摘" 要：農(nóng)業(yè)高校涉農(nóng)專業(yè)實踐教學活動因受植物生長周期及季節(jié)限制，加上植物種植占地多、成本高而開展困難。隨著我國高校教育改革工作的推進，以及人工智能、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術(shù)與教育教學的深度融合，華中農(nóng)業(yè)大學作物學國家級實驗教學示范中心通過確立智慧實踐教學理念，設(shè)立智慧實踐教學目標，組建以互動顯微鏡、“有教靈境”為代表的智慧實踐教學場景，構(gòu)建智慧實踐教學管理平臺，創(chuàng)建數(shù)字化實踐教學資源，以及開展智慧實踐教學活動等舉措重構(gòu)實踐教學體系，從而打破時空限制，培養(yǎng)理論知識扎實、實操能力過硬、兼具現(xiàn)代信息技術(shù)與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)技能的創(chuàng)新應(yīng)用型人才。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)高校；智慧教學；實踐教學；體系構(gòu)建；創(chuàng)新應(yīng)用型人才

中圖分類號：G642.0" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-9902（2025）04-0155-05

Abstract： Practical teaching activities for agriculture-related majors in agricultural colleges and universities are difficult to carry out due to plant growth cycles and seasons， as well as the large area and high cost of plant planting. With the advancement of education reform in China's colleges and universities and the deep integration of modern information technologies such as artificial intelligence and big data with education and teaching， the Crop Science National Experimental Teaching Demonstration Center of Huazhong Agricultural University has established the concept of smart practical teaching， set up smart practical teaching goals， and established interactive microscopes， smart practical teaching scenarios represented by \"teaching spiritual environment\"， build a smart practical teaching management platform， and create digital practical teaching resources. As well as carrying out smart practical teaching activities and other measures to restructure the practical teaching system， thereby breaking the limitations of time and space and cultivating innovative and applied talents with solid theoretical knowledge， excellent practical skills， and both modern information technology and traditional agricultural skills.

Keywords： agricultural university; smart teaching; practical teaching; system construction; innovative and applied talent

農(nóng)業(yè)高校是培養(yǎng)未來農(nóng)業(yè)專業(yè)人才的搖籃，其主要任務(wù)是培養(yǎng)能夠解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐問題的創(chuàng)新應(yīng)用型人才，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)村現(xiàn)代化服務(wù)，其專業(yè)實踐性非常強，教學過程中需要開設(shè)大量實踐課程對學生進行實踐能力訓練，以培養(yǎng)他們解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題的能力。然而大多數(shù)實踐課程因植物生長周期長而且受季節(jié)限制，加上植物種植占地多、成本高而開展困難，導(dǎo)致培養(yǎng)的學生解決生產(chǎn)實踐能力欠缺。

隨著智慧教育時代的到來，以及大數(shù)據(jù)、人工智能在教育教學上的應(yīng)用，利用信息化、數(shù)字化手段構(gòu)建智慧實踐教學體系，不僅能夠打破時空條件限制，讓過去無法開展的實踐教學項目成為可能，而且能夠?qū)崿F(xiàn)教育的個性化、智能化及互動化發(fā)展，從而培養(yǎng)符合社會需求的創(chuàng)新應(yīng)用型人才[1-3]。

智慧教學是教育現(xiàn)代化的必由之路[4-7]。教育部于2018年印發(fā)《高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃》，中共中央、國務(wù)院印發(fā)《中國教育現(xiàn)代化2035》，以及教育部2024年全國教育工作會議上提出對高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)機制進行優(yōu)化和創(chuàng)新，強調(diào)高校要將人工智能、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術(shù)和實踐教育深度融合，推進實踐教育數(shù)字化，構(gòu)建實踐教育新形態(tài)，創(chuàng)新實踐教學新模式，滿足多元化的實踐教學及個性化的學習新需求，從而推動智慧教育時代下應(yīng)用型人才的培養(yǎng)[8-12]。

本文以華中農(nóng)業(yè)大學作物學國家級實驗教學示范中心為例，探索通過確立智慧實踐教學理念，設(shè)立智慧實踐教學目標，組建以互動顯微鏡及“有教靈境”為代表的智慧實踐教學環(huán)境，構(gòu)建智慧實踐教學管理平臺，創(chuàng)建數(shù)字化實踐教學資源，以及開展智慧實踐教學活動等舉措多管齊下，從而促進實踐教學智能化轉(zhuǎn)型，為培養(yǎng)一流拔尖創(chuàng)新人才服務(wù)。

1" 確立智慧實踐教學理念

華中農(nóng)業(yè)大學智慧實踐教學理念以學生為中心進行確立，強調(diào)學生的主體地位和教師的主導(dǎo)作用，通過積極改善實踐教學條件，利用智能技術(shù)為學生提供個性化學習路徑和資源，來滿足學生智慧化學習需求，促進學生主動學習的積極性和創(chuàng)新能力的發(fā)展。

2" 設(shè)定智慧實踐教學目標

華中農(nóng)業(yè)大學智慧實踐教學目標的設(shè)立與農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展需求相結(jié)合，目的是響應(yīng)國家號召，培養(yǎng)能將現(xiàn)代信息技術(shù)、工程技術(shù)與生物技術(shù)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展有機融合，專業(yè)知識扎實，實踐能力過硬，兼具創(chuàng)新精神與“三農(nóng)”情懷的智慧農(nóng)業(yè)創(chuàng)新人才。

3" 組建智慧化實踐教學場景

開展智慧實踐教學的前提是完成智慧實踐教學場景建設(shè)。華中農(nóng)業(yè)大學作物學國家級實驗教學示范中心充分利用智慧校園建設(shè)基礎(chǔ)，建設(shè)了室內(nèi)及室外2種形式的智慧實踐教學場景。

3.1" 室內(nèi)智慧實踐教學場景

中心建設(shè)了3種形式的室內(nèi)智慧實踐教學場景，分別是計算機智慧教室、“有教靈鏡”智慧教室及互動顯微鏡智慧教室，以滿足不同形式的實驗室內(nèi)智慧實踐教學需求。

3.1.1" 計算機智慧教室

每個教室由36臺學生電腦及1臺教師電腦組成（圖1）。學生電腦可以進行教學軟件的下載安裝、保存及軟件對拷等。計算機智慧教室能夠滿足智慧農(nóng)業(yè)、生物信息、數(shù)字圖像處理、精準作物表型組、植物大數(shù)據(jù)技術(shù)、生物統(tǒng)計與田間試驗設(shè)計，以及虛擬仿真實驗等課程的智慧實踐教學需求。

圖1" 計算機智慧教室

3.1.2" “有教靈境”智慧教室

“有教靈境”名字來源于孔子“有教無類”的教育理念，以及錢學森先生1990年將Virtual Riality（VR）一詞翻譯為“靈境”的創(chuàng)意。華中農(nóng)業(yè)大學項目（“有教靈境”智慧實驗室實驗教學管理系統(tǒng)）于2024年入選教育部首批18個“人工智能+高等教育”應(yīng)用場景典型案例。

“有教靈境”智慧教室每個教室配備 2個智慧大屏，用于顯示教師發(fā)送的課件內(nèi)容。學生交互終端配備36個攝像頭及36臺平板電腦（Pad），能夠?qū)崟r記錄學生實驗操作過程并放大細微操作，方便學生學習掌握關(guān)鍵細節(jié)，而且攝像頭可以進行方位調(diào)節(jié)，確保拍攝到學生各方位實驗操作過程。教師終端則配備觸控屏及控制器，觸控屏主要進行課件資料的拷貝及發(fā)送，控制器能夠?qū)淌宜蠵ad及智慧大屏實現(xiàn)一鍵開機或一鍵關(guān)機，這樣課程結(jié)束后無須花費大量時間精力逐一檢查Pad及智慧大屏是否都已經(jīng)關(guān)機。教室另配備1輛移動采集車，搭配360°自由旋轉(zhuǎn)攝像頭，能夠全方位采集教師端實驗操作過程并實時發(fā)送到學生端及智慧大屏，保證學生能無一遺漏地觀察到每一個實驗操作細節(jié)（圖2）。

據(jù)此，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與人工智能技術(shù)將上述教師端觸控屏、控制器、智慧大屏、移動采集車及學生端攝像頭、Pad等設(shè)備聯(lián)系在一起，從而對實驗室進行數(shù)字化升級，實現(xiàn)實驗教學的“教”“學”“管”“評”全過程信息化覆蓋。其智慧教學功能如下所述。

高清示教：教師可將課件資料或教師端實驗操作內(nèi)容推送至智慧大屏及學生交互終端，學生無須圍觀即可觀看示教過程及課件資料，避免傳統(tǒng)教學模式下外圍同學看不到教師操作過程，教師無法兼顧所有學生并給予指導(dǎo)的情況發(fā)生。

差異化教學：教師可實時查看所有學生實驗臺操作畫面，及時了解并掌握學生實操水平，并對操作不規(guī)范的實驗臺給予針對性指導(dǎo)，實現(xiàn)差異化教學。

小組對比教學：教師可任意調(diào)取多個實驗臺的操作畫面推送至智慧大屏及學生交互終端展示，讓學生觀看不同實驗臺的操作過程，了解自己小組跟其他小組的差距，進行對比教學。

課堂實錄：課堂內(nèi)容自動錄制并上傳平臺，實現(xiàn)教學全過程可追蹤、可回溯，方便教師跟學生課后查看實驗過程，及時發(fā)現(xiàn)實驗過程中的問題并加以改正。

課堂教學分析：采集師生實驗過程數(shù)據(jù)，通過AI智能統(tǒng)計分析，自動生成課堂教學大數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對教學內(nèi)容進行精準評價。

公平公正實驗教學：實驗數(shù)據(jù)上傳平臺，系統(tǒng)進行檢測并提供數(shù)據(jù)反饋生成學情報告，課后提供實驗過程記錄，教師根據(jù)過程記錄完成實驗評分，相比傳統(tǒng)實驗根據(jù)實驗報告進行打分，實驗評價更公平公正。

圖2" “有教靈境”智慧教室

3.1.3" 互動顯微鏡智慧教室

中心分別建有2個生物互動顯微鏡教室（圖3），2個體視互動顯微鏡教室，1個體視兼生物互動顯微鏡教室。每個教室由36臺學生顯微鏡與1臺教師顯微鏡構(gòu)成，學生顯微鏡配備Pad、教師顯微鏡配備電腦作為智能終端，利用無線智能互動系統(tǒng)將智能終端設(shè)備、最新無線通信技術(shù)與數(shù)碼顯微技術(shù)相結(jié)合，使顯微鏡下的圖像顯示在手機、電腦或者Pad上，然后利用局域網(wǎng)連通教師端與學生端，實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的共享和實時交流。

互動顯微軟件包括微觀圖像、宏觀圖像、課堂交互、教學求助及教學示范5個功能模塊。微觀圖像跟宏觀圖像用于圖像觀察及共享，以及教師實時查看學生實驗情況；課堂交互用于老師發(fā)布作業(yè)及批改學生通過Pad上傳的互動作業(yè)；教學求助用于學生就實驗問題請教老師；教學示范用于老師調(diào)取學生端或教師端圖像進行示范講解，分強制示范跟非強制示范，強制示范時，教室所有智能終端都顯示示范圖像；非強制示范時，則學生Pad的教學示范按鈕閃爍，學生可以通過點擊按鈕選擇查看或者不查看。跟“有教靈境”智慧教室一樣，互動顯微鏡智慧教室同樣能夠進行高清示教、差異化教學以及小組對比教學等智慧教學。

圖3 互動顯微鏡教室

3.2 室外智慧實踐教學場景——實踐實訓基地

室內(nèi)智慧實踐教學需要輔助室外的實踐訓練才能達到理論結(jié)合實際的目的?？梢哉f實踐實訓基地是培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力的載體，是創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)的保證。作物學國家級實驗教學示范中心依托校內(nèi)外資源，建設(shè)了不同形式的智慧實踐實訓基地，以滿足不同目的的教學需求。

3.2.1 校內(nèi)實踐實訓基地

中心在校內(nèi)構(gòu)建了4個智慧實踐實訓基地，分別是大田作物實踐園、食用菌種實驗中心、溫度控制與設(shè)施農(nóng)業(yè)大棚，以及氣象學實驗實習觀測場。

1）大田作物實驗園，由作物學三田基地跟植保三田基地（圖4）構(gòu)成，2個基地共有旱地30余畝（1畝約等于667 m2，下同） ，水田10余畝，包括農(nóng)作物高產(chǎn)實踐區(qū)、示范種植區(qū)和植物保護實踐區(qū)。2個基地常年種植有水稻、小麥、棉花、玉米和油菜5大作物，另種植有數(shù)10種其他作物，包括蔬菜、水果、花卉等。還有配套的田間實踐室240 m2、農(nóng)具用房及作物標本專用掛藏室近160 m2，以及多功能溫室及塑料大棚數(shù)個?；剡M行了智慧門禁系統(tǒng)、智能噴灌系統(tǒng)、水肥一體化系統(tǒng)、無人機播種施肥噴藥和24小時監(jiān)控系統(tǒng)等智慧化改造，為學生提供室外智慧實踐技能訓練。

圖4" 植保三田基地

2）氣象學實驗實習觀測場，有自動數(shù)據(jù)采集儀器用房，功能性教室，以及符合國家規(guī)范的地面氣象觀測場地1 600 m2；另匹配有常規(guī)氣象觀測儀、自動氣象記錄儀及符合國家標準的氣象觀測系統(tǒng)。

3）食用菌種實驗中心。有實驗室及滅菌、接種、培養(yǎng)和保藏等相關(guān)配套用房160 m2，常年配有一般食用菌種、食用菌產(chǎn)品，也保藏有專供實習比較用的實驗菌種。

4）溫度控制與設(shè)施農(nóng)業(yè)大棚。由數(shù)十個具有加溫、加濕和自動施肥功能的現(xiàn)代化溫室大棚組成，可以規(guī)避時間季節(jié)限制在任何時候培育出需要的植物供教學使用，確保與植物相關(guān)的實踐教學活動不會因季節(jié)及外界環(huán)境條件的限制而無法開展。

5）其他學院實踐實訓基地。依托華中農(nóng)業(yè)大學豐富的校內(nèi)實踐教學資源，拓展了大量實踐實訓基地，如園藝林學學院的果樹栽培基地、花卉種植基地、蔬菜基地等教學實習基地，以及校內(nèi)數(shù)千畝油菜、水稻、玉米、棉花及各種蔬菜水果的科研基地。

3.2.2 校外實踐實訓基地

1）襄陽學院實踐實訓基地。中心利用襄陽學院廣大的土地資源構(gòu)建了實踐實訓基地，進一步滿足學生實踐教學或者耕讀教育活動需求。

2）大別山、神農(nóng)架實踐實訓基地。中心分別在大別山及神農(nóng)架為大二學生暑期實習或智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)野外綜合實踐構(gòu)建了實踐實訓基地，能夠同時滿足上百人的學習、生活及實訓需求。

3）社會實踐實訓資源。這是為大三學生暑期實習而拓展的校外實踐實訓資源，包括分布于全國各地的農(nóng)科院、種子站、植保站，以及相關(guān)農(nóng)業(yè)企業(yè)及公司等。

4 構(gòu)建智慧實踐教學管理平臺

華中農(nóng)業(yè)大學構(gòu)建了“智慧實踐教學一體化平臺”，集“教、學、管、評、測”于一體，包括虛擬仿真實驗、智慧實驗教學、智慧實驗室和智慧實習等環(huán)節(jié)，實現(xiàn)對實驗教學過程的全方位、一站式管理，提升實驗及實習管理的智能化水平，為學生提供個性化、自主化的學習環(huán)境，為教師提供實驗教學過程從教到總結(jié)等各個環(huán)節(jié)的全方位管理。

5" 創(chuàng)建數(shù)字化實踐教學資源

智慧教學需要有豐富的教學資源做支撐。教學資源的建設(shè)不僅有助于打破傳統(tǒng)實驗教學模式，將過去以驗證性為主的實驗教學轉(zhuǎn)變成高度信息化的實踐教學，還能夠打破時空限制，讓過去無法開展的實踐教學項目成為可能，同時還有助于挖掘?qū)W生潛能， 培養(yǎng)學生學習的主觀能動性。

華中農(nóng)業(yè)大學作物學國家級實驗教學示范中心多渠道、多模式創(chuàng)建了多元化的教學資源庫，包括如下內(nèi)容。

5.1 整合網(wǎng)絡(luò)優(yōu)秀教學資源

根據(jù)課程需要整合國內(nèi)外微課、短視頻等應(yīng)用于教學。

5.2 自主開發(fā)課程教學資源

從培養(yǎng)人才的目標出發(fā)，根據(jù)教學需要自主開發(fā)教學資源。中心目前已經(jīng)建設(shè)了數(shù)十門課程資源，包括5門國家級課程、11門省級課程。

5.2.1 在線開放課程

依托中國大學MOOC平臺，中心建設(shè)了10余門在線開放課程，其中4門為國家級課程（農(nóng)業(yè)植物病理學、普通植物病理學、植物生理學與普通昆蟲學）；6門為省級課程（作物育種學、農(nóng)業(yè)昆蟲學、作物栽培學、植物化學保護、普通昆蟲學與蘑菇概論）。

依托學?！爸腔蹖嵺`教學一體化平臺”，中心建設(shè)了11門虛擬仿真實驗課程，其中4門為湖北省虛擬仿真實驗一流課程（水稻生產(chǎn)與栽培調(diào)控虛擬仿真實驗、植物細菌病害鑒定虛擬仿真實驗、植物真菌疑難病害鑒定及防治虛擬仿真實驗以及智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)實踐虛擬仿真實驗）；9門基礎(chǔ)實驗技能課程（如植物生產(chǎn)類基礎(chǔ)實驗技術(shù)、植物生理學實驗、生物技術(shù)綜合實驗、普通昆蟲學實驗、“雙水雙綠”重塑“魚米之鄉(xiāng)”及農(nóng)業(yè)植物病理學實驗等）、耕讀教育課程（農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)實踐，“博讀經(jīng)典，勤耕稼穡”——校園植物識別及種植體驗）以及數(shù)字化改造的傳統(tǒng)實踐課程（基礎(chǔ)生物化學實驗）。

5.2.2 線下課程

包括1門國家級課程（基礎(chǔ)生物化學），2門省級課程（植物檢疫學及昆蟲生態(tài)與測報）。

5.2.3 微課或?qū)嵅僖曨l

中心建設(shè)了數(shù)十門微課或?qū)嶒灢僮饕曨l，如“互動顯微鏡操作”“桃真菌病害鑒定”“玉米細菌病害鑒定”“小麥赤霉病田間接種實驗”等，單獨通過雨課堂發(fā)送給學生預(yù)習或復(fù)習，或者整合到課件PPT里進行授課。

5.2.4 建設(shè)習題庫

配合課程教學內(nèi)容的習題資源，包括課前習題、課中習題或課后習題，配合雨課堂、慕課等進行學習。

5.2.5 編寫新形態(tài)教材

中心編寫了多部新形態(tài)教材，如《農(nóng)業(yè)植物病理學》《農(nóng)業(yè)植物病理學實驗》等，掃描二維碼即可查看相關(guān)圖片及視頻資料。目前正編寫基于知識圖譜或能力圖譜的系列新形態(tài)教材。

6 開展智慧實踐教學活動

智慧實踐教學活動包括學生課前進入MOOC平臺，或智慧實踐教學一體化平臺學習數(shù)字化實踐課程，或開展虛擬仿真實驗，并進行在線測評；課中利用計算機智慧教室、互動顯微鏡智慧教室、“有教靈境”智慧教室或者實踐實訓基地開展智慧實驗；課堂教師隨堂或利用雨課堂進行檢測，實時了解每位學生的學習和實操情況并給予針對性指導(dǎo)；課后觀看實踐操作過程存儲資料，復(fù)盤實踐過程，分析師生的知識能力漏項，從而改進教和學。

7 結(jié)束語

應(yīng)用新一代信息技術(shù)賦能實踐教學，推進“實踐+”“智慧+”模式，深化“數(shù)字化教學資源+智慧教學環(huán)境+智慧實踐活動+智慧管理系統(tǒng)”四位一體建設(shè)，華中農(nóng)業(yè)大學作物學國家級實驗教學示范中心建立了以數(shù)字化為基礎(chǔ)的實踐教學體系，從而拓展了實踐教學時空，擺脫了傳統(tǒng)的 “圍觀式”教學模式，推進了實踐教學模式改革創(chuàng)新，促進了實踐課堂的因材施教、互動交流，實現(xiàn)了實踐教學自動化評估，培養(yǎng)了學生的自主學習能力，滿足了學生個性化學習需求，從而為實踐教學的智能化轉(zhuǎn)型及重塑實踐教學新形態(tài)探索了一條新路徑。

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