王寶龍 劉建 陳艷麗 司成成

|摘要|近年來，隨著農業(yè)產業(yè)需求的提質升級，“智慧農業(yè)”這一概念被廣泛關注，相比傳統(tǒng)農業(yè)，設施農業(yè)生產環(huán)境相對可控，是最可能率先實現(xiàn)智慧農業(yè)的生產方式。本文結合設施農業(yè)未來發(fā)展方向，及海南大學設施專業(yè)辦學特色，借鑒國內開設設施農業(yè)科學與工程專業(yè)院校的課程設置情況，對目前專業(yè)課程設置進行了剖析，對多學科交叉融合的設施農業(yè)科學與工程專業(yè)課程設置改革提出了建議。

目前，設施環(huán)境中的光照、溫度、水分、氣體環(huán)境和藥肥噴施等環(huán)境調控已逐步向精細化、專業(yè)化、智能化和高效率等方向發(fā)展。在溫室內環(huán)境信息獲取方面，自動化調控裝置的各種傳感器，準確采集設施內光、溫、水、氣、肥等與作物生長狀況相關的參數(shù)，并經數(shù)字電路轉換后傳回計算機進行統(tǒng)計分析及智能化處理，比對作物生長發(fā)育所需最佳條件，由自動化智能控制專家系統(tǒng)發(fā)出指令，使相關系統(tǒng)、裝置及設備有規(guī)律運作，將溫室內光、溫、水、氣、肥等諸因素調控到適于作物生長發(fā)育的最佳環(huán)境條件。

相比傳統(tǒng)農業(yè)，設施農業(yè)生產環(huán)境相對可控，農業(yè)生產方式最易實現(xiàn)機械化、自動化和智能化。推進生產作業(yè)機械化和設施裝備智能化離不開高校專業(yè)人才的輸送，高校學科體系的建設也應緊跟時代潮流，契合行業(yè)發(fā)展趨勢。教育部發(fā)文公布了2019年度普通高等學校本科專業(yè)備案和審批結果，華中農業(yè)大學申報的智慧農業(yè)專業(yè)獲批，這是中國第一所開設智慧農業(yè)專業(yè)的院校，該專業(yè)的設置是主動服務國家新時代現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展、生態(tài)文明建設、鄉(xiāng)村振興、綠色健康等戰(zhàn)略需求的舉措，同時對設施科學與工程專業(yè)課程建設具有一定指導性意義。

海南大學設施農業(yè)科學與工程專業(yè)（以下簡稱“設施專業(yè)”）是一個由園藝學、生物學、農業(yè)工程學、環(huán)境學等多學科有機結合的、以現(xiàn)代化農業(yè)設施為依托的專業(yè)，是國內少數(shù)授予工學學士學位的院校。設施專業(yè)在十多年的發(fā)展歷程中，不斷結合社會經濟發(fā)展需要，創(chuàng)新培養(yǎng)工農結合交叉復合型人才，為服務海南省地方經濟建設，培養(yǎng)新興工科人才，促進設施農業(yè)發(fā)展做出了重大貢獻。本文針對海南大學設施專業(yè)辦學現(xiàn)狀及學科發(fā)展趨勢，結合海南省地域特色及國內兄弟院校先進辦學經驗，提出課程改革建議。

設施專業(yè)增設機械類、控制類

專業(yè)課程的必要性

設施專業(yè)作為“新農科”背景下和“智慧農業(yè)”產業(yè)需求下，交叉融合學科的典型代表，要求學生在掌握現(xiàn)代農業(yè)園藝生物技術之余還需掌握現(xiàn)代農業(yè)工程中農業(yè)建筑、農業(yè)機械、農業(yè)電氣化等相關知識體系，增設機械類、控制類專業(yè)課程是行業(yè)發(fā)展的需要，也是人才培養(yǎng)的需要。

行業(yè)發(fā)展的需要

設施農業(yè)行業(yè)早期研究以溫室結構為主，近年來則較多集中在溫室環(huán)境調節(jié)和自動控制方面，但對自動化生產裝備開發(fā)力度不夠，致使中國當前設施生產裝備技術的開發(fā)與應用水平大大落后于先進國家[1-3]。據(jù)農機部門統(tǒng)計，2017年，全國設施園藝總面積為204萬hm2，機耕設施面積為150萬hm2，達74%;機播設施面積為34萬hm2，達17%;機采運設施面積為18萬hm2，達9%;機械灌溉施肥設施面積為115萬hm2，達56%;機械環(huán)控設施面積為52萬hm2，達25%。按耕、播、收、灌溉、環(huán)控5個環(huán)節(jié)綜合測算，設施園藝機械化水平33.12%，比2016年提高1.34個百分點。江蘇最高達48%，海南最低為17%[4]。連棟溫室機械化水平相對高，日光溫室和大棚低。耕整地和水肥環(huán)節(jié)相對高，種和收環(huán)節(jié)低，環(huán)控居中。裝備從基礎層面升級的任務迫切[5]。

2020年6月29日，農業(yè)農村部印發(fā)《關于加快推進設施種植機械化發(fā)展的意見》（農機發(fā)〔2020〕3號），明確提出要大力推進設施布局標準化、設施建造宜機化、生產作業(yè)機械化、設施裝備智能化和生產服務社會化。到2025年，設施蔬菜、花卉、果樹、中藥材的主要品種生產全程機械化技術裝備體系和社會化服務體系基本建立，設施種植機械化水平總體達到50%以上。

與傳統(tǒng)農機相比，設施園藝裝備具有更高的精準性和更具針對性的環(huán)境協(xié)調性，在現(xiàn)狀產品和服務無法滿足產業(yè)發(fā)展的背景下，加大科研攻關力度的同時，重視人才培養(yǎng)，將培育有生力量擺在更加突出的位置，是具有戰(zhàn)略意義的決策。

人才培養(yǎng)的需求

從學生就業(yè)角度分析，設施專業(yè)現(xiàn)有學科體系可培養(yǎng)農業(yè)工程類、農業(yè)建筑環(huán)境類、農業(yè)栽培類基本理論和技能，學生畢業(yè)后可從事現(xiàn)代農業(yè)設施結構設計、農業(yè)園區(qū)規(guī)劃、工廠化種植、設施農業(yè)生產經營與管理等方面工作。在此基礎上，增設機械類、控制類專業(yè)課程，使學生在一定程度上接受農業(yè)生產過程機械化工藝及相關裝備的選型配套、裝配制造、試驗應用、設備維護、技術推廣和經營管理等方面的基本訓練，有助于培養(yǎng)適應設施機械化、自動化生產應用的復合型人才[6]。

從學生考研深造角度分析，設施農業(yè)科學與工程學科分類屬于植物生產類，專業(yè)代碼090106，近年來考研的熱門方向為農業(yè)工程（一級學科代碼0828），作物學（一級學科代碼0901），園藝學（一級學科代碼0902），其中農業(yè)工程類二級學科為農業(yè)機械化工程（082801）、農業(yè)水土工程（082802）、農業(yè)生物環(huán)境與能源工程（082803）、農業(yè)電氣化與自動化（082804）。增設機械類、控制類專業(yè)課程，有助于學生完善學識結構，拓寬研究領域，為學生的科研之路創(chuàng)造了更多選擇和更大可能性。

課程改革重難點分析

課程改革深度及針對性

目前海南大學設施專業(yè)以溫室建筑與結構設計、農業(yè)設施學、設施農業(yè)工程工藝學、熱工基礎及流體力學、建筑概論、測量學、建筑制圖、設施農業(yè)環(huán)境工程學、工程概預算、設施農業(yè)建筑施工與管理、農業(yè)園區(qū)規(guī)劃與管理、設施農業(yè)節(jié)水灌溉、植物學、植物生理學、土壤肥料學、設施作物栽培學、無土栽培學、工廠化育苗原理與技術、園藝植物病理學、設施作物育種學等課程為主。專業(yè)培養(yǎng)方案中對于工科基礎課理論力學、材料力學，專業(yè)基礎課電工電子學、自動控制理論，應用型專業(yè)課農業(yè)機械化生產學等課程涉及較少，不利于學生實踐能力的培養(yǎng)和社會競爭力的提升。

機械類、電氣類、電子信息類、自動化類專業(yè)課程均自成一門體系，與設施專業(yè)課程架構相距甚遠，直接參考借鑒的難度較大，農業(yè)機械化及其自動化（082302）專業(yè)（以下簡稱“農機專業(yè)”）屬于農業(yè)工程類二級學科，課程架構與設施專業(yè)在設施農業(yè)領域有明顯交叉，適宜作為課程教改方向參考。農機專業(yè)基礎課以機械制圖、理論力學、材料力學、電工學、電子學、液壓與氣動傳動、發(fā)動機原理為主，專業(yè)核心課以機械設計基礎、機械控制基礎、機械制造基礎、農業(yè)機械學、農業(yè)機械化生產學、汽車拖拉機學、農產品與食品加工機械為主。

設施機械化方向教學課程改革深度以達到設施機械化工藝及裝備的選型配套、試驗應用、設備維護為基本目標，設施自動化方向教學課程改革深度以達到設施裝備控制，自動化儀表設備選型與應用，農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)及設施智能調控系統(tǒng)的運行管理與維護為基本目標。培養(yǎng)深度建議以應用為主，契合當?shù)刂髁髟O施類型及主要經濟作物品類。過深會加大學生課業(yè)負擔，激發(fā)學生的畏難情緒，過淺無改革效果。

課程分工、銜接與教學體系的細化

課程的分工，教材的選用，教學的順序均要遵循系統(tǒng)性原則，與培養(yǎng)目標相適相符，既無重疊也不留白，銜接得當，有利于培養(yǎng)目標的實現(xiàn)。

例如機械制圖作為高校機械類專業(yè)的必修課程之一，也作為基礎先修課程，對于后續(xù)開設的專業(yè)核心課程的教學至關重要。設施專業(yè)已開設建筑制圖，該課程在講授投影法的基本原理和應用的同時，側重于建筑制圖規(guī)則的介紹，教學目標以培養(yǎng)繪制和閱讀建筑施工圖和結構施工圖的能力為主。由于畫法幾何和圖學理論為制圖學通用基礎理論，增設機械類專業(yè)課程無需新增機械制圖專業(yè)基礎課，只需在原教學基礎上，增設機械制圖規(guī)則的介紹，標準件與常用件、零件圖與裝配圖的教學即可。

各專業(yè)課程知識體系不可避免地存在重疊與交叉，且各專業(yè)教材的編排為適應不同高校教學側重點，力求結構系統(tǒng)與內容全面。教師授課大多圍繞教材由淺入深開展，課程教學如缺乏系統(tǒng)的規(guī)劃，各任課老師之間缺乏必要的交流，教學實踐中就易出現(xiàn)基礎理論重復講，延展內容無課時安排的局面。如開設以設施農業(yè)裝備內容為主的課程，教材編排較為全面，但與當前開設的農業(yè)設施學、設施農業(yè)環(huán)境工程學、工廠化育苗、設施農業(yè)節(jié)水灌溉在知識體系上存在交叉;開設以農業(yè)機械內容為主的課程，教材編排較為深入，但涉及較多大田作物的機械類型，跨度太大學生不易理解。設施機械化的課程開設應圍繞耕、播、收、灌溉、環(huán)控5大方向，鑒于已開設環(huán)控、灌溉、采后處理相關課程，課程改革應重點圍繞耕、播、移栽、收與農業(yè)信息化等方面進行開展。

課程改革建議

課程體系是構建人才培養(yǎng)方案的核心內容，其構成差異是不同高校同類專業(yè)特色體現(xiàn)的最具體、最直觀的因素之一。為更好的突出辦學特色，針對設施機械化自動化方向課程改革提出幾點建議如下：

立足本地 輻射周邊

正如各地由于氣候條件差異，適宜的溫室類型不一致，各地由于地塊面積、土壤理化性質差異，適宜的農業(yè)裝備類型也不一致，且各地的主要經濟作物類型不一致等，在設施布局標準化，設施建造宜機化的基礎上推進的設施作業(yè)機械化與裝備智能化也應具備地域特色。國內北方以節(jié)能日光溫室為主，華南熱區(qū)以連棟塑料大棚、遮陽棚為主，設施機械化的發(fā)展也應重點匹配當?shù)嘏镄?，教學上有選擇性地傾斜，不僅有助于學生了解設施農業(yè)產業(yè)實際，也有利于學生在未來的實踐實習中學為所用。

博采眾長 學為己用

設施農業(yè)科學與工程專業(yè)是于2002年由西北農林科技大學鄒志榮教授領銜申請創(chuàng)辦的，目前全國共有40余所高等院校開設此專業(yè)。第四輪學科評估中，全國具有農業(yè)工程一級博士點授權的高校有24所，也有40余所高校具有農業(yè)工程一級碩士點。海南大學設施專業(yè)增設機械類、控制類相關課程，可借鑒參考其他院校辦學經驗。

江蘇大學是國內最早開始進行設施農業(yè)領域研究的單位之一，該校農業(yè)工程學科在2017年學科評估中全國排名第3位，在設施農業(yè)生物環(huán)境智能化控制、農業(yè)電氣裝備與信息技術、果蔬采摘機器人和水肥精準動態(tài)調配等多個領域處于國內領先水平。設施農業(yè)科學與工程專業(yè)是江蘇大學于2018年7月在整合農業(yè)工程學科科研與教學資源的基礎上建設的新興農學類本科專業(yè)。該專業(yè)的成立順應了當前國家“新工科”與“新農科”的發(fā)展需要，于2019年8月開始招生。其設施專業(yè)機械化、自動化方向的核心課程開設如下：工程圖學、電工電子學、農業(yè)機械學、工廠化育苗與植物工廠技術、農業(yè)機器人等。此外，學生還可以參加課程設計、實驗、認知實習、工藝實習、生產實習和畢業(yè)設計等實踐環(huán)節(jié)的鍛煉，實踐環(huán)節(jié)的課時占總課時的30%以上。

福建農林大學設有設施農業(yè)控制技術與裝備課程，石河子大學設有自動化原理與控制實驗，華南農業(yè)大學和河北工程大學等設有農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)相關課程，百色學院設有設施農業(yè)控制技術及裝備、電工電子學等，菏澤學院設有園藝機械工程課程。

科學規(guī)劃 逐步實施

設施農業(yè)科學與工程畢竟是一門涉及生物、工程、環(huán)境等多學科的綜合性專業(yè)，培養(yǎng)能在科教、產業(yè)、管理等領域從事現(xiàn)代設施農業(yè)的科研與教學、工程與設計、推廣與開發(fā)、經營與管理等方面工作的復合型人才。設施裝備自動化、智能化僅為其培養(yǎng)方向的一個分支。不可把設施專業(yè)當成農業(yè)機械化、電氣化專業(yè)來培養(yǎng)，課程改革應避免大而全，要少而精，建議先以農業(yè)機械學、農業(yè)機械化生產學、農業(yè)機械化管理學和電工電子學等學科門類入手，充實學生用現(xiàn)代化技術手段改善和管理設施農業(yè)生產。

農業(yè)機械學講述農業(yè)機械的一般構造、工作過程、作用原理及農業(yè)機械的設計構思，農機試驗方法、儀器與數(shù)據(jù)處理等內容。農業(yè)機械化生產學著重介紹各類作業(yè)機械化的農業(yè)技術要求，及我國不同類型區(qū)主要作物的生產條件、作業(yè)工藝體系、作業(yè)機具系統(tǒng)的差異，通過學習不同區(qū)域機械化體系的特點和適應性，培養(yǎng)學生初步掌握選擇、評價農業(yè)機械化生產工藝與機具的基本能力。農業(yè)機械化管理學是一門運用現(xiàn)代管理理論、方法和技術處理農業(yè)生產實際問題的科學，著重介紹農業(yè)機器的配備、使用、維護、技術診斷、折舊等原理和方法，及機械化生產的規(guī)劃、計劃、組織、控制，培養(yǎng)學生具備農業(yè)機械化宏觀管理、技術管理和經濟管理的能力。電工電子學作為工科非電專業(yè)必修的技術基礎課程，著重介紹電工技術和電子技術的基本理論、基本定律、基本概念及分析方法，培養(yǎng)學生運用電工電子學理論與技術解決生產中遇到的設備、儀器方面的簡單電氣領域問題的能力。

思考

隨著中國城鎮(zhèn)化進程的加快和農村富余勞動力向非農產業(yè)的轉移，勞動力成本將不斷提高，我國農業(yè)發(fā)展正面臨著從業(yè)人口老齡化，從業(yè)人員受教育程度偏低[7]，生產成本過高，產出率過低等一系列問題。設施農業(yè)本應憑借其高效、工廠化、周年性的生產模式和清潔、健康、適宜的工作環(huán)境吸引越來越多的年輕人加入，但限于設施農業(yè)裝備落后，單位產出低，經濟效益無明顯優(yōu)勢等原因，當前的設施農業(yè)還屬于勞動密集型產業(yè)，隨著行業(yè)的飛速發(fā)展，專業(yè)性人才缺口也越來越大，對我國設施農業(yè)的人才培養(yǎng)提出了更高的要求。

海南大學設施農業(yè)科學與工程專業(yè)緊跟時代發(fā)展需要，目前專業(yè)培養(yǎng)方案中已開設C語言程序設計，園藝生產裝備與技術，設施農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等選修課程，暫未開設電工電子學、自動控制理論、農業(yè)機械學、農業(yè)機械化生產學、農業(yè)機械化管理學等課程。本專業(yè)在工科復合型人才的培養(yǎng)上，特色明顯，但相對于“智慧農業(yè)”產業(yè)需求的培養(yǎng)目標還有差距。專業(yè)課程改革作為優(yōu)化學科結構，創(chuàng)新人才培養(yǎng)，強化實踐育人的先行舉措，對于設施專業(yè)學科建設具有積極意義。

參考文獻

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*項目支持：“新農科”背景下設施農業(yè)科學與工程專業(yè)自動控制理論課程實踐教學的模式創(chuàng)新研究（編號HDYYJG09）;基于卓越農林人才2.0背景下設施農業(yè)科學與工程專業(yè)實驗實踐平臺建設的研究（HDYYJG08）;華南型園藝設施建造與系統(tǒng)安裝（編號hdjk2020136）。

作者簡介：王寶龍（1989-），男，黑龍江甘南人，博士，研究方向為設施農業(yè)智能裝備與自動化控制。E-mail：wangbaolong0205@163.com。

**通信作者：司成成（1990-），男，山東濟寧人，博士，研究方向為設施園藝栽培。E-mail：CCSi@hainanu.edu.cn。

[引用信息]王寶龍，劉建，陳艷麗，等.設施農業(yè)科學與工程專業(yè)增加設施機械化自動化課程改革建議[J].農業(yè)工程技術，2020，40（25）：76-80.