村振兴和数字乡村建设的实用型、复合型、创新型技术人才，助力数字乡村发展。

自团队进行智慧农业课程教学改革以来，农科类学生的创新创业精神和能力显著提升，参与“互联网+”大赛的数量逐年增加，2022年第八届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛农学院学生参加459项，居全校第一；学生培养质量也得到了提高，近三年获得“互联网+”大赛省级奖励共26项，本科生累计参加各类大学生创新创业或科研项目75项。课程团队承担相关省级教育教学改革项目和科学研究6项，校级一流课程倍增计划1项，发表教改论文3篇，其中中文核心2篇，撰写智慧农业教材1门。因此，探索全面推动乡村振兴下农科类智慧农业课程教学的新形式，必然要将其纳入到农业人才培养体系中。未来，团队将进一步加大教学改革的力度，与相关智慧农业企业和行政管理部门合作授课，进行“科教+产教”双融合、“农科+工科”双融合、“思政+课程”双融合的智慧农业教学内容改革，为数字乡村发展培养更多农业技术人才。

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