張曉明 魏雅鹛

[摘 要]本文結(jié)合安徽農(nóng)業(yè)大學信息與計算機學院開設的“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”課程的學時情況和實驗條件，以充分發(fā)揮學生主觀能動性為教學導向，構(gòu)建結(jié)合教學內(nèi)容與實驗室條件自主設計實驗內(nèi)容的主動創(chuàng)新性實驗設計環(huán)節(jié)，以改善“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”課程教學效果，促進學生對所學理論知識與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程應用的融會貫通。

[關(guān)鍵詞]農(nóng)業(yè)信息技術(shù)；自主性實驗設計；教學改革

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號]1005-5843（2018）11-0089-04

[DOI]10.13980/j.cnki.xdjykx.2018.11.017

農(nóng)業(yè)信息技術(shù)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)支撐， 農(nóng)業(yè)信息化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標志。當前，計算機技術(shù)、人工智能技術(shù)和“3S”技術(shù)發(fā)展迅速，并且已經(jīng)廣泛應用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，對傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)生了巨大的影響[1]。對于農(nóng)業(yè)類大學的學生而言，在學習農(nóng)業(yè)類專業(yè)知識的同時，需要進一步學習現(xiàn)代信息技術(shù)和人工智能技術(shù)，并將兩類技術(shù)有機的結(jié)合，提升自身對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的認識[2][3]。因此開展農(nóng)業(yè)信息化教育，培育未來新農(nóng)人，不僅是農(nóng)業(yè)類課程改革面臨的一個重要課題，同時也是農(nóng)業(yè)類高等院校人才培養(yǎng)面臨的巨大挑戰(zhàn)[4][5]。

農(nóng)業(yè)信息化課程在我國農(nóng)業(yè)高等教育中開展較晚。目前，中國農(nóng)業(yè)大學、南京農(nóng)業(yè)大學、山東農(nóng)業(yè)大學等農(nóng)業(yè)類高校在農(nóng)學、植物保護等專業(yè)開設了農(nóng)業(yè)信息技術(shù)相關(guān)課程[6]。安徽農(nóng)業(yè)大學也在種子科學與工程、測繪工程、設施農(nóng)業(yè)工程等專業(yè)開設了農(nóng)業(yè)信息技術(shù)相關(guān)的專業(yè)課程。在當前嚴重缺乏既精通農(nóng)業(yè)技術(shù)又擅長計算機技術(shù)和人工智能技術(shù)專門人才的情況下[7]，快速和高質(zhì)量的培養(yǎng)出精通農(nóng)業(yè)信息技術(shù)人才，對農(nóng)業(yè)類高等院校的改革和社會的發(fā)展都具有重要意義。

一、課程地位

“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”課程的傳統(tǒng)教學方式跟普通的高等教育課程一樣，普遍存在以“教”為主、理論授課的常規(guī)問題，往往會忽視學生學習能力、科研能力和動手實驗能力的培養(yǎng)。農(nóng)業(yè)信息技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應用，是一門交叉學科，不同于很多成熟的理論課程，因此有必要開展研究性實驗教學探索。研究性教學改變了傳統(tǒng)的以知識傳授為主的理論教學，主要是在教師的引導和指導下，以學生自己探索、發(fā)現(xiàn)認知為主，在給定的科研場景中，進行問題的發(fā)現(xiàn)、問題的思考和問題的解決[8]，其重點在于學生的創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)，特別適合快速發(fā)展變化中的學科教學。目前，我國部分高等院校已經(jīng)在一些學科中進行了研究性實驗教學的探索和實踐，尤其是在研究生教育教學中，正在逐步擴大研究性教學在人才培養(yǎng)中的比重[9]。但在農(nóng)業(yè)類高等院?！稗r(nóng)業(yè)信息技術(shù)”課程的自主性實驗教學的探索和實踐鮮有所聞。

在“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”課程實施自主性實驗教學的過程中，為了達到預期的教學效果，任課教師需要在前期花費更大的精力，開展課程教學研討，進行研究性實驗教學內(nèi)容的討論和規(guī)劃、實驗設備和方案的準備，而不是對學生放任不管。同時，從學生的角度，自主性實驗教學相比傳統(tǒng)的聽課學習，需要學生們對學習的內(nèi)容進行更多的思考，需要發(fā)揮更多的主觀能動性，通過老師的指導和同學們的相互配合，完成對課程知識的學習和掌握。雖然沒有老師講課，但是這類學習并非變得輕松了，而是將會變得更辛苦了。

安徽農(nóng)業(yè)大學是一所辦學歷史悠久、以農(nóng)林生命學科為優(yōu)勢和特色的省政府與農(nóng)業(yè)部、國家林業(yè)局合作共建高校，學校始終堅持服務“三農(nóng)”的辦學方向，致力于科教興農(nóng)、科教興皖事業(yè)，走出了一條享譽全國的育人興校、富民強農(nóng)、校地協(xié)同的“大別山道路”，為推動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展和地方經(jīng)濟社會建設做出了突出貢獻。近年來，計算機技術(shù)、人工智能技術(shù)在安徽農(nóng)業(yè)中的應用也取得了顯著的成績，從農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)和精準農(nóng)業(yè)技術(shù)在安徽省內(nèi)的推廣和應用，到當前的農(nóng)機、農(nóng)藝、農(nóng)信三融合，安徽農(nóng)業(yè)大學始終是安徽現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的引領(lǐng)者和踐行者。然而，隨著信息技術(shù)和人工智能的快速發(fā)展和就業(yè)形勢的日益嚴峻，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的要求，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)迫切需要既具備基礎農(nóng)業(yè)生產(chǎn)專業(yè)知識，又精通現(xiàn)代信息技術(shù)的高素質(zhì)復合型科技管理人才。因此，安徽農(nóng)業(yè)大學面向農(nóng)學部分專業(yè)、理學部分專業(yè)和信息專業(yè)開設了“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”和“農(nóng)業(yè)信息化與數(shù)字農(nóng)業(yè)”課程，希望通過農(nóng)業(yè)信息類課程的學習，幫助學生掌握和了解現(xiàn)代計算機技術(shù)和人工智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用情況，滿足國家和安徽省對農(nóng)業(yè)創(chuàng)新人才的迫切需要。因此，農(nóng)業(yè)信息技術(shù)課程的開設是非常必要的，不斷完善和更新農(nóng)業(yè)信息課程內(nèi)容、深入開展農(nóng)業(yè)信息課程改革是適應社會發(fā)展、滿足社會需求的有效途徑。

二、課程現(xiàn)狀簡介

“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”這門課最早在安徽農(nóng)業(yè)大學是選修課，為了更好地滿足社會對人才的需求，目前本課程在2017級信息與計算機學院電子信息類專業(yè)已經(jīng)改為基礎必修課，修訂后的大綱總學時32，其中理論課32學時，實驗課0學時，課程教學內(nèi)容包括農(nóng)業(yè)信息采集、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測、地理信息系統(tǒng)、作物模擬模型、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)、精確農(nóng)業(yè)技術(shù)和農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)絡等重要的農(nóng)業(yè)信息技術(shù)。

目前本課程所用教材為李軍編寫的《農(nóng)業(yè)信息技術(shù)（第二版）》，后期將逐漸考慮使用安徽農(nóng)業(yè)大學自主編寫的農(nóng)業(yè)信息技術(shù)教材，參考書目前主要選用曹衛(wèi)星編寫的《農(nóng)業(yè)信息學》[10]，和王玉潔編寫的《農(nóng)業(yè)信息化導論》。目前的授課方式主要采用理論講授，部分內(nèi)容學生參與討論。本課程已基本構(gòu)建了相對完善的傳統(tǒng)授課體系，但仍存在一些問題：（1）沒有形成固定的教學團隊和教學討論組；（2）針對大學新生而言，部分內(nèi)容的專業(yè)性較強；（3）缺少相應的實驗或?qū)嵺`教學環(huán)節(jié)，有待進一步優(yōu)化應用性課程的教學效果。因此，有必要結(jié)合目前“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”課程的學時情況和學院的實驗條件，在教學方法上力求體現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息類課程特點。（1）實驗條件的有效構(gòu)建：通過整理、統(tǒng)計和整合實驗室資源，搭建農(nóng)業(yè)信息技術(shù)課程切實可行的實驗環(huán)境，為實驗任務命題提供基礎，為學生的實驗設計提供明確條件，進一步調(diào)動學生結(jié)合所學理論知識進行實驗方案設計的積極性。（2）實驗任務的合理設計：以農(nóng)業(yè)信息技術(shù)課程的教學目標為導向，將農(nóng)業(yè)信息產(chǎn)業(yè)和智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展與教學內(nèi)容融為一體，理論與實踐相結(jié)合。教師根據(jù)最新和典型實際應用案例設計實驗任務，使學生將已學知識與本門課程知識充分結(jié)合，促進其對課程體系的一體化理論學習與實踐應用。（3）考核方式的改進型優(yōu)化：通過引入實驗設計的考核環(huán)節(jié)，可以直接對學生的工程實踐能力、表達交流溝通能力和團隊合作精神進行考核；通過合理設置其所占學生成績比重，可有效反應學生的綜合能力及對本課程的掌握程度。此外，通過考核方式向技能和綜合素質(zhì)部分的側(cè)重，向?qū)W生傳達農(nóng)業(yè)信息技術(shù)課程，同時注重工程實踐應用與理論知識的教學思想，提升學生勤于思考、善于動手的實踐技能訓練意識。

三、課程教學改革建議

（一） 整合實驗教學資源

分析目前農(nóng)業(yè)信息化和智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域典型工程應用案例，結(jié)合“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”課程的教學內(nèi)容與基礎教學實驗室的實驗條件，對實驗室教學資源進行整合，根據(jù)當前已有農(nóng)業(yè)信息化相關(guān)的實驗教學資源以及實驗條件已經(jīng)初步具備但尚未開設實驗的相關(guān)情況，分大類整合農(nóng)業(yè)信息化實驗系統(tǒng)環(huán)境，為“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”課程實驗任務命題提供物質(zhì)保障。通過整理、統(tǒng)計和整合實驗室資源，搭建農(nóng)業(yè)信息技術(shù)課程切實可行的實驗環(huán)境，為實驗任務命題提供基礎，為學生的實驗設計提供明確的實驗條件，進一步調(diào)動學生結(jié)合所學理論知識進行實驗方案設計的積極性。以安徽農(nóng)業(yè)大學為例，目前“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”課程實驗依托公共實驗室開展，主要是將物聯(lián)網(wǎng)實驗室和機房的部分資源進行整合。物聯(lián)網(wǎng)實驗室主要提供傳感器、射頻識別、通信等硬件設備；機房主要提供計算機，并在計算機中安裝數(shù)據(jù)庫、GIS軟件、圖像處理軟件和高級語言編程環(huán)境，二者的組合可以滿足“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”課程的實驗需求，并且可以開展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等較大型的實驗。

（二）設計實驗任務

課程教研組教師根據(jù)選課學生專業(yè)及年級情況，系統(tǒng)研究培養(yǎng)方案，了解學生已掌握課程基礎，結(jié)合“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”課程的主要內(nèi)容以及實驗室整合資源，設計實驗任務命題。在設計課程實驗任務的命題時，參考近幾年農(nóng)業(yè)信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的典型應用案例，將其抽象為幾類典型的農(nóng)業(yè)信息技術(shù)實驗方向，并結(jié)合教學內(nèi)容以及實驗室條件，設計相關(guān)實驗任務，以供學生選題。實驗任務設計力求做到前沿發(fā)展方向與教學內(nèi)容的緊密結(jié)合。以農(nóng)業(yè)信息技術(shù)課程的教學目標為導向，將農(nóng)業(yè)信息產(chǎn)業(yè)和智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展與教學內(nèi)容融為一體，理論與實踐相結(jié)合，教師根據(jù)最新和典型實際應用案例設計實驗任務，使學生將已學知識與本門課程知識充分結(jié)合，提升其對課程體系的一體化理論學習與實踐應用能力。以安徽農(nóng)業(yè)大學為例，課程教研組初步設計了5個農(nóng)業(yè)信息技術(shù)實驗方向，分別是：農(nóng)業(yè)信息采集、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫、農(nóng)業(yè)GIS、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)與虛擬作物、綜合實驗（農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)）。教師應結(jié)合教學進度，分別提供多個實驗任務供學生選擇。比如在農(nóng)業(yè)信息采集方向中，可以設置農(nóng)田生物信息采集（圖像采集）、農(nóng)田氣候采集（基于空氣溫、濕度等傳感器）和土壤信息采集（基于土壤溫、濕度等傳感器）三個實驗任務，學生根據(jù)興趣選擇任務，完成任務設置目標，在動手實驗的同時，能夠加深對農(nóng)業(yè)信息采集的認識。課程教研組教師目前普遍都承擔或參與了農(nóng)業(yè)信息化方向的研究課題，可以從中選取部分研究內(nèi)容或者基礎內(nèi)容開展實驗任務命題設計。當前的研究課題往往是該學科方向比較前沿的研究內(nèi)容或者非?！敖拥貧狻惫こ淘O計實驗。因此這種教學策略可以在提高學習興趣的同時，進一步擴展學生的知識視野，讓其了解國內(nèi)外農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的前沿和發(fā)展方向，同時還可以篩選出較為優(yōu)秀的學生在課余時間參與課題的研究，提升教學效果。

（三） 調(diào)整考核方式

“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”是講授電子技術(shù)、計算機技術(shù)和人工智能等在農(nóng)業(yè)中如何發(fā)揮作用，促進農(nóng)業(yè)發(fā)展的課程，其學科交叉的理念和應用重于理論內(nèi)容。應結(jié)合課程的實際教學對考核方式進行調(diào)整，減少理論測試部分在學生成績評價中所占比重，添加實驗方案設計答辯環(huán)節(jié)，增加學生綜合素質(zhì)部分考核比重，將平時成績、實驗成績與實驗方案設計的總體比重增加到學生成績的40%—60%，并圍繞各部分考核環(huán)節(jié)與具體評價標準的相關(guān)內(nèi)容展開研究，確?？己朔绞降目尚行耘c考核指標的合理性。通過引入實驗設計的考核環(huán)節(jié)，可以直接對學生的工程實踐能力、表達交流溝通能力和團隊合作精神進行考核；通過合理設置其所占學生成績比重，可有效反應學生的綜合能力及對本課程的掌握程度。此外，通過考核方式向技能和綜合素質(zhì)部分的側(cè)重，可向?qū)W生傳達農(nóng)業(yè)信息技術(shù)課程十分注重農(nóng)業(yè)工程實踐應用與理論知識的教學思想，提升學生勤于思考、善于動手的農(nóng)業(yè)工程實踐技能訓練意識。

（四） 評估改革效果

對于“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”課程改革效果進行評估分析，一要在實驗課中增設障礙性實驗，考核學生解決問題能力；二要在期末考試中加大綜合性題目比重，以考察學生的理論知識與工程實際運用水平。對障礙性實驗的設置，應根據(jù)綜合實驗內(nèi)容與農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的教學內(nèi)容，設置故障類、實驗系統(tǒng)延伸類和實驗方案調(diào)整類題目，考核學生對所學知識的掌握程度與解決實際問題的能力；對綜合性題目主要采用筆試客觀題的方式進行考核，教師設計農(nóng)業(yè)信息化綜合類題目，要求學生寫出整個農(nóng)業(yè)信息系統(tǒng)的基本組成與各部分的解決方案，根據(jù)其答題的完整性和對于各部分解決方案的詳細程度，對學生的實踐能力給出評價。以安徽農(nóng)業(yè)大學為例，在“農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)與虛擬作物方向”的實驗中，只要學生增加和完善基于“IF-THEN”的產(chǎn)生式規(guī)則，就可以進行推理，得出系統(tǒng)結(jié)果，以“土地產(chǎn)出量”推理為例，可以分別通過“地力水平”和“肥力水平”進行推理。在考核實驗的時候，通過加入可信度的概念，增加實驗的障礙性，能夠讓學生思考如何設置可信度值，得出可信度最高的推理結(jié)果，加深對專家系統(tǒng)解決問題的認識。在期末筆試中，可以根據(jù)學生的專業(yè)，設置綜合題，讓學生在答題的時候闡述更加自如，從而體現(xiàn)“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”課程的學科交叉特點。

“農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”課程實踐性要求較強，應在教學內(nèi)容中增加實驗設計環(huán)節(jié)，讓學生根據(jù)課程的教學內(nèi)容、實驗任務、實驗室條件以及前期已掌握的專業(yè)基礎知識，自主設計實驗方案，并以分組匯報的形式進行考核，以此構(gòu)建相關(guān)教學環(huán)節(jié)，實現(xiàn)學生對所學理論知識與實際農(nóng)業(yè)工程應用能力的融會貫通。此外，在教學考核方式中應增加實驗方案設計分組答辯環(huán)節(jié)，以增加授課教師與學生的互動交流，有效提升學生的口頭表述能力與團隊協(xié)作能力。同時應通過理論與應用并重的考核方式，促進學生多動腦多動手，綜合考察學生對課程的掌握程度。

展望未來，農(nóng)業(yè)信息技術(shù)作為當前智慧農(nóng)業(yè)的基礎，必將對我國農(nóng)業(yè)節(jié)本豐產(chǎn)增效起到重要的作用，探索高等農(nóng)業(yè)院校如何培養(yǎng)出高素質(zhì)的農(nóng)業(yè)信息技術(shù)人才具有重要的意義，值得高等教育單位，尤其是農(nóng)業(yè)高等院校深入思考。

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（責任編輯：劉 爽）