新農(nóng)科背景下5G+人工智能助力的“一村一”農(nóng)民大學(xué)生開放教育新模式探索

李蘋芳 于華平 趙鸝

摘要 分析了當(dāng)前新農(nóng)科背景下針對(duì)農(nóng)村的“一村一名大學(xué)生”培養(yǎng)改革的迫切性以及農(nóng)科課程開放教育中存在的難點(diǎn)和問題，提出了一種基于5G+人工智能的新農(nóng)科課程開放教學(xué)體系。該教學(xué)體系包括基于人工智能的前端設(shè)備、5G網(wǎng)絡(luò)和課程服務(wù)器三個(gè)部分。基于這一教學(xué)體系，可以開展虛擬課堂教學(xué)、增強(qiáng)型教學(xué)和沉浸式教學(xué)，滿足不同人群的教學(xué)需求，有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，顯著增強(qiáng)新農(nóng)科課程開放學(xué)習(xí)的效果。該教學(xué)體系的提出旨在高質(zhì)量培養(yǎng)農(nóng)民大學(xué)生，切實(shí)提高農(nóng)民大學(xué)生思維能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞 新農(nóng)科;開放教育;5G;人工智能;農(nóng)民大學(xué)生

中圖分類號(hào) S-01? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A? 文章編號(hào) 0517-6611（2022）05-0269-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.05.070

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Exploration of a New System of Open Education for “One Village， One” Peasant College Students Powered by 5G+ Artificial Intelligence in the Context of New Agricultural Sciences

LI Ping-fang， YU Hua-ping， ZHAO Li

（Department of Agriculture， Center of Teaching and Researching， Zhejiang Open University， Hangzhou， Zhejiang 310012）

Abstract This paper analyzed the urgency of the training reform for the rural “one village， one college student” under the current background of the new agricultural sciences， as well as the difficulties and problems in the open education of agricultural courses. To solve these difficulties， we proposed a 5G+artificial intelligence-based new agronomy course open teaching system. The proposed open teaching system comprises of three components， including artificial intelligence-based front-end devices， 5G wireless networks， and teaching servers. Such an open teaching system can provide virtual classroom teaching， enhanced teaching and immersive teaching. Thus， it is possible to satisfy the requirements of various students， arouse the activity of the students， and improve the effectiveness of open teaching. Practical results shown that this open teaching system obtains a favorable effect on the thinking， working and innovation ability of the students.

Key words New agricultural sciences;Open teaching;5G;AI;Peasant college students

基金項(xiàng)目 浙江開放大學(xué)2018教學(xué)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（QK050112181073）;浙江開放大學(xué)2020高等教育改革和課堂教學(xué)改革項(xiàng)目（QK050112201039）;2021年度高校國(guó)內(nèi)訪問學(xué)者“教師專業(yè)發(fā)展項(xiàng)目”（FX2021220）。

作者簡(jiǎn)介

李蘋芳（1982—），女，江蘇蘇州人，副研究員，博士，從事瓜類作物栽培育種研究和農(nóng)民大學(xué)生培養(yǎng)研究。

收稿日期 2021-10-18

我國(guó)農(nóng)科高等教育的體系除普通高等農(nóng)業(yè)學(xué)校提供的全日制大學(xué)生培養(yǎng)模式外，還包括面向農(nóng)村的“一村一名大學(xué)生”（以下簡(jiǎn)稱“一村一”）培養(yǎng)模式。這一培養(yǎng)模式始于2004年，教育部通過原廣播電視大學(xué)（現(xiàn)開放大學(xué)）完善的辦學(xué)系統(tǒng)，在廣大農(nóng)村開展“一村一名大學(xué)生計(jì)劃”，為農(nóng)村培養(yǎng)“留得住，用的上”的人才。實(shí)踐證明，實(shí)施農(nóng)民大學(xué)生項(xiàng)目為廣大農(nóng)民提供了享受高等教育資源、接受高等教育的機(jī)會(huì)，為農(nóng)村“創(chuàng)業(yè)富民、創(chuàng)新強(qiáng)省”實(shí)用人才培養(yǎng)提供了豐富的專業(yè)類別和強(qiáng)大的培訓(xùn)力量[1]。黨的十九大報(bào)告提出，實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，要培養(yǎng)造就一支懂農(nóng)業(yè)、愛農(nóng)村、愛農(nóng)民的“三農(nóng)”工作隊(duì)伍，人才振興是鄉(xiāng)村振興的關(guān)鍵。與普通高等農(nóng)學(xué)學(xué)校不同的是，“一村一”農(nóng)民大學(xué)生培養(yǎng)直接面向農(nóng)村，培養(yǎng)的學(xué)生直接為農(nóng)村服務(wù)，可以說是當(dāng)前鄉(xiāng)村振興中的主力軍[2]。因此，如何更好地培養(yǎng)這批農(nóng)民大學(xué)生，發(fā)揮他們?cè)卩l(xiāng)村振興中的作用，直接關(guān)系到鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實(shí)施效果。

當(dāng)前農(nóng)科高等教育面臨著新的形勢(shì)。2018 年 12 月，教育部在中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)組織召開“新農(nóng)科”建設(shè)研討會(huì)，提出要以現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)改造提升現(xiàn)有的涉農(nóng)專業(yè)，布局適應(yīng)新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)發(fā)展需要的新型涉農(nóng)專業(yè)，推進(jìn)課程體系、實(shí)踐教學(xué)、協(xié)同育人等方面的改革，為鄉(xiāng)村振興發(fā)展提供更強(qiáng)有力的人才支撐[3]。針對(duì)新農(nóng)科建設(shè)的提出，普通涉農(nóng)高校紛紛提出建設(shè)思路，包括高校教育改革探索、農(nóng)學(xué)專業(yè)綜合實(shí)踐改革的研究、專業(yè)培養(yǎng)模式的研究、課程建設(shè)等方面的研究[4-7]?！耙淮逡弧鞭r(nóng)民大學(xué)生的培養(yǎng)作為農(nóng)科高等教育的一部分，目前鮮有學(xué)者探討新農(nóng)科背景下農(nóng)科開放教育的改革與探索。因此，在當(dāng)前建設(shè)新農(nóng)科的大形勢(shì)下，如何利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)為鄉(xiāng)村振興培養(yǎng)高質(zhì)量的農(nóng)民大學(xué)生是一個(gè)迫切需要探討的問題。

1 “一村一”農(nóng)民大學(xué)生的現(xiàn)狀分析

“一村一名大學(xué)生計(jì)劃”是教育部于 2003 年由原廣播電視大學(xué)，現(xiàn)開放大學(xué)實(shí)施的農(nóng)民大學(xué)生培養(yǎng)計(jì)劃。自 2004 年全國(guó)廣播電視大學(xué)首次招生至今，“一村一名大學(xué)生計(jì)劃”隨著中央廣播電視大學(xué)的轉(zhuǎn)型已經(jīng)步入內(nèi)涵發(fā)展階段，積極參與國(guó)家推行的鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，為鄉(xiāng)村建設(shè)貢獻(xiàn)力量。以浙江開放大學(xué)為例，自2004年實(shí)施農(nóng)民大學(xué)生項(xiàng)目以來(lái)，農(nóng)民大學(xué)生培養(yǎng)項(xiàng)目的辦學(xué)規(guī)模不斷擴(kuò)大，試點(diǎn)單位由2004年的6個(gè)發(fā)展到62個(gè)（現(xiàn)在為57個(gè)），專業(yè)數(shù)由原來(lái)的6個(gè)增加到11個(gè)，2017年秋季開始招收?qǐng)@藝本科專業(yè)。截止2020秋季，共招收涉農(nóng)專業(yè)農(nóng)民大學(xué)生84 817人，特別是自2015年突破5 000人以后，招生規(guī)模連續(xù)大幅增長(zhǎng)，2017—2020年浙江省招收“一村一”農(nóng)民大學(xué)生33 699人。“一村一”農(nóng)民大學(xué)生教育作為農(nóng)科高等教育的一部分為農(nóng)村培養(yǎng)人才成效顯著，但也存在一些隱性問題。

1.1 現(xiàn)有課程設(shè)置與學(xué)生需求之間存在脫節(jié)

與一般的高等學(xué)校相比，開放大學(xué)的受眾（即學(xué)生）數(shù)量大，基礎(chǔ)知識(shí)掌握程度也參差不齊，既有一定工作經(jīng)驗(yàn)的農(nóng)業(yè)技術(shù)人員，也有從事其他行業(yè)的人員;年齡跨度也較大，既有六、七十歲的退休人員，也有十幾、二十幾歲的年輕人。開放大學(xué)目前采用的是三級(jí)辦學(xué)系統(tǒng)，即國(guó)家開放大學(xué)、省級(jí)開放大學(xué)、地市縣三方共同參與培養(yǎng)的體系。以園藝本科專業(yè)為例，共有公共基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課、通識(shí)課、專業(yè)拓展課、綜合實(shí)踐、英語(yǔ)和思想政治課八大模塊，其中必修課由國(guó)家開放大學(xué)進(jìn)行線上課程建設(shè)、出題等管理，選修課由省級(jí)開放大學(xué)組織線上課程建設(shè)、出題（題庫(kù)）管理，地市縣教學(xué)點(diǎn)負(fù)責(zé)組織面授課、實(shí)踐教學(xué)、組織線下考試等。具體以園藝本科專業(yè)的必修課園藝植物育種學(xué)為例，學(xué)生平時(shí)以觀看國(guó)開學(xué)習(xí)網(wǎng)的視頻錄播課進(jìn)行自學(xué)，并完成形考作業(yè)，教學(xué)點(diǎn)每學(xué)期組織2～4次集中面授。學(xué)生通過觀看視頻錄播課可以掌握一些理論知識(shí)，但由于教材、視頻不能實(shí)時(shí)更新，因而無(wú)法滿足不同人群的需求。具有一定工作經(jīng)驗(yàn)的農(nóng)業(yè)技術(shù)人員希望了解前沿的理論和技術(shù)，而毫無(wú)經(jīng)驗(yàn)的初學(xué)者希望更多地了解農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。農(nóng)學(xué)開放教學(xué)受眾的多樣性對(duì)新農(nóng)科建設(shè)提出了更高的要求。

1.2 農(nóng)學(xué)課程開放教學(xué)的形式單一，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情不高

與一般的高等學(xué)校不同，開放大學(xué)的教師和學(xué)生處于不同的物理空間，學(xué)生主要通過收看網(wǎng)絡(luò)錄播課或直播課，結(jié)合課本進(jìn)行自學(xué)。學(xué)校雖然設(shè)置了一定比例的面授課（每學(xué)期2～4次），但還是以自學(xué)為主。這雖然極大地方便了學(xué)生對(duì)課程的選讀，但也造成教學(xué)形式的單一化。學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)視頻進(jìn)行自學(xué)時(shí)，缺乏師生之間的互動(dòng)和交流。農(nóng)科學(xué)生基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，且農(nóng)科類課程注重實(shí)操，農(nóng)學(xué)開放教學(xué)形式的單一性無(wú)法增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，這就要求新農(nóng)科建設(shè)需要考慮開放教學(xué)的特點(diǎn)。

1.3 農(nóng)科開放教育實(shí)踐教學(xué)開展不足，無(wú)法加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解

目前所有課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)安排在各教學(xué)點(diǎn)，但各教學(xué)點(diǎn)的試驗(yàn)條件參差不齊，有的教學(xué)點(diǎn)甚至很難開展試驗(yàn)或?qū)嵺`環(huán)節(jié)的教學(xué)，特別是涉及需要實(shí)驗(yàn)室的課程實(shí)踐教學(xué)較難開展。以園藝本科專業(yè)為例，多門課程如植物生理學(xué)、農(nóng)業(yè)微生物學(xué)、園藝植物育種學(xué)、園藝植物組織培養(yǎng)等課程理論性強(qiáng)，實(shí)踐環(huán)節(jié)對(duì)于加深理論知識(shí)的學(xué)習(xí)、并將理論學(xué)習(xí)運(yùn)用到生產(chǎn)至關(guān)重要。因此，缺乏實(shí)踐環(huán)節(jié)的體驗(yàn)，很難讓學(xué)生對(duì)于理論知識(shí)有一個(gè)較為深入的理解，更無(wú)法運(yùn)用于實(shí)際。

因此，如何在較短的時(shí)間內(nèi)解決以上突出的問題、提高農(nóng)民大學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量要求人們向現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)尋求解決方案。

2 新農(nóng)科建設(shè)對(duì)農(nóng)科人才的需求

目前，我國(guó)農(nóng)業(yè)面臨資源環(huán)境壓力大、農(nóng)業(yè)效益偏低、農(nóng)民收入增長(zhǎng)緩慢、農(nóng)村整體衰敗的問題。黨的十九大報(bào)告提出的實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略是我國(guó)新時(shí)期“三農(nóng)”工作的總抓手，是今后長(zhǎng)期貫穿于我國(guó)改革發(fā)展進(jìn)程的重要?dú)v史任務(wù)。實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的關(guān)鍵是培養(yǎng)一批懂農(nóng)業(yè)、愛農(nóng)村、愛農(nóng)民的農(nóng)業(yè)人才隊(duì)伍。

由圖1可知，新農(nóng)科建設(shè)的具體要求是要利用生物技術(shù)、信息技術(shù)、工程技術(shù)和人工智能等對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)學(xué)科進(jìn)行改造升級(jí)，解決傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)學(xué)科發(fā)展動(dòng)力發(fā)展不足的問題，為農(nóng)業(yè)高等教育注入新的發(fā)展動(dòng)能，特別是與生物技術(shù)、信息技術(shù)、工程技術(shù)和人工智能等的專業(yè)知識(shí)交叉融合，從而適應(yīng)新時(shí)代對(duì)農(nóng)業(yè)學(xué)科的需求。這也是實(shí)施鄉(xiāng)村振興和生態(tài)文明戰(zhàn)略的新需求，是我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的內(nèi)在要求。

因此，在新農(nóng)科背景下，“一村一”農(nóng)民大學(xué)生作為農(nóng)科高等教育的一部分，更需要教學(xué)者有意識(shí)地將生物技術(shù)、信息技術(shù)、工程技術(shù)和人工智能等專業(yè)知識(shí)交叉融入日常教學(xué)中，這也給“一村一”農(nóng)民大學(xué)生教育提出了新的挑戰(zhàn)，促使教育工作者對(duì)現(xiàn)有的“一村一”農(nóng)民大學(xué)生培養(yǎng)模式進(jìn)行改革。

3 5G+人工智能助力的農(nóng)科開放教育新模式探索

3.1 5G+人工智能時(shí)代的到來(lái)

5G（the fifth generation network）是第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱[8]。由圖2可知，5G網(wǎng)絡(luò)具有三大主要應(yīng)用場(chǎng)景，即增強(qiáng)移動(dòng)寬帶、大規(guī)模機(jī)器通信和高可靠低時(shí)延通信[9]。因此，5G網(wǎng)絡(luò)具有前所未有的傳輸能力，可以實(shí)現(xiàn)大量信息低時(shí)延高可靠的傳輸，這就為開放教學(xué)提供了重要的網(wǎng)絡(luò)支撐。人工智能致力于機(jī)器具有智能化的處理能力，其主要實(shí)現(xiàn)形式為機(jī)器學(xué)習(xí)[10]。近年來(lái)，隨著以深度學(xué)習(xí)為代表的機(jī)器學(xué)習(xí)的快速發(fā)展，人工智能在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。由圖3可知，深度學(xué)習(xí)以多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，因而可以實(shí)現(xiàn)多種智能化處理[11]。因此，人工智能為開放教學(xué)提供了極強(qiáng)的處理能力。5G 技術(shù)的到來(lái)，將實(shí)現(xiàn)4A學(xué)習(xí)模式（anybody，anytime，anywhere，anydevice，4A），即任何人、任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都可以通過任何設(shè)備訪問網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)。教育的本質(zhì)是信息的傳遞，5G 網(wǎng)絡(luò)將憑借其“大帶寬、低時(shí)延、大連接”等優(yōu)勢(shì)，與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、AR/VR 等技術(shù)一起，在整合優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源、緩解工學(xué)矛盾問題和豐富實(shí)踐教學(xué)手段等方面發(fā)揮重要作用，能夠極大推動(dòng)農(nóng)民大學(xué)生繼續(xù)教育的發(fā)展。

3.2 體系架構(gòu)

5G+人工智能時(shí)代的到來(lái)使農(nóng)學(xué)課程開放教育獲得了更多的發(fā)展機(jī)遇，從而有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)農(nóng)科向新農(nóng)科的轉(zhuǎn)型升級(jí)，解決農(nóng)學(xué)開放教育面臨的一系列問題。基于此，筆者根據(jù)5G+人工智能的特點(diǎn)，結(jié)合長(zhǎng)期的農(nóng)學(xué)開放教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出了一種基于5G+人工智能的新農(nóng)科開放教學(xué)體系。這一教學(xué)體系將新一代信息技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)學(xué)課程開放教學(xué)，可以極大提升新農(nóng)科課程的開放教學(xué)效果（圖4）。

由圖4可知，這一教學(xué)體系包括3個(gè)部分，即基于人工智能的前端設(shè)備、5G網(wǎng)絡(luò)和課程服務(wù)器。師生穿戴基于人工智能的前端設(shè)備，如AR/VR等，通過5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互，同時(shí)交互的信息在課程服務(wù)器存儲(chǔ)和處理。利用基于人工智能的前端設(shè)備的強(qiáng)大處理能力和5G網(wǎng)絡(luò)極強(qiáng)的傳輸能力，可以遠(yuǎn)程進(jìn)行各種形式的教學(xué)，從而滿足新農(nóng)科的要求。

3.3 教學(xué)形式

基于5G+人工智能的新農(nóng)科開放教學(xué)體系可以提供豐富多樣的教學(xué)形式，滿足不同人群的教學(xué)需求。

3.3.1 虛擬現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)。

傳統(tǒng)的開放教學(xué)的形式單一，無(wú)法增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。新農(nóng)科涉及前沿的生物學(xué)理論和技術(shù)，更加需要學(xué)生積極和主動(dòng)的學(xué)習(xí)。基于5G+人工智能的新農(nóng)科開放教學(xué)系統(tǒng)，利用人工智能前端的虛擬現(xiàn)實(shí)能力和5G網(wǎng)絡(luò)的快速傳輸能力，可以虛擬出一個(gè)教室環(huán)境，師生如同面對(duì)面的教學(xué)，師生之間可以進(jìn)行如同課堂教學(xué)一般的各種交互。在這種情況下，開放教學(xué)的遠(yuǎn)程隔絕效應(yīng)被打破，師生之間沒有空間距離，可以極大地增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

3.3.2 增強(qiáng)型教學(xué)。

傳統(tǒng)的開放教學(xué)內(nèi)容統(tǒng)一，無(wú)法滿足不同人群的需求?；?G+人工智能的新農(nóng)科開放教學(xué)體系利用人工智能前端自動(dòng)為相應(yīng)的人群從教學(xué)服務(wù)器上調(diào)閱相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的支撐理論和后續(xù)發(fā)展，并給出提示。這樣，毫無(wú)經(jīng)驗(yàn)的初學(xué)者可以了解這個(gè)知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)，而具有一定工作經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員可以了解這個(gè)知識(shí)點(diǎn)在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，極大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與學(xué)習(xí)效果，滿足不同層次學(xué)生的需求。

3.3.3 沉浸式教學(xué)。

傳統(tǒng)的開放教學(xué)缺乏試驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)，無(wú)法有效加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的理解?；?G+人工智能的新農(nóng)科開放教學(xué)體系利用人工智能前端渲染出一個(gè)農(nóng)業(yè)生物實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以身臨其境進(jìn)行試驗(yàn)操作，服務(wù)器計(jì)算出學(xué)生試驗(yàn)操作的效果，同時(shí)學(xué)生可以利用語(yǔ)音記錄試驗(yàn)結(jié)果，并撰寫試驗(yàn)報(bào)告。同樣，基于5G+人工智能的新農(nóng)科開放教學(xué)體系也可以利用人工智能前端渲染出一個(gè)農(nóng)場(chǎng)，學(xué)生在農(nóng)場(chǎng)中可以進(jìn)行各種實(shí)踐活動(dòng)。這種沉浸式教學(xué)具有低成本、高靈活和自定制的優(yōu)點(diǎn)，可以極大地?cái)U(kuò)展學(xué)習(xí)的范圍。

4 小結(jié)

基于新農(nóng)科課程體系的特點(diǎn)和在教學(xué)及相關(guān)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)中發(fā)現(xiàn)的若干農(nóng)科課程開放教學(xué)問題，筆者展開研究，提出了一種基于5G+人工智能的新農(nóng)科開放教學(xué)體系及其教學(xué)形式。初步實(shí)踐結(jié)果表明，這種基于5G+人工智能的新農(nóng)科教學(xué)體系可以提供豐富的教學(xué)形式，滿足不同人群的教學(xué)需求，有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，顯著增強(qiáng)新農(nóng)科課程開放學(xué)習(xí)的效果。該教學(xué)體系的提出旨在高質(zhì)量培養(yǎng)農(nóng)民大學(xué)生，切實(shí)提高農(nóng)民大學(xué)生思維能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

綜合而言，筆者希望利用5G+人工智能架構(gòu)的體系建立一種全新的教學(xué)形式，為廣大鄉(xiāng)村培養(yǎng)有學(xué)習(xí)熱情、既具備理論基礎(chǔ)又懂得前沿技術(shù)、綜合素質(zhì)高的農(nóng)民大學(xué)生，為鄉(xiāng)村振興提供人才的動(dòng)力。

參考文獻(xiàn)

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