以農工融合為特色的創新型人才培養模式探討

王秀山 陳 英 吳 昂 王永田 姬少龍

0 前言

2019 年9 月6 日，習近平總書記在給全國涉農高校的書記校長和專家代表的回信中強調“全國涉農高校牢記辦學使命，精心培育英才，加強科研創新，為‘三農’事業發展作出了積極貢獻”。在我國，農業大學的主要任務是解決中國的“三農”問題，科研、教學都要圍繞“農”字展開，這樣學科和專業才有生命力。社會和行業的需求是學校人才培養改革的“指揮棒”。當前，我國經濟發展已步入轉型創新創業階段，迫切需要加快創新創業人才的培養，為經濟提質增效和產業轉型升級提供強有力的智力支持和人才保障。農業類高校作為“三農”創新創業人才培養的主陣地，應以創新創業教育改革為突破口，銳意創新。河南農業大學作為農業大省的農業類院校，更應該主動適應區域經濟的發展，以“三農”人才培養為己任，在保證學生基本能力培養的前提下，突出信息化和智能化技術與涉農類知識的充分融合。為此，需要對專業的培養目標、課程設置與管理、培養方案的制定進行深刻的改革，從結構上調整，下功夫培養適銷對路的“產品”。

新農科教育理念下，強化信息技術與傳統農業技術的深度融合，實現傳統農業技術向現代農業技術轉變[1]。為此，本文提出以農工項目融合為載體，實現農工間的協同創新，提高學生的創新能力培養質量。農業院校具有農、林、牧學科和專業上的優勢，農業領域有許多待解決或需要深入研究的問題，如作物學與圖像處理技術和細胞電信號處理技術的深度融合，畜牧養殖技術和肉類品質管理技術與人工智能技術的融合等，以上這些交叉學科問題的研究，不但需要農業類專業學生的參與，更需要電子信息類專業學生的深度參與，達到科研、人才培養和能力提升的“三贏”局面。目前，“農工”雙方融合的程度需要加強，管理層面需要交流、溝通，制度上需要通過研究教學計劃的內容、政策機制等促進雙方的融合。

1 強化基礎課程和基本能力的培養

地方農業類院校開設電子信息類專業，與同等條件下的理工類院校相比，缺少工科的氛圍；與雙一流大學相比，學習氛圍和辦學條件等方面差距則更大。因此，專業課程設置時，必須考慮地方學校的辦學實際，在體現“基礎性、系統性、實用性和先進性”的同時，更要體現農業技術的特色，培養軟硬件兼通的農業信息創新人才，在“交叉”中找準自己的位置，實現學生的充分發展[2]。

根據學校電子信息工程專業現有的師資隊伍、實驗條件和近五年學生的就業質量狀況，在教學計劃的修訂時，除了執行國家標準和認證標準外，還要體現農業院校的特色。農業測試技術、農業機器人技術、嵌入式技術在農業上的應用、軟件開發等都是學生可以選擇的涉農類創新和創業方向。信息農業和智慧農業背景下，農工融合的創新方向調整必然帶來課程設置的變化，為此需要加強數學和計算機語言課程的學習，新增“大數據處理”“嵌入式系統設計”等課程。要求大一學生熟練掌握C、C++ 語言程序設計，大二掌握PATHON 等高級開發工具。課程類別的更新和課程內容方面的更新是主動進行的教學改革，對教師的知識結構提出了新要求，因此鼓勵老師“走出去再回爐教育”[3-4]。

2 以電子信息為基礎、以學科交叉為手段的復合型創新人才培養

作為地方農業院校，人才培養的首要目標是為地方農業發展培養復合型、應用創新型人才。信息技術是現代農業的支柱之一，而電子、計算機等又是信息技術的核心內容，因此在電子信息類人才培養中，強調以電子信息技術為工具、以解決農業領域的具體問題為目標。在學習電子信息專業知識的基礎上，通過與農業領域專業知識進行交叉與融合，培養涉農類創新型人才。學科交叉主要體現在三個方面：

（1）在本科人才培養方案中，擬開設“農學基本知識”、“生物信息學”和“農藝學”等課程。

（2）鼓勵本科生參與農類專業的學術講座和交流。

（3）與生命學院、資源與環境學院、牧醫學院、林學院和園藝學院等教師合作申報科研和學生項目，開展聯合科技攻關等。

3 以農工項目融合為載體，實現農工間的協同創新

農業院校在農學、林學和畜牧專業方面有特殊的學科和專業優勢，如果運用信息技術去研究農業學科相關的現象，能夠發現一些新的規律，取得一些電子信息技術與農業學科的交叉成果，同時也體現了專業的人才培養特色[5]。比如，可以借助電子信息技術的先進信號處理技術完成農作物生長期間傳導電信號數據測量，利用大數據技術和深度學習技術完成測量數據的處理，為農作物的生長提供精確的光通量、水肥劑量調控及蟲害的預防，實現真正意義上的精確化農業生產。采用農業機器人完成蔬菜和苗木的嫁接、田間管理和收獲，不僅節約勞動力，實現農業的工業化生產，而且提高我國農業生產的效率和精細化，提高農產品的市場競爭力。

4 管理機制方面的革新

本研究與涉農類學院開展本科生聯合創新實驗，讓電子信息類本科生提前進入涉農類專業實驗室展開深入合作。要想實現上述合作，除了教師間項目的合作外，需要學校進一步出臺鼓勵性政策與措施，搭建院系間合作的平臺，實現合作機制的暢通和無縫對接，才能使合作向縱深發展。

圖1 正在作業草捆撿拾機器人

圖2 準備作業的果園果實采摘機器人

當前，國家、省等各級教育部門都在強調提高學生的培養質量，從師德，課程質量和學生管理各方面下手解決高等教育存在的問題，下大力氣提高我國高等教育的水平，本研究提供的方法是實踐教育改革精神的結果。學生創新能力培養是提高我國學生綜合素質的重要內容，農業院校肩負著興農的責任，既有優勢又面臨挑戰。

5 “農工融合”項目實例分析

5.1 草捆撿拾轉運機器人設計

牧草收獲作業勞動強度大，作業成本高，其作業流程依次為割草、摟草、打捆、撿拾、碼垛和貯存等。目前，國內大型草場已基本實現了割草、摟草、打捆的機械化作業，但在草捆的撿拾和碼垛方面，機械化和自動化程度還不高，新型智能化草捆撿拾碼垛機械將有很大的發展空間和市場前景。

為此，2017 年由全國工程專業學位研究生教育指導委員會、中國農業機械流通協會、中國農業機械工業協會、中國農業機械化協會舉辦草捆撿拾轉運機器人設計大賽。本專業8 學生和2 名教師與農業機械設計方面的教師充分技術交流，聘請農業機械設計專家作為兼職指導老師，給學生補充農業機械設計、農藝學等方面的基礎知識，最終實現了農業機械裝備與電子信息技術的充分融合，開發了參賽的作品，獲得比賽的一等獎，贏得行業專家的好評。參賽作品如圖1 所示。

通過比賽，同學們把電子信息技術充分與農業機械設計和農藝相結合，實現了技術上的突破和創新。

5.2 果園果實采摘機器人設計

果園生產季節性強，人工抓取采收果實的傳統收獲方式勞動強度大、生產效率低、勞動力密集，是制約果品市場競爭力提高的瓶頸因素。當前，果實收獲機械化仍是果園生產機械化的薄弱環節，廣大果農對先進果實收獲機械裝備的需求十分迫切，為此需要開發果園果實機器人代替傳統的人工采摘。針對2018年的比賽題目，本專業10 名學生和林學院果實收獲方面的產業專家、農業機械設計專家等一起深入分析大粒果實收獲特點，并認真聽取收獲廠家專家的建議，設計了雙機械臂采收系統，此作品獲得2018 中國農業機器人大賽的特等獎，如圖2。

5.3 2019 年美國ASABE 大學生機器人競賽作品設計

圖3 2019ASABE 大賽現場

2019 年的第十四屆美國ASABE 大學生機器人競賽是圍繞苗圃的智能化管理問題進行。與國內同類比賽相比，作品設計要求多，競技性更強，要求機器人在規定時間內完成11 個花盆苗圃的搬運、甄別和分類碼放。本專業12 名學生與園藝學院的老師深入交流，對比賽規則細節的深入剖析，制定了完善作品設計方案，開發出了滿意的作品。通過淘汰賽、半決賽和決賽等比賽環節后，最終獲得冠軍和亞軍各一項，如圖3。

此外，專業5 名學生與畜牧學院的老師合作，完成了2018大學生創新設計項目并順利結項。類似這樣的“農工”結合的項目很多，都有很好的實踐效果，農工知識的結合是實現農業院校學科創新和人才培養的重要方向之一。

在國家大力提倡“新工科”和“新農科”教育背景下，農業院校的“農工”項目結合，實現對學生的協同創新培養，本身就是在實踐“新工科”和“新農科”的教育理念，充分發揮農科和工科各自的優勢，實現資源的共享和互補，體現農業院校的工科優勢，體現農業工程學科和專業特色。

6 結論

本文研究了地方農業院校電子信息工程專業復合應用型人才培養問題，從專業方向、課程設置和“農工”項目融合等方面進行了闡述。實踐表明，以農工融合項目為載體，實現電子信息工程專業學生的創新培養，提高學生的綜合素質。競賽實例證明，這種方法能調動學生學習的熱情，提高學生對知識的理解力和融會貫通的能力，達到較好的培養效果。