基于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用的課程教學方案研究

王健 喬紅波 臺海江

摘要：我國作為農(nóng)業(yè)大國，只有讓農(nóng)業(yè)得到充分的發(fā)展，才能扎實做好鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略。在信息時代背景下，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的有效使用能快速推進現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展應(yīng)用。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用課程的開設(shè)就是基于此種契機，以提高學生在農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)綜合運用能力為前提，培養(yǎng)學生成為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的科技復合型人才為目的。文章針對農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用中的關(guān)鍵問題，結(jié)合教學中所存在的一些問題，在多個層面進行分析，在教學方法，考核方式等方面進行課程設(shè)計，引導學生自主學習，培養(yǎng)探索精神和創(chuàng)新意識。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù);課程建設(shè);教學方法

中圖分類號：TP393? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）22-0111-02

1 引言

我國是農(nóng)業(yè)大國，在黨的十九大報告中指出，“三農(nóng)”問題是關(guān)系國計民生的根本性問題，必須始終把解決好“三農(nóng)”問題作為全黨工作的重中之重。農(nóng)業(yè)是鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要內(nèi)容之一，只有讓農(nóng)業(yè)得到充分的發(fā)展，才能夠讓國民經(jīng)濟得到穩(wěn)步的提升，高質(zhì)量推進鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略。充分發(fā)揮創(chuàng)新作為引領(lǐng)發(fā)展的第一動力作用，在農(nóng)業(yè)的各領(lǐng)域中上引入新的技術(shù)手段，探索農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的道路，有效地推進農(nóng)業(yè)持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展，打破傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的“靠天收”格局，提高農(nóng)業(yè)的綜合競爭力。

農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)由于其數(shù)據(jù)的特殊性，應(yīng)用發(fā)展較為緩慢，隨著3S技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，智慧農(nóng)業(yè)等新型農(nóng)業(yè)概念的不斷實踐，農(nóng)業(yè)產(chǎn)品中的生產(chǎn)、加工、銷售、環(huán)境、資源等全產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)不斷被收集，農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)以每年50%～80%的速度顯著增長。在當前信息技術(shù)背景下，大數(shù)據(jù)技術(shù)，云計算，人工智能的蓬勃發(fā)展逐漸改變著人們的生活方式，推動著社會發(fā)展。結(jié)合當前農(nóng)村振興戰(zhàn)略，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)越來越為人們所重視，為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)應(yīng)用提供了巨大的發(fā)展空間，成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的加速器。

在涉農(nóng)高校建設(shè)數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)時，對于農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)如何得到有效使用，對于培養(yǎng)適合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的科技人才具有重大的現(xiàn)實意義。在當前能掌握和應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)的創(chuàng)新人才仍是稀缺資源，培養(yǎng)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)相關(guān)人才也成為一個緊迫的問題。本文從農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用研究中的關(guān)鍵問題著手，結(jié)合專業(yè)特色，探討在教學過程中存在的問題，提出相應(yīng)的建議或者對策，促進這門課程教學的發(fā)展，并探索農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案。

2 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)內(nèi)涵以及專業(yè)前置課程要求

農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)也具備一般大數(shù)據(jù)的特性，具有以下“五 V”特性：數(shù)據(jù)量巨大（Volume） 、準確性高（Veracity） 、計算速度快（Velocity） 、數(shù)據(jù)類型多（Variety） 和價值量大（Value） 。但農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)也有著自己獨特的一面，對農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的準確定義，不同的學者有著各自的意見，其中張浩然[1]認為農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)是指以大數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)，運用大數(shù)據(jù)的理念、技術(shù)及方法來處理農(nóng)業(yè)生產(chǎn)銷售整個鏈條中所產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，從中得到有用信息以指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營、農(nóng)產(chǎn)品流通和消費的過程。宋長青[2]定義為農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)是指在農(nóng)業(yè)以及涉農(nóng)相關(guān)領(lǐng)域所產(chǎn)生（或發(fā)生）的全樣本（或多樣本）不同類型數(shù)據(jù)的集合。結(jié)合上述觀點，我們可以認為農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用可以為政府政策制定、農(nóng)業(yè)科研支撐、涉農(nóng)企業(yè)發(fā)展等提供指導性的意見或思路，針對當前農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的諸多問題，都可結(jié)合大數(shù)據(jù)進行相應(yīng)解決。

當前大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)方案仍處于探索階段，培養(yǎng)模式雖沒有形成完整的體系，但業(yè)界和高校針對當前的應(yīng)用背景設(shè)計了大同小異的培養(yǎng)方案。作為一門新開設(shè)的專業(yè)課程，其核心課程包括但不限于：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計、算法設(shè)計與分析、計算機組成原理、數(shù)據(jù)庫原理、操作系統(tǒng)與Linux、機器學習、大數(shù)據(jù)與軟件工程、計算機網(wǎng)絡(luò)概論、數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)。通過上述課程的學習，可以使學生成為掌握處理和解決大數(shù)據(jù)復雜工程問題所需相關(guān)知識基本理論方法的高素質(zhì)、復合型信息化人才。目前的農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)并沒有明確的教學設(shè)計方案，這就要求教師對課程的教學安排，必須有著科學的學習計劃，使學生能夠?qū)τ谵r(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)有系統(tǒng)的認識，同時應(yīng)做到以學生為中心，通過培養(yǎng)對所學課程的興趣，激發(fā)學習動力。

農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的課程就要讓學生了解所學核心課程都是相互關(guān)聯(lián)，在實際應(yīng)用中都是層層遞進，而不是毫不相干的知識點，同時認識在學習和工作中會碰到哪些需求，使用哪種技術(shù)方案能夠解決相關(guān)問題。案例的講解最能吸引學生注意力，也能將學生所學的內(nèi)容進行綜合的使用，依照案例對學生進行深入淺出的講解，提高學生的興趣以及實際工作能力。因此案例的選取一定要貼近實際應(yīng)用需求，選用真實的素材，讓學生了解到所學的知識會應(yīng)用到哪些真實場景，而不僅僅是要求學生掌握一個個零散知識點，只做到對知識內(nèi)容的死記硬背，而沒有辦法切實地做到對知識的靈活運用。

3 針對農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的關(guān)鍵問題課程方案設(shè)計

農(nóng)業(yè)是一個復雜的系統(tǒng)，針對農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的處理流程，大致可以分為數(shù)據(jù)采集、管理、處理分析研究等[3]。農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集，主要是在實驗站或野外站點使用專用的傳感器、無人機、便攜終端等設(shè)備進行農(nóng)業(yè)信息的采集，這些信息的采集與所使用的設(shè)備有著密切的關(guān)系，不同采集技術(shù)影響農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的維度、粒度、頻度、廣度等，農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集包括作物長勢、土壤墑情等各類信息采集;對于采集后的數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)格式的差異性，需要進行數(shù)據(jù)的預處理，包含數(shù)據(jù)標準化、去噪處理等工作，這類問題通過使用標準或規(guī)范的算法就能大部分得到解決[4]。大數(shù)據(jù)時代，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相比傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)有著新的形態(tài)，因此對數(shù)據(jù)庫的擴展性提出了新的要求，在數(shù)據(jù)管理階段，大多是依托現(xiàn)有的一些大數(shù)據(jù)軟件、系統(tǒng)等，然而由于設(shè)計理念、底層架構(gòu)的差異，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫在對農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的管理方面存在很大局限性[5]。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的研究最終以從農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)中提取感興趣的信息為目的，在數(shù)據(jù)處理階段，針對不同的應(yīng)用場景需要不同的處理平臺或技術(shù)支撐，特別是面對高并發(fā)讀寫、海量數(shù)據(jù)的高效率存儲和訪問、高可擴展性和高可用性等問題;數(shù)據(jù)分析階段與應(yīng)用或需求息息相關(guān)，通過設(shè)計不同的模型可以獲得不同參數(shù)或信息的結(jié)果，分析出農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)中潛在的價值和規(guī)律，對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展進行合理的推斷和預測，進而指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動。在農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)處理過程的各環(huán)節(jié)都存在大量的細節(jié)性問題，在教學方案設(shè)計的過程中，就對教師提出了更高的要求，不僅要掌握最新的大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，更要對農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)處理流程有著完整的認識，進而指導學生對農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的學習。

為了培養(yǎng)具備大數(shù)據(jù)科學素養(yǎng)，并掌握農(nóng)學、農(nóng)業(yè)信息學等農(nóng)業(yè)領(lǐng)域知識的復合型人才，在教學過程中要緊密結(jié)合學生專業(yè)，同時引導學生關(guān)注農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)處理過程中的存在的問題，基于實際需求對學生進行教學，例如在數(shù)據(jù)采集階段，由于設(shè)備的差異，導致數(shù)據(jù)儲存結(jié)構(gòu)不同，而這些都可以通過指定相應(yīng)的標準來避免，從而快速實現(xiàn)不同機構(gòu)之間數(shù)據(jù)共享;因數(shù)據(jù)采集設(shè)備的落后，無法做到自動化的信息收集，需要大量的人工輔助，由此產(chǎn)生大量的人力費用，同時因為人工干預，可能導致數(shù)據(jù)采集不全，格式不規(guī)范，最終采集的數(shù)據(jù)很難被真正應(yīng)用，而要解決這些問題就牽涉到計算機的軟硬件應(yīng)用[6]。也可以讓學生依據(jù)自己的興趣選擇農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用方向，并在以此問題完成課程設(shè)計，分析在應(yīng)用的過程中存在哪些導致結(jié)果不可靠的原因，并給出相應(yīng)的解決方案，例如冬小麥的長勢檢測，病蟲害檢測等課題[7];也可以緊跟時事，例如青島每年7月份海中都有大量滸苔密集分布，遠遠望去如同“海上草原”，可以讓學生針對這些海上綠潮事件進行受災(zāi)面積的監(jiān)測，同時分析災(zāi)害發(fā)生的可能原因。由于上述關(guān)鍵問題在研究過程中都與其他學科之間有著大量的交叉，所以對于學生的安排，最好能夠分組進行，每組大概3～5人，這樣針對特定問題學生能從多個方面展開探討，而不僅局限于某一局限角度。部分應(yīng)用可能是行業(yè)研究的熱點，也是行業(yè)的最新研究方向，需從最新的科技文獻中才能找到最新的研究路線，以此為契機，讓同學掌握科技論文的檢索和閱讀能力，這樣能比單純的課堂教學給學生留下更深刻的印象;也能促使學生主動去學習相關(guān)知識，并提高在具體實踐應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力。教師在課堂中所承擔的職責就會從之前的單純的知識傳播者，變成學習的引導者，更多地把精力轉(zhuǎn)移到讓學生能理解案例，引導學生能自如地運用所學習的知識，讓學生能夠很好地融入課堂內(nèi)容的講解，不僅僅單純作為一個知識的被動接受體，而是應(yīng)用中存在問題的發(fā)現(xiàn)者、解決方案的思考者。由于課時的限制，無法對于學生做到全方位的講解，網(wǎng)絡(luò)資源能給教學工作帶來很大的便利，慕課或公開課給學生提供自主學習平臺，針對所學習的知識點進行自由選擇，重點視頻學生可以反復觀看，提升學生的學習效果，增加學生的課外學習時間。

對于學生的培養(yǎng)，單純的校園教學略顯不足，可以采取校企聯(lián)合培養(yǎng)模式，雙方發(fā)揮各自優(yōu)勢，在保證辦學特色及專業(yè)課程設(shè)置的前提下，植入相應(yīng)前沿科技及特色人才崗位需求的企業(yè)課程，讓學生參與企業(yè)實戰(zhàn)項目，在項目中應(yīng)用各類大數(shù)據(jù)技術(shù)，訓練大數(shù)據(jù)思路和實踐步驟，做到理論與實踐相結(jié)合。畢業(yè)后能在科研院所、企事業(yè)等單位從事大數(shù)據(jù)分析、處理、服務(wù)、開發(fā)和利用、大數(shù)據(jù)系統(tǒng)集成與管理維護等方面工作。

4 結(jié)束語

鄉(xiāng)村振興離不開農(nóng)業(yè)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)中有著無可限量的價值茲待人們獲取，這就需要大量的專業(yè)技術(shù)人員支持，而具備大數(shù)據(jù)和農(nóng)業(yè)相關(guān)知識的復合型人才仍較為稀缺，在實際應(yīng)用中大量出現(xiàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)采集不全、數(shù)據(jù)挖掘不充分、模型構(gòu)建簡單的現(xiàn)象，因此對于農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)人才的培養(yǎng)就成為當前迫切需要解決的問題，也是制約我國農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。這就要求高校教師對于農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用能力提出了更進一步的要求。本文結(jié)合農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)在實際應(yīng)用中的關(guān)鍵問題，對課程的建設(shè)對照改進，培養(yǎng)學生獨立學習和綜合運用所學內(nèi)容解決實際問題的能力，讓學生在課程中真正受益，成為農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的專業(yè)人才。課程建設(shè)是一個持續(xù)的過程，很多內(nèi)容依然在探索之中，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)中面對的很多問題也在逐步發(fā)生改變，如何將教學內(nèi)容與實際工作中的應(yīng)用進行有機結(jié)合，也是教學課程建設(shè)的中一項重點內(nèi)容。

參考文獻：

[1] 張浩然，李中良，鄒騰飛，等.農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)綜述[J].計算機科學，2014，41（S2）：387-392.

[2] 宋長青，柳平增，任萬明，等.實施現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)工程的理性思考[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2016（15）：111-114.

[3] 郭雷風.面向農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京：中國農(nóng)業(yè)科學院，2016.

[4] 周國民.我國農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用進展綜述[J].農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)學報，2019，1（1）：16-23.

[5] 趙冰，毛克彪，蔡玉林，等.農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用進展[J].中國農(nóng)業(yè)信息，2018，30（6）：25-34.

[6] 黎玲萍，毛克彪，付秀麗，等.國內(nèi)外農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用研究分析[J].高技術(shù)通訊，2016，26（4）：414-422.

[7] 蔣鵬飛，姜水晶，韓雪.空間遙感大數(shù)據(jù)技術(shù)在農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].農(nóng)村 農(nóng)業(yè) 農(nóng)民（B版），2018（3）：49-51.

【通聯(lián)編輯：王力】