高校農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎課程建設與改革

朱瑞金，張 濤，唐 波

(西藏農(nóng)牧學院電氣工程學院，西藏 林芝 860000)

0 引言

我國是人口和農(nóng)業(yè)大國，但人均耕地面積低于世界平均水平。為了積極應對新一輪的農(nóng)業(yè)發(fā)展和技術變革，將農(nóng)業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)相結合，促進農(nóng)業(yè)經(jīng)濟轉型和發(fā)展，教育部積極推進農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)建設，促進高校教學內(nèi)容和教學方法的改革。

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎課程為西藏農(nóng)牧學院創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實驗室開設的一門公共選修課程，旨在為全校農(nóng)牧類專業(yè)學生提供農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎知識。物聯(lián)網(wǎng)技術所涉及的專業(yè)領域覆蓋面廣，學生對于專業(yè)知識的掌握相對薄弱，應在教學實踐中介紹物聯(lián)網(wǎng)的基本結構，及其感知層和網(wǎng)絡層涉及的關鍵技術，提高學生運用農(nóng)業(yè)情景感知技術進行物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)設計的能力。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)課程主要包括單片機、傳感器、電路控制等內(nèi)容，開設兩年以來為全校農(nóng)牧類專業(yè)學生提供了智能農(nóng)業(yè)方面的相關知識。傳統(tǒng)的教學模式以教師授課為主，但僅靠理論教學難以滿足教學需求，因此該課程更加重視實踐教學。應結合本校特色，優(yōu)化教學方式，探索出適應農(nóng)牧類專業(yè)學生發(fā)展需要的課程改革方案。目前，高校農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)類教學存在理論難以聯(lián)系實際，學生實踐培養(yǎng)不足，無法培養(yǎng)出解決實際問題的人才等問題。本文提出了一種虛實結合的教學理念，結合仿真編程軟件，使學生能夠實際掌握和應用課程理論，并引入了現(xiàn)代化的教學方式，實現(xiàn)了學科交叉。

1 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎課程特點

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎課程是一門理論與實踐相結合的課程，旨在解決智能農(nóng)業(yè)問題，課程綜合性強，涉及學科多，要求學生具備一定的計算機基礎知識和通信技術基礎知識。

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是一個復雜的系統(tǒng)，教學內(nèi)容涉及電子、通信、計算機、農(nóng)學等學科和領域。對感知層、傳輸層、處理層和應用層等農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術進行教學研究，重點使學生能夠掌握農(nóng)業(yè)個體識別、情景感知、異構設備組網(wǎng)、多源異構數(shù)據(jù)處理、知識發(fā)現(xiàn)與決策支持等技術，使學生能夠運用不同種類的農(nóng)業(yè)設備、傳感器突破數(shù)據(jù)共享屏障，通過M2M通信技術共享運行參數(shù)，遵循基于大數(shù)據(jù)與人工智能的控制策略實現(xiàn)農(nóng)業(yè)全過程的最優(yōu)自動化控制。通過學習使學生掌握基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)設計方法，進而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)智能化。

2 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎課程教學存在的問題

2.1 課程專業(yè)性較強，課堂教學難度大

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎課程專業(yè)性較強，涉及多門學科內(nèi)容，課程難度較大，對授課教師的專業(yè)能力要求較高。學生對枯燥的教學內(nèi)容缺乏興趣，學習主動性不高，導致學習效果不理想。以ZigBee技術為例，教師雖然講解了相關概念和技術標準，但是學生不知道如何應用ZigBee技術，不了解ZigBee技術與近距離無線通信技術相比所具有的優(yōu)劣勢，實踐應用能力較差。

2.2 授課重理論，學生缺乏實踐機會

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎課程是一門理論聯(lián)系實踐的課程，但是部分教師教學觀念陳舊，授課時重理論、輕實踐，導致學生不了解這門課程的應用價值，學習動力和熱情不足。此外，受到學校實驗室條件的限制，學生缺乏參與實踐訓練的機會，導致實踐操作能力較差。

2.3 課程考核方式單一，缺乏對學生綜合能力的考查

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎課程期末成績總評中過于關注學生的理論考試成績，課程考核方式單一，考試題型多為概念類題目，缺乏對學生綜合能力的考查，學生為應付考試花費大量時間在學習和復習理論知識上，忽視了對自身實踐技能的提升。理論考試試卷的出題題型也大多為概念類題目，忽視了對學生的思考能力和處理實際問題能力的考核。

3 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎課程教學改革策略

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎課程改革目標為：重視理論與實踐相結合，將學生培養(yǎng)成為具有綜合分析能力和動手實踐能力的高素質(zhì)人才，為我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展提供新動力。

3.1 引入現(xiàn)代教學手段，提升課堂效率

采用分組教學，將具有一定信息技術基礎與零基礎的學生進行分組，并根據(jù)不同專業(yè)開展有針對性的教學計劃，進而提高課堂效率。開展以應用目標主導教學內(nèi)容和教學過程的項目教學法，在教學手段上注重傳統(tǒng)教學手段與現(xiàn)代教學手段(如多媒體課件、計算機仿真等)相結合，使用仿真軟件完備的元器件庫和虛擬測試儀器，使單片機的抽象概念直觀化，程序運行結果可視化，有效提升教學效果。為學生提供智能控制/感知方面的知識，使學生形成新農(nóng)/工科背景下學科交叉的專業(yè)知識結構。

3.2 利用仿真軟件提高學生的綜合分析能力

根據(jù)教學要求與教學目標，學校為學生提供了農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)系統(tǒng)、仿真軟件等設備，方便學生開展各種實訓項目。例如，利用Proteus軟件進行電路硬件原理圖設計和匯編語言程序設計，并結合Keil軟件進行C語言程序設計，同時安排經(jīng)驗豐富的教師進行指導，完成從硬件設計、制作到軟件寫入、調(diào)試的學習，不受實訓學時安排和實驗器材的限制，提升了教學質(zhì)量和效果。

3.3 革新課程教學方法與手段

課程教學體現(xiàn)“做中學，做中教”的教學原則，靈活運用多種教學方法，突出學生的主體地位，合理運用現(xiàn)代信息技術進行教學與管理，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學資源共享。重視實驗、實訓、實習等實踐教學環(huán)節(jié)，以真實的任務為實習實訓項目，將課內(nèi)學習與課外學習相結合，引導學生自主學習，并將所學知識技能有效應用于實踐中。廣泛使用示教儀、投影儀等電化教學手段，增強學生的直觀感受，進而提高教學效果。

3.4 建設實踐教學基地，使理論與實踐并重

學校購入大量實驗器材，現(xiàn)已擁有多套物聯(lián)網(wǎng)實驗箱，及具有仿真、實驗功能的綜合單片機實驗箱，同時擁有多套模塊化的樹莓派微型電腦和基于STM32的傳感器。制定實驗室規(guī)章制度，規(guī)范實驗流程，減少實驗事故的發(fā)生幾率。建設校外實踐教學基地，與相關企業(yè)開展合作，建立長期合作機制。優(yōu)化實驗實訓的教學形式和內(nèi)容，開設綜合性、創(chuàng)新性實驗。鼓勵教師參與科研活動，加強對教師的培訓力度，提升教師的實驗指導能力。增加實踐教學學時，提升學生的實踐操作能力。

3.5 優(yōu)化教學考核方式，多種考核方式并舉

在傳統(tǒng)的期末考試中，理論考試成績占80%，平時成績占20%，平時成績還包括考勤、上課情況、作業(yè)完成情況和實踐操作情況。這種考評方式對實踐能力的重視不足，對學生的評價不夠全面。

第一，將期末理論考試成績占比調(diào)整為60%；增加實踐操作考核所占比重，調(diào)整為20%。

第二，重點培養(yǎng)學生的動手能力，提高學生的實踐操作能力，加強師生之間的溝通交流，增加課堂反饋機制考核，調(diào)整為10%，以激發(fā)學生的學習興趣，提升教學效果。

第三，考勤、上課情況、作業(yè)完成情況等平時成績占總成績的10%。

3.6 豐富課堂教學手段，建設課程資源庫

第一，豐富課堂教學手段，創(chuàng)新教學模式，讓學生參與到課堂教學中，成為課堂的主人，突出學生的主體地位。教師要發(fā)揮引導作用，緊密結合教材內(nèi)容，利用信息技術編制配套的教學課件，拍攝課程微視頻，突出重點并解決難點問題，簡化教學過程，降低學生的學習難度，積極調(diào)動學生的形象思維，深化其對知識的記憶和理解，培養(yǎng)學生的自主學習能力。

第二，建設課程資源庫，開發(fā)課程教學網(wǎng)站。資源庫內(nèi)容包括專業(yè)介紹、師資介紹、課程介紹、授課教材、教學大綱、教案、學案、作業(yè)習題、實訓指導、參考資料目錄、網(wǎng)絡課件、仿真軟件、仿真模型、課程微視頻、網(wǎng)上(師生、生生)交流互動平臺、網(wǎng)上考核評價平臺、網(wǎng)上理論考證平臺、優(yōu)秀學生作品等，且均能在網(wǎng)站上瀏覽，具備動態(tài)更新和日常維護功能，可以引導學生進行自主學習并達到學習目標。

4 結語

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎課程涉及多門學科，學生能夠在課程學習中提升實踐操作能力、綜合分析能力和獨立設計能力，進而培養(yǎng)出適應農(nóng)業(yè)發(fā)展需要的專業(yè)人才，促進農(nóng)業(yè)智能化的實現(xiàn)。開展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎課程建設與改革，能夠使學生提升實踐操作能力、綜合分析能力和獨立設計能力，進而培養(yǎng)出適應農(nóng)業(yè)發(fā)展需要的專業(yè)人才，促進農(nóng)業(yè)智能化的實現(xiàn)。