產(chǎn)教融合、多元共享的智慧農(nóng)業(yè)虛實(shí)結(jié)合仿真平臺(tái)建設(shè)研究

劉凱文 嚴(yán)方

（江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 句容 212400）

一、前言

《中共中央、國(guó)務(wù)院關(guān)于全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的意見》（2021 年中央一號(hào)文件)的指出“鄉(xiāng)村振興關(guān)鍵是產(chǎn)業(yè)振興”。產(chǎn)業(yè)振興人才先行，培養(yǎng)一大批“懂農(nóng)業(yè)，愛農(nóng)村、愛農(nóng)民”的高素質(zhì)技術(shù)技能型人才，當(dāng)前已成為全國(guó)農(nóng)業(yè)院校的緊迫任務(wù)。

教育部等九部門印發(fā)的《職業(yè)教育提質(zhì)培優(yōu)行動(dòng)計(jì)劃（2020-2023）》文件將“遴選100 個(gè)左右示范性虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地”列入其中，通過將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、人工智能技術(shù)與職業(yè)教育實(shí)訓(xùn)教學(xué)深度融合，解決職業(yè)教育實(shí)訓(xùn)教學(xué)“高投入、高耗材、高危險(xiǎn)、難實(shí)施、難觀摩、難再現(xiàn)”的問題，解決實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源不足的問題。構(gòu)建與生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)情境接近的教學(xué)環(huán)境，拓展實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容廣度和深度、延展實(shí)訓(xùn)教學(xué)時(shí)間和空間、提升實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量和水平，通過“科技引領(lǐng)，虛實(shí)結(jié)合；育訓(xùn)結(jié)合，教學(xué)創(chuàng)新；一校一策，共建共享；科學(xué)管理，規(guī)范考核”等要求，為高職院校虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)指明了方向。

隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系的調(diào)整，我國(guó)農(nóng)業(yè)必將向規(guī)模化農(nóng)業(yè)、新型農(nóng)業(yè)主體、互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)、高科技農(nóng)業(yè)和農(nóng)產(chǎn)品精細(xì)化深加工的方向發(fā)展，對(duì)農(nóng)業(yè)從業(yè)人員的綜合素質(zhì)提出了新要求。長(zhǎng)期以來(lái)，因農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有的季節(jié)性強(qiáng)、周期長(zhǎng)、有害生物風(fēng)險(xiǎn)等原因，涉農(nóng)從業(yè)人員的實(shí)訓(xùn)教學(xué)困難重重。虛擬仿真教學(xué)，具有不受季節(jié)、自然環(huán)境限制，且低代價(jià)、零風(fēng)險(xiǎn)和易重復(fù)等優(yōu)勢(shì)，必將成為破解智慧農(nóng)業(yè)人才實(shí)訓(xùn)教學(xué)難題的有效手段。產(chǎn)教融合、多元共享是當(dāng)代實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)的基本共識(shí)[1,2]，但從全國(guó)來(lái)看真正落地并產(chǎn)生自生性能力的實(shí)訓(xùn)基地比例并不是很高。陳志杰等從產(chǎn)教融合的生態(tài)本質(zhì)出發(fā)，提出產(chǎn)教融合的內(nèi)涵在于生態(tài)建設(shè)[3,4]。李俊,李東書對(duì)比了德國(guó)和英國(guó)模式和中國(guó)的產(chǎn)教融合的異同，指出政府在產(chǎn)教融合的主導(dǎo)地位[5]。鄭鈺佳等提出政府、高職院校、人力資源公司、企業(yè)(行業(yè))四位一體，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)教融合[6,7]，但對(duì)于學(xué)校與政府的命運(yùn)共同體關(guān)系沒有進(jìn)一步闡釋，也就是地方政府如何在產(chǎn)教融合中獲取效益。向芳等進(jìn)一步闡釋了校政企各方在產(chǎn)教融合中的位置與利益關(guān)系，從根本上揭示了產(chǎn)教融合的本質(zhì)，即利益各方的命運(yùn)共同體建立。依托智慧農(nóng)業(yè)虛實(shí)結(jié)合仿真平臺(tái)的建設(shè)，為智慧農(nóng)業(yè)仿真平臺(tái)的功能規(guī)劃、運(yùn)行管理、共建共享機(jī)制建立了良好模式，形成了權(quán)責(zé)量化、多元互易的內(nèi)生發(fā)展機(jī)制。智慧農(nóng)業(yè)虛實(shí)結(jié)合仿真平臺(tái)共建共享過程中的命運(yùn)共同體建成實(shí)質(zhì)就是技術(shù)集成創(chuàng)新同頻，數(shù)字紅利分享共振，形成仿真平臺(tái)建設(shè)與應(yīng)用的生態(tài)圈。

二、建設(shè)虛擬仿真創(chuàng)新研發(fā)中心

中心的主要任務(wù)是農(nóng)林仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源研發(fā)、農(nóng)林虛擬仿真衍生技術(shù)創(chuàng)新。中心引入企業(yè)冠名制，企業(yè)投入軟硬件資源和研發(fā)人員，學(xué)校提供場(chǎng)地，以及師生團(tuán)隊(duì)，產(chǎn)出的研發(fā)成果和知識(shí)產(chǎn)權(quán)校企共享。

中心以VR 園林虛擬協(xié)同作業(yè)、AR 園林生產(chǎn)巡視裝備研發(fā)為切入點(diǎn)，探索虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與農(nóng)林生產(chǎn)的融合途徑。建成由15 類農(nóng)林產(chǎn)品生產(chǎn)過程仿真工程數(shù)學(xué)模型、虛擬三維模型組成的農(nóng)林仿真模型庫(kù)。利用大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)開發(fā)園林虛擬仿真實(shí)訓(xùn)算法，形成實(shí)訓(xùn)教學(xué)智慧診改系統(tǒng)。利用虛擬場(chǎng)景素材，研發(fā)園林三維GIS 精準(zhǔn)作業(yè)機(jī)器人、園林三維GIS 管控技術(shù)。

中心依照企業(yè)場(chǎng)景建設(shè)，滿足仿真資源建設(shè)全過程要求，同時(shí)滿足學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育需求，實(shí)現(xiàn)“教科研創(chuàng)”一體化。將虛擬仿真作業(yè)的流程與工藝融入新型活頁(yè)式、移動(dòng)數(shù)字化教材，建立專業(yè)課程教材與虛擬仿真教學(xué)內(nèi)容動(dòng)態(tài)更新機(jī)制，建立每2 年更新一次的常態(tài)化更新機(jī)制，及時(shí)更新活頁(yè)式教材內(nèi)容，將現(xiàn)代農(nóng)林的新技術(shù)、新工藝、新規(guī)范融入教材，使教學(xué)內(nèi)容更新與產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)同步。開發(fā)20 部立體化活頁(yè)式教材。

以設(shè)施農(nóng)業(yè)、智慧園藝、家庭農(nóng)場(chǎng)為對(duì)象，開發(fā)農(nóng)業(yè)設(shè)施設(shè)計(jì)與建造、植物生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)調(diào)控、植物工廠、農(nóng)業(yè)智能設(shè)備應(yīng)用、植物種苗脫毒等綜合性的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。以“數(shù)字植物工廠”模型來(lái)代替實(shí)際的植物工廠場(chǎng)景，建設(shè)設(shè)施農(nóng)業(yè)中的景觀、設(shè)備等要素素材，如樹木、大棚、水肥一體化設(shè)施等，滿足《蔬菜生產(chǎn)技術(shù)》《作物生產(chǎn)技術(shù)》《無(wú)土栽培》等課程的實(shí)訓(xùn)所需；同時(shí)可以用在學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中，將實(shí)際案例制作成資源，既能夠供具體項(xiàng)目使用，又能夠豐富素材資源庫(kù)，循環(huán)推進(jìn)，加快資源建設(shè)。

三、建設(shè)虛實(shí)結(jié)合仿真實(shí)訓(xùn)中心

虛實(shí)結(jié)合引領(lǐng)園林綠化養(yǎng)護(hù)行業(yè)的精品化、智慧化升級(jí)，建設(shè)1:1 虛實(shí)結(jié)合5000m2高標(biāo)準(zhǔn)智慧園林養(yǎng)護(hù)教學(xué)工場(chǎng)，打造融合3S、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)控制等技術(shù)，集智能化測(cè)繪、巡查監(jiān)控、節(jié)水精確灌溉、生態(tài)污染和病蟲害監(jiān)控等功能為一體的智慧養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)的低碳化、智慧化目標(biāo)。

構(gòu)建仿真、互動(dòng)的園林景觀場(chǎng)景，學(xué)生在虛擬環(huán)境中開展園林規(guī)劃設(shè)計(jì)相關(guān)課程實(shí)訓(xùn)，消除專業(yè)學(xué)習(xí)技能實(shí)訓(xùn)時(shí)間有限、空間生產(chǎn)場(chǎng)景的限制，解決真實(shí)環(huán)境難以具備或難以完成的教學(xué)功能（如景觀小品拆裝、景觀園林建造等）。現(xiàn)代園林技術(shù)類課程實(shí)訓(xùn)資源針對(duì)高職學(xué)生特點(diǎn)，對(duì)接園林養(yǎng)護(hù)等崗位典型工作任務(wù)需求，以園林產(chǎn)業(yè)職業(yè)從業(yè)成長(zhǎng)歷程為線索，能力為本位，從感性到理性，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從具體到抽象，以學(xué)生職業(yè)成長(zhǎng)可視化為主線，結(jié)合虛擬仿真技術(shù)特性改造現(xiàn)有的實(shí)訓(xùn)課程體系。

圍繞園林植物識(shí)別、園林設(shè)計(jì)與施工等實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，采用VR、AR 等技術(shù)，自主研發(fā)園林植物園虛擬仿真系統(tǒng)、園林設(shè)計(jì)虛擬仿真系統(tǒng)、園林施工虛擬仿真系統(tǒng)。引進(jìn)AR 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)及園林全息三維展示系統(tǒng)。

打造融合3S、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)控制等技術(shù)，集智能化巡查監(jiān)控、節(jié)水精確灌溉、生態(tài)污染和病蟲害監(jiān)控等功能為一體的智慧園藝。從生產(chǎn)端開始接受農(nóng)業(yè)原始數(shù)據(jù)，利用現(xiàn)代化技術(shù)進(jìn)行處理，同時(shí)利用現(xiàn)代化的展示手段，將現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的技術(shù)進(jìn)行表現(xiàn)。真實(shí)生產(chǎn)與虛擬仿真相結(jié)合，打造“線上+線下”園藝虛實(shí)結(jié)合仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，提升學(xué)生的實(shí)踐能力。修訂人才培養(yǎng)方案，將虛擬仿真資源充分融入課程體系，融入“云實(shí)訓(xùn)”“云講臺(tái)”“云農(nóng)場(chǎng)”等新型虛擬仿真教學(xué)形式，示范開展“線上+線下混合虛擬仿真教學(xué)”，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。

四、構(gòu)建“四維賦能”的平臺(tái)建設(shè)生態(tài)

“四維賦能”的核心是現(xiàn)代農(nóng)林虛擬仿真中心，支點(diǎn)是學(xué)院產(chǎn)教研培平臺(tái)。核心與支點(diǎn)間雙向賦能，技術(shù)集成創(chuàng)新同頻，數(shù)字紅利分享共振，構(gòu)建育訓(xùn)生態(tài)。

（一）依托彩葉林木等4 個(gè)國(guó)家科研基地，開展“農(nóng)林+”仿真技術(shù)融合創(chuàng)新和“農(nóng)林+”仿真技術(shù)衍生創(chuàng)新，構(gòu)建創(chuàng)新生態(tài)。

（二）依托國(guó)家農(nóng)林職教集團(tuán)，薈聚眾力轉(zhuǎn)化推廣“三新”技術(shù)，應(yīng)用推廣仿真資源，構(gòu)建服務(wù)生態(tài)。面向南京農(nóng)高區(qū)、中植集團(tuán)等政企涉農(nóng)崗位職業(yè)培訓(xùn)實(shí)際需求，采用校校合作、校企合作等多種形式，依托學(xué)院多年積累的農(nóng)林生產(chǎn)及病害大數(shù)據(jù)資源，利用數(shù)字媒體等專業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，開發(fā)農(nóng)林三維模型及算法支撐體系，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)實(shí)景、教學(xué)實(shí)景與虛擬仿真實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景的時(shí)空轉(zhuǎn)換，推進(jìn)“農(nóng)林+”仿真技術(shù)融合創(chuàng)新。

（三）依托國(guó)家新型職業(yè)農(nóng)民培育示范基地等2 個(gè)國(guó)家級(jí)培訓(xùn)基地，開展虛擬仿真為特色的新型職業(yè)農(nóng)民數(shù)字技能培訓(xùn)，構(gòu)建培訓(xùn)生態(tài)。

（四）依托中肯農(nóng)業(yè)科技示范園等2 個(gè)國(guó)際交流平臺(tái)，推廣農(nóng)業(yè)農(nóng)村數(shù)字技能培育中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建國(guó)際化生態(tài)。形成雙語(yǔ)化草莓種植技術(shù)等5 個(gè)現(xiàn)代農(nóng)藝仿真教學(xué)資源，《草莓省力化高效栽培技術(shù)》等雙語(yǔ)活頁(yè)式技術(shù)(培訓(xùn))手冊(cè) 8 種，傳遞“一帶一路”數(shù)字化農(nóng)業(yè)人才培養(yǎng)的大國(guó)擔(dān)當(dāng)。

五、產(chǎn)教融合服務(wù)地方特色農(nóng)林產(chǎn)業(yè)

充分融入5G、AI、大數(shù)據(jù)等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)實(shí)景、教學(xué)實(shí)景與虛擬仿真實(shí)訓(xùn)的時(shí)空轉(zhuǎn)換。仿真技術(shù)創(chuàng)新申請(qǐng)公開發(fā)明專利8 件，著作權(quán)20件，承擔(dān)省級(jí)及以上教科研課題5 項(xiàng)，結(jié)題省級(jí)及以上教科研課題4 項(xiàng)。研發(fā)GIS 精準(zhǔn)作業(yè)機(jī)器人、病蟲害微流控檢測(cè)等仿真衍生創(chuàng)新技術(shù)，形成發(fā)明專利4 項(xiàng)，推廣農(nóng)林智能裝備4 件。

六、等價(jià)互易形成仿真平臺(tái)內(nèi)生發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展機(jī)制

（一）等價(jià)互易，形成仿真平臺(tái)持續(xù)“造血”機(jī)制

建立共建共享資源的多元互易機(jī)制，包括：基地實(shí)訓(xùn)中心、研發(fā)中心的冠名權(quán)；虛擬仿真素材二次開發(fā)權(quán)；自有產(chǎn)權(quán)和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)軟硬件資源的所有權(quán)、使用權(quán)和銷售權(quán)；培訓(xùn)市場(chǎng)和技術(shù)服務(wù)市場(chǎng)資源的共享等。探索企業(yè)橫向、財(cái)政支持、培訓(xùn)投入、項(xiàng)目股份制收益、政府示范等多種籌資渠道。充分挖掘基地資源人才潛力，有序推進(jìn)社會(huì)示范性培訓(xùn)、裝備與衍生產(chǎn)品研制與銷售、新技術(shù)新工藝新產(chǎn)品推廣、技術(shù)成果交流與展示、現(xiàn)代農(nóng)林技術(shù)虛擬交流等“造血”活動(dòng)。

（二）量化貢獻(xiàn)，形成權(quán)責(zé)量化機(jī)制

圍繞資源的開發(fā)建設(shè)、應(yīng)用維護(hù)、示范推廣等資源生態(tài)要素，進(jìn)行權(quán)責(zé)平等量化，通過量化的共享權(quán)限，建立團(tuán)隊(duì)利益約束組織形式，形成團(tuán)隊(duì)成員、合作企業(yè)、用戶、關(guān)聯(lián)企業(yè)等建設(shè)成員間的共建共享、利益分配標(biāo)準(zhǔn)，并以“貢獻(xiàn)分”形式表達(dá)。

（三）借鑒“獨(dú)董”，形成獨(dú)立監(jiān)督機(jī)制

借鑒“獨(dú)董制”，建立第三方監(jiān)督團(tuán)隊(duì)，對(duì)團(tuán)隊(duì)“首席項(xiàng)目經(jīng)理競(jìng)標(biāo)”、項(xiàng)目非財(cái)政資金投入與分配、項(xiàng)目建設(shè)效能評(píng)估、多元互易項(xiàng)目等進(jìn)行獨(dú)立監(jiān)督。

七、建設(shè)成效

圍繞農(nóng)林虛擬仿真核心技術(shù)，在生產(chǎn)過程仿真工程數(shù)學(xué)模型、虛擬三維模型、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)大數(shù)據(jù)算法、三維GIS 精準(zhǔn)作業(yè)機(jī)器人、三維GIS 管控技術(shù)等方面形成密集的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系，發(fā)明專利申報(bào)23 項(xiàng)，軟件著作權(quán)申報(bào)42 項(xiàng)，發(fā)表科研、教改論文15 篇。

建成園林植物種植與養(yǎng)護(hù)等10 類虛擬仿真資源群，包括2.5 萬(wàn)個(gè)素材資源、76 個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目；建成現(xiàn)代園林工坊等三大類生產(chǎn)實(shí)景1:1 虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，形成對(duì)15 個(gè)專業(yè)、45 門課程、15 類“長(zhǎng)三角”特色農(nóng)林產(chǎn)品、15家重點(diǎn)企業(yè)的覆蓋。形成創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的“線上+線下”融合課堂，形成現(xiàn)代農(nóng)林虛實(shí)結(jié)合仿真實(shí)訓(xùn)體系。