涉农高校“智慧农业”课程教学改革探讨
时间：2023-04-21 22:05:02 来源：千叶帆 本文已影响人
王东平，闫 震，郭 兵，郭佳玮
（1.河北农业大学经济管理学院，河北保定 071001；
2.河北农业大学机电工程学院，河北保定 071001）
智慧农业是地理信息系统、自动化技术、通信与网络技术等数字技术与农业生产科学、环境科学等的综合应用，是农业生产、管理、经营、流通、服务等在数字化层面的表达，发展智慧农业可有效降低成本、提高效率、改善生态环境，是实现乡村振兴的重要手段[1-2]，我国《乡村振兴战略规划（2018—2022年）》和《中共中央国务院关于全面推进乡村振兴加快农业农村现代化的意见》提出“要加快农业现代化步伐，实施智慧农业工程”[3-4]。发展智慧农业急需对现代农业有热情、有实践操作技能、懂经营会管理、具有交叉知识的应用型人才，人才缺口较大[5]。但是，当前大学生对现代农业、智慧农业、乡村振兴认识不足，涉农工作意愿不强，面对这一现实问题，涉农高校积极开设智慧农业课程，探索培养适应智慧农业发展的应用型人才具有重要意义。
智慧农业课程讲授内容涉及农业科学、信息科学和管理科学等多种学科，学科之间跨度大，且需要交叉融合，学习起来难度较大，据此智慧农业课程设计着重于课上创新启发式教学和课外拓展实践相结合，课上创新启发式教学重在夯实学生专业理论知识和培养学生自主学习的能力，课外拓展实践教学重在提高学生创新能力和实践技能。在设计知识讲授环节时，侧重主体重要知识内容的讲解，通过典型实验图片或实物的展示及专家讲谈、短视频等，吸引学生的眼球，激发学生兴趣，积极调动学生的积极性和主动性。比如，在讲解“北斗导航系统、GIS 和遥感”等主体内容时，给学生展示与这些内容应用相关的短视频，针对北斗导航系统定位原理等难度较大的内容，适当补充涉及的高中、大学物理及地理知识，弥补学生基础知识的欠缺，加深学生对课程内容的理解和掌握。在设计实践课程环节时，组织学生参加老师的科研项目，并通过组织学生开展农产品电商销售和参加挑战杯、互联网+、创新创业训练项目等竞赛活动，激发学生创新能力和实践能力。
乡村振兴离不开现代农业的发展，发展好现代农业离不开智慧农业，因而培养适应智慧农业发展的应用型人才颇为重要。智慧农业是一门专业理论和实践性较强的课程，使学生深入掌握专业理论知识，应采用不同的教学设计方法。
2.1 以问题提出引导学生入门
一般情况下，课程专业理论教学比较枯燥，好的开头能够激发学生对课程的学习兴趣。据此，在智慧农业第一次授课时，任课教师理论讲授时采用提问式或背景介绍式等方法，激发学生学习的热情。比如，在讲授绪论、北斗导航系统、GIS 和遥感时，通过生动形象的多媒体录像、三维动画、短视频等形式，展示介绍智慧农业的发展背景，包括智慧农业、全球定位系统、地理信息系统和遥感的发展、现状和特点等，以视、听等多种直觉感受激发学生对此门课程的学习兴趣。又比如，在讲授卫星导航定位系统时，任课教师向学生提问“哪个国家最先提出智慧农业或构建地面的定位系统呢？”，引导学生查阅相关报道，了解当前进展，还可以进一步引导学生思考北斗导航与GPS的异同点以及北斗导航系统的优势。
2.2 以适当重复强化重点内容
为使学生牢固掌握智慧农业专业理论知识，任课教师在智慧农业课程讲授过程中，有意识针对相关知识点进行重复，启发学生用已知知识去认识和理解未知知识，建立知识之间的连贯性，巩固已学知识。比如，在讲授北斗导航系统基本原理时，引导学生用北斗导航系统卫星信号结构图去理解其基本原理，用基本原理认识测距码测距的观测方程等。而且，任课教师在智慧农业课程整个授课过程中，对于重要概念有意识地进行多次重复。例如，在智慧农业课程教授过程中，多次出现北斗导航系统、GIS 等概念，讲授北斗导航系统应用时，强调应结合GIS辅助测量。
2.3 以课下思考融合知识体系
智慧农业课程涉及多学科交叉，学科之间跨度大且需要深度融合，因而课堂教授内容和时间安排不能太“满”，需要给学生留出思考和消化的余地。据此，智慧农业课程在授课即将结束时留出大约10 min 用于一些问题的讨论，或者任课教师以作业的形式提出一些问题，供学生在课下进行思考。任课教师提出的问题包括课上所学重点知识、技能方法、讲解内容的拓展和延伸等，而且问题会随着课程的不断深入而逐步综合，使学生在不知不觉中养成独立思考的习惯。如第一次授课时，提出本节课所讲的智慧农业的特点和智慧农业的体系等基本需要掌握的知识和方法；
第二次授课讲授“北斗导航系统的发展及特点”时，提出让学生思考第三次课的内容“北斗导航系统的原理与误差源”。
3.1 以现实案例激发学生创新热情
针对智慧农业是多学科交叉的课程，且应用性很强，是理论教学与科研、生产相结合的体现，学生学好此门课程，既需要夯实的专业理论基础，也需要深入了解理论知识在现实生产生活中的应用，为提高学生的学习兴趣和学习效果，课程讲授中实施启发式教学。例如，在讲授智慧农业基础理论知识应用于现代农业的内容时，将任课教师所做的研究工作——会说话的农机装备——充实到课程教学中，给学生讲授该农机设备的研发解决了果菜双行起垄种植收获后平垄工作量大的问题。该农机设备在使用过程中既能将平垄工作量状态数据和作业数据进行自动采集，还会将数据自动传入大数据中心，通过该实例的讲解，使学生理解了智慧农业在现代农业发展中的作用，理论联系实际，调动了学生学习和对实际问题探索的热情。
3.2 以问题讨论引导学生分析思考
牢固而深入地掌握重点学习内容，提高学生分析问题、解决问题的能力是智慧农业课程教学中必备的环节，任课教师在智慧农业教学中尝试了探索求证、讨论评价、归纳总结的教学方法。
1）按照“方案比较——可行性分析——解决问题”的思路，任课教师引导学生针对具体问题进行探索求证。例如，讲解解决北斗卫星导航测距时的多路径效应时，老师可以引导学生比较现有的接收机端和卫星端的解决多路径效应的方法，学生对比两种解决方法的优缺点，分析它们的可行性和适用性。通过学生讨论，选择最合适的解决方法。如对于需要移动的接收机，可以采用接收机端的多普勒滤波或自适应滤波方法，而对于固定接收机，可以采用卫星端的选择性跳频或分集接收方法。在探索求证的过程中，学生不仅可以深入理解北斗卫星导航测距的基本原理，还能够了解到具体的问题和解决方案，培养出实际问题解决的能力和创新意识。
2）采用定性、定量相结合的方法，通过组织学生讨论评价进而总结规律。例如在讲授农业物联网技术章节时，通过查阅资料和数据分析定性方法了解物联网技术的基本原理和应用场景。采用测量不同类型的传感器的数据采集精度和采集频率，以及不同智能控制系统的控制精度和响应速度等指标进行定量深入分析。进而讨论总结出不同农业物联网系统的优缺点，以及如何通过数据分析来实现精准农业和智能农业的目标。还可以讨论不同作物和不同地区的农业物联网应用案例，以及如何根据实际情况选择最适合的技术方案。通过这种定性和定量相结合的方法，可以帮助学生深入了解智慧农业的技术和应用，以及在农业生产中如何合理地利用物联网技术提高农业生产效率和质量。
3.3 以自主学习促进学生创新实践
1）针对“智慧农业”课程和涉农院校学生的特点，采取了专题讲座和开放式学习相结合的方法。比如，在讲授“智慧农业的发展和最新技术”章节时，播放现代农业产业体系主管内容专题讲座，给学生展示智慧农业在现代农业中的应用案例，比如，课程讲授中展示了感知农业软件平台，该平台能实时采集、存储空气温度、相对湿度、二氧化碳浓度、土壤温度、湿度、光照度等设施环境要素指标、数据，进行图形化、可视化，初步实现棚室等生产远程控制，同时讲解与课程相关的理论和技术。组织学生查阅资料，并引导学生依据所学内容尝试设计主要技术参数。
2）“智慧农业”属于实践应用性较强的课程，在课程教学过程中实践性非常突出，任课教师引领学生进行实践应用研发对培养学生的创新能力至关重要。据此，在智慧农业课程教学中，进行了两种创新：①充分利用实验室资源，学生可以自由结组，自主选择相关课程内容，与老师预约实验时间和所需器材，老师尽可能合理分配实验教学资源，最大限度满足学生实验室操作的意愿；
②任课教师借助自己的现代农业科研项目，带领学生参与智慧农业大数据平台的研发，比如，设计感知农业软件平台，组织学生调研并采集河北省10余个市的大棚区域分布情况，让学生利用所学知识绘制地图，显示各地大棚总数量、总面积、大棚类型、产量等信息，设计生产管理大数据平台原型系统的主要功能和数据库。通过这些自主研发式实践教学，学生的自学能力、创新精神和实践动手能力均得到提高。
3.4 以灵活考核提升学生综合素质
考试是检查学生知识、能力和技能的主要手段。针对智慧农业课程为交叉学科、理论性、实践性均较强的特点，据此在课程考核时采用了灵活多样的方法。1）成立考核小组，教师事先精心设计口试题目。比如，口答当前智慧农业采用的最新技术有哪些；
点评一个智慧农业应用实例，学生通过随机抽签选定所要回答的题目，教师提问、学生回答，这种师生互动的考核方式，既促进了学生对所学知识的灵活运用，也提高了学生的应变能力和表达能力。2）实验设计、开放式学习和笔试相结合的考核方式。针对智慧农业课程中的不同内容，任课教师将课程考核内容分为采用设计实验、开放式学习和笔试三类，所占课时比例为3∶3∶4。此种考核方式侧重于对学生们综合素质的考查，灵活性很强，深受学生欢迎。
3.5 以竞赛项目提高学生创新能力
为鼓励学生们深入学习，组织学生创建科技创新小组，指导学生将智慧农业所学内容应用于科技创新，利用学生挑战杯、互联网+、创新创业训练项目等科技创新创业大赛或项目，激发学生的创新意识和创新能力。比如，教师带领学生去农业园区调研，详细了解园区所需，针对设施大棚采摘蔬菜果实不方便运输的现实难题，指导学生查阅资料、设计参数，参加挑战杯比赛，学生在了解实际所需后，有了明确的创新切入点，积极主动准备参赛，不断思考和创新，学生动手能力、创新能力和团结协作能力均得到提高。
经过几年的教学研究与实践，“智慧农业”课程创新性教学取得了预期的效果。
1）通过采用形象、生动、有趣的教学手段和启发式、开放性、讨论式等多种教学方法的改革，调动了学生学习智慧农业课程的积极性和尝试解决实际问题的兴趣。
2）通过带领学生进行“智慧农业”课程教学实践创新，不仅使学生加深了对课程内容的理解和掌握，同时也改变了学生对现代农业和科技创新与农业关联性不强的错误认知，使学生深入了解了智慧农业在当前农业上的应用价值和可行性。
3）自主研发式实践教学，使学生主动去思考问题，设计实验方案或实践项目，实现了课程理论知识学习和实践应用相结合，学生在探索实践中与现代农业对接，与社会对接，促进和学生与社会的融合。
4）多种灵活考核方式使学生的理解能力、应变能力、表达能力均得到提高，随着课程的深入学习，学生体会到了智慧农业在现代农业中的作用，参与农业就业创业是发展现代农业和实现乡村振兴的迫切需要，也是实现自身价值的重要途径。
智慧农业的实质就是利用现代高新技术改造传统农业，是当前现代农业发展和乡村振兴迫切所需，涉农高校培养懂技术、会管理的智慧农业应用型人才，对助力乡村振兴具有重要意义。本教学改革研究在分析“智慧农业”课程特点的基础上，通过做好智慧农业课程教学体系、课堂教学设计、采用灵活多样的教学方法和考核方式，特别是教学与科研创新相结合的课程实践，夯实了学生的专业基础，提高了学生的综合素质，该课程的教学改革顺应了高新农业科技和乡村振兴的发展，智慧农业人才培养奠定了基础，取得了良好的教学效果。
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