浅谈物联网技术在农业院校的教学现状及教学方案

胡欣宇 张瑞雪

摘 要：随着我国农业现代化水平的发展，物联网技术在农业领域中有着广泛的应用前景，专业人才匮乏是制约农业物联网发展的主要问题之一。作为培養高技能人才的高校，建设完善合理的农业物联网教育体系，培养满足产业发展需求的专业人才是当务之急。文中通过分析高校农业物联网教学的发展现状和需求，阐述了教学的建设目标与思路，并从目标定位、课程安排、配套设置、联合培养这四个方面提出了高校农业物联网的教学方案，文章对农业物联网的教学具有重要意义。

关键词：物联网；农业现代化；高校；教学方案

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）07-0-04

0 引 言

物联网技术是推动我国农业向“高产、优质高效、生态、安全”方向发展的重要驱动力。自2005年11月17日，在突尼斯召开的信息社会世界峰会上，国际电信联盟发布的《ITU互联网报告2005：物联网》报告中提出：无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体都可以通过一些关键技术，包括通信技术、射频识别技术、传感器技术、机器人技术、嵌入式技术和纳米技术等，用互联网连接在一起，使世界万物都可以上网。随着我国由传统农业向现代化农业发展的步伐迈进，农业物联网已是大势所趋。农业物联网的应用一般通过大量的传感器节点构成监控网络，从而通过传感器采集农业物联网技术集成无线通讯网络、自动控制等高新技术成果，加之先进传感器的帮助，达到对农业环境与资源、动植物生长轨迹等农业领域的实时监测，取得动植物生长状态、植物水肥状况、植物病虫害以及其他相应农业生态环境的实时信息，并通过物联网技术动态模拟农业生产过程，科学调控生长环境中的各个要素，以帮助农民及时发现问题，并且准确定位发生问题的位置。由此，农业将逐渐从以人力为中心、依赖于机械的传统生产模式转向以信息和软件为中心的现代化、信息化的生产模式，达到合理使用资源、降低成本、改善环境、提高农产品产量和质量的目的。目前，我国农业物联网技术应用总体处于初步应用阶段。

1 农业物联网的发展背景及现状

2009年8月，温家宝总理在无锡考察时，提出了“感知中国”的概念，由此掀起了物联网在我国发展的热潮。为响应国家与社会的号召与需求，近几年来，我国各省、市都已纷纷制定出台了本区域内的物联网产业规划，然而尽管如此，我国的物联网工程及物联网相关专业的可用人才依然无法满足当下发展的如火如荼的农业物联网对人才的需求，这已然成为遏制我国当下农业物联网发展的重要原因之一。许多地区及企业已经提前开始了物联网专业型人才的争夺战。为了适应我国战略性新兴产业发展的需求，人才培养成为当务之急。农业物联网的发展需要专业型人才为之努力，而人才的培养则主要依赖教育。因此，高校作为教育的金字塔顶端，对培养物联网人才有着不可推卸的责任。于是，许多高校纷纷把握时代脉搏，相继开设了物联网这一专业。

自2010年起，教育部批准了首批32所大学开设物联网专业，其中包括北京理工大学、哈尔滨工业大学、哈尔滨工程大学等。2011年教育部审批通过27所大学设置物联网专业，其中包括江南大学、华侨大学、河北师范大学、长春大学等。2012年审批通过了79所高校开设物联网专业，至此，物联网专业已使得各高校趋之若鹜，纷纷申报。至2012年6月，国家一共审批了包括专科院校在内的物联网专业院校138所，而这一数字仍在不断增加[1]。

2 农业物联网教学存在的问题

2.1 培养目标模糊

如上文所述，物联网专业在我国高校中甚为“流行”，然而通过查阅文献资料发现，截至2012年6月，我国教育部审批通过的具备物联网工程专业招生资格的138所本科及专科院校中，只有河北农业大学、山东农业大学和新疆农业大学这 3 所农业高校开设了农业物联网工程专业，但这几所高校对于农业物联网人才的培养目标与其他综合类高校的培养目标相似，并没有涉及到足够的农业领域背景知识[2]。农业物联网支撑着现代农业的发展，“十二五”期间预计农业物联网领域需要大约1 000万人才，这样巨大的人才需求提供了巨大的市场以发展农业物联网工程，然而当前许多高校培养出的农业领域的物联网工程专业人才并不能满足国内人才市场的巨大需求，主要原因就在于高校的培养目标模糊，所培养出的人才不具备面向农业物联网的应用能力。

2.2 重理论轻实践

我国教育体系一直存在的最大诟病即重理论教育，而忽视了实践技能；重视书面考试成绩，而忽视了应用能力。教学方法对于教学质量而言至关重要，然而目前大多数高校中还普遍存在传统的“硬灌输”教学方法，教师照本宣科，课堂气氛不够活跃，学生上课积极性不高，对专业前景与应用也不甚了解。许多学生为了能够顺利通过考试，只能在考试之前死记硬背，这样导致学生应该掌握的知识没掌握，相应的分析问题和解决问题的能力也就无法得到提高。这种应试教育的弊端不应再继续存在于农业物联网的教学中。许多学生大学四年枉读书，只会“纸上谈兵”，一旦需要实践研究，能力就显得十分薄弱。农业物联网是一门应用型学科，高校与学生都应当明白——学习这门专业的意义并不在于考试成绩，而在于是否能够将其应用到农业实践中。

2.3 配套设施不完善

许多高校在物联网方面没有足够完善的实验室与实训计划，使得学生只能掌握生硬的书本知识，而无法感受物联网的魅力。且实验室大多紧缺甚至没有配备，实验器材也存在不够先进、跟不上教学水平等问题。农业物联网作为专业性很强的学科，应当让学生有实训的机会，在实践中应用所学的知识，才能将知识掌握的更加牢固。然而据调查，许多高校的物联网工程类学科并没有进行实训，只是把这一重要环节交给学生自主完成，而许多学生便敷衍了事或者因为找不到实训场所而没有进行，这就导致了应用技能的欠缺。

2.4 师资力量欠缺

近年来，由于国际、国内物联网产业不断蓬勃发展，各个行业物联网专业人才的需求量均在日益增大。从招生角度看，物联网旺盛的前景使得这一专业必定会受到广大学生与家长的认可；从就业角度看，物联网专业人才的短缺必定会推动相关专业的就业率。然而目前在我国，物联网作为一门新型学科，缺乏能够承担教育重任的大批高素质人才。日益增长的高校物联网类学科与师资人才的缺乏，是高校物联网教学中急需解决的问题[3]。

3 农业物联网教学思路

3.1 定位人才培养目标

定位人才培养目标是高等教育人才培养的根本条件与教学前提，直接关系到本学科与专业发展的方向及目标，是开展各项教育教学活动的出发点和最终目的。目前，国内大多数高校物联网相关专业的培养计划均普遍处于起步与探索阶段，存在着培养目标不明确，培养方案、教学模式趋于传统等问题，农业物联网领域人才需求与当前高校的培养方案和培养模式存在着较大偏差，从而造成了农业物联网领域的人才紧缺现象。物联网类专业的教学发展趋势是专业知识与具体专业领域知识相结合，作为农业物联网人才培养高校，在教学中应当铭记：既掌握物联网技术又了解农业领域相关知识的复合型、专业型人才是时代所需，是农业物联网工程行业的应用之才。2012年，国家教育部信息中心预计“十二五” 期间我国农业物联网领域需要的人才缺口巨大。无论是传统农业的转型，抑或是城市型农业和养殖业，这些行业的现代化转型都离不开农业物联网设备和具有综合知识的物联网技术人才。鉴于此，农业物联网工程专业的人才培养目标应当定位为： 立足高校，面向全国，培养适应当代社会发展需要的德、智、体全面发展，具有扎实的物联网工程专业知识、农业领域背景知识和一定人文知识，且实践能力强，面向农业以及其他应用领域的高素质应用型人才。农业物联网知识体系如图1所示。

农业物联网教学应做到使学生了解物联网工程的相关技术，且对物联网的各个领域都有足够的认识。针对农业物联网专业，学生应当了解当下智慧农业领域的技术与应用，在这一基础上了解物联网产业应用的整体系统，并应当有能力跟踪物联网的新技术、新领域，及时了解农业物联网的发展前景与应用领域，对本专业的发展方向与就业也应有明确认识[4]。

3.2 合理计划课程体系

课程体系的构建是高等教育培养目标和专业建设实施的核心方法，必须围绕着人才培养目标展开，理论教学与实践教学并重，教学与考核并重，只有这样才能培养出符合要求的高端应用型人才。

3.2.1 理论教学与实践教学并重

在理论教学方面，理论知识包括普通基础类课程、自然科学类课程、专业主修课和专业选修课四个方面。其中，普通教育基础类课程包括文史哲类课程、英语和素质教育类课程，通过这些基础类课程的学习，可以保证学生的健康成长，促进独立思考、独立解决问题能力的形成；自然科学类包括数学、电子等课程，为物联网工程的研究工作做知识上的储备；专业主修课程由传感器原理与RFID、嵌入式技术及应用、物联网技术与物联网产业导论、现代农业技术概论、通信原理、物联网体系结构等课程构成，可以使学生学习到物联网专业的基础理论知识和农业领域的背景知识，建立起对农业领域物联网工程专业的整体认识，形成物联网学习的思维方式；专业选修课方面包括开设物联网其他领域的知识课程，学生可以根据自己的兴趣来选择[5]。

实践教学方面，应当增加实践教学的比重，从一开始就培养学生的动手意识与实践能力。实践教学的教学方法可基于实际的项目开发与建立，在教学中注重技术应用的培养。结合当下的农业物联网技术与发展趋势，实践教学的具体内容包括精确农业物联网实验——这一实验主要应用于研究智能农业大棚中的物联网技术，建立无线网络监控平台，结合农业领域专用系列传感器对农产品生长环境中的温湿度、pH值、光照以及土壤养分等数据进行采集和传输；精准农业数字化管理实验——本实验主要用于温度、光谱等多种不同传感器对农产品生长过程的全程监控和数据化管理，结合射频识别电子标签的应用，在生长与生产等过程中进行可识别的实时数据存储与管理，实现农业生产的标准化、网络化、数字化[6]；物联网感应的智能灌溉实验——该实验通过采用高精度土壤温湿度传感器，依据土壤和作物用水实行精准灌溉，充分体现节水配备的作用，优化调度，提高效益。

3.2.2 知识、能力与过程性考核并重

（1）知识性考核。采用计算机在线考试系统，主要以客观题形式考核学生对物联网知识与物联网技术的掌握程度，考核成绩占课程总成绩的30%。

（2）能力性考核。以实践操作的开放性形式考核学生对农业物联网体系结构的认知程度，学生以项目方案的形式提交成果，并对自己的设计进行汇报，从原创性、准确性和实用性三个方面进行综合打分，考核成绩占课程总成绩的50%。

（3）过程性考核。从出勤率、思考与解决问题的能力、实训设备的操作能力三方面综合评估，本考核占课程总成绩的20%。

3.3 实验室与实训设施

传统的填鸭式教学方法已不再适用于当下的高校教学体系，会写会读不会做的学生并非农业物联网工程所需要的人才。因此，在教学中提高学生的实践能力与应用水平是当务之急，高校应配备完善设施的实验室与实训设施，使学生得以感受物联网在农业中的应用，由此，才能够将农业物联网知识体系的技能学以致用，而不再是纸上空谈。既可以使学生亲身感受物联网工程的工作环境，又可以激发学生对农业物联网的兴趣，更可以锻炼学生的动手能力，提高综合水平。农业物联网配套设施结构如图2所示。

3.3.1 实验室

物联网实验室建设遵循开放性、扩展性和先进性原则，树立“激发兴趣，提升能力，应用为先”的理念，建设分三阶段逐步实施：

（1）建设初期，以搭建传感与网络传输框架及基础实验模块为主；

（2）建设中期基于教学与科研及面向实际的需求，拓展和细化各项实验功能；

（3）建设后期以行业实际需求为导向，形成系统化的物联网实验应用平台[7]。

物联网实验室由感知层、网络层、应用层组建而成。通过对物联网三个层次知识的综合学习与实验操作，实现对物联网应用与管理的全面掌握。

（1）感知层由无线传感网、射频识别器件、嵌入式设备等共同组成前段的信息采集和控制終端；

（2）網络层由光载无线交换系统（包括光载无线交换系统、模拟光纤、远端射频单元、WiFi设备服务器、以太网交换机）和其他网络设备共同组成基于TCP/IP协议的可接入网络平台；

（3）应用层由后台数据中心、远程客户端以及装载在其中的各种应用程序共同组成，以实现前端信息和控制终端的管理[8]。

3.3.2 实训场所

实训场所的建设应以“紧跟发展趋势，掌握应用能力”为实训目标，形成集教学、实验、体验三种功能于一体的实验平台，根本目的是为了提高教学水平、拓展学生的操作能力，提高学生对知识体系的应用水平，为学生就业提供更强有力的实践经验。作为农业类院校，必需在实训场所建设中充分实现内外结合，将物联网专业设备对温室大棚、动物养殖等场所对接，才能使学生便于理解并充分掌握农业物联网中的技术与特点，实现“扎实基础，充分实践；先学农，再接物”的农业物联网教学宗旨[9]。在实际操作中，建设实训场所时应当主动与当地或附近区域的农业物联网知名企业进行合作，充分利用获得的资源。在教学中可将实训基地划分为教学区域、应用区域以及其他具体的实训平台，诸如温室大棚物联网应用平台等，将课堂所学的计算机与网络技术、射频识别技术、无线传感技术、移动通信技术等融入实训当中，使学生得以充分体验智慧农业，加深对物联网知识体系的理解与应用，达到开展实训的目的。

3.3.3 与高校、企业联合培养

3.3.3.1 与高校联合培养

据调查显示，目前我国农林院校仅有三所院校开设了农业物联网工程专业，并且由于设置时间短，缺乏教学实践积累，暂时没有成功经验可以借鉴。因此，院校间的相互交流是少走弯路、尽快提升专业办学水平的唯一途径[10]。高校之间应当开展农业物联网专业的联合培养，共享资源、扬长避短、互相学习才能大大提高农业物联网的教学水平与质量。

3.3.3.2 与企业联合培养

根据其他高校的教学经验，我认为校企合作办学是农业物联网工程的发展趋势之一。高校若与企业进行合作、联合培养，企业可以在学校的招生、教学、就业三个主要环节中实现参与并发挥积极作用。高校在物联网教学中存在许多难题，诸如课程规划、师资团队、教材应用、实训场所以及学生就业等问题，企业都可以发挥其能尽之力，帮助高校完善教学；而高校的教育一向紧跟时代步伐，追踪技术潮流，亦可以帮助企业提升自我水平，吸纳优秀人才。优势包含如下几点：

（1）企业可以提供课程规划方面的建议。企业作为物联网应用型产业，对于物联网的发展方向具有一定的发言权，可根据企业的发展历程与发展趋势准确制定人才培养目标与课程规划；

（2）企业可以提供师资团队方面的支持。可以选出有意向的教师进行实训或参与企业研发项目，积累经验。企业中的工程师若有意向，也可以加入高校师资团队，传道授业解惑；

（3）企业可以在学生实训场所方面提供便利；

（4）企业可以有效解决毕业生就业问题，及时发现并接受优秀的可用人才；

（5）企业与高校合作，可以联合承担科研项目，实现互利共赢[11]。

4 结 语

农业物联网作为现代化农业的重要支撑，需要高校的关注与发展，才能培养出专业型人才。农业物联网的教学应当确立明确的培养目标，以通信工程、电子信息、计算机科学等相关专业为背景，培养学生德、智、体全面发展，并提供完善的实验实训配套设施，只有理论教学与实践教学双管齐下，才能使学生真正掌握这一专业，并且能够为其所用，成为国家所需要的高素质人才。

参考文献

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[11]王承明，李绍静，李承先.农业院校物联网信息平台及应用实验室建设研究[J].智能处理与应用，2012，2（11）：84-86.