農(nóng)業(yè)院校自動化專業(yè)建設(shè)與人才培養(yǎng)研究
——基于“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”時代背景

桑運川，呂成緒，沈明霞

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，江蘇 南京 210031）

我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)的發(fā)展對我們國家的發(fā)展影響重大。科技的進步是農(nóng)業(yè)發(fā)展的第一推動力量，農(nóng)業(yè)的每一步發(fā)展都對科技應(yīng)用提出更高的要求。如今，我國的農(nóng)業(yè)已經(jīng)邁入現(xiàn)代化、規(guī)?；椭悄芑l(fā)展階段。隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)飛速發(fā)展，新科技必然向農(nóng)業(yè)滲透和轉(zhuǎn)化。在這樣的背景下，高等農(nóng)業(yè)院校設(shè)立自動化專業(yè)，主要突出以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主的控制技術(shù)和信息技術(shù)，自動化專業(yè)在農(nóng)業(yè)大學(xué)有獨特的專業(yè)特色與發(fā)展前景，人才培養(yǎng)目標有自己的特色。

1 農(nóng)業(yè)不再是“老土”行業(yè)，農(nóng)業(yè)將成為高科技行業(yè)

農(nóng)業(yè)的歷史，已有上萬年，沒有任何一個行業(yè)的存在史比農(nóng)業(yè)更悠久。也因此，農(nóng)業(yè)在世人眼里，是非常傳統(tǒng)的行業(yè)，離現(xiàn)代化、高科技等詞匯甚遠。其實，未來的農(nóng)業(yè)是真正的高科技行業(yè)。農(nóng)業(yè)的近代史及未來發(fā)展，亦如其它行業(yè)般，一路升級。未來的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，不只是能看到大型收割機、農(nóng)業(yè)用直升機，還有最先進的農(nóng)業(yè)科技，包括能連結(jié)至云端進行分析、改善農(nóng)作物產(chǎn)量的感測器，以及能分擔(dān)勞力的機器人。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不再需要駕駛拖拉機去耕地，而是通過分析數(shù)據(jù)，智能化種田完成。

無人機、機器人、分子科學(xué)、云端服務(wù)，以及氣候變遷背后的巨量資料分析，將是農(nóng)民們茶余飯后的話題。透過GPS與地圖科技的進展，管理區(qū)域內(nèi)的農(nóng)地灌溉輛、施肥量，并精細到每一株作物。利用土壤肥沃度的感測器，探測土壤顆粒中的化學(xué)/礦物質(zhì)成分比重。放飛無人機、在施肥與噴藥設(shè)備中安裝作物感測器，收集來自空氣與土地的資料，把濕度感測器推入土壤。利用寬頻連結(jié)技術(shù)，就算是在偏遠地區(qū)，農(nóng)民們也能通過衛(wèi)星，連上網(wǎng)絡(luò)處理越來越大量的數(shù)據(jù)。農(nóng)場上收集到的資料傳送至遠處的服務(wù)機構(gòu)，讓顧問或農(nóng)作物專家進行分析，指導(dǎo)農(nóng)場種植。超大型的收割機具備智能感測器，能監(jiān)測收割到的玉米或干草重量，并估算出產(chǎn)量與收割面積。

未來的農(nóng)民將變得很有趣、很好玩、很有成就感。機器人準備大舉進軍農(nóng)耕領(lǐng)域，較小型的無人操作機器為24小時的農(nóng)耕開啟了大門。因為不需要人力，不必睡覺的機器能讓農(nóng)民坐享豐收之樂。在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，靠天吃飯或許是農(nóng)民們難以擺脫的宿命，但藉由最新的農(nóng)業(yè)科技，農(nóng)民可以當(dāng)個快樂的農(nóng)夫。李克強總理在考察楊凌農(nóng)業(yè)高新區(qū)時，寄語說：農(nóng)業(yè)要插上翅膀，飛向世界！農(nóng)業(yè)，是最傳統(tǒng)的行業(yè)，如果給農(nóng)業(yè)插上科技的翅膀，農(nóng)業(yè)將迸發(fā)巨大能量。

2 “互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”時代農(nóng)業(yè)院校自動化專業(yè)建設(shè)研究與探索

自動化專業(yè)在高等農(nóng)業(yè)教育中占有重要的地位。如今全球化迅速發(fā)展，我國農(nóng)業(yè)面對激烈的國際競爭，為自動化教育的發(fā)展提供了新的機遇，也提出了更高的要求。隨著我國高等教育進入大眾化教育階段，作為寬口徑的自動化學(xué)科專業(yè)，已發(fā)展成為最龐大的學(xué)科專業(yè)之一。社會在變革，經(jīng)濟在發(fā)展，技術(shù)在進步，這些都對現(xiàn)行教育提出新的挑戰(zhàn)。自動化學(xué)科必須主動適應(yīng)這種變化發(fā)展的需要，在適應(yīng)中發(fā)展自身并推動社會發(fā)展。

“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”時代智慧農(nóng)業(yè)的提出賦予了自動化學(xué)科全新的內(nèi)涵。智慧農(nóng)業(yè)通過生產(chǎn)領(lǐng)域的智能化、經(jīng)營領(lǐng)域的差異性以及服務(wù)領(lǐng)域的全方位信息服務(wù)，推動農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈改造升級；實現(xiàn)農(nóng)業(yè)精細化、高效化與綠色化，保障農(nóng)產(chǎn)品安全、農(nóng)業(yè)競爭力提升和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。農(nóng)業(yè)從傳統(tǒng)到現(xiàn)代，最終會發(fā)展到運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、精準技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)階段，實現(xiàn)最佳的資源利用和最少的成本投入，達到農(nóng)作物生產(chǎn)、運輸和銷售的智能化管理。自動化專業(yè)不僅要研究農(nóng)業(yè)中電能的生產(chǎn)、輸送、分配和利用，而且包括農(nóng)用技術(shù)裝備中電工電子技術(shù)有關(guān)的設(shè)計、開發(fā)、管理及應(yīng)用。

“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”時代為自動化專業(yè)建設(shè)提供了發(fā)展空間和機遇。自動化專業(yè)以其口徑寬、面向廣和需求多的特色，成為促進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)的重要學(xué)科專業(yè)之一。我國農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨著資源與市場的雙重約束，迫切需要轉(zhuǎn)變發(fā)展方式。我國發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)將以“精細農(nóng)業(yè)”、“虛擬農(nóng)業(yè)”、“智能農(nóng)業(yè)”和“網(wǎng)絡(luò)農(nóng)業(yè)”等內(nèi)容為切入點，組織實施“數(shù)字農(nóng)業(yè)科技行動”，突破一批關(guān)鍵技術(shù)。它將有助于推動我國農(nóng)業(yè)從依靠經(jīng)驗為主的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐揽扛咝录夹g(shù)的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)；有助于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)由粗放型向集約化轉(zhuǎn)變；有助于推動農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整。這為農(nóng)業(yè)院校自動化專業(yè)的發(fā)展提供了更為廣闊的空間和更高的要求。

3 農(nóng)業(yè)院校自動化專業(yè)課程安排體現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”特色

農(nóng)業(yè)大學(xué)中的理工科與綜合性院校、工科院校中的相近專業(yè)相比，人才培養(yǎng)存在差異，具有自己的特色與優(yōu)勢。自動化專業(yè)畢業(yè)生作為工科的人才，要具有較強的工程意識，具備設(shè)計能力、技術(shù)應(yīng)用能力以及創(chuàng)新能力。

學(xué)科導(dǎo)論告訴學(xué)生這個專業(yè)將來干什么。針對自動化專業(yè)大學(xué)新生對自己所學(xué)專業(yè)認知模糊，容易產(chǎn)生專業(yè)迷茫，容易失去自我學(xué)習(xí)發(fā)展的主動性等問題，在大一為學(xué)生開設(shè)“自動化專業(yè)導(dǎo)論”課程，由四個專業(yè)課教師來承擔(dān)，主要講述自動化專業(yè)課程體系，以及自控原理、傳感器、PLC及單片機等主干課程的發(fā)展前沿，通過課程學(xué)習(xí)使新生對專業(yè)有一個整體和明確的了解，使之能夠明確學(xué)習(xí)目的，提高學(xué)習(xí)興趣，增強學(xué)習(xí)信心，做好專業(yè)技能培養(yǎng)和學(xué)習(xí)規(guī)劃。作為專業(yè)導(dǎo)論課，這門課程的教材和教學(xué)內(nèi)容的處理需要遵循兩個原則：專業(yè)性和教育引導(dǎo)性。課程對于農(nóng)業(yè)院校自動化學(xué)科發(fā)展方向和自動化在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用予以闡述。把握時代熱點，開設(shè)人工智能導(dǎo)論、機器人控制技術(shù)等相關(guān)課程。人工智能導(dǎo)論課程主要介紹人工智能的基本概念和研究方法，重點講述計算機視覺、規(guī)劃與行動、多Agent系統(tǒng)、語音識別、專家系統(tǒng)和機器學(xué)習(xí)等算法及其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，使得學(xué)生對人工智能的發(fā)展概況、基本原理和應(yīng)用領(lǐng)域有初步了解，對主要技術(shù)及應(yīng)用有一定掌握，啟發(fā)學(xué)生對人工智能的興趣，培養(yǎng)知識創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新能力。

機器人控制技術(shù)課程作為對學(xué)生所學(xué)控制理論、電路理論、電子技術(shù)、機械動力學(xué)、傳感器技術(shù)、運動控制等課程知識的綜合升華，以采摘、噴霧等農(nóng)業(yè)機器人為背景，主要涉及機器人的基本結(jié)構(gòu)、機器人運動學(xué)和動力學(xué)建模、機器人的空間軌跡規(guī)劃和機器人的位姿控制實現(xiàn)方法。

隨著農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)將出現(xiàn)多學(xué)科、多專業(yè)的綜合應(yīng)用與聯(lián)合攻關(guān)的新趨勢。農(nóng)業(yè)院校自動化專業(yè)在形成自己完整體系的同時，不斷地向眾多門類的自然學(xué)科滲透，例如土壤學(xué)、農(nóng)業(yè)化學(xué)、遙感技術(shù)、信息通訊、生物環(huán)境、能源工程等。設(shè)施農(nóng)業(yè)、精準農(nóng)業(yè)、工廠化禽畜業(yè)等都對自動化提出了很高的要求。如何緊跟時代發(fā)展，調(diào)整和改造我國目前的農(nóng)業(yè)自動化學(xué)科，是一項復(fù)雜而又艱巨的任務(wù)。

4 “互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”時代農(nóng)業(yè)院校自動化專業(yè)實踐教學(xué)

SRT（大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃）項目圍繞農(nóng)業(yè)，體現(xiàn)自身農(nóng)業(yè)院校特色。大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃是專為在校大學(xué)生設(shè)計的一種項目資助計劃，鼓勵和支持大學(xué)生在導(dǎo)師指導(dǎo)下以團隊形式完成科研項目，對提高大學(xué)生科研素養(yǎng)，培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力起到了積極作用。農(nóng)業(yè)院校自動化專業(yè)在SRT立項過程中，就注重機器人視覺技術(shù)、人工智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)融合技術(shù)等高科技技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。體現(xiàn)科技引領(lǐng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系，引導(dǎo)學(xué)生認識到科技在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)橫向拓展和縱向一體化發(fā)展中的引領(lǐng)作用。如基于C51單片機的旋耕機自動調(diào)平系統(tǒng)設(shè)計、高光譜成像和圖像處理技術(shù)的水稻紋枯病早期檢測技術(shù)研究、農(nóng)用車故障遠程診斷系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)、溫室土壤自動滴灌施肥閉環(huán)式控制系統(tǒng)、蘋果內(nèi)外部多品質(zhì)同步檢測方法及裝置、蘑菇采摘機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計及控制技術(shù)研究等等。

引導(dǎo)大學(xué)生參加科技競賽，選與農(nóng)業(yè)有關(guān)的課題。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院積極組織學(xué)生參加“東方紅”杯全國大學(xué)生智能農(nóng)業(yè)裝備創(chuàng)新大賽，在已成功舉辦的兩屆比賽中，“面向農(nóng)情信息采集的小型四足柔性機器人”獲得A類特等獎；“禽蛋品質(zhì)檢測流水線系統(tǒng)”、“果園多通道紅外對靶風(fēng)送霧化器設(shè)計”、“便攜式稻種發(fā)芽率檢測儀”獲得A類一等獎；“即熟型3D食品打印機”、“基于機器視覺的蔬菜黃葉分揀機器人”、“基于FPGA的母豬產(chǎn)前行為識別系統(tǒng)”、“基于靜電離心霧化技術(shù)與路徑規(guī)劃算法的精量施藥無人機”、“大棚便攜式除草機”、“智能精量播種控制及漏播監(jiān)測系統(tǒng)”等獲得A類二等獎；“田間行走機器人”獲得B類一等獎；“果園自動對靶施藥機器人競技”獲B類二等獎；“溫室微環(huán)境巡檢機器人”獲C類二等獎。

大學(xué)生社會實踐，立足農(nóng)業(yè)服務(wù)農(nóng)業(yè)。利用暑期實踐，組織安排自動化專業(yè)學(xué)生深入農(nóng)業(yè)相關(guān)企業(yè)開展調(diào)研，了解農(nóng)業(yè)方面對自動化的實際需求，明確當(dāng)前自動化設(shè)備在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)存在問題，運用自己的專業(yè)知識，提出個人解決方案。如針對大豐上海農(nóng)場農(nóng)業(yè)裝備自動化程度調(diào)研、鹽城拖拉機廠自動化流水線調(diào)研等。

校外實驗實習(xí)基地選擇兼顧自動化專業(yè)與農(nóng)業(yè)特色。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院目前簽約的校外實習(xí)基地有鹽城大豐上海農(nóng)場、海豐米業(yè)、大豐鼎盛農(nóng)業(yè)有限公司等。通過參觀、使用大型農(nóng)業(yè)機械進行聯(lián)合收割、滅茬、施肥等作業(yè)情況，理解現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對農(nóng)業(yè)裝備自動化的需求和使用情況，明確對農(nóng)業(yè)特色自動化專業(yè)人才培養(yǎng)的要求。

老師的科研課題，注重專業(yè)與農(nóng)業(yè)的結(jié)合。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院汪小旵教授團隊主要從事設(shè)施溫室物聯(lián)網(wǎng)管控技術(shù)和設(shè)施農(nóng)業(yè)機械兩個方面的研究。沈明霞教授領(lǐng)銜的科研團隊圍繞農(nóng)業(yè)信息采集、傳輸、處理、發(fā)布和反饋控制等共性技術(shù)展開科學(xué)研究，凝練出設(shè)施養(yǎng)殖自動化、設(shè)施種植智能化以及農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量快速智能檢測3個重點科研方向，是一支多學(xué)科交叉的信息農(nóng)業(yè)高素質(zhì)研發(fā)與推廣團隊。尹文慶教授團隊的主要研究方向有：種植與收獲機械設(shè)計理論，農(nóng)業(yè)生物及環(huán)境測控技術(shù)。圍繞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求，重點針對旱地作物自動移栽機、谷物聯(lián)合收獲機、農(nóng)業(yè)生物及環(huán)境三維重構(gòu)的基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵與前沿技術(shù)進行研究。這些研究豐富了自動化專業(yè)的知識體系，拓展了自動化專業(yè)的研究領(lǐng)域。

5 “互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”時代農(nóng)業(yè)院校自動化專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)崗位具有了高大上的特點

隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，智能農(nóng)業(yè)徹底顛覆了“鋤禾日當(dāng)午，汗滴禾下土”的傳統(tǒng)觀念，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域發(fā)展成為高大上的產(chǎn)業(yè)。農(nóng)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將從“空間、時間、成本、安全、個性化”五個角度全面改變農(nóng)業(yè)面貌，“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”將大幅推動了智慧農(nóng)業(yè)的進程。農(nóng)業(yè)機器人可以提高勞動生產(chǎn)率，解決勞動力的不足改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，防止農(nóng)藥、化肥等對人體的傷害提高作業(yè)質(zhì)量。無人機技術(shù)在農(nóng)業(yè)發(fā)面的應(yīng)用標志著我國農(nóng)業(yè)走向高科技的農(nóng)業(yè)時代，如無人機應(yīng)用于農(nóng)業(yè)植保方面，克服了農(nóng)作物株高和密度的限制。信息化實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程的信息感知、智能決策、自動控制和精準管理，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素的配置更加合理化、農(nóng)業(yè)從業(yè)者的服務(wù)更有針對性、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的管理更加科學(xué)化。農(nóng)業(yè)概念已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義上的種植業(yè)或農(nóng)林牧副漁，而是集合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)業(yè)、加工制造產(chǎn)業(yè)及生活服務(wù)產(chǎn)業(yè)。自動化在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域有廣闊前景。

中國新農(nóng)人，讓農(nóng)業(yè)變得更具魅力?！靶罗r(nóng)人”是在互聯(lián)網(wǎng)和電商時代崛起的新農(nóng)民群體。與中國傳統(tǒng)農(nóng)民不同，他們?yōu)榱藙?chuàng)業(yè)理想而投身到農(nóng)業(yè)行業(yè)之中，并進行科學(xué)化、系統(tǒng)化的生產(chǎn)創(chuàng)業(yè)活動。主動選擇土地，卻不再被土地束縛；同樣面朝黃土背朝天，卻不再充滿悲情。他們用新理念、新技術(shù)，講訴土地的故事，也演繹著中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的希望。他們?yōu)閭鹘y(tǒng)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型注入了新的元素和能量，成為引領(lǐng)新農(nóng)民、發(fā)展新農(nóng)村、托起新農(nóng)業(yè)的一支新的生力軍。自動化學(xué)科是一門多學(xué)科交叉的高技術(shù)學(xué)科，有利于培養(yǎng)寬口徑、多面手、綜合復(fù)合型人才，正好適應(yīng)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域多學(xué)科交叉的特點。高等農(nóng)業(yè)教育肩負著發(fā)展農(nóng)業(yè)科技、培養(yǎng)人才的使命，農(nóng)業(yè)院校畢業(yè)生將在未來在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域施展才華建功立業(yè)。

自動化專業(yè)在吸收國際先進的教育理念、模式、體系的同時，根據(jù)我國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展對自動化專業(yè)的人才需求，瞄準現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢，制定了科學(xué)合理的人才培養(yǎng)方案，積極實施包括課程體系、教學(xué)體系、教材體系、實踐教學(xué)體系的專業(yè)體系建設(shè)。