涉農(nóng)高校“智慧農(nóng)業(yè)”課程教學(xué)改革探討

王東平，閆 震，郭 兵，郭佳瑋

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，河北保定 071001；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，河北保定 071001）

智慧農(nóng)業(yè)是地理信息系統(tǒng)、自動(dòng)化技術(shù)、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等數(shù)字技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等的綜合應(yīng)用，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、管理、經(jīng)營、流通、服務(wù)等在數(shù)字化層面的表達(dá)，發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)可有效降低成本、提高效率、改善生態(tài)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興的重要手段[1-2]，我國《鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃（2018—2022年）》和《中共中央國務(wù)院關(guān)于全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的意見》提出“要加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化步伐，實(shí)施智慧農(nóng)業(yè)工程”[3-4]。發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)急需對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)有熱情、有實(shí)踐操作技能、懂經(jīng)營會(huì)管理、具有交叉知識的應(yīng)用型人才，人才缺口較大[5]。但是，當(dāng)前大學(xué)生對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)、鄉(xiāng)村振興認(rèn)識不足，涉農(nóng)工作意愿不強(qiáng)，面對這一現(xiàn)實(shí)問題，涉農(nóng)高校積極開設(shè)智慧農(nóng)業(yè)課程，探索培養(yǎng)適應(yīng)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的應(yīng)用型人才具有重要意義。

1 科學(xué)設(shè)計(jì)智慧農(nóng)業(yè)課程教學(xué)體系

智慧農(nóng)業(yè)課程講授內(nèi)容涉及農(nóng)業(yè)科學(xué)、信息科學(xué)和管理科學(xué)等多種學(xué)科，學(xué)科之間跨度大，且需要交叉融合，學(xué)習(xí)起來難度較大，據(jù)此智慧農(nóng)業(yè)課程設(shè)計(jì)著重于課上創(chuàng)新啟發(fā)式教學(xué)和課外拓展實(shí)踐相結(jié)合，課上創(chuàng)新啟發(fā)式教學(xué)重在夯實(shí)學(xué)生專業(yè)理論知識和培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，課外拓展實(shí)踐教學(xué)重在提高學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐技能。在設(shè)計(jì)知識講授環(huán)節(jié)時(shí)，側(cè)重主體重要知識內(nèi)容的講解，通過典型實(shí)驗(yàn)圖片或?qū)嵨锏恼故炯皩＜抑v談、短視頻等，吸引學(xué)生的眼球，激發(fā)學(xué)生興趣，積極調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。比如，在講解“北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、GIS 和遙感”等主體內(nèi)容時(shí)，給學(xué)生展示與這些內(nèi)容應(yīng)用相關(guān)的短視頻，針對北斗導(dǎo)航系統(tǒng)定位原理等難度較大的內(nèi)容，適當(dāng)補(bǔ)充涉及的高中、大學(xué)物理及地理知識，彌補(bǔ)學(xué)生基礎(chǔ)知識的欠缺，加深學(xué)生對課程內(nèi)容的理解和掌握。在設(shè)計(jì)實(shí)踐課程環(huán)節(jié)時(shí)，組織學(xué)生參加老師的科研項(xiàng)目，并通過組織學(xué)生開展農(nóng)產(chǎn)品電商銷售和參加挑戰(zhàn)杯、互聯(lián)網(wǎng)+、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目等競賽活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。

2 環(huán)環(huán)相扣夯實(shí)專業(yè)理論知識

鄉(xiāng)村振興離不開現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，發(fā)展好現(xiàn)代農(nóng)業(yè)離不開智慧農(nóng)業(yè)，因而培養(yǎng)適應(yīng)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的應(yīng)用型人才頗為重要。智慧農(nóng)業(yè)是一門專業(yè)理論和實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，使學(xué)生深入掌握專業(yè)理論知識，應(yīng)采用不同的教學(xué)設(shè)計(jì)方法。

2.1 以問題提出引導(dǎo)學(xué)生入門

一般情況下，課程專業(yè)理論教學(xué)比較枯燥，好的開頭能夠激發(fā)學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)興趣。據(jù)此，在智慧農(nóng)業(yè)第一次授課時(shí)，任課教師理論講授時(shí)采用提問式或背景介紹式等方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。比如，在講授緒論、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、GIS 和遙感時(shí)，通過生動(dòng)形象的多媒體錄像、三維動(dòng)畫、短視頻等形式，展示介紹智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展背景，包括智慧農(nóng)業(yè)、全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)和遙感的發(fā)展、現(xiàn)狀和特點(diǎn)等，以視、聽等多種直覺感受激發(fā)學(xué)生對此門課程的學(xué)習(xí)興趣。又比如，在講授衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)時(shí)，任課教師向?qū)W生提問“哪個(gè)國家最先提出智慧農(nóng)業(yè)或構(gòu)建地面的定位系統(tǒng)呢？”，引導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)報(bào)道，了解當(dāng)前進(jìn)展，還可以進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考北斗導(dǎo)航與GPS的異同點(diǎn)以及北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)勢。

2.2 以適當(dāng)重復(fù)強(qiáng)化重點(diǎn)內(nèi)容

為使學(xué)生牢固掌握智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)理論知識，任課教師在智慧農(nóng)業(yè)課程講授過程中，有意識針對相關(guān)知識點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)，啟發(fā)學(xué)生用已知知識去認(rèn)識和理解未知知識，建立知識之間的連貫性，鞏固已學(xué)知識。比如，在講授北斗導(dǎo)航系統(tǒng)基本原理時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu)圖去理解其基本原理，用基本原理認(rèn)識測距碼測距的觀測方程等。而且，任課教師在智慧農(nóng)業(yè)課程整個(gè)授課過程中，對于重要概念有意識地進(jìn)行多次重復(fù)。例如，在智慧農(nóng)業(yè)課程教授過程中，多次出現(xiàn)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、GIS 等概念，講授北斗導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)，強(qiáng)調(diào)應(yīng)結(jié)合GIS輔助測量。

2.3 以課下思考融合知識體系

智慧農(nóng)業(yè)課程涉及多學(xué)科交叉，學(xué)科之間跨度大且需要深度融合，因而課堂教授內(nèi)容和時(shí)間安排不能太“滿”，需要給學(xué)生留出思考和消化的余地。據(jù)此，智慧農(nóng)業(yè)課程在授課即將結(jié)束時(shí)留出大約10 min 用于一些問題的討論，或者任課教師以作業(yè)的形式提出一些問題，供學(xué)生在課下進(jìn)行思考。任課教師提出的問題包括課上所學(xué)重點(diǎn)知識、技能方法、講解內(nèi)容的拓展和延伸等，而且問題會(huì)隨著課程的不斷深入而逐步綜合，使學(xué)生在不知不覺中養(yǎng)成獨(dú)立思考的習(xí)慣。如第一次授課時(shí)，提出本節(jié)課所講的智慧農(nóng)業(yè)的特點(diǎn)和智慧農(nóng)業(yè)的體系等基本需要掌握的知識和方法；第二次授課講授“北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展及特點(diǎn)”時(shí)，提出讓學(xué)生思考第三次課的內(nèi)容“北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的原理與誤差源”。

3 多種方法提升學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力

3.1 以現(xiàn)實(shí)案例激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新熱情

針對智慧農(nóng)業(yè)是多學(xué)科交叉的課程，且應(yīng)用性很強(qiáng)，是理論教學(xué)與科研、生產(chǎn)相結(jié)合的體現(xiàn)，學(xué)生學(xué)好此門課程，既需要夯實(shí)的專業(yè)理論基礎(chǔ)，也需要深入了解理論知識在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果，課程講授中實(shí)施啟發(fā)式教學(xué)。例如，在講授智慧農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)理論知識應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的內(nèi)容時(shí)，將任課教師所做的研究工作——會(huì)說話的農(nóng)機(jī)裝備——充實(shí)到課程教學(xué)中，給學(xué)生講授該農(nóng)機(jī)設(shè)備的研發(fā)解決了果菜雙行起壟種植收獲后平壟工作量大的問題。該農(nóng)機(jī)設(shè)備在使用過程中既能將平壟工作量狀態(tài)數(shù)據(jù)和作業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集，還會(huì)將數(shù)據(jù)自動(dòng)傳入大數(shù)據(jù)中心，通過該實(shí)例的講解，使學(xué)生理解了智慧農(nóng)業(yè)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中的作用，理論聯(lián)系實(shí)際，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)和對實(shí)際問題探索的熱情。

3.2 以問題討論引導(dǎo)學(xué)生分析思考

牢固而深入地掌握重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力是智慧農(nóng)業(yè)課程教學(xué)中必備的環(huán)節(jié)，任課教師在智慧農(nóng)業(yè)教學(xué)中嘗試了探索求證、討論評價(jià)、歸納總結(jié)的教學(xué)方法。

1）按照“方案比較——可行性分析——解決問題”的思路，任課教師引導(dǎo)學(xué)生針對具體問題進(jìn)行探索求證。例如，講解解決北斗衛(wèi)星導(dǎo)航測距時(shí)的多路徑效應(yīng)時(shí)，老師可以引導(dǎo)學(xué)生比較現(xiàn)有的接收機(jī)端和衛(wèi)星端的解決多路徑效應(yīng)的方法，學(xué)生對比兩種解決方法的優(yōu)缺點(diǎn)，分析它們的可行性和適用性。通過學(xué)生討論，選擇最合適的解決方法。如對于需要移動(dòng)的接收機(jī)，可以采用接收機(jī)端的多普勒濾波或自適應(yīng)濾波方法，而對于固定接收機(jī)，可以采用衛(wèi)星端的選擇性跳頻或分集接收方法。在探索求證的過程中，學(xué)生不僅可以深入理解北斗衛(wèi)星導(dǎo)航測距的基本原理，還能夠了解到具體的問題和解決方案，培養(yǎng)出實(shí)際問題解決的能力和創(chuàng)新意識。

2）采用定性、定量相結(jié)合的方法，通過組織學(xué)生討論評價(jià)進(jìn)而總結(jié)規(guī)律。例如在講授農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)章節(jié)時(shí)，通過查閱資料和數(shù)據(jù)分析定性方法了解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本原理和應(yīng)用場景。采用測量不同類型的傳感器的數(shù)據(jù)采集精度和采集頻率，以及不同智能控制系統(tǒng)的控制精度和響應(yīng)速度等指標(biāo)進(jìn)行定量深入分析。進(jìn)而討論總結(jié)出不同農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，以及如何通過數(shù)據(jù)分析來實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和智能農(nóng)業(yè)的目標(biāo)。還可以討論不同作物和不同地區(qū)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例，以及如何根據(jù)實(shí)際情況選擇最適合的技術(shù)方案。通過這種定性和定量相結(jié)合的方法，可以幫助學(xué)生深入了解智慧農(nóng)業(yè)的技術(shù)和應(yīng)用，以及在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中如何合理地利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

3.3 以自主學(xué)習(xí)促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐

1）針對“智慧農(nóng)業(yè)”課程和涉農(nóng)院校學(xué)生的特點(diǎn)，采取了專題講座和開放式學(xué)習(xí)相結(jié)合的方法。比如，在講授“智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展和最新技術(shù)”章節(jié)時(shí)，播放現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系主管內(nèi)容專題講座，給學(xué)生展示智慧農(nóng)業(yè)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用案例，比如，課程講授中展示了感知農(nóng)業(yè)軟件平臺，該平臺能實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)空氣溫度、相對濕度、二氧化碳濃度、土壤溫度、濕度、光照度等設(shè)施環(huán)境要素指標(biāo)、數(shù)據(jù)，進(jìn)行圖形化、可視化，初步實(shí)現(xiàn)棚室等生產(chǎn)遠(yuǎn)程控制，同時(shí)講解與課程相關(guān)的理論和技術(shù)。組織學(xué)生查閱資料，并引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)所學(xué)內(nèi)容嘗試設(shè)計(jì)主要技術(shù)參數(shù)。

2）“智慧農(nóng)業(yè)”屬于實(shí)踐應(yīng)用性較強(qiáng)的課程，在課程教學(xué)過程中實(shí)踐性非常突出，任課教師引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用研發(fā)對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力至關(guān)重要。據(jù)此，在智慧農(nóng)業(yè)課程教學(xué)中，進(jìn)行了兩種創(chuàng)新：①充分利用實(shí)驗(yàn)室資源，學(xué)生可以自由結(jié)組，自主選擇相關(guān)課程內(nèi)容，與老師預(yù)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間和所需器材，老師盡可能合理分配實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，最大限度滿足學(xué)生實(shí)驗(yàn)室操作的意愿；②任課教師借助自己的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科研項(xiàng)目，帶領(lǐng)學(xué)生參與智慧農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺的研發(fā)，比如，設(shè)計(jì)感知農(nóng)業(yè)軟件平臺，組織學(xué)生調(diào)研并采集河北省10余個(gè)市的大棚區(qū)域分布情況，讓學(xué)生利用所學(xué)知識繪制地圖，顯示各地大棚總數(shù)量、總面積、大棚類型、產(chǎn)量等信息，設(shè)計(jì)生產(chǎn)管理大數(shù)據(jù)平臺原型系統(tǒng)的主要功能和數(shù)據(jù)庫。通過這些自主研發(fā)式實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生的自學(xué)能力、創(chuàng)新精神和實(shí)踐動(dòng)手能力均得到提高。

3.4 以靈活考核提升學(xué)生綜合素質(zhì)

考試是檢查學(xué)生知識、能力和技能的主要手段。針對智慧農(nóng)業(yè)課程為交叉學(xué)科、理論性、實(shí)踐性均較強(qiáng)的特點(diǎn)，據(jù)此在課程考核時(shí)采用了靈活多樣的方法。1）成立考核小組，教師事先精心設(shè)計(jì)口試題目。比如，口答當(dāng)前智慧農(nóng)業(yè)采用的最新技術(shù)有哪些；點(diǎn)評一個(gè)智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用實(shí)例，學(xué)生通過隨機(jī)抽簽選定所要回答的題目，教師提問、學(xué)生回答，這種師生互動(dòng)的考核方式，既促進(jìn)了學(xué)生對所學(xué)知識的靈活運(yùn)用，也提高了學(xué)生的應(yīng)變能力和表達(dá)能力。2）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、開放式學(xué)習(xí)和筆試相結(jié)合的考核方式。針對智慧農(nóng)業(yè)課程中的不同內(nèi)容，任課教師將課程考核內(nèi)容分為采用設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、開放式學(xué)習(xí)和筆試三類，所占課時(shí)比例為3∶3∶4。此種考核方式側(cè)重于對學(xué)生們綜合素質(zhì)的考查，靈活性很強(qiáng)，深受學(xué)生歡迎。

3.5 以競賽項(xiàng)目提高學(xué)生創(chuàng)新能力

為鼓勵(lì)學(xué)生們深入學(xué)習(xí)，組織學(xué)生創(chuàng)建科技創(chuàng)新小組，指導(dǎo)學(xué)生將智慧農(nóng)業(yè)所學(xué)內(nèi)容應(yīng)用于科技創(chuàng)新，利用學(xué)生挑戰(zhàn)杯、互聯(lián)網(wǎng)+、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目等科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽或項(xiàng)目，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。比如，教師帶領(lǐng)學(xué)生去農(nóng)業(yè)園區(qū)調(diào)研，詳細(xì)了解園區(qū)所需，針對設(shè)施大棚采摘蔬菜果實(shí)不方便運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)實(shí)難題，指導(dǎo)學(xué)生查閱資料、設(shè)計(jì)參數(shù)，參加挑戰(zhàn)杯比賽，學(xué)生在了解實(shí)際所需后，有了明確的創(chuàng)新切入點(diǎn)，積極主動(dòng)準(zhǔn)備參賽，不斷思考和創(chuàng)新，學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力均得到提高。

4 教學(xué)改革效果

經(jīng)過幾年的教學(xué)研究與實(shí)踐，“智慧農(nóng)業(yè)”課程創(chuàng)新性教學(xué)取得了預(yù)期的效果。

1）通過采用形象、生動(dòng)、有趣的教學(xué)手段和啟發(fā)式、開放性、討論式等多種教學(xué)方法的改革，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)智慧農(nóng)業(yè)課程的積極性和嘗試解決實(shí)際問題的興趣。

2）通過帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行“智慧農(nóng)業(yè)”課程教學(xué)實(shí)踐創(chuàng)新，不僅使學(xué)生加深了對課程內(nèi)容的理解和掌握，同時(shí)也改變了學(xué)生對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和科技創(chuàng)新與農(nóng)業(yè)關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)的錯(cuò)誤認(rèn)知，使學(xué)生深入了解了智慧農(nóng)業(yè)在當(dāng)前農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用價(jià)值和可行性。

3）自主研發(fā)式實(shí)踐教學(xué)，使學(xué)生主動(dòng)去思考問題，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案或?qū)嵺`項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了課程理論知識學(xué)習(xí)和實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合，學(xué)生在探索實(shí)踐中與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對接，與社會(huì)對接，促進(jìn)和學(xué)生與社會(huì)的融合。

4）多種靈活考核方式使學(xué)生的理解能力、應(yīng)變能力、表達(dá)能力均得到提高，隨著課程的深入學(xué)習(xí)，學(xué)生體會(huì)到了智慧農(nóng)業(yè)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的作用，參與農(nóng)業(yè)就業(yè)創(chuàng)業(yè)是發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興的迫切需要，也是實(shí)現(xiàn)自身價(jià)值的重要途徑。

5 結(jié)語

智慧農(nóng)業(yè)的實(shí)質(zhì)就是利用現(xiàn)代高新技術(shù)改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，是當(dāng)前現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展和鄉(xiāng)村振興迫切所需，涉農(nóng)高校培養(yǎng)懂技術(shù)、會(huì)管理的智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用型人才，對助力鄉(xiāng)村振興具有重要意義。本教學(xué)改革研究在分析“智慧農(nóng)業(yè)”課程特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過做好智慧農(nóng)業(yè)課程教學(xué)體系、課堂教學(xué)設(shè)計(jì)、采用靈活多樣的教學(xué)方法和考核方式，特別是教學(xué)與科研創(chuàng)新相結(jié)合的課程實(shí)踐，夯實(shí)了學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)，該課程的教學(xué)改革順應(yīng)了高新農(nóng)業(yè)科技和鄉(xiāng)村振興的發(fā)展，智慧農(nóng)業(yè)人才培養(yǎng)奠定了基礎(chǔ)，取得了良好的教學(xué)效果。