智慧農(nóng)業(yè)背景下花卉栽培學(xué)課程教學(xué)改革探索

林爭春 袁 媛 陳青青

（福建農(nóng)林大學(xué)園藝學(xué)院，福建福州 350002）

為推進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村大數(shù)據(jù)建設(shè)應(yīng)用，加快農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化改造，智慧農(nóng)業(yè)已成為一種新興的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。智慧農(nóng)業(yè)是運(yùn)用信息技術(shù)，如“互聯(lián)網(wǎng)+”“物聯(lián)網(wǎng)+”、云計(jì)算、5G、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理和服務(wù)等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行智能化控制，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)、高效、安全和可控[1]。

園藝是園地栽培的簡稱，涵蓋蔬菜、果樹、花卉、食用菌和觀賞樹木等的栽培和繁育，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分[2]。傳統(tǒng)的園藝生產(chǎn)經(jīng)營正朝著集約化、規(guī)?；?yōu)質(zhì)化和機(jī)械化的方向發(fā)展，更加科學(xué)合理的創(chuàng)新型生產(chǎn)管理技術(shù)將成為主導(dǎo)。在智慧農(nóng)業(yè)背景下，現(xiàn)代園藝迎來重要契機(jī)，發(fā)展智慧園藝是提高園藝生產(chǎn)效率與產(chǎn)品品質(zhì)的重要舉措[3]。部分高校和科研院所已著手研究智慧農(nóng)業(yè)，新型科技創(chuàng)新型企業(yè)也紛紛投資智慧園藝行業(yè)，但智慧園藝的發(fā)展（包括園藝生產(chǎn)與經(jīng)營數(shù)據(jù)的收集、整理、分析和應(yīng)用等）尚處于發(fā)展階段，人才隊(duì)伍建設(shè)仍有較大提升空間，傳統(tǒng)的專業(yè)人才培養(yǎng)模式已經(jīng)難以完全滿足社會(huì)對復(fù)合應(yīng)用型園藝人才的需求[4]。對此，高等農(nóng)林院校的園藝學(xué)科亟須進(jìn)行結(jié)構(gòu)性調(diào)整，培養(yǎng)具備現(xiàn)代生物技術(shù)、信息技術(shù)與園藝深度融合的專業(yè)人才，以“智慧”賦能，開啟園藝全產(chǎn)業(yè)鏈“金鑰匙”。

花卉栽培學(xué)是園藝專業(yè)的必修課，主要內(nèi)容包括花卉的分類、花卉生長發(fā)育規(guī)律及其對環(huán)境條件的要求、花卉的繁殖和栽培技術(shù)等，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性和應(yīng)用性，也是直接參與花卉生產(chǎn)的一門課程[5]。隨著智慧農(nóng)業(yè)時(shí)代的到來，花卉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大，對園藝專業(yè)本科人才培養(yǎng)提出了更高的要求，因此，如何將這門課程的教學(xué)內(nèi)容在原有體系的基礎(chǔ)上與智慧元素進(jìn)行有機(jī)連接，構(gòu)建更為科學(xué)合理的教學(xué)體系，是值得思考與研究的問題。鑒于此，本文以花卉栽培學(xué)為例，在分析其開展課程教學(xué)改革必要性的基礎(chǔ)上，從智慧園藝的角度提出改革的主要措施，嘗試從人才培養(yǎng)模式、課程內(nèi)容、教學(xué)方法以及課程考核與評價(jià)等方面進(jìn)行升級(jí)，為相關(guān)課程改革提供新思路。

1 課程教學(xué)改革必要性

智慧農(nóng)業(yè)的興起源于現(xiàn)代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的深度融合，然而，現(xiàn)行的花卉栽培學(xué)課程教學(xué)體系比較偏重單一門類專業(yè)人才的培養(yǎng)[6]。而基于智慧農(nóng)業(yè)視角的教學(xué)則需要授課教師對學(xué)科教學(xué)內(nèi)容與方式加以創(chuàng)新，將智慧農(nóng)業(yè)核心技術(shù)（如感知、傳感器、無線網(wǎng)絡(luò)、人工智能和云計(jì)算等技術(shù)）與花卉學(xué)理論知識(shí)有機(jī)融合，并潛移默化地貫穿到各個(gè)章節(jié)中。因此，專業(yè)教師需要不斷豐富和完善自身的知識(shí)儲(chǔ)備和教學(xué)體系，以便更好地完成教學(xué)任務(wù)，并達(dá)到精準(zhǔn)培養(yǎng)卓越復(fù)合型園藝人才的目標(biāo)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。此外，以往花卉栽培學(xué)課程對學(xué)生的評價(jià)主要通過期末成績卷面分?jǐn)?shù)展開[7]，實(shí)踐中，以智慧農(nóng)業(yè)為背景的花卉栽培學(xué)課程超越了專業(yè)學(xué)科的范疇，覆蓋多個(gè)相關(guān)領(lǐng)域，其需要考核的內(nèi)容不僅包括專業(yè)理論知識(shí)，還包括交叉學(xué)科的實(shí)踐技能，強(qiáng)調(diào)評價(jià)內(nèi)容的多元化和方法的多樣化?；ɑ墚a(chǎn)業(yè)對專業(yè)人才素質(zhì)要求不斷提高，將傳統(tǒng)的花卉栽培學(xué)課程與智慧元素相結(jié)合尤為重要。

2 實(shí)施路徑

2.1 打造人才培養(yǎng)新模式

在智慧園藝起步階段，具備數(shù)據(jù)分析能力和園藝專業(yè)背景的復(fù)合型人才，是推動(dòng)智慧園藝快速發(fā)展進(jìn)程中不可或缺的中堅(jiān)力量[8]。目前，智慧農(nóng)業(yè)在花卉產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用包括花卉溫室大棚控制系統(tǒng)（水、肥、光和溫等）、花卉病蟲害監(jiān)測分析系統(tǒng)、氣象農(nóng)情監(jiān)測系統(tǒng)、鮮花加工及冷鏈物流管理系統(tǒng)和花卉互聯(lián)網(wǎng)綜合銷售服務(wù)平臺(tái)等。這要求從業(yè)人員熟練掌握花卉栽植技術(shù)，具備對異?；ɑ苤仓晷畔⑦M(jìn)行鑒別和對生產(chǎn)數(shù)據(jù)與設(shè)備軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的能力，并能利用各種數(shù)據(jù)類型識(shí)別花卉植株之間的相關(guān)性和差異性，制定科學(xué)合理的種植實(shí)施方案，以智慧農(nóng)業(yè)助力花卉產(chǎn)業(yè)升級(jí)。因此，需要教師充分認(rèn)識(shí)到花卉產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的特點(diǎn)、現(xiàn)狀和趨勢，調(diào)整學(xué)生的知識(shí)、能力和素質(zhì)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，擺脫過于注重專業(yè)需求和知識(shí)傳授的束縛，實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)模式從知識(shí)型或知識(shí)能力型向知識(shí)能力素質(zhì)型轉(zhuǎn)型。對傳統(tǒng)花卉栽培學(xué)課程進(jìn)行改革，突出特色花卉教育與科研，注重實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)兼具現(xiàn)代生物技術(shù)、信息技術(shù)和現(xiàn)代企業(yè)經(jīng)營管理知識(shí)和技能的“智慧農(nóng)場主”“智慧企業(yè)主”式復(fù)合應(yīng)用型人才。

2.2 構(gòu)建跨學(xué)科模塊化課程

基于園藝作物智慧生產(chǎn)型人才培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合智慧農(nóng)業(yè)課程和園藝專業(yè)自身特點(diǎn)與發(fā)展需求，將傳統(tǒng)花卉栽培學(xué)課程與智慧元素按照一定比例設(shè)置。教學(xué)內(nèi)容要求重新進(jìn)行調(diào)整，凝練整合傳統(tǒng)課程中有關(guān)花卉栽培、育種、采后加工、產(chǎn)業(yè)鏈運(yùn)營與管理等方面的內(nèi)容，并引入信息技術(shù)和現(xiàn)代生物技術(shù)學(xué)科的相關(guān)知識(shí)。例如，為滿足花卉智慧生產(chǎn)的需求，引入智慧元素相關(guān)課程，涵蓋物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)、前端感知、中間傳輸、后端控制與執(zhí)行等多個(gè)方面，以提升花卉生產(chǎn)的智能化水平。在教學(xué)內(nèi)容有機(jī)融合的基礎(chǔ)上，構(gòu)建以“知識(shí)—能力”為核心的課程，并提出基于云計(jì)算平臺(tái)的花卉栽培學(xué)課程實(shí)施模式，包括智慧生產(chǎn)、智慧元素研發(fā)和園藝科學(xué)3個(gè)模塊（圖1）。其中，智慧生產(chǎn)模塊涉及花卉學(xué)、觀賞植物育種、花卉采后生理與技術(shù)和花卉貿(mào)易教程等多門課程，這些課程貫穿花卉生產(chǎn)鏈的各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。智慧元素研發(fā)模塊涵蓋園藝機(jī)械、智慧園藝數(shù)據(jù)采集與分析、生物信息學(xué)、大數(shù)據(jù)處理技術(shù)和人工智能技術(shù)等多門課程，這些課程的重點(diǎn)在于探索和挖掘花卉生產(chǎn)中的智慧元素。園藝科學(xué)模塊主要涵蓋植物學(xué)、植物生理學(xué)、園藝植物生物技術(shù)和分子生物學(xué)等多門課程，旨在促進(jìn)傳統(tǒng)花卉業(yè)與現(xiàn)代生物技術(shù)的有機(jī)融合。在教學(xué)環(huán)節(jié)引入模塊化教學(xué)模式，將各知識(shí)點(diǎn)用“鏈條”串聯(lián)起來，構(gòu)建起一個(gè)完整的課程體系。學(xué)生可依據(jù)個(gè)人興趣和職業(yè)規(guī)劃，有針對性地選擇不同的課程模塊進(jìn)行學(xué)習(xí)，以實(shí)現(xiàn)教育理念中的分類培養(yǎng)。

圖1 花卉栽培學(xué)跨學(xué)科模塊化課程構(gòu)建

2.3 建立多平臺(tái)實(shí)踐教學(xué)體系

花卉栽培學(xué)的實(shí)踐性比較突出，在智慧農(nóng)業(yè)背景下的課程教學(xué)中，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已不再能滿足培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的要求。在新的教學(xué)模式下，應(yīng)增加實(shí)踐教學(xué)的比重，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。根據(jù)花卉栽培學(xué)課程教學(xué)思路，以智慧園藝為主線，融合理論教學(xué)和案例實(shí)訓(xùn)兩大部分，制定相應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)體系（圖2）。

圖2 多平臺(tái)實(shí)踐教學(xué)體系

考慮到在數(shù)據(jù)分析方面的教學(xué)能力有待提高，在理論教學(xué)中，主要采用視頻教學(xué)方式，通過相關(guān)學(xué)科教師對校內(nèi)實(shí)習(xí)基地、校外園藝企業(yè)和高科技園藝園區(qū)的視頻資源等進(jìn)行深入分析和講解，采用基于雨課堂的混合式教學(xué)模式，即課堂上講授理論知識(shí)，課后組織線上學(xué)習(xí)和線下交流討論。在案例實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，利用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)對花卉生長環(huán)境信息的采集與管理，使學(xué)生能更好地理解理論知識(shí)。如采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，引入花卉生產(chǎn)的虛擬仿真平臺(tái)，模擬智慧花卉生產(chǎn)的全過程，使學(xué)生能夠根據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容，自主選擇所需虛擬設(shè)備進(jìn)行操作練習(xí)。在校企合作辦學(xué)過程中，引入智慧教育理念，構(gòu)建校外花卉數(shù)據(jù)分析實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，將企業(yè)案例作為訓(xùn)練項(xiàng)目，讓學(xué)生通過對實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)的異常變化進(jìn)行分析，推斷導(dǎo)致這種變化出現(xiàn)的原因，并結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)，運(yùn)用花卉生產(chǎn)專業(yè)知識(shí)，提供合理的處理方法，以培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力和對專業(yè)知識(shí)的掌握能力。除此之外，搭建校內(nèi)智慧型花卉生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，通過對現(xiàn)有老舊園藝設(shè)施進(jìn)行升級(jí)改造，引入花卉生產(chǎn)中的智能設(shè)備，并根據(jù)所在區(qū)域花卉種質(zhì)資源的特點(diǎn)及從事花卉課程教學(xué)的教師的科研特色，打造能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測花卉生產(chǎn)全過程、可供一個(gè)班級(jí)（約30人）同時(shí)進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)的智慧型平臺(tái)。這不僅能滿足對智慧園藝實(shí)踐教學(xué)的要求，也有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，為探索和培養(yǎng)智慧園藝專業(yè)人才提供有力支撐。

2.4 創(chuàng)新教學(xué)方法

花卉智慧化創(chuàng)建的內(nèi)容涉及信息科學(xué)和管理科學(xué)，對于相關(guān)專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備不足的學(xué)生來說，學(xué)習(xí)難度較大。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的不斷推進(jìn)，數(shù)字化升級(jí)已經(jīng)深入教學(xué)場景、教學(xué)模式和教材使用等各個(gè)方面[9]。為調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，需要充分利用互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢，打破傳統(tǒng)單一的課堂授課形式，通過線上與線下相結(jié)合，來實(shí)現(xiàn)智慧校園建設(shè)中教學(xué)資源的共享[10]。如在智慧花卉生產(chǎn)的講解中，教師可以采用混合式教學(xué)方式，深入思考花卉栽培學(xué)教學(xué)大綱的課程性質(zhì)、教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容及要求，將智慧元素有機(jī)融入其中，結(jié)合植物保護(hù)、自動(dòng)化工程、人工智能、農(nóng)產(chǎn)品保鮮與加工、市場營銷和金融管理等相關(guān)專業(yè)，構(gòu)建教學(xué)資源共享平臺(tái)，以拓展智慧園藝知識(shí)為目標(biāo)，充分搜集資源，完成花卉生產(chǎn)數(shù)據(jù)和圖片的記錄。此外，推進(jìn)課堂教學(xué)模式改革，還需要借助科技創(chuàng)新，構(gòu)建花卉栽培學(xué)智慧教育新生態(tài)。教師組織學(xué)生成立“科技創(chuàng)新”興趣小組，引導(dǎo)學(xué)生將所掌握的智慧園藝專業(yè)知識(shí)應(yīng)用于科技創(chuàng)新中。以比賽促進(jìn)教育，以比賽促進(jìn)學(xué)習(xí)。教師提供指導(dǎo)，并鼓勵(lì)學(xué)生積極參與“挑戰(zhàn)杯”“互聯(lián)網(wǎng)+”“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目”等各類賽事，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)熱情；引導(dǎo)學(xué)生加入科研團(tuán)隊(duì)，并以科研活動(dòng)為主線展開教學(xué)活動(dòng)。

2.5 優(yōu)化課程考核與評價(jià)

對學(xué)生的專業(yè)知識(shí)、能力、技能以及相關(guān)能力進(jìn)行綜合評估尤為重要[11]。科學(xué)有效的考核方法可以促進(jìn)教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量。在智慧農(nóng)業(yè)背景下，花卉栽培學(xué)是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，亟須對現(xiàn)有的考核方式進(jìn)行優(yōu)化?？梢詫⒖己藘?nèi)容分為實(shí)訓(xùn)、開放式學(xué)習(xí)和筆試3 類，其中，實(shí)訓(xùn)賦分原則以學(xué)生在花卉數(shù)據(jù)和生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)中獲得的實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主，開放式學(xué)習(xí)的評分標(biāo)準(zhǔn)是觀看視頻資源的時(shí)長，筆試則采用閉卷形式完成，筆試主要考核內(nèi)容包括理論知識(shí)和案例分析兩個(gè)方面，其評分原則應(yīng)偏向于考查學(xué)生對專業(yè)知識(shí)的全面掌握程度和其案例分析結(jié)果的實(shí)用性和創(chuàng)新性。在建立新的科學(xué)評價(jià)體系之前，學(xué)生在花卉栽培學(xué)課程中的表現(xiàn)由期末考試成績（占比70%）、課堂出勤（占比10%）和平時(shí)作業(yè)（占比20%）3個(gè)方面構(gòu)成，進(jìn)行綜合評估。經(jīng)過調(diào)整，花卉栽培學(xué)課程的考核方式為實(shí)訓(xùn)（占比30%）、開放式學(xué)習(xí)（占比20%）和筆試（占比50%）。優(yōu)化后的考核模式不僅能評價(jià)學(xué)生的綜合能力，也能更好地了解教學(xué)效果。

3 結(jié)語

隨著科技的進(jìn)步，花卉生產(chǎn)水平和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也在不斷提升，農(nóng)林院校相關(guān)專業(yè)人才的有效培養(yǎng)和輸出，有助于推動(dòng)現(xiàn)代花卉產(chǎn)業(yè)的升級(jí)[12]。為了適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的要求，園藝專業(yè)的學(xué)生需要具備較高的專業(yè)技能和綜合素質(zhì)，這就要求授課教師不斷提升教育教學(xué)水平。以花卉栽培學(xué)作為平臺(tái)開展智慧教育，以促進(jìn)農(nóng)科、理科和工科等多學(xué)科的交叉融合，提升專業(yè)課程多維聯(lián)動(dòng)和協(xié)同育人效果。當(dāng)前，花卉栽培學(xué)智慧教育還處在初步探索和實(shí)踐階段，需要提升教師對智慧園藝的認(rèn)識(shí)度和科學(xué)素養(yǎng)，并逐步增加實(shí)訓(xùn)教學(xué)（設(shè)施裝備）的經(jīng)費(fèi)投入，以更好地實(shí)現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)背景下園藝專業(yè)人才的培養(yǎng)。

本文在分析該課程教學(xué)改革必要性的基礎(chǔ)上，從打造人才培養(yǎng)新模式、構(gòu)建跨學(xué)科模塊化課程、建立多平臺(tái)實(shí)踐教學(xué)體系、創(chuàng)新教學(xué)方法和優(yōu)化課程考核與評價(jià)5個(gè)方面入手，探討花卉栽培學(xué)智慧教育的實(shí)施路徑，為農(nóng)林院校開展相關(guān)課程改革提供參考。