摘" 要：該研究旨在探討以應用能力訓練為導向的農業(yè)信息化研究生培養(yǎng)模式，重點關注PBL（Problem-Based Learning）和CBL（Case-Based Learning）等討論式教學方法、OBE（Outcome-Based Education）理念以及翻轉課堂等策略在農業(yè)信息化技術課程教學的應用。通過對比傳統(tǒng)教學模式和基于應用能力的教學模式，該研究試圖揭示前者在培養(yǎng)學生綜合運用所學知識解決實際問題方面的不足，并提出一種更加貼近現實需求、能夠有效提升學生應用能力的教學模式。

關鍵詞：應用能力訓練;討論式教學;翻轉課堂;農業(yè)信息化;研究生教育

中圖分類號：G642" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-9902（2024）15-0006-05

Abstract： This study aims to explore the training model for Agricultural Informatization graduate students oriented by application-oriented ability training， focusing on discussion-based teaching methods such as PBL （Problem-Based Learning） and CBL （Case-Based Learning）， the OBE （Outcome-Based Education） concept， and the Flipped Classroom strategy in the teaching of Agricultural Informatization Technology courses. By comparing traditional teaching models with application-based teaching models， this study attempts to reveal the shortcomings of the former in cultivating students' comprehensive ability to apply knowledge to solve practical problems， and proposes a teaching model which is based on the actual needs and can effectively improve students' application-oriented ability.

Keywords： application ability training; discussion-based teaching; Flipped Classroom; Agricultural Informatization; postgraduate education

農科學子肩負著實現中華民族偉大復興的重任。2019年9月，習近平總書記給全國涉農高校的書記校長和專家代表的回信強調：“中國現代化離不開農業(yè)農村現代化，農業(yè)農村現代化關鍵在科技、在人才。新時代，農村是充滿希望的田野，是干事創(chuàng)業(yè)的廣闊舞臺，我國高等農林教育大有可為。希望你們繼續(xù)以立德樹人為根本，以強農興農為己任，拿出更多科技成果，培養(yǎng)更多知農愛農新型人才，為推進農業(yè)農村現代化、確保國家糧食安全、提高億萬農民生活水平和思想道德素質、促進山水林田湖草系統(tǒng)治理，為打贏脫貧攻堅戰(zhàn)、推進鄉(xiāng)村全面振興不斷作出新的更大的貢獻”[1]。在2016年10月，國務院學位委員會批準了對農業(yè)碩士學位課程的調整，將原有的15個專業(yè)方向減少并整合為8個新的領域。這些新設置的領域包括農藝與種業(yè)、資源利用與植物保護、畜牧學、漁業(yè)發(fā)展、食品加工與安全、農業(yè)工程與信息技術、農業(yè)管理以及農村發(fā)展。在這次結構調整中，原先的農業(yè)機械化、農業(yè)信息化和設施農業(yè)3個專業(yè)方向被融合成了“農業(yè)工程與信息技術”這一新領域，它融合了工程技術和農業(yè)科學的特色[2]。這項改革的目標是為了更好地適應現代農業(yè)革新和鄉(xiāng)村振興的需要，培養(yǎng)出既具有實操能力又擁有跨學科知識和技能的高級專業(yè)人才。當前中國在這一領域的專業(yè)人才十分缺乏。鑒于此，我們需要對現行的人才培養(yǎng)情況進行深入分析，進一步完善教育體系和培養(yǎng)機制，革新培養(yǎng)模式，提高專業(yè)人才的實踐技能，加深他們對農業(yè)及農村問題的了解和投入，推動他們更積極地參與鄉(xiāng)村建設與發(fā)展。這對于促進農村產業(yè)的興旺和加快農業(yè)及農村現代化進程至關重要。本文以浙江海洋大學信息工程學院農業(yè)工程與信息技術專業(yè)學位農業(yè)信息化方向研究生為對象，面向農信專業(yè)學位碩士研究生的工程實踐能力培養(yǎng)要求，結合教師農業(yè)信息化技術課程教學經歷和已有研究生培養(yǎng)經驗，以應用能力訓練為導向，進行培養(yǎng)模式研究和實踐探索。

1" 學情分析

農業(yè)工程與信息技術領域作為一個多學科交叉的專業(yè)，擁有一個復雜且多元化的知識體系。它不僅包括編程和嵌入式系統(tǒng)技術，還可能涉及到數據分析、機器學習、物聯(lián)網和自動化控制等多個高技術領域。然而，當前在該專業(yè)的教學過程中發(fā)現，學生們對于學科知識的深入學習的主動性和參與度不足。創(chuàng)新素養(yǎng)是研究生培養(yǎng)必須具備的基本技能，是衡量研究生綜合素質和充分挖掘研究生創(chuàng)造性潛力的一個重要標志。然而，目前國內農業(yè)信息化研究生的創(chuàng)新素養(yǎng)普遍存在著一些問題。主要包含文化底蘊不深、科研素質不高、實踐創(chuàng)新能力較差等[3]。由于浙江海洋大學碩士層次的學生來源于國內眾多不同的高校，他們的專業(yè)背景主要集中在計算機科學、電子信息、電氣工程等相關領域。雖然這些背景為他們在農業(yè)工程與信息技術領域的學習和研究提供了一定的基礎，但同時也導致學生們在編程和嵌入式技術等專業(yè)知識的掌握程度上存在較大的差異。有的學生可能已經具備了相對扎實的編程能力和嵌入式系統(tǒng)開發(fā)經驗，而另一些學生則可能需要在這些方面進行額外的學習和強化。同時基于浙江海洋大學的優(yōu)勢學科，學校對于該專業(yè)培養(yǎng)方向偏向漁業(yè)水產養(yǎng)殖、海洋遙感、海洋通信等方向，需要學生對于漁業(yè)、海洋科學擁有一定的知識儲備，而絕大多數同學沒有相關的知識背景，需要在課程教學中對對應知識進行補足。

2" 改進教學策略

2.1" 基于CBL的教學模式

基于CBL（Case-Based Learning）和PBL（Problem-Based Learning）的討論式教學是近幾十年來在世界各國高等院校日益受到重視的教學模式。隨著我國教學改革的不斷深入，國內眾多院校均將這2類討論式教學作為教學改革的重要內容之一。CBL作為傳統(tǒng)教學方式的補充在研究生課程中被經常采用。CBL教學程序較為簡單，學生可以從討論一個案例開始經過一次或二次課堂討論即可達到教學目的。CBL教學構架組成一般是由5～6個學生組成一個學習小組，每4個學習小組形成一個教學小班，并配備1名教師。在討論時多采用臨床真實案例為主線，自我完善為基礎，“頭腦風暴”為特色的教學形式[4]。在CBL中，教師主要扮演促進者和指導者的角色，而學生則積極參與并推動學習過程。這種方法強調實際應用和學生的主動參與，旨在讓學生更深入地理解課程材料，并提高他們將知識運用于實際問題的能力。

在本課程的研究于2021年開始，采用了CBL方法進行神經網絡、深度學習和圖像識別等課程內容的探索式教學。通過引入一個與水下圖像增強相關的實際案例，本研究展示了生成對抗網絡（Generative Adversarial Networks，GANs）的原理及其應用。在課程開始的一周前，已在學習平臺上發(fā)布對應案例的相關材料，其中包括原始數據集樣本、相關研究論文以及使用GANs進行圖像增強的示例代碼。要求學生們在課上討論之前自行閱讀這些材料，并學習案例中所涉及的關鍵概念和技術，同時對所學知識進行整理和總結。學生們被鼓勵探索調整GANs結構和參數以適應特定水下條件的方法，并思考這項技術如何能夠促進海洋研究和水下攝影等領域的發(fā)展。通過這樣的準備，他們不僅能更深入理解生成式對抗網絡的原理，還能了解如何將這些理論應用于具體問題。在課堂上，指導學生分組討論他們的發(fā)現，分享他們對案例的分析，并提出可能的改進方案或新的應用思路。作為引導者，幫助學生們連接各個知識點，加深他們的理解，并確保討論與課程目標保持一致。通過這種CBL教學模式，引導學生們更加主動地掌握復雜的深度學習概念，并提高他們的問題分析和解決能力，以及批判性思維。這種互動式和參與式的學習方式旨在激發(fā)學生們的創(chuàng)新精神和研究興趣，為他們將來無論是在學術界還是在職業(yè)生涯中都打下堅實的基礎。

2.2" 基于PBL的教學模式

PBL即基于項目的學習，旨在通過解決問題的實踐而學習，其最終產出在外部體現為制品，在內部認知層面體現為學生認知圖式的改變，從而實現有意義的學習。本研究充分利用在線學習的泛在化與教育碩士課后學習的自主協(xié)作性，提出基于PBL的混合學習。它是結合PBL和混合學習的特點，發(fā)揮“線上+線下、課內+課外”學習的優(yōu)勢，引導教育碩士在教育教學現實中發(fā)現問題，圍繞擬解決真實問題的核心知識主題，以小組合作的方式分析和探索問題解決方案，并將學習成果以作品的形式進行展示和多元評價的一種教與學的活動[5]。在PBL中，學生被提供以一個具體、實際的問題作為學習的起點，學生需要自主研究問題背景，查找資料，并討論問題，以便集體構建知識和理解。此過程中，教師不直接傳授知識，而是作為指導者存在，幫助學生培養(yǎng)批判性思維、解決問題的能力以及自主學習的技巧。PBL教學程序通常遵循以下連貫的步驟：首先，案例下發(fā)，教師提供與課程內容相關的實際案例或情境給學生，這成為學習的出發(fā)點;接著，問題提出，學生圍繞下發(fā)的案例，識別并明確提出需要解決的關鍵問題;然后是查閱資料，學生獨立或分組合作，查找相關資料和信息，以深入理解問題背景和可能的解決方案;這一階段后跟隨著小組討論，在查閱資料后，學生進行小組討論，分享各自的發(fā)現和理解，共同探討問題解決的途徑;經過討論，問題再提出，可能會有新的問題產生，學生需要重新審視問題并提出進一步的疑問;對于新提出的問題，學生繼續(xù)尋找資料并進行深入研究;之后是班級交流與討論，各小組將討論結果帶到班級中進行交流，教師和其他同學提供反饋;最終，總結反饋，學生根據討論和交流的結果，總結學習成果，并對整個過程進行反思。此外，每個周期內有數次課堂討論，這些討論有助于學生不斷深化對問題的理解，并促進知識的內化和應用。

在本研究中，當學習課程中關于BP（反向傳播）神經網絡算法的章節(jié)時，學生們在獲得了對BP神經網絡基本原理的了解之后，將面臨一個具體的挑戰(zhàn)：探討B(tài)P神經網絡有哪些應用？學生們被鼓勵根據自己的研究興趣或工程項目經驗，自主選擇一個應用案例進行深入研究和設計。隨后，他們需要準備一份PPT來匯報他們的研究成果，這份匯報將包含他們對所選案例的分析報告、設計的網絡模型，以及可能的實驗結果或應用場景。在匯報環(huán)節(jié)，同學們和教師將通過提問和討論來進一步審視每個案例。這樣的互動不僅能夠增強學生對BP神經網絡應用的理解，還能夠鍛煉他們的溝通和答辯技巧。對于那些在討論中出現的經典問題或特別有趣的觀點，教師會特別強調，并要求學生在匯報后進行梳理和總結，以便更好地鞏固學習成果和經驗。通過這種PBL教學法，學生們在探索BP神經網絡的應用時，不僅需要深入理解算法的工作原理，還要學會如何將算法與實際問題相結合。為了完成這一任務，他們可能需要查閱最新的學術論文，了解行業(yè)內的最佳實踐，甚至與領域專家進行交流。這一過程鼓勵學生們走出課堂，主動尋求信息來源，開展實地調研，或者利用數據集進行實驗。PBL不僅促進了學生對BP神經網絡算法的應用有更深刻的理解，還幫助他們學會了如何將理論知識轉化為解決實際問題的能力。

2.3" 基于翻轉課堂的教學模式

翻轉課堂是一種以學生為中心的新教學方式。其教學模式由傳統(tǒng)的“課堂講解+課后鞏固練習”轉變?yōu)椤罢n前自主學習+課堂深度互動”，具體為學生在課前自學老師指定的相關網絡視頻或者多媒體資源，將相關難點通過郵箱等方式反饋給老師，然后由教師在課堂上將學生反饋的難點加以闡述，使課堂上的總結引導更具有針對性，從而提高學生的學習效率[6]?；诜D課堂的教學策略，在課前一到兩周，教師通過QQ平臺建立農業(yè)信息化技術課程的QQ群。在充分考量課程大綱和專業(yè)需求后，教師提前發(fā)布學習任務，并分享了一系列有助于學生自主學習的資源，包括課程資料、相關案例分析以及視頻講座等。確保學生能夠在正式上課之前對即將學習的內容建立起初步的了解和基本的認識，為后續(xù)的深入學習打下堅實的基礎。隨后，教師根據學生的研究方向和個人興趣，鼓勵自由分組，每組由4到6人組成，并由組內成員自薦產生組長。這樣的分組旨在促進學生之間的交流與合作，同時使他們能夠更加靈活地探討各自感興趣的專題。每個小組的成員需互相協(xié)作，共享彼此找到的優(yōu)秀資料，并對學習成果進行匯總，最終形成一份PPT演示文稿。在授課階段，教師采用隨機點名的方式，選擇一名組內成員來介紹和講解該組所有成員匯總的主要內容。被點名的學生不僅要展示自己組的成果，還要能夠清晰、準確地傳達組內的集體智慧。演講結束后，其他同學需積極參與，提出問題或補充觀點，開展互動式的討論。這不但能增強學生間的互動，同時也能檢驗他們對講解內容的理解和掌握程度。最后，教師將對課程中的重點和難點進行再次梳理和總結，幫助學生鞏固知識點，解答他們在自主學習和小組討論中遇到的問題。此外，教師還會提供進一步的學習指導和建議，確保學生能夠將理論知識與實際應用有效結合，提高他們的綜合運用能力。

2.4" 基于OBE的教學模式

基于成果導向教育（Outcome-Based Education，OBE）的教育模式。OBE是一種以學生為中心的教育模式，它強調根據預設的教育目標和學習成果來指導課程設置、教學實施和人才培養(yǎng)[7-9]。這種教育模式起源于20世紀80年代的美國，由學者William G.Spady提出，并在北美的一些州和地區(qū)的學?；驅W科領域內通過OBE的方式提升學生的學業(yè)成就。隨著時間的推移，OBE理念逐漸在全球范圍內得到認可和應用。在美國，OBE被廣泛應用于中小學教育以及高等工程教育和醫(yī)學教育中。英國和日本等國家也采納了OBE模式，將其融入到教育實踐中，以提高教育質量和學生的學習成果。此外，加拿大等國家也將OBE作為教育改革的主流理念，以迎接新工業(yè)革命對高等工程教育的挑戰(zhàn)，并適應公共問責制的興起，關注教育投入的回報與實際產出。在OBE模式下，教學活動的設計、實施和評價都以預期的學習結果為依據，這些學習結果通常包括知識掌握、技能熟練以及態(tài)度形成等方面。

OBE教育理念并沒有規(guī)定固定的教學方法和評估模式，而是提倡教育工作者在教學過程中盡可能地使學生的學習內容、考核及評估方式與預設目標相一致。因此，在農業(yè)信息化技術課程的教學中，我們采納了結合OBE理念的“SPOC（Small Private Online Course）+討論式”教學模式。SPOC，即小規(guī)模私人在線課程。學校購買了部分中國大學MOOC平臺的獨立SPOC課程。通過SPOC，學生能充分利用碎片時間，自主學習這些MOOC課程和各類學習資源。根據實際使用情況，MOOC和SPOC的區(qū)別在于，MOOC也可以實現學生自主學習，但是教師看不到學生的學習記錄;而SPOC則可以分班查看每位學生的視頻學習情況、線上作業(yè)記錄以及線上的交流發(fā)言[10]。在SPOC模式下，教師能夠更好地跟蹤和監(jiān)控每位學生的進度，提供針對性的反饋，并根據學生的學習情況調整教學內容和節(jié)奏。在農業(yè)信息化技術課程中采用SPOC模式意味著，課程的在線部分將通過專門的平臺進行，如中國大學MOOC平臺。教師可以根據課程目標和學生的學習需求篩選適合的教學資源，包括視頻講座、閱讀材料、習題練習等，并組織在線討論以促進學生之間的交流和思考。結合討論式教學法，這種模式鼓勵學生主動參與課程內容的學習和討論。教師會在課堂上設計主題討論環(huán)節(jié)，提供相關資料，啟發(fā)學生的思路，并引導學生得出結論[11]。

在本研究中，教師首先明確了農業(yè)信息化技術課程的教學目標，例如：課程要求學生應能理解并應用信息化技術解決海洋水產養(yǎng)殖中的實際問題，能對海洋水產養(yǎng)殖智能化趨勢進行批判性思考等。然后，根據這些目標設計出相應的教學活動，首先教師將教學內容分成農業(yè)信息化概論、物聯(lián)網理論及應用、水產養(yǎng)殖案例分析、嵌入式方案在海洋養(yǎng)殖中的應用、海洋牧場的智能監(jiān)控系統(tǒng)設計五個模塊[12]，針對學習目標開展以海洋養(yǎng)殖智能化為主題的專題講座，隨后分小組針對當前技術以及未來海洋養(yǎng)殖行業(yè)發(fā)展方向進行深入討論，在該過程中教師提供SPOC資源，并要求學生獨立學習，了解物聯(lián)網智能制造概念、水產養(yǎng)殖概念、物聯(lián)網在海洋牧場中的應用等知識，隨后學生需對針對海洋養(yǎng)殖智能化的具體案例進行分析，最終教師以項目方案表，項目匯報PPT等形式來檢測學生的學習進度和效果，以確保他們達到預定的學習目標。此外，OBE模式還強調反饋與改進，教師會定期收集學生的反饋，并根據反饋調整教學內容和方法，以優(yōu)化教學效果。通過這種模式，學生不僅能夠系統(tǒng)地掌握農業(yè)信息化技術，還能夠提高自主學習和終身學習的能力，培養(yǎng)解決問題的創(chuàng)新思維。

3" 取得成效

CBL模式通過引入具體案例，使學生在解決實際問題的過程中學習和掌握知識，提高了學生的問題解決能力、批判性思維和決策技能。同時，教師的引導和促進角色，也使學生在學習過程中更加主動和積極。PBL模式則以問題為起點，讓學生自主研究問題背景，查找資料，并討論問題，以此構建知識和理解。這種模式不僅提高了學生的問題解決能力，還培養(yǎng)了他們的批判性思維、自主學習能力和團隊合作精神。翻轉課堂模式通過提前發(fā)布學習任務和資源，讓學生在課前自主學習，然后在課堂上進行討論和實踐。這種模式使學生能夠更深入地理解課程內容，同時也提高了他們的團隊協(xié)作和溝通表達能力?；贠BE的教學模式使農業(yè)信息化技術課程的教學過程更為高效和目標明確。學生們能夠根據教師設定的學習成果自主學習，同時在實踐活動中不斷優(yōu)化問題解決策略。教師通過定期評估學生的進步，并調整教學計劃，確保每個學生都能達到預期的學習目標。激發(fā)了學生的學習潛能，使他們在掌握專業(yè)知識的同時，也具備了解決復雜問題的能力?？偟膩碚f，這四種教育模式都能有效提高學生的實際應用能力和自主學習能力，有助于培養(yǎng)他們成為具有創(chuàng)新精神和研究興趣的農業(yè)信息化技術專業(yè)人才[13]。

4" 結束語

農業(yè)工程與信息技術領域作為一個多學科交匯的創(chuàng)新領域，對于教學策略的選取尤為關鍵。這一學科不僅融合了計算機科學、電子信息、電氣工程等技術知識，還包含了數據分析、機器學習、物聯(lián)網和自動化控制等前沿技術，對教學提出了更高的挑戰(zhàn)。在這樣的背景下，以應用能力訓練為導向的現代化教學模式顯得尤為重要。這些教學模式都強調了以學生為中心，推崇主動學習和深度參與，旨在提升學生的學習熱情與效果。然而，面對不同背景知識、技能水平和學習風格的學生，如何靈活適配并優(yōu)化這些教學方法，確保它們能夠更好地服務于學生的個性化學習需求，是教育工作者需要繼續(xù)深入研究的課題。未來的教學實踐應不斷探索，結合學生的具體情況和專業(yè)的實際需求，設計更加高效、互動和個性化的教學方案，以培養(yǎng)具備創(chuàng)新精神和研究潛力的農業(yè)信息化技術專業(yè)人才。

參考文獻：

[1] 夏晨.鄉(xiāng)村振興背景下農科研究生綜合素質提升研究[D].北京：中國農業(yè)科學院，2021.

[2] 楊明金，楊仕，楊玲.農業(yè)工程與信息技術專業(yè)碩士學科內涵、實踐困境與實施對策[J].四川農業(yè)與農機，2022（4）：23-24，30.

[3] 趙麗麗，張宇君，高洋，等.“雙一流”背景下草學研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)與教學改革的思考[J].智慧農業(yè)導刊，2023，3（24）：153-156.

[4] 李稻，韓玉慧，蔣益，等.醫(yī)學基礎教育中PBL和CBL兩種教學模式的實踐與體會[J].中國高等醫(yī)學教育，2010（2）：108-110.

[5] 常詠梅，李馥蕙，危齊敏.基于PBL的混合學習活動設計研究[J].電化教育研究，2023，44（3）：122-128.

[6] 陳琪，岳文濤.翻轉課堂和PBL模式在精準醫(yī)學教學中的應用[J].實驗室研究與探索，2020，39（12）：226-228，289.

[7] 任瑞芬，杜淑輝，田旭平，等.花卉學課程教學改革研究——以OBE理念為導向[J].智慧農業(yè)導刊，2024，4（4）：121-124.

[8] 劉杰，趙永強，劉晉鋼.基于OBE理念的“C程序設計”課程教學改革與探索[J].教育理論與實踐，2022，42（3）：61-63.

[9] 張志杰，李月瑩，張楠，等.基于OBE理念的“大學英語”混合式教學課程思政設計與實施——以通化師范學院為例[J].通化師范學院學報，2022，43（1）：140-144.

[10] 馮燕爾，劉娟意.OBE理念下“隨機過程及信號處理”課程教學實踐與探索[J].浙江海洋大學學報（人文科學版），2022，39（2）：101-105.

[11] 肖鵬，葛淵崢，郝雪.OBE+CIPP課堂評估模式探究[J].高等工程教育研究，2021（6）：176-182.

[12] 淳柳，郭月琴，王艷.“雙一流”背景下基于OBE的研究生學術英語教學模式改革與實踐——以中國石油大學（華東）為例[J].學位與研究生教育，2021（5）：42-47.

[13] 劉洋洋，王韋韋，王榮炎，等.農業(yè)機械化及其自動化專業(yè)“三位一體”實踐教學模式探索[J].智慧農業(yè)導刊，2024，4（3）：138-141.

基金項目：浙江省教育廳一般科研項目（Y202352291）

第一作者簡介：付迎順（1998-），男，碩士研究生。研究方向為計算機視覺、目標檢測。

*通信作者：畢振波（1978-），男，博士，講師。研究方向為計算機視覺、目標檢測。