華中農業大學“三田”實踐教學的信息化實踐與探索

袁金展，李海霞，羅朝喜

（華中農業大學作物學國家級實驗教學示范中心 湖北 武漢 430070）

為培養學生的創新能力和解決實際問題的能力，華中農業大學（以下簡稱“我?！保﹪@農業特色和學科優勢，逐步探索了“三田”+“三早”的特色實踐育人模式[1]?！叭铩蹦Ｊ街饕匀A中農業大學植物科學技術學院作物學實踐教學實習基地（校內一般稱為“三田”基地，以下簡稱“三田”）為依托，要求學生以小組為單位，在試驗地進行從種到收的全過程實踐訓練，參與耕、種、管、收全過程，了解實驗設計和數據分析的基本方法，以便更深入地了解農業生產現狀[2]。開展“三田”模式教學以來，我校本科實踐教學取得了顯著成效，特別是推動農學專業、植物保護專業于2017 年通過了三級專業認證。隨著現代農業技術的進步與國家對現代農業的重視，現代農業對農業人才有了新的要求，“三田”模式存在極少接觸到現代農業機具、技術等問題，不適應現代農業科技人才培養的需求[3]。隨著物聯網、大數據、云計算和移動互聯網等新一代信息技術的迅速發展，農業信息化正從傳統的數字化、網絡化向智能化、智慧化的高端方向發展[4]。

加強現代農業工具的使用和現代農業新技術的實踐，跨專業合作、加強學生綜合運用多學科知識能力的培養，是“三田實習”課程改革的重要內容[5]。為培養具備農業與信息多學科交叉知識能力的現代農業人才隊伍，引領未來農業的發展方向，我校植物生產類相關專業實踐教學進行了信息化實踐與探索。

1 “三田”實踐教學的信息化探索與實踐

1.1 提前謀劃智慧農業專業建設、加強“三田”實習基地信息化建設與改造

1.1.1 準確掌握未來農業發展方向、把握現代農業發展的歷史機遇

我國農業領域引進信息技術起始于20 世紀80 年代初期，2000 年以后進入了迅速發展的時期，信息技術在農業領域的應用廣度和深度都達到一個新的高度[6]。華中農業大學善于在農業發展的歷史潮流中把握歷史機遇，以一系列的動作投入現代農業發展中。2015 年11 月25 日，學校信息學院研討智慧農業相關的學科融合發展。2018 年3 月18 日，我校第14 期作物科學高端講壇指出，智慧農業是信息科學技術和農業的結合。2019 年6 月17 日，學校首個作物信息創新班結業，植物科學技術學院已建立作物信息研究中心，以國家人才培養模式創新的試驗區“張之洞班”對智慧農業人才培養方案進行探索。2020 年3 月3日，我校申報的智慧農業專業獲教育部批準，成為國內首批獲批建設的智慧農業專業。2020 年8 月4 日，華中農業大學智慧農業系列教材建設全面啟航。

1.1.2 科學規劃、切實落實，推進“三田”實習基地信息化建設與改造

我?！叭铩被匦畔⒒ㄔO目前已經建成智慧農業云系統（含終端APP），包含水肥一體化系統、田間監測系統、養分監測系統、氣象監測系統、蟲情監測系統、機器人系統、無人機系統、室內表型監測系統、專家系統、教學實習管理系統等模塊。本系統實現了“三田”基地全域和“三田”實習全過程信息化覆蓋。

智慧農業云系統（含終端APP）將監測系統獲取的信息匯總到數據庫系統，通過分析、轉換，以特定的形式呈現到中央展示窗口并推送到終端APP。學生可通過PC 端和手機端查詢監測信息數據，并提交實習報告、操作水肥一體化設備；教師可以在線評閱學生實習報告、回答學生提問，對實踐實習效果做出科學評價。

1.2 結合現代農業發展與“三田”實習基地實際情況進行“三田”實習課程改革

1.2.1 教材改革

“三田”實習基地目前已經完成信息化改造，硬件設施和教學環境得到了顯著提升。同時，植物科學技術學院牽頭進行現代農業實習系列教材的編寫。新教材重新梳理了現代農業現狀，重點結合國家農業發展戰略，新增現代農業生產重要技術和現代農業主要生產方式等相關內容。重點將水肥一體化技術、農業無人機技術、農業機器人技術及物聯網技術等現代農業技術納入教材。新編《現代三田實習技術》教材已納入高教出版社“十四五”規劃教材。

1.2.2 教學方式改革

改革后的“三田”實習實現信息化農業實踐，每個學生分配一個獨立農業云賬號，可以隨時隨地登錄智慧農業云系統PC 端和手機端，進行系統組網設備互聯互動。實現每一位學生均能全程自由操作控制設備、獲取監測數據、上傳調查數據、提交實習報告、提問專業知識等，實現全員信息化農業實踐。

“三田”實習任課教師在授課方式上進行改進，發揮教師特長，實行聯合授課。將“智慧農業技術概覽”“農業無人機應用”“農業機器人田間實踐”“作物田間生長信息采集田間實踐”“農田攝影技術”等納入“三田”實習中，并安排專門教師進行授課。運用智慧農業云系統進行學生調查數據檢查、實習報告評閱、學生疑問解答。

1.2.3 虛擬仿真實驗建設

線上線下結合是“三田”實習課程的重要探索方向。利用“三田”基地信息化建設及虛擬仿真建設成果進行線上授課，指導學生參加當地農業生產實踐，取得了良好的效果。根據虛擬仿真“能實不虛、虛實結合”的原則，建成了“智慧農業技術實踐”和“智慧農場建設”虛擬仿真項目，學生以建設者的身份，在規定地塊建設智慧農場，包含地塊規劃、設備選擇、安裝調試等模塊。學生以農場主身份獨立運行500 畝規模的現代智慧農場，運用智慧農業技術按照要求完成水稻、小麥、玉米、油菜、棉花五大作物的交替種植。

1.2.4 教學儀器研制

現代農業設備具有造價高、技術高度集成、操作相對復雜、規模較大等特點。而學生在大量重復操作、小規模地塊操作、自主規劃地塊方面存在不足。因此，為加強教學的靈活性、培養學生的自主性，學校配套自主研發了水肥一體化教學儀。該儀器可以由學生從零件開始組裝，加深學生對設備主要工作原理和構成的認識；學生可以根據不同的農田場景靈活布設該設備，深化學生對智慧農業設備安裝相關知識及技能的掌握；學生可以根據作物生長需求，靈活編寫設備運行程序和參數設置，強化學生對現代農業的認知。

1.3 解放思想、敢于擔當，積極探索“三全育人”實踐實習新模式

學生的培養應該是全方位的，教師需要解放思想，以敢于擔當、敢于探索的心態將信息化建設成果最大化地運用到學生的培養中?！叭铩睂嵙晫W生的培養不僅體現在課堂上，也體現在課堂外。

2019 年，“三田”實習課程骨干教師依托“三田”實習基地信息化改造成果孵化出學生創新創業團隊——“三田創新工作室”。形成了“棉花夢工場”“小學生系列科普課程”等科普、公益品牌。2019-2022 年連續4 年為華中農業大學附屬學校固定開展“耕讀課堂”系列科普、勞動教學活動，2022 年成功為武漢市光谷第十一小學開設“校園農場”并開展耕讀教學。

2 “三田”實習信息化實踐教學的未來與發展

2.1 完善系統功能

①繼續優化系統功能，整合設備，提高系統設備兼容性、提高設備運行穩定性、提高人機交互水平。當前農業信息化技術是眾多行業技術的集成，發展迅速，硬件、軟件水平均有較大的發展，但仍存在著部分硬件設備運行穩定性不夠、人機交互水平不優等不足。在實際生產和教學實踐過程中，存在建設成本高，運行不穩定、可靠性不足等問題。因此，教學團隊需要繼續在實踐教學中及時發現問題、解決問題，進一步優化系統功能，提高系統的可靠性、人機交互的通暢性。

②現代農業技術，特別是信息化技術飛速發展，教學團隊需要時刻關注現代農業新技術、新手段。如無人化智慧農場、無人農機等現代農業裝備，以及無人機巡航、多光譜監測等新興技術。將新裝備、新技術、新手段引入實踐教學中，讓學生及時掌握和了解現代農業的發展方向和現代農業技術手段。

2.2 更新培養計劃和實習大綱

實習大綱決定著“三田”實習信息化建設成果能否運用于教學實踐、決定著“三田”實習信息化的實踐成效。教學團隊需要全面梳理教學實習整體過程，進一步根據當前農業技術現狀和農業技術的發展方向，摒棄落后的、凝練合時宜的農業技術和手段并精煉生成教學實習大綱。

在教學實踐中，應突出綠色化、機械化、工廠化和無人化，無人機播種、大型機械播種、機插秧、機械收割等現代農業手段需強化；無人機打藥、水肥一體化等高效技術需加強、精準施肥、生物防治等綠色農業技術手段需突出；傳統課堂上課模式、紙質作業批改方式要改進，雨課堂、微課等新興授課方式需加強；思政元素要進一步融入課程教學。

2.3 師資能力提升

“三田”信息化實習是多學科、多門類技術的綜合實習，包含農業種植技術、信號傳輸技術、圖像處理與分析技術等眾多技術。學校多學科交叉，特別是跨學科門類交叉的師資力量較欠缺。需要現有“三田”實習教師在思想上跟進時代潮流，在農業現代化、信息化能力水平上不斷提升。

首先，學校應有相應部署，開展提升教師信息化水平、提升教師綜合能力的相關培訓，幫助教師提升基本的信息化能力；其次，學校應為多學科交叉交流提供便利和支持，專業教師也應主動與信息學院、工學院等學院開展多學科交叉交流，通過多學科交叉融合，達到優勢互補、綜合能力顯著增強的目的；最后，豐富教師培養機制，鼓勵教師多進企業，多下農村，走進生產一線，摸清行業發展基本脈絡，與生產實際接軌。還可以發揮優秀校友、資深教授、行業帶頭人、首席專家等資源優勢，結合黨支部活動、鄉村振興、社會服務等活動，為教師創造走進一線學習的機會。

2.4 運用學校科研優勢，助力教學內容提升

近年來，學校農業相關科學研究獨具特色，處于行業領先水平。特別是在作物表型監測、作物圖像監測識別、智慧育種、稻田綠色綜合種養技術等方面具有顯著成效。將這些最新的科研成果通過課堂的形式供學生實踐，可以提高學生對農業的興趣、加深學生對現代農業技術的認識。

信息化只是現代農業發展的一個環節，未來農業必定朝著無人化、智慧化方向發展。圖像分析、云計算及人工智能等技術將在未來農業中起到決定性作用。培養現代化農業人才，就需要加強圖像分析、云計算及人工智能等技術在“三田”實習中的運用，促進現代人工智能技術與傳統農業科技成果的融合，進一步提高“三田”實習智慧化水平。