農業院校自動化專業建設與人才培養研究
——基于“互聯網+農業”時代背景

桑運川，呂成緒，沈明霞

（南京農業大學工學院，江蘇 南京 210031）

我國是農業大國，農業的發展對我們國家的發展影響重大。科技的進步是農業發展的第一推動力量，農業的每一步發展都對科技應用提出更高的要求。如今，我國的農業已經邁入現代化、規模化和智能化發展階段。隨著計算機技術、網絡技術、信息技術、自動化技術飛速發展，新科技必然向農業滲透和轉化。在這樣的背景下，高等農業院校設立自動化專業，主要突出以農業生產為主的控制技術和信息技術，自動化專業在農業大學有獨特的專業特色與發展前景，人才培養目標有自己的特色。

1 農業不再是“老土”行業，農業將成為高科技行業

農業的歷史，已有上萬年，沒有任何一個行業的存在史比農業更悠久。也因此，農業在世人眼里，是非常傳統的行業，離現代化、高科技等詞匯甚遠。其實，未來的農業是真正的高科技行業。農業的近代史及未來發展，亦如其它行業般，一路升級。未來的農業領域，不只是能看到大型收割機、農業用直升機，還有最先進的農業科技，包括能連結至云端進行分析、改善農作物產量的感測器，以及能分擔勞力的機器人。農業生產不再需要駕駛拖拉機去耕地，而是通過分析數據，智能化種田完成。

無人機、機器人、分子科學、云端服務，以及氣候變遷背后的巨量資料分析，將是農民們茶余飯后的話題。透過GPS與地圖科技的進展，管理區域內的農地灌溉輛、施肥量，并精細到每一株作物。利用土壤肥沃度的感測器，探測土壤顆粒中的化學/礦物質成分比重。放飛無人機、在施肥與噴藥設備中安裝作物感測器，收集來自空氣與土地的資料，把濕度感測器推入土壤。利用寬頻連結技術，就算是在偏遠地區，農民們也能通過衛星，連上網絡處理越來越大量的數據。農場上收集到的資料傳送至遠處的服務機構，讓顧問或農作物專家進行分析，指導農場種植。超大型的收割機具備智能感測器，能監測收割到的玉米或干草重量，并估算出產量與收割面積。

未來的農民將變得很有趣、很好玩、很有成就感。機器人準備大舉進軍農耕領域，較小型的無人操作機器為24小時的農耕開啟了大門。因為不需要人力，不必睡覺的機器能讓農民坐享豐收之樂。在傳統農業，靠天吃飯或許是農民們難以擺脫的宿命，但藉由最新的農業科技，農民可以當個快樂的農夫。李克強總理在考察楊凌農業高新區時，寄語說：農業要插上翅膀，飛向世界！農業，是最傳統的行業，如果給農業插上科技的翅膀，農業將迸發巨大能量。

2 “互聯網+農業”時代農業院校自動化專業建設研究與探索

自動化專業在高等農業教育中占有重要的地位。如今全球化迅速發展，我國農業面對激烈的國際競爭，為自動化教育的發展提供了新的機遇，也提出了更高的要求。隨著我國高等教育進入大眾化教育階段，作為寬口徑的自動化學科專業，已發展成為最龐大的學科專業之一。社會在變革，經濟在發展，技術在進步，這些都對現行教育提出新的挑戰。自動化學科必須主動適應這種變化發展的需要，在適應中發展自身并推動社會發展。

“互聯網+農業”時代智慧農業的提出賦予了自動化學科全新的內涵。智慧農業通過生產領域的智能化、經營領域的差異性以及服務領域的全方位信息服務，推動農業產業鏈改造升級；實現農業精細化、高效化與綠色化，保障農產品安全、農業競爭力提升和農業可持續發展。農業從傳統到現代，最終會發展到運用物聯網、云計算、精準技術的智慧農業階段，實現最佳的資源利用和最少的成本投入，達到農作物生產、運輸和銷售的智能化管理。自動化專業不僅要研究農業中電能的生產、輸送、分配和利用，而且包括農用技術裝備中電工電子技術有關的設計、開發、管理及應用。

“互聯網+農業”時代為自動化專業建設提供了發展空間和機遇。自動化專業以其口徑寬、面向廣和需求多的特色，成為促進農業現代化建設的重要學科專業之一。我國農業發展面臨著資源與市場的雙重約束，迫切需要轉變發展方式。我國發展現代農業將以“精細農業”、“虛擬農業”、“智能農業”和“網絡農業”等內容為切入點，組織實施“數字農業科技行動”，突破一批關鍵技術。它將有助于推動我國農業從依靠經驗為主的傳統產業，轉變為依靠高新技術的現代產業；有助于農業生產由粗放型向集約化轉變；有助于推動農業和農村經濟結構戰略性調整。這為農業院校自動化專業的發展提供了更為廣闊的空間和更高的要求。

3 農業院校自動化專業課程安排體現“互聯網+農業”特色

農業大學中的理工科與綜合性院校、工科院校中的相近專業相比，人才培養存在差異，具有自己的特色與優勢。自動化專業畢業生作為工科的人才，要具有較強的工程意識，具備設計能力、技術應用能力以及創新能力。

學科導論告訴學生這個專業將來干什么。針對自動化專業大學新生對自己所學專業認知模糊，容易產生專業迷茫，容易失去自我學習發展的主動性等問題，在大一為學生開設“自動化專業導論”課程，由四個專業課教師來承擔，主要講述自動化專業課程體系，以及自控原理、傳感器、PLC及單片機等主干課程的發展前沿，通過課程學習使新生對專業有一個整體和明確的了解，使之能夠明確學習目的，提高學習興趣，增強學習信心，做好專業技能培養和學習規劃。作為專業導論課，這門課程的教材和教學內容的處理需要遵循兩個原則：專業性和教育引導性。課程對于農業院校自動化學科發展方向和自動化在農業領域的應用予以闡述。把握時代熱點，開設人工智能導論、機器人控制技術等相關課程。人工智能導論課程主要介紹人工智能的基本概念和研究方法，重點講述計算機視覺、規劃與行動、多Agent系統、語音識別、專家系統和機器學習等算法及其在農業領域的應用，使得學生對人工智能的發展概況、基本原理和應用領域有初步了解，對主要技術及應用有一定掌握，啟發學生對人工智能的興趣，培養知識創新和技術創新能力。

機器人控制技術課程作為對學生所學控制理論、電路理論、電子技術、機械動力學、傳感器技術、運動控制等課程知識的綜合升華，以采摘、噴霧等農業機器人為背景，主要涉及機器人的基本結構、機器人運動學和動力學建模、機器人的空間軌跡規劃和機器人的位姿控制實現方法。

隨著農業和農村經濟結構戰略性調整，農業生產將出現多學科、多專業的綜合應用與聯合攻關的新趨勢。農業院校自動化專業在形成自己完整體系的同時，不斷地向眾多門類的自然學科滲透，例如土壤學、農業化學、遙感技術、信息通訊、生物環境、能源工程等。設施農業、精準農業、工廠化禽畜業等都對自動化提出了很高的要求。如何緊跟時代發展，調整和改造我國目前的農業自動化學科，是一項復雜而又艱巨的任務。

4 “互聯網+農業”時代農業院校自動化專業實踐教學

SRT（大學生科研訓練計劃）項目圍繞農業，體現自身農業院校特色。大學生科研訓練計劃是專為在校大學生設計的一種項目資助計劃，鼓勵和支持大學生在導師指導下以團隊形式完成科研項目，對提高大學生科研素養，培養大學生創新能力起到了積極作用。農業院校自動化專業在SRT立項過程中，就注重機器人視覺技術、人工智能技術、物聯網技術、大數據融合技術等高科技技術應用于農業生產中。體現科技引領現代農業產業體系，引導學生認識到科技在農業產業橫向拓展和縱向一體化發展中的引領作用。如基于C51單片機的旋耕機自動調平系統設計、高光譜成像和圖像處理技術的水稻紋枯病早期檢測技術研究、農用車故障遠程診斷系統的設計與實現、溫室土壤自動滴灌施肥閉環式控制系統、蘋果內外部多品質同步檢測方法及裝置、蘑菇采摘機器人機械結構設計及控制技術研究等等。

引導大學生參加科技競賽，選與農業有關的課題。南京農業大學工學院積極組織學生參加“東方紅”杯全國大學生智能農業裝備創新大賽，在已成功舉辦的兩屆比賽中，“面向農情信息采集的小型四足柔性機器人”獲得A類特等獎；“禽蛋品質檢測流水線系統”、“果園多通道紅外對靶風送霧化器設計”、“便攜式稻種發芽率檢測儀”獲得A類一等獎；“即熟型3D食品打印機”、“基于機器視覺的蔬菜黃葉分揀機器人”、“基于FPGA的母豬產前行為識別系統”、“基于靜電離心霧化技術與路徑規劃算法的精量施藥無人機”、“大棚便攜式除草機”、“智能精量播種控制及漏播監測系統”等獲得A類二等獎；“田間行走機器人”獲得B類一等獎；“果園自動對靶施藥機器人競技”獲B類二等獎；“溫室微環境巡檢機器人”獲C類二等獎。

大學生社會實踐，立足農業服務農業。利用暑期實踐，組織安排自動化專業學生深入農業相關企業開展調研，了解農業方面對自動化的實際需求，明確當前自動化設備在農業中的應用現狀，發現存在問題，運用自己的專業知識，提出個人解決方案。如針對大豐上海農場農業裝備自動化程度調研、鹽城拖拉機廠自動化流水線調研等。

校外實驗實習基地選擇兼顧自動化專業與農業特色。南京農業大學工學院目前簽約的校外實習基地有鹽城大豐上海農場、海豐米業、大豐鼎盛農業有限公司等。通過參觀、使用大型農業機械進行聯合收割、滅茬、施肥等作業情況，理解現代農業生產對農業裝備自動化的需求和使用情況，明確對農業特色自動化專業人才培養的要求。

老師的科研課題，注重專業與農業的結合。南京農業大學工學院汪小旵教授團隊主要從事設施溫室物聯網管控技術和設施農業機械兩個方面的研究。沈明霞教授領銜的科研團隊圍繞農業信息采集、傳輸、處理、發布和反饋控制等共性技術展開科學研究，凝練出設施養殖自動化、設施種植智能化以及農產品質量快速智能檢測3個重點科研方向，是一支多學科交叉的信息農業高素質研發與推廣團隊。尹文慶教授團隊的主要研究方向有：種植與收獲機械設計理論，農業生物及環境測控技術。圍繞農業生產需求，重點針對旱地作物自動移栽機、谷物聯合收獲機、農業生物及環境三維重構的基礎理論、關鍵與前沿技術進行研究。這些研究豐富了自動化專業的知識體系，拓展了自動化專業的研究領域。

5 “互聯網+農業”時代農業院校自動化專業畢業生就業崗位具有了高大上的特點

隨著農業現代化的發展，智能農業徹底顛覆了“鋤禾日當午，汗滴禾下土”的傳統觀念，農業領域發展成為高大上的產業。農業互聯網將從“空間、時間、成本、安全、個性化”五個角度全面改變農業面貌，“互聯網+農業”將大幅推動了智慧農業的進程。農業機器人可以提高勞動生產率，解決勞動力的不足改善農業生產環境，防止農藥、化肥等對人體的傷害提高作業質量。無人機技術在農業發面的應用標志著我國農業走向高科技的農業時代，如無人機應用于農業植保方面，克服了農作物株高和密度的限制。信息化實現農業生產全過程的信息感知、智能決策、自動控制和精準管理，農業生產要素的配置更加合理化、農業從業者的服務更有針對性、農業生產經營的管理更加科學化。農業概念已經不是傳統意義上的種植業或農林牧副漁，而是集合農業生產業、加工制造產業及生活服務產業。自動化在農業領域有廣闊前景。

中國新農人，讓農業變得更具魅力。“新農人”是在互聯網和電商時代崛起的新農民群體。與中國傳統農民不同，他們為了創業理想而投身到農業行業之中，并進行科學化、系統化的生產創業活動。主動選擇土地，卻不再被土地束縛；同樣面朝黃土背朝天，卻不再充滿悲情。他們用新理念、新技術，講訴土地的故事，也演繹著中國農業現代化的希望。他們為傳統農業轉型注入了新的元素和能量，成為引領新農民、發展新農村、托起新農業的一支新的生力軍。自動化學科是一門多學科交叉的高技術學科，有利于培養寬口徑、多面手、綜合復合型人才，正好適應農業領域多學科交叉的特點。高等農業教育肩負著發展農業科技、培養人才的使命，農業院校畢業生將在未來在農業領域施展才華建功立業。

自動化專業在吸收國際先進的教育理念、模式、體系的同時，根據我國國民經濟和社會發展對自動化專業的人才需求，瞄準現代農業的發展趨勢，制定了科學合理的人才培養方案，積極實施包括課程體系、教學體系、教材體系、實踐教學體系的專業體系建設。