張偉

(東北農(nóng)業(yè)大學，黑龍江 哈爾濱 150030)

一、 引言

隨著農(nóng)業(yè)科技的快速發(fā)展，新科學和新技術對提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的貢獻越來越引起人們的關注，為農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展提供了新的支撐。改革開放40多年來，我國農(nóng)業(yè)在產(chǎn)業(yè)結構、生產(chǎn)方式、組織方式上發(fā)生了深刻變革?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈大幅延伸，農(nóng)村向多功能多空間演變,但農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平仍然偏低，成為新形勢下農(nóng)業(yè)快速發(fā)展的短板之一。當前，我國正處于向第二個百年奮斗目標邁進的歷史關口，農(nóng)業(yè)由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)向大力發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)時期。習近平總書記強調(diào)，“大力推進農(nóng)業(yè)機械化、智能化，給農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化插上科技的翅膀”[1]。因此，加速推進鄉(xiāng)村振興，發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)是我國農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要內(nèi)容。隨著計算機互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展和普及，智慧農(nóng)業(yè)深入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和銷售的諸多環(huán)節(jié)。據(jù)中研產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2019—2025年中國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)行業(yè)全景調(diào)研與發(fā)展戰(zhàn)略研究咨詢報告》統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2016—2018年，中國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)行業(yè)從業(yè)人數(shù)呈現(xiàn)逐年增加的趨勢，2017年較2016年上升19.94%，2018年較2016年上升19.90%，說明對智慧農(nóng)業(yè)人才的需求呈現(xiàn)逐年增加的趨勢[2-3]。但是，目前總體上高素質(zhì)智慧農(nóng)業(yè)科技人才嚴重匱乏，已成為制約我國鄉(xiāng)村振興、農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要因素。

黑龍江是我國的大糧倉，智慧農(nóng)業(yè)人才短缺尤為突出，如黑龍江省象嶼集團，勝利農(nóng)場和紅衛(wèi)農(nóng)場等大型農(nóng)場，大慶、肇東、賓縣、甘南、林甸等市縣農(nóng)業(yè)技術推廣部門，黑龍江省農(nóng)科院、黑龍江省科學院、哈爾濱市農(nóng)業(yè)科學院等農(nóng)業(yè)科研院所對智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)人才的年需求量激增，近5年每年智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)人才需求在50～100人之間。預計在5至10年后，每年專業(yè)人才需求將增加到300～500人之間[3-4]。為此，培養(yǎng)高質(zhì)量智慧農(nóng)業(yè)人才是農(nóng)業(yè)院校面臨的一個新的巨大挑戰(zhàn)。

二、 國內(nèi)涉農(nóng)高校智慧農(nóng)業(yè)新專業(yè)課程比較分析

智慧農(nóng)業(yè)本科專業(yè)是2020年教育部首批列入的新農(nóng)科本科專業(yè)。本課題調(diào)研了我國6所涉農(nóng)高校(包括中國農(nóng)業(yè)大學、南京農(nóng)業(yè)大學、華中農(nóng)業(yè)大學、華南農(nóng)業(yè)大學、吉林農(nóng)業(yè)大學、東北農(nóng)業(yè)大學)智慧農(nóng)業(yè)相關專業(yè)人才培養(yǎng)方案的理論課程和實踐教學環(huán)節(jié)課程的設置，結果發(fā)現(xiàn)南京農(nóng)業(yè)大學、華中農(nóng)業(yè)大學、吉林農(nóng)業(yè)大學和東北農(nóng)業(yè)大學四所大學，在農(nóng)學院設置了智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)，授予農(nóng)學學位，于2019年獲批創(chuàng)建，后開始招生。中國農(nóng)業(yè)大學和華南農(nóng)業(yè)大學在電子信息學院設置了人工智能專業(yè)，授予工學學位。我們進一步比較分析發(fā)現(xiàn)，華中農(nóng)業(yè)大學、南京農(nóng)業(yè)大學、東北農(nóng)業(yè)大學、吉林農(nóng)業(yè)大學四校都開設了智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)導論、C/C++語言程序設計及實驗、數(shù)據(jù)庫原理與技術及實驗、大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與數(shù)據(jù)挖掘、模式識別與機器學習、生物信息學、農(nóng)業(yè)遙感與精準農(nóng)業(yè)、基因?qū)W組學概論、深度學習、Python語言程序設計及實驗、機器人技術基礎課程。不同高校有各自的特色，比如南京農(nóng)業(yè)大學的智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)偏重農(nóng)業(yè)領域的人工智能人才的培養(yǎng)，計算機類課程多一些，開設了計算機導論及實驗、計算機網(wǎng)絡及設計、計算機系統(tǒng)概論、JAVA程序設計及實驗、分布式系統(tǒng)與云計算技術、人工智能農(nóng)業(yè)問題解決方案設計、農(nóng)業(yè)空間信息管理與分析、軟件工程及農(nóng)業(yè)應用、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模擬與智能決策、精準農(nóng)業(yè)原理與實踐、農(nóng)業(yè)高通量測序技術與數(shù)據(jù)分析課程。華中農(nóng)業(yè)大學建設的智慧農(nóng)業(yè)包括三個模塊 (作物信息學模塊、農(nóng)業(yè)智慧生產(chǎn)模塊及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈運營與管理模塊)，開設了生物技術綜合實驗、單片機原理與應用、經(jīng)濟學原理、電氣控制基礎與可編程控制器、網(wǎng)絡營銷、金融學、投資學、農(nóng)業(yè)推廣學、運營管理學、現(xiàn)代農(nóng)場運營、電子商務、物流與供應鏈管理、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟學和國際企業(yè)與跨國文化管理課程。

吉林農(nóng)業(yè)大學的智慧農(nóng)業(yè)農(nóng)學專業(yè)相關課程的設置多些，開設了設施農(nóng)業(yè)、模擬模型及決策支持技術實驗、農(nóng)業(yè)氣象學課程。東北農(nóng)業(yè)大學智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)的建設目標是融合多組學、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等先進技術，提升農(nóng)學育種、栽培和植保水平，開設了作物研究法、植物分子育種及實驗、智能農(nóng)業(yè)裝備、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械化及實驗、智慧農(nóng)場規(guī)劃與實踐、智慧農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)分析綜合大實驗、R語言程序設計及實驗、光譜成像技術與實踐、智慧農(nóng)業(yè)Seminar、OpenCV、作物表型分析綜合大實驗(分散)、3S技術、Linux Shell命令和腳本編程課程。智慧農(nóng)業(yè)新專業(yè)的建設與人才培養(yǎng)模式尚在探索、形成之中，目前國內(nèi)涉農(nóng)高校存在迫切需要智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)人才培養(yǎng)方案理論體系與實踐課程體系的研究與探索。為此，東北農(nóng)業(yè)大學智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)基于農(nóng)學學科的基礎，加強計算機科學、智能裝備等學科的融入，注重多學科師資搭配，在重視理論教學同時，加強實踐教學環(huán)節(jié)建設力度,提供多學科交叉系統(tǒng)實踐訓練，促進人才培養(yǎng)與前沿研究緊密結合，走在了新農(nóng)科人才培養(yǎng)的前列,可以為涉農(nóng)院校培養(yǎng)符合當代智慧化農(nóng)業(yè)需求的高質(zhì)量人才培養(yǎng)提供借鑒。

三、 東北農(nóng)業(yè)大學智慧農(nóng)業(yè)課程體系建設

(一) 東北農(nóng)業(yè)大學智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)的課程設置

東北農(nóng)業(yè)大學地處我國黑龍江省，是我國“雙一流”建設高校，在農(nóng)業(yè)領域擁有較雄厚的師資力量，同時也是黑龍江省涉農(nóng)人才培養(yǎng)院校的領軍者[4]。目前，東北農(nóng)業(yè)大學的農(nóng)學、植物保護、種子科學與技術、植物科學與技術、園藝、風景園林、設施農(nóng)業(yè)科學與工程、農(nóng)業(yè)機械化工程、計算機科學與技術、物聯(lián)網(wǎng)工程等學科具有優(yōu)良的辦學基礎，農(nóng)業(yè)科學和植物學與動物學進入ESI全球排名前1%，躋身世界一流學科行列；擁有作物學博士點和作物學博士后流動站，作物學和植物保護為省級重點一級學科。東北農(nóng)業(yè)大學園藝專業(yè)為國家級A類特色專業(yè)、國家一流本科專業(yè)建設點和省重點專業(yè)，園藝學為一級博士學位授權點和博士后科研流動站，蔬菜學和果樹學為二級碩士學位授權點，蔬菜學科為國家重點(培育)學科和省優(yōu)秀重點學科，擁有黑龍江省茄科蔬菜創(chuàng)新研究中心1個；擁有農(nóng)業(yè)人工智能二級學科博士點，計算機科學與技術一級學科碩士點、國家級特色專業(yè)和國家級一流本科專業(yè)；擁有黑龍江省農(nóng)業(yè)信息化工程技術研究中心(教育部(培養(yǎng))中心)，農(nóng)業(yè)工程博士點和農(nóng)業(yè)工程博士后流動站，農(nóng)業(yè)機械化工程為國家重點學科。東北農(nóng)業(yè)大學依托以上優(yōu)勢學科，于2018年籌建智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)，新專業(yè)建設呼之欲出。

1948年，東北農(nóng)業(yè)大學成立農(nóng)學院，現(xiàn)擁有1個教育部創(chuàng)新團隊，2個農(nóng)業(yè)科研杰出人才及其創(chuàng)新團隊，5個黑龍江省省級領軍人才梯隊，1個黑龍江省“535工程”第二層次省級領軍人才梯隊，1個黑龍江省“頭雁”團隊；主辦期刊《中國馬鈴薯》。在新形勢下，東北農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院于2019年5月在東北地區(qū)首次舉辦植物表型論壇，2020年11月舉辦了第一屆智慧農(nóng)業(yè)與科技創(chuàng)新國際會議。東北農(nóng)業(yè)大學以農(nóng)學院為牽頭單位，2020年申請并獲批建立智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)，2021年順利招收了第一批智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)本科生。

東北農(nóng)業(yè)大學根據(jù)智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)特點和培養(yǎng)目標，結合寒地農(nóng)業(yè)的特點，充分依托和挖掘以上平臺的優(yōu)勢，設置了具有北方寒地特色的課程體系。通過四所涉農(nóng)院校智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)課程設置的比較，東北農(nóng)業(yè)大學智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)人才培養(yǎng)方案設置的理念是側(cè)重于相關產(chǎn)業(yè)對于人才能力的要求，強化農(nóng)學、植物保護學、信息科學和統(tǒng)計學基礎，以智慧育種(將作物遺傳育種與信息科學、智慧裝備相結合)、智慧栽培、智慧生產(chǎn)(將作物栽培學、耕作學與信息科學、智慧監(jiān)測、智慧裝備相結合)為課程設置主線，以農(nóng)學類核心課程(作物生產(chǎn)學、作物育種學、植物保護學)和計算機科學與技術類核心課程(程序設計基礎、Python程序設計、深度學習、數(shù)據(jù)挖掘)等學科交叉融合為特色，探索跨學科、跨學院、跨學校、國際化的“三跨一化”的人才培養(yǎng)新模式，以將現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術、信息技術、生物技術和現(xiàn)代工程技術等學科深度交叉和融合的現(xiàn)代農(nóng)科專業(yè)為基礎，帶動農(nóng)業(yè)多組學聯(lián)合分析、農(nóng)業(yè)機械化與自動化和數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術協(xié)同發(fā)展，培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新性復合人才[2,5-6]。

(二) 東北農(nóng)業(yè)大學智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)實踐教學體系的構建

1. 加大實踐教學環(huán)節(jié)學時比例，強化實踐能力

東北農(nóng)業(yè)大學智慧農(nóng)業(yè)人才培養(yǎng)方案依據(jù)專業(yè)認證標準和理念制定人才培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求，遵循農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)自身的特點，以強化實踐能力、科研能力與創(chuàng)新能力為核心[4]。東北農(nóng)業(yè)大學智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)畢業(yè)要求為163.5學分，其中通識教育體系47學分，數(shù)理化類課程20學分，專業(yè)基礎課程31學分，專業(yè)必修課程19.5學分，專業(yè)限選課12學分，學生跨學院跨專業(yè)自行選課4學分，實踐教學環(huán)節(jié)總周數(shù)51周，共30學分，主要包括植物學野外實習(1周)、公益勞動、軍事技能訓練、社會實踐(各2周)、智慧農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)分析綜合實踐(5周)、基礎科研訓練、生產(chǎn)實習、作物表型分析綜合大實驗、智慧農(nóng)場規(guī)劃與實踐、畢業(yè)實習、畢業(yè)設計(各8周)。突出實踐教學環(huán)節(jié)，實踐能力、應用能力是構成農(nóng)科人才素質(zhì)能力體系的核心，加大實踐教學學時數(shù)在教學中的比例，要求做到學生在實習基地從事與實踐教學的時間達到一個完整的作物生長季。同時，要求學生在校期間加強專業(yè)認知實踐課、生產(chǎn)技能課、綜合大實驗課、課程試驗課及畢業(yè)實習等相關課程的學習，形成“一年看、二年干、三年邊學邊試驗、四年崗前有鍛煉”的專業(yè)實踐體系，使學生綜合專業(yè)實踐能力達到復合應用型農(nóng)業(yè)人才培養(yǎng)的要求。

以校企合作教學為人才培養(yǎng)手段，強調(diào)科研院所、企業(yè)參與人才培養(yǎng)過程，定期邀請相關領域?qū)＜疫M行專題講座，讓學生了解科技前沿信息，開設形式多樣的專題研討課,培養(yǎng)學生主動探索知識的能力，使學生適應日后新技術和新產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展的形勢，指導學生完成實踐課程與畢業(yè)設計環(huán)節(jié)，利用智慧農(nóng)業(yè)思維解決現(xiàn)代大農(nóng)業(yè)問題[7-8]。

2. 東北農(nóng)業(yè)大學智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)實踐教學體系優(yōu)勢

東北農(nóng)業(yè)大學智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)擁有強大的實踐教學平臺和實習基地，能夠充分保證人才培養(yǎng)方案的實踐教學活動的正常開展，達到課程(環(huán)節(jié))的要求。

(1) 科研平臺與實踐實習相結合。智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)的實踐實習，利用現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術、信息農(nóng)業(yè)等相關的表型科研平臺，在第六學期安排5周2.5學分集中形式的智慧農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)分析綜合實踐，鍛煉學生使用現(xiàn)代信息工具采集、整理和分析作物科學相關領域數(shù)據(jù)的能力，全面提升學生在智慧農(nóng)業(yè)作物生產(chǎn)過程中信息化、智慧化、機械化聯(lián)動機制方面的實踐能力[9-11]。

(2) 產(chǎn)學研融合模式。利用科研平臺和企業(yè)平臺(北大荒信息有限公司)，安排學生進科研團隊、進實驗室及參加生產(chǎn)實踐，設置本科生導師制，完成8周4學分分散形式的基礎科研訓練，強化學生創(chuàng)新能力與團隊合作、自主學習的意識，同時推動完善研究生產(chǎn)學研教育培養(yǎng)模式。

(3) 精煉專業(yè)選修課程。根據(jù)專業(yè)特色將課程進行模塊化分類，如作物信息學模塊、農(nóng)業(yè)智慧生產(chǎn)模塊、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈運營與管理模塊等；加強對學生選修課程的指導，使其明確課程選修對完成培養(yǎng)目標的作用，結合個人興趣，有針對性地選擇相應模塊課程的選修課程。

(4) 構建溫室、室內(nèi)、田間三級實驗實訓平臺。完成第六學期8周4學分的集中加分散的作物表型分析綜合大實驗。主要依靠智慧農(nóng)業(yè)實驗平臺、溫室傳送型高通量植物表型平臺和作物田間智能管理實訓平臺，為模式識別與機器學習、數(shù)字圖像處理與分析、大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與數(shù)據(jù)挖掘、深度學習等提供支撐，更好地完成傳送系統(tǒng)、自動灌溉稱重裝置、可見光成像單元、光合熒光成像單元試驗，完成土壤檢測、作物生長檢測、系統(tǒng)模擬、精確管理、無人機搭載成像一系列實踐課程[3，10]。

3. 搭建實踐教學平臺，開展第二課堂創(chuàng)新實踐活動

(1) 利用科研成果轉(zhuǎn)化平臺。聘請東北農(nóng)業(yè)大學電信學院蘇中濱教授為智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)學生做“智慧農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)應用服務平臺”專題講座。該平臺能夠?qū)崟r監(jiān)測農(nóng)場所有的耕地衛(wèi)星圖，并不斷更新數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)會根據(jù)所有作物的生長變化，自動生成田間管理建議，為農(nóng)戶提供科學的依據(jù)和參考。蘇教授與同學們圍繞智慧農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)人工智能技術，農(nóng)業(yè)要素數(shù)據(jù)化可視化技術、空天地農(nóng)情監(jiān)測體系、農(nóng)業(yè)智慧大腦、無人農(nóng)場等主題展開座談。目前蘇中濱教授負責的黑龍江省農(nóng)業(yè)信息技術重點實驗室有智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)及相關專業(yè)本科生50～70人、碩士研究生10人左右，已經(jīng)與黑龍江省方正、同江、樺南縣在內(nèi)的多個市縣政府以及北大荒集團國有農(nóng)場進行合作，科技成果得到推廣和轉(zhuǎn)化[9]。

(2) 利用科研、教學平臺，開展專業(yè)競賽。東北農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院擁有大豆生物學教育部重點實驗室、寒地糧食作物品種改良與生理生態(tài)教育部重點實驗室、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部東北地區(qū)作物栽培科學觀測實驗站、國家級農(nóng)作物品種區(qū)域試驗站科研平臺。這些實驗室擁有全套的基因組學、分子生物學、作物遺傳育種學、作物栽培生理學、農(nóng)業(yè)信息化等儀器設備；擁有植物科學與技術國家級實驗教學示范中心，國家級精品在線課程2門，省級虛擬仿真項目2項課程資源；擁有校內(nèi)、阿城和向陽三處實驗實習基地，有農(nóng)科教合作人才培養(yǎng)國家級大學生校外實踐教育基地15個，校外企業(yè)、科研院所聯(lián)合基地21個；與俄羅斯遠東國立農(nóng)業(yè)大學實現(xiàn)了國際間的人才培養(yǎng)與科研交流。以上科研教學平臺為智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)的學生提供良好的實踐場所，農(nóng)學院積極舉辦各種創(chuàng)新技能專業(yè)競賽，2021年10月舉辦第一屆中國大學生“智慧農(nóng)業(yè)與智能設備”創(chuàng)新設計大賽東北農(nóng)業(yè)大學初賽，智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)學子們積極參加，拓寬了學生學術視野，促進了學生自主鉆研，培養(yǎng)了學生創(chuàng)新能力和團隊合作精神。

(3) 加強校企合作辦學實習基地建設。為扎實推動研究、生產(chǎn)、學研教育培養(yǎng)，2021年9月29日，東北農(nóng)業(yè)大學職能部門、農(nóng)學院智慧農(nóng)業(yè)系與北大荒信息有限公司在智慧農(nóng)業(yè)領域進行深度交流合作，舉行“智慧農(nóng)業(yè)研發(fā)中心”與“研究生聯(lián)合培養(yǎng)基地”簽約授牌儀式。同時，邀請北大荒信息有限公司董事長張允海為智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)學生做專題講座，講述北大荒半個世紀發(fā)生的滄桑巨變，機械化、信息化、智能化的發(fā)展過程，激勵廣大學生傳承北大荒精神，擔當時代責任，鼓勵智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)學子勇于奉獻、干事創(chuàng)業(yè)，在黑土地上勇于作為。

四、 結語

雖然我國的涉農(nóng)高校智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)為新辦專業(yè)，但隨著高校對學生培養(yǎng)實踐的深入，將為智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展提供寶貴的理論支持和經(jīng)驗支持。東北農(nóng)業(yè)大學為智慧農(nóng)業(yè)人才培養(yǎng)方案所制定的實踐教學課程體系和特色做法為我國智慧農(nóng)業(yè)教育提供了理論和實踐探索，隨著各個院校相互借鑒學習和交流，經(jīng)過實踐證明后，將會形成完整的、成熟的可推廣可復制的智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)實踐教學體系。東北農(nóng)業(yè)大學面對智慧農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展和區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展需求，結合自身辦學特色優(yōu)勢、資源條件，堅持有所為、有所不為的原則，及時調(diào)整人才培養(yǎng)方向，增設智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)，系統(tǒng)地綜合運用生命科學、信息技術和智能裝備技術等方面的科學知識，目的是為培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新性復合人才提供實踐經(jīng)驗，助力我國鄉(xiāng)村振興和新一輪東北振興戰(zhàn)略，服務東北糧食主產(chǎn)區(qū)和黑龍江省率先實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化需求。力爭通過4～5年的建設，使智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)成為東北農(nóng)業(yè)大學的特色優(yōu)勢專業(yè)，為農(nóng)業(yè)科研單位及涉農(nóng)大專院校、農(nóng)場系統(tǒng)、涉農(nóng)企業(yè)、農(nóng)業(yè)管理部門輸送高質(zhì)量的智慧農(nóng)業(yè)人才。