產教融合、多元共享的智慧農業虛實結合仿真平臺建設研究

劉凱文 嚴方

（江蘇農林職業技術學院，江蘇 句容 212400）

一、前言

《中共中央、國務院關于全面推進鄉村振興加快農業農村現代化的意見》（2021 年中央一號文件)的指出“鄉村振興關鍵是產業振興”。產業振興人才先行，培養一大批“懂農業，愛農村、愛農民”的高素質技術技能型人才，當前已成為全國農業院校的緊迫任務。

教育部等九部門印發的《職業教育提質培優行動計劃（2020-2023）》文件將“遴選100 個左右示范性虛擬仿真實訓基地”列入其中，通過將虛擬現實技術、人工智能技術與職業教育實訓教學深度融合，解決職業教育實訓教學“高投入、高耗材、高危險、難實施、難觀摩、難再現”的問題，解決實訓教學資源不足的問題。構建與生產實訓情境接近的教學環境，拓展實訓教學內容廣度和深度、延展實訓教學時間和空間、提升實訓教學質量和水平，通過“科技引領，虛實結合；育訓結合，教學創新；一校一策，共建共享；科學管理，規范考核”等要求，為高職院校虛擬仿真實訓基地建設指明了方向。

隨著農業產業體系的調整，我國農業必將向規?；r業、新型農業主體、互聯網+農業、高科技農業和農產品精細化深加工的方向發展，對農業從業人員的綜合素質提出了新要求。長期以來，因農業生產具有的季節性強、周期長、有害生物風險等原因，涉農從業人員的實訓教學困難重重。虛擬仿真教學，具有不受季節、自然環境限制，且低代價、零風險和易重復等優勢，必將成為破解智慧農業人才實訓教學難題的有效手段。產教融合、多元共享是當代實訓基地建設的基本共識[1,2]，但從全國來看真正落地并產生自生性能力的實訓基地比例并不是很高。陳志杰等從產教融合的生態本質出發，提出產教融合的內涵在于生態建設[3,4]。李俊,李東書對比了德國和英國模式和中國的產教融合的異同，指出政府在產教融合的主導地位[5]。鄭鈺佳等提出政府、高職院校、人力資源公司、企業(行業)四位一體，實現產教融合[6,7]，但對于學校與政府的命運共同體關系沒有進一步闡釋，也就是地方政府如何在產教融合中獲取效益。向芳等進一步闡釋了校政企各方在產教融合中的位置與利益關系，從根本上揭示了產教融合的本質，即利益各方的命運共同體建立。依托智慧農業虛實結合仿真平臺的建設，為智慧農業仿真平臺的功能規劃、運行管理、共建共享機制建立了良好模式，形成了權責量化、多元互易的內生發展機制。智慧農業虛實結合仿真平臺共建共享過程中的命運共同體建成實質就是技術集成創新同頻，數字紅利分享共振，形成仿真平臺建設與應用的生態圈。

二、建設虛擬仿真創新研發中心

中心的主要任務是農林仿真實訓教學資源研發、農林虛擬仿真衍生技術創新。中心引入企業冠名制，企業投入軟硬件資源和研發人員，學校提供場地，以及師生團隊，產出的研發成果和知識產權校企共享。

中心以VR 園林虛擬協同作業、AR 園林生產巡視裝備研發為切入點，探索虛擬現實技術與農林生產的融合途徑。建成由15 類農林產品生產過程仿真工程數學模型、虛擬三維模型組成的農林仿真模型庫。利用大數據、人工智能技術開發園林虛擬仿真實訓算法，形成實訓教學智慧診改系統。利用虛擬場景素材，研發園林三維GIS 精準作業機器人、園林三維GIS 管控技術。

中心依照企業場景建設，滿足仿真資源建設全過程要求，同時滿足學校創新創業教育需求，實現“教科研創”一體化。將虛擬仿真作業的流程與工藝融入新型活頁式、移動數字化教材，建立專業課程教材與虛擬仿真教學內容動態更新機制，建立每2 年更新一次的常態化更新機制，及時更新活頁式教材內容，將現代農林的新技術、新工藝、新規范融入教材，使教學內容更新與產業技術升級同步。開發20 部立體化活頁式教材。

以設施農業、智慧園藝、家庭農場為對象，開發農業設施設計與建造、植物生長營養調控、植物工廠、農業智能設備應用、植物種苗脫毒等綜合性的虛擬仿真實訓項目。以“數字植物工廠”模型來代替實際的植物工廠場景，建設設施農業中的景觀、設備等要素素材，如樹木、大棚、水肥一體化設施等，滿足《蔬菜生產技術》《作物生產技術》《無土栽培》等課程的實訓所需；同時可以用在學生創新創業中，將實際案例制作成資源，既能夠供具體項目使用，又能夠豐富素材資源庫，循環推進，加快資源建設。

三、建設虛實結合仿真實訓中心

虛實結合引領園林綠化養護行業的精品化、智慧化升級，建設1:1 虛實結合5000m2高標準智慧園林養護教學工場，打造融合3S、人工智能、物聯網、自動控制等技術，集智能化測繪、巡查監控、節水精確灌溉、生態污染和病蟲害監控等功能為一體的智慧養護系統，實現養護的低碳化、智慧化目標。

構建仿真、互動的園林景觀場景，學生在虛擬環境中開展園林規劃設計相關課程實訓，消除專業學習技能實訓時間有限、空間生產場景的限制，解決真實環境難以具備或難以完成的教學功能（如景觀小品拆裝、景觀園林建造等）。現代園林技術類課程實訓資源針對高職學生特點，對接園林養護等崗位典型工作任務需求，以園林產業職業從業成長歷程為線索，能力為本位，從感性到理性，從簡單到復雜，從具體到抽象，以學生職業成長可視化為主線，結合虛擬仿真技術特性改造現有的實訓課程體系。

圍繞園林植物識別、園林設計與施工等實訓項目，采用VR、AR 等技術，自主研發園林植物園虛擬仿真系統、園林設計虛擬仿真系統、園林施工虛擬仿真系統。引進AR 增強現實系統及園林全息三維展示系統。

打造融合3S、人工智能、物聯網、自動控制等技術，集智能化巡查監控、節水精確灌溉、生態污染和病蟲害監控等功能為一體的智慧園藝。從生產端開始接受農業原始數據，利用現代化技術進行處理，同時利用現代化的展示手段，將現代農業的技術進行表現。真實生產與虛擬仿真相結合，打造“線上+線下”園藝虛實結合仿真實訓平臺，提升學生的實踐能力。修訂人才培養方案，將虛擬仿真資源充分融入課程體系，融入“云實訓”“云講臺”“云農場”等新型虛擬仿真教學形式，示范開展“線上+線下混合虛擬仿真教學”，創新人才培養模式。

四、構建“四維賦能”的平臺建設生態

“四維賦能”的核心是現代農林虛擬仿真中心，支點是學院產教研培平臺。核心與支點間雙向賦能，技術集成創新同頻，數字紅利分享共振，構建育訓生態。

（一）依托彩葉林木等4 個國家科研基地，開展“農林+”仿真技術融合創新和“農林+”仿真技術衍生創新，構建創新生態。

（二）依托國家農林職教集團，薈聚眾力轉化推廣“三新”技術，應用推廣仿真資源，構建服務生態。面向南京農高區、中植集團等政企涉農崗位職業培訓實際需求，采用校校合作、校企合作等多種形式，依托學院多年積累的農林生產及病害大數據資源，利用數字媒體等專業的技術優勢，開發農林三維模型及算法支撐體系，實現生產實景、教學實景與虛擬仿真實訓場景的時空轉換，推進“農林+”仿真技術融合創新。

（三）依托國家新型職業農民培育示范基地等2 個國家級培訓基地，開展虛擬仿真為特色的新型職業農民數字技能培訓，構建培訓生態。

（四）依托中肯農業科技示范園等2 個國際交流平臺，推廣農業農村數字技能培育中國標準，構建國際化生態。形成雙語化草莓種植技術等5 個現代農藝仿真教學資源，《草莓省力化高效栽培技術》等雙語活頁式技術(培訓)手冊 8 種，傳遞“一帶一路”數字化農業人才培養的大國擔當。

五、產教融合服務地方特色農林產業

充分融入5G、AI、大數據等技術手段，實現生產實景、教學實景與虛擬仿真實訓的時空轉換。仿真技術創新申請公開發明專利8 件，著作權20件，承擔省級及以上教科研課題5 項，結題省級及以上教科研課題4 項。研發GIS 精準作業機器人、病蟲害微流控檢測等仿真衍生創新技術，形成發明專利4 項，推廣農林智能裝備4 件。

六、等價互易形成仿真平臺內生發展的可持續發展機制

（一）等價互易，形成仿真平臺持續“造血”機制

建立共建共享資源的多元互易機制，包括：基地實訓中心、研發中心的冠名權；虛擬仿真素材二次開發權；自有產權和自主知識產權虛擬仿真實訓軟硬件資源的所有權、使用權和銷售權；培訓市場和技術服務市場資源的共享等。探索企業橫向、財政支持、培訓投入、項目股份制收益、政府示范等多種籌資渠道。充分挖掘基地資源人才潛力，有序推進社會示范性培訓、裝備與衍生產品研制與銷售、新技術新工藝新產品推廣、技術成果交流與展示、現代農林技術虛擬交流等“造血”活動。

（二）量化貢獻，形成權責量化機制

圍繞資源的開發建設、應用維護、示范推廣等資源生態要素，進行權責平等量化，通過量化的共享權限，建立團隊利益約束組織形式，形成團隊成員、合作企業、用戶、關聯企業等建設成員間的共建共享、利益分配標準，并以“貢獻分”形式表達。

（三）借鑒“獨董”，形成獨立監督機制

借鑒“獨董制”，建立第三方監督團隊，對團隊“首席項目經理競標”、項目非財政資金投入與分配、項目建設效能評估、多元互易項目等進行獨立監督。

七、建設成效

圍繞農林虛擬仿真核心技術，在生產過程仿真工程數學模型、虛擬三維模型、虛擬仿真實訓大數據算法、三維GIS 精準作業機器人、三維GIS 管控技術等方面形成密集的自主知識產權體系，發明專利申報23 項，軟件著作權申報42 項，發表科研、教改論文15 篇。

建成園林植物種植與養護等10 類虛擬仿真資源群，包括2.5 萬個素材資源、76 個實訓項目；建成現代園林工坊等三大類生產實景1:1 虛實結合實訓平臺，形成對15 個專業、45 門課程、15 類“長三角”特色農林產品、15家重點企業的覆蓋。形成創新型人才培養的“線上+線下”融合課堂，形成現代農林虛實結合仿真實訓體系。