以農(nóng)工融合為特色的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式探討

王秀山 陳 英 吳 昂 王永田 姬少龍

0 前言

2019 年9 月6 日，習(xí)近平總書(shū)記在給全國(guó)涉農(nóng)高校的書(shū)記校長(zhǎng)和專(zhuān)家代表的回信中強(qiáng)調(diào)“全國(guó)涉農(nóng)高校牢記辦學(xué)使命，精心培育英才，加強(qiáng)科研創(chuàng)新，為‘三農(nóng)’事業(yè)發(fā)展作出了積極貢獻(xiàn)”。在我國(guó)，農(nóng)業(yè)大學(xué)的主要任務(wù)是解決中國(guó)的“三農(nóng)”問(wèn)題，科研、教學(xué)都要圍繞“農(nóng)”字展開(kāi)，這樣學(xué)科和專(zhuān)業(yè)才有生命力。社會(huì)和行業(yè)的需求是學(xué)校人才培養(yǎng)改革的“指揮棒”。當(dāng)前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展已步入轉(zhuǎn)型創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)階段，迫切需要加快創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的培養(yǎng)，為經(jīng)濟(jì)提質(zhì)增效和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供強(qiáng)有力的智力支持和人才保障。農(nóng)業(yè)類(lèi)高校作為“三農(nóng)”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)的主陣地，應(yīng)以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革為突破口，銳意創(chuàng)新。河南農(nóng)業(yè)大學(xué)作為農(nóng)業(yè)大省的農(nóng)業(yè)類(lèi)院校，更應(yīng)該主動(dòng)適應(yīng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以“三農(nóng)”人才培養(yǎng)為己任，在保證學(xué)生基本能力培養(yǎng)的前提下，突出信息化和智能化技術(shù)與涉農(nóng)類(lèi)知識(shí)的充分融合。為此，需要對(duì)專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)、課程設(shè)置與管理、培養(yǎng)方案的制定進(jìn)行深刻的改革，從結(jié)構(gòu)上調(diào)整，下功夫培養(yǎng)適銷(xiāo)對(duì)路的“產(chǎn)品”。

新農(nóng)科教育理念下，強(qiáng)化信息技術(shù)與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)技術(shù)的深度融合，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)技術(shù)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)變[1]。為此，本文提出以農(nóng)工項(xiàng)目融合為載體，實(shí)現(xiàn)農(nóng)工間的協(xié)同創(chuàng)新，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)質(zhì)量。農(nóng)業(yè)院校具有農(nóng)、林、牧學(xué)科和專(zhuān)業(yè)上的優(yōu)勢(shì)，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域有許多待解決或需要深入研究的問(wèn)題，如作物學(xué)與圖像處理技術(shù)和細(xì)胞電信號(hào)處理技術(shù)的深度融合，畜牧養(yǎng)殖技術(shù)和肉類(lèi)品質(zhì)管理技術(shù)與人工智能技術(shù)的融合等，以上這些交叉學(xué)科問(wèn)題的研究，不但需要農(nóng)業(yè)類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的參與，更需要電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的深度參與，達(dá)到科研、人才培養(yǎng)和能力提升的“三贏(yíng)”局面。目前，“農(nóng)工”雙方融合的程度需要加強(qiáng)，管理層面需要交流、溝通，制度上需要通過(guò)研究教學(xué)計(jì)劃的內(nèi)容、政策機(jī)制等促進(jìn)雙方的融合。

1 強(qiáng)化基礎(chǔ)課程和基本能力的培養(yǎng)

地方農(nóng)業(yè)類(lèi)院校開(kāi)設(shè)電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)，與同等條件下的理工類(lèi)院校相比，缺少工科的氛圍；與雙一流大學(xué)相比，學(xué)習(xí)氛圍和辦學(xué)條件等方面差距則更大。因此，專(zhuān)業(yè)課程設(shè)置時(shí)，必須考慮地方學(xué)校的辦學(xué)實(shí)際，在體現(xiàn)“基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性、實(shí)用性和先進(jìn)性”的同時(shí)，更要體現(xiàn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的特色，培養(yǎng)軟硬件兼通的農(nóng)業(yè)信息創(chuàng)新人才，在“交叉”中找準(zhǔn)自己的位置，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的充分發(fā)展[2]。

根據(jù)學(xué)校電子信息工程專(zhuān)業(yè)現(xiàn)有的師資隊(duì)伍、實(shí)驗(yàn)條件和近五年學(xué)生的就業(yè)質(zhì)量狀況，在教學(xué)計(jì)劃的修訂時(shí)，除了執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)外，還要體現(xiàn)農(nóng)業(yè)院校的特色。農(nóng)業(yè)測(cè)試技術(shù)、農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)、嵌入式技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用、軟件開(kāi)發(fā)等都是學(xué)生可以選擇的涉農(nóng)類(lèi)創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)方向。信息農(nóng)業(yè)和智慧農(nóng)業(yè)背景下，農(nóng)工融合的創(chuàng)新方向調(diào)整必然帶來(lái)課程設(shè)置的變化，為此需要加強(qiáng)數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)語(yǔ)言課程的學(xué)習(xí)，新增“大數(shù)據(jù)處理”“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”等課程。要求大一學(xué)生熟練掌握C、C++ 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，大二掌握PATHON 等高級(jí)開(kāi)發(fā)工具。課程類(lèi)別的更新和課程內(nèi)容方面的更新是主動(dòng)進(jìn)行的教學(xué)改革，對(duì)教師的知識(shí)結(jié)構(gòu)提出了新要求，因此鼓勵(lì)老師“走出去再回爐教育”[3-4]。

2 以電子信息為基礎(chǔ)、以學(xué)科交叉為手段的復(fù)合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)

作為地方農(nóng)業(yè)院校，人才培養(yǎng)的首要目標(biāo)是為地方農(nóng)業(yè)發(fā)展培養(yǎng)復(fù)合型、應(yīng)用創(chuàng)新型人才。信息技術(shù)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的支柱之一，而電子、計(jì)算機(jī)等又是信息技術(shù)的核心內(nèi)容，因此在電子信息類(lèi)人才培養(yǎng)中，強(qiáng)調(diào)以電子信息技術(shù)為工具、以解決農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的具體問(wèn)題為目標(biāo)。在學(xué)習(xí)電子信息專(zhuān)業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)與農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)進(jìn)行交叉與融合，培養(yǎng)涉農(nóng)類(lèi)創(chuàng)新型人才。學(xué)科交叉主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：

（1）在本科人才培養(yǎng)方案中，擬開(kāi)設(shè)“農(nóng)學(xué)基本知識(shí)”、“生物信息學(xué)”和“農(nóng)藝學(xué)”等課程。

（2）鼓勵(lì)本科生參與農(nóng)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)術(shù)講座和交流。

（3）與生命學(xué)院、資源與環(huán)境學(xué)院、牧醫(yī)學(xué)院、林學(xué)院和園藝學(xué)院等教師合作申報(bào)科研和學(xué)生項(xiàng)目，開(kāi)展聯(lián)合科技攻關(guān)等。

3 以農(nóng)工項(xiàng)目融合為載體，實(shí)現(xiàn)農(nóng)工間的協(xié)同創(chuàng)新

農(nóng)業(yè)院校在農(nóng)學(xué)、林學(xué)和畜牧專(zhuān)業(yè)方面有特殊的學(xué)科和專(zhuān)業(yè)優(yōu)勢(shì)，如果運(yùn)用信息技術(shù)去研究農(nóng)業(yè)學(xué)科相關(guān)的現(xiàn)象，能夠發(fā)現(xiàn)一些新的規(guī)律，取得一些電子信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)學(xué)科的交叉成果，同時(shí)也體現(xiàn)了專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)特色[5]。比如，可以借助電子信息技術(shù)的先進(jìn)信號(hào)處理技術(shù)完成農(nóng)作物生長(zhǎng)期間傳導(dǎo)電信號(hào)數(shù)據(jù)測(cè)量，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)完成測(cè)量數(shù)據(jù)的處理，為農(nóng)作物的生長(zhǎng)提供精確的光通量、水肥劑量調(diào)控及蟲(chóng)害的預(yù)防，實(shí)現(xiàn)真正意義上的精確化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。采用農(nóng)業(yè)機(jī)器人完成蔬菜和苗木的嫁接、田間管理和收獲，不僅節(jié)約勞動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的工業(yè)化生產(chǎn)，而且提高我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和精細(xì)化，提高農(nóng)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

4 管理機(jī)制方面的革新

本研究與涉農(nóng)類(lèi)學(xué)院開(kāi)展本科生聯(lián)合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，讓電子信息類(lèi)本科生提前進(jìn)入涉農(nóng)類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室展開(kāi)深入合作。要想實(shí)現(xiàn)上述合作，除了教師間項(xiàng)目的合作外，需要學(xué)校進(jìn)一步出臺(tái)鼓勵(lì)性政策與措施，搭建院系間合作的平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)合作機(jī)制的暢通和無(wú)縫對(duì)接，才能使合作向縱深發(fā)展。

圖1 正在作業(yè)草捆撿拾機(jī)器人

圖2 準(zhǔn)備作業(yè)的果園果實(shí)采摘機(jī)器人

當(dāng)前，國(guó)家、省等各級(jí)教育部門(mén)都在強(qiáng)調(diào)提高學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量，從師德，課程質(zhì)量和學(xué)生管理各方面下手解決高等教育存在的問(wèn)題，下大力氣提高我國(guó)高等教育的水平，本研究提供的方法是實(shí)踐教育改革精神的結(jié)果。學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)是提高我國(guó)學(xué)生綜合素質(zhì)的重要內(nèi)容，農(nóng)業(yè)院校肩負(fù)著興農(nóng)的責(zé)任，既有優(yōu)勢(shì)又面臨挑戰(zhàn)。

5 “農(nóng)工融合”項(xiàng)目實(shí)例分析

5.1 草捆撿拾轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人設(shè)計(jì)

牧草收獲作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)成本高，其作業(yè)流程依次為割草、摟草、打捆、撿拾、碼垛和貯存等。目前，國(guó)內(nèi)大型草場(chǎng)已基本實(shí)現(xiàn)了割草、摟草、打捆的機(jī)械化作業(yè)，但在草捆的撿拾和碼垛方面，機(jī)械化和自動(dòng)化程度還不高，新型智能化草捆撿拾碼垛機(jī)械將有很大的發(fā)展空間和市場(chǎng)前景。

為此，2017 年由全國(guó)工程專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生教育指導(dǎo)委員會(huì)、中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械流通協(xié)會(huì)、中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)、中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化協(xié)會(huì)舉辦草捆撿拾轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人設(shè)計(jì)大賽。本專(zhuān)業(yè)8 學(xué)生和2 名教師與農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的教師充分技術(shù)交流，聘請(qǐng)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)家作為兼職指導(dǎo)老師，給學(xué)生補(bǔ)充農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)、農(nóng)藝學(xué)等方面的基礎(chǔ)知識(shí)，最終實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備與電子信息技術(shù)的充分融合，開(kāi)發(fā)了參賽的作品，獲得比賽的一等獎(jiǎng)，贏(yíng)得行業(yè)專(zhuān)家的好評(píng)。參賽作品如圖1 所示。

通過(guò)比賽，同學(xué)們把電子信息技術(shù)充分與農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)和農(nóng)藝相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上的突破和創(chuàng)新。

5.2 果園果實(shí)采摘機(jī)器人設(shè)計(jì)

果園生產(chǎn)季節(jié)性強(qiáng)，人工抓取采收果實(shí)的傳統(tǒng)收獲方式勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)力密集，是制約果品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力提高的瓶頸因素。當(dāng)前，果實(shí)收獲機(jī)械化仍是果園生產(chǎn)機(jī)械化的薄弱環(huán)節(jié)，廣大果農(nóng)對(duì)先進(jìn)果實(shí)收獲機(jī)械裝備的需求十分迫切，為此需要開(kāi)發(fā)果園果實(shí)機(jī)器人代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工采摘。針對(duì)2018年的比賽題目，本專(zhuān)業(yè)10 名學(xué)生和林學(xué)院果實(shí)收獲方面的產(chǎn)業(yè)專(zhuān)家、農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)家等一起深入分析大粒果實(shí)收獲特點(diǎn)，并認(rèn)真聽(tīng)取收獲廠(chǎng)家專(zhuān)家的建議，設(shè)計(jì)了雙機(jī)械臂采收系統(tǒng)，此作品獲得2018 中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)器人大賽的特等獎(jiǎng)，如圖2。

5.3 2019 年美國(guó)ASABE 大學(xué)生機(jī)器人競(jìng)賽作品設(shè)計(jì)

圖3 2019ASABE 大賽現(xiàn)場(chǎng)

2019 年的第十四屆美國(guó)ASABE 大學(xué)生機(jī)器人競(jìng)賽是圍繞苗圃的智能化管理問(wèn)題進(jìn)行。與國(guó)內(nèi)同類(lèi)比賽相比，作品設(shè)計(jì)要求多，競(jìng)技性更強(qiáng)，要求機(jī)器人在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成11 個(gè)花盆苗圃的搬運(yùn)、甄別和分類(lèi)碼放。本專(zhuān)業(yè)12 名學(xué)生與園藝學(xué)院的老師深入交流，對(duì)比賽規(guī)則細(xì)節(jié)的深入剖析，制定了完善作品設(shè)計(jì)方案，開(kāi)發(fā)出了滿(mǎn)意的作品。通過(guò)淘汰賽、半決賽和決賽等比賽環(huán)節(jié)后，最終獲得冠軍和亞軍各一項(xiàng)，如圖3。

此外，專(zhuān)業(yè)5 名學(xué)生與畜牧學(xué)院的老師合作，完成了2018大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)項(xiàng)目并順利結(jié)項(xiàng)。類(lèi)似這樣的“農(nóng)工”結(jié)合的項(xiàng)目很多，都有很好的實(shí)踐效果，農(nóng)工知識(shí)的結(jié)合是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)院校學(xué)科創(chuàng)新和人才培養(yǎng)的重要方向之一。

在國(guó)家大力提倡“新工科”和“新農(nóng)科”教育背景下，農(nóng)業(yè)院校的“農(nóng)工”項(xiàng)目結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的協(xié)同創(chuàng)新培養(yǎng)，本身就是在實(shí)踐“新工科”和“新農(nóng)科”的教育理念，充分發(fā)揮農(nóng)科和工科各自的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)資源的共享和互補(bǔ)，體現(xiàn)農(nóng)業(yè)院校的工科優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)農(nóng)業(yè)工程學(xué)科和專(zhuān)業(yè)特色。

6 結(jié)論

本文研究了地方農(nóng)業(yè)院校電子信息工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合應(yīng)用型人才培養(yǎng)問(wèn)題，從專(zhuān)業(yè)方向、課程設(shè)置和“農(nóng)工”項(xiàng)目融合等方面進(jìn)行了闡述。實(shí)踐表明，以農(nóng)工融合項(xiàng)目為載體，實(shí)現(xiàn)電子信息工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新培養(yǎng)，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。競(jìng)賽實(shí)例證明，這種方法能調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解力和融會(huì)貫通的能力，達(dá)到較好的培養(yǎng)效果。