“双一流”高校智慧农业本科和研究生应用基础研究能力的培育

［摘 要］ 智慧农业具有提升农业生产效率、降低生产成本、推动产业振兴、促进农民增收等多方面的作用，已成为我国农业农村现代化建设的内生驱动力。在智慧农业学科建设和服务社会发展中，本科生和研究生人才培养起着至关重要的作用。“双一流”高校是我国人才培养的主力军。然而，在智慧农业专业人才培养方面存在严重不足，具体体现为现有学科单一、工科强农学弱、校级联合交叉特色不显著和课程设置体系不成熟等方面的问题。从院校两级学术交流、本科生课程设置和本科生、研究生科研能力提升等方面给出一些建议，将助力于智慧农业专业培养模式从单维度学科向多维度链条式培养转变、资源汇聚，以及从机械结合向有机结合转变等，提升智慧农业专业研究生人才培养质量。

［关键词］ “双一流”高校；智慧农业；人才培养；课程设置

［基金项目］ 新疆维吾尔自治区“天池英才”领军创新人才计划（51052401407）；2024年度新疆大学国家级大学生创新训练计划“绿洲农田土壤质量空间变化特征及其驱动机制研究”

［作者简介］ 薛 伟（1985—），男，山东泰安人，理学博士，新疆大学生态与环境学院副教授，博士生导师，主要从事绿洲农田生态学研究。

一、新时代智慧农业人才培养的必要性

世界一流大学和一流学科（Double First-Class Initiative），简称“双一流”建设，是中共中央、国务院做出的重大战略决策，也是中国高等教育领域继“211工程”和“985工程”之后的又一国家战略。2021年12月17日，习近平总书记在中央全面深化改革委员会第二十三次会议中强调，要突出培养一流人才、服务国家战略需求、争创世界一流的导向，深化体制机制改革，统筹推进、分类建设一流大学和一流学科［1］。2021年至2023年，全国每年招收硕士研究生分别为105.07万人、110.35万人和130.17万人，当前高校中硕士研究生数量约为300万，已经成为推动学术与科研进步的关键力量。在统筹推进“双一流”建设过程中，教学育人单位应从国家战略出发，突出培养基础型和应用型人才。

智慧农业是现代科学技术与农业种植相结合的新兴学科，实现农业从播种到采收、加工全链条的无人化、自动化、智能化管理，达到增产增收和可持续发展的目的［2］。在我国农业农村现代化进程中，智慧农业是现代农村经济重要的内生驱动力，是促进共同富裕、解决区域间发展不平衡和不充分的重要举措。近年来，各地区企业在探索具有区域特色的路径模式方面取得了一定的基础，逐渐形成了企业安身立命的核心技术和研发团队。杭州初灵信息技术股份有限公司重点打造基于大数据+人工智能的智慧农业产品，如“数字农业创新应用平台”“高标准农田管护系统”“农机淘”等系列产品。润建股份有限公司着重研发全场景作物生长器产品，模拟农作物的生长发育过程，病虫害发生和传播过程，结合农田土壤、作物生长、水肥等参数，更加精准模拟出受各种突发环境影响下作物产量和质量的预测，助力高标准种植。平安银行股份有限公司打造数字乡村范本，在安徽阜南芦蒿基地、甘肃临洮百合基地、广东河源茶园基地安装土壤监测、大气监测及水肥一体化等平安智慧农业设备，提升基地生产效率。智慧农业高新技术企业和产业应用前景的蓬勃可持续发展，重点在于科技、在于人才。农业生产的全过程包括整地、种子筛选、播种、水肥药管理、作物生长管理和收获加工等环节，管理人员首先须具备农学专业知识。由此，智慧农业是在农学基础的前提下，加以创新，融合信息技术、人工智能、农业装备等，使农业逐步实现智能化。此外，智慧农业需要的人才应具备农学、信息技术、工程技术以及智能装备等多方面的知识和技能。

二、“双一流”高校智慧农业专业存在的问题

在新时代，知识生产模式已经发生了改变，企业主导性的现代农业产业集群的发展已经摆脱了以往小农户种植理念，步入机械化、智能化和生态化发展快车道。高校现有的象牙塔式教学模式、单方面人才培养模式已经难以适应社会发展。“双一流”院校应把自身的发展置于现代社会的发展之中，需要变革以适应时代的变革。截至目前，147所“双一流”建设高校中，只有7所农业类高校，除去政法文史类高校，其余均为综合性理工科大学。近年来，设置有智慧农业学院/专业的“双一流”高校只有37所，约占总量的25%。其中，超过一半的智慧农业专业集中于中东部“双一流”高校，西北地区“双一流”高校仅有新疆大学和石河子大学开设智慧农业专业。2023年，新疆全年粮食播种面积达4 237.2万亩，新增586.3万亩，新疆粮食总产达2 119.2万吨，增加305.7万吨，占全国增量的34.4%，新增种植面积、总产量均居全国第一［3］。就智慧农业专业地域分布与全国粮食播种面积来看，专业设置存在空间分布不均衡问题，难以满足种粮大省农业现代产业化发展需要［4］。

另一个问题是，综合型理工大学是目前国内“双一流”高校的主流高等教育形式，在化学工程与技术、材料学、计算机科学与技术、软件工程、机械工程、电气工程和土木工程等专业有很强的科研实力，拥有更完善的教学设施和师资力量［5］。但是，农学基础学科专业缺失或农学师资力量明显偏弱，抑或是软件工程和计算机科学技术专业缺失或师资力量偏弱。比如，大连理工大学在建设智慧农业专业方面，偏重以软件工程学院为基础。华东师范大学以上海市都市现代农业为建设智慧农业专业切入点，联合软件学院、上海市农业委员会信息中心和上海市农业物联网工程中心共建农业云联合实验室，推进农业生产领域的精准化和智能化。上海大学智慧农业方向设置在机电工程与自动化系学院，着重于研发温室作物生长智能巡视机器人，擅长于机电仪控。新疆大学“双一流”建设学科计算机科学与技术专业优势明显，师资力量雄厚，但缺少农学专业，农业类研究多零星散布于其他学院。石河子大学“双一流”建设学科以化学工程与技术为擅长，智慧农业专业设置在传统的农学院。传统农业学科结构相对单一，学科交叉融合不够，已逐渐难以满足现代农业发展需求。

就智慧农业专业来讲，研究生人才的培养须具备扎实的农学知识，掌握作物生长、遗传变异的规律以及与环境互作关系等基础理论。同时，在信息采集和建模方面还须强化农业遥感监测技术、地理信息系统、作物模拟模型和高级程序语言等现代化技术，以及农业智能装备的应用。就目前省部级以上重大重点智慧农业项目来看，全天气类型下作物全生育期长势监测和产量预测技术是重要的基础课题［6］。该类基础课题的实施，需研究生具备农业生态学、作物模型原理和应用等方面的基础知识，了解并掌握作物物候期、生长过程和产量分配等生态学原理，基于此来构建数学模型，采用微分公式来量化生长速率及其与环境的关系，最后利用计算机编程语言将概念模型予以技术变现。当前，智慧农业院校在多学科交叉师资力量建设，特别是本科生和研究生课程建设方面存在方向分散、顾此失彼的问题。

三、“双一流”高校智慧农业专业学术交流和课程设置的建议

从智慧农业的定义来看，其具有更强的学科交叉能力。为了促进传统农业学科与软件工程、智能制造、地理与遥感等专业知识的融合，开展多学科频繁且富有成效的学术交流很重要［6］。学术交流的主要目的是将农业、软件工程、智能制造等各领域研究成果、创新思想、实践经验等，通过学术报告和自由讨论等环节，让参会者了解并熟悉各自感兴趣的领域最新进展，起到拓宽参会者学术视野和知识面的目的。合作的机会和创新的灵感，多是在频繁的交流、问题探讨等互动中产生的。通过分享最新的研究成果和思想以及存在的问题，可以激发新的研究灵感和方向，推动学术领域的不断进步。学术交流的形式多种多样，主要形式有学术会议、学术讲座和报告、学术论坛、学术沙龙以及学术研讨会等。在学院层次，通过定期举办小规模、主要由学院内部人员参加的学术沙龙，围绕学院教职工最新研究成果开展自由发言和讨论，增强内部教职工之间的相互了解和合作。由于学院学科较为集中，具体为某一大类下的二级学科，比如，农学院具体开设农学专业、园艺专业、农业资源与环境专业、土壤学专业等，难以涉及软件工程和计算机等大类专业，这就需要在大学层次定期举办智慧农业学术会议，邀请农学院、软件工程学院、智能制造学院、地理与生态学院等专业人员，开展主题演讲和分组讨论等，就某一具体议题开展深入研讨、交换意见，共同寻求解决方案。以河南大学智慧农业专业学术研讨为例，农学院积极与软件工程学院联合，定期开展学位点建设、学科方向凝练、科研团队建设、硕博研究生联合培养、项目合作等研讨，加强突出河南大学“双一流”的特色。东北农业大学申报农业农村部东北智慧农业技术重点实验室，依托农业信息技术学科体系，遵循突出北方寒地特色、注重交叉融合创新、发挥现代农业优势、聚焦区域产业发展的原则，坚持开放、流动、联合、竞争的运行管理机制，每年围绕重点实验室研究方向设立研究生论坛和开放课题基金，依托开放基金促进学术交流和合作，促进现代农业与人工智能深度融合。

本科生和研究生知识的获取渠道主要是教科书和授课。因此，智慧农业课程设置要起到打牢基础知识、拓宽知识面和引领知识向纵深发展的作用。就本科生课程设置而言，在第一学年以通识教育课程和基础课程为主，基础课程以“高等数学”“智慧农业专业导论”“农业遥感原理与技术”“计算机基础”等为主，在暑假小学期开展农业遥感（无人机）操作实践。在第二学年，专业基础课以“植物生理学”“大数据原理与应用”“数字电路与逻辑”“土壤肥料学”“农业生态学”“农业气象学”“地理信息系统基础及农业应用”“作物栽培与耕作学”“软件工程”“农业传感器与智能装备”等为主，实践模块以智慧农业专业考察和农用传感器系统认知实践为主。在第三学年，专业课程设置“作物育种学”“农业应用统计”“遥感数字图像处理”“节水灌溉理论与技术”“作物模型原理与应用”等，选修课辅以“作物表型组学概论”“农业废弃物处理处置”“农业企业管理”“机器学习与数据挖掘”等，实践模块设置智能农业数据分析综合实践、智慧农业规划与设计、智慧农业专业综合实习。第四学年，注重学科交叉课程：“智慧供应链”“农业物联网”等。各高校开设智慧农业专业实践课程，要因地制宜，与地方农业科技发展政策和方向相结合，形成自己的特色。在培养方式方面，要注重以智慧农业为主，叠加辅修专业。以华中农业大学为例，设置智慧农业专业“1+N+X”修读模式，“1”为智慧农业专业，“N”为专业方向，“X”为辅修课程或辅修专业。依托多个学院，构建了智慧育种、智慧植保、智慧园艺、智慧渔业、智慧生产等专业方向，建立本—硕—博直升人才培养体系。西北农林科技大学实践教学依托智慧农业示范园、杨凌智慧农业中心及国内众多智慧农业公司开展产学研用等。科研方面，依托旱区作物逆境生物学国家重点实验室和黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室、作物高效用水国家工程实验室，构建5个“智慧”+专业为核心的专业群。

四、本科生和研究生科研能力提升的对策

项目+人才组合是特色学科发展壮大的关键。科研项目是为地方经济发展服务的，研究生必须深入参与科研项目。通过自身的课题案例，在学术研究与实践结合方面总结如下经验。

1.寻找合适的机会。密切关注导师个人网站发布的实验室或项目组内部的通知，了解是否有适合参与的科研项目。同时，定期与导师交流，表达自己参与科研项目的意愿，并询问是否可以加入已有的项目或新开展的项目。

2.主动表达兴趣。在了解导师主要横向科研项目后，向导师表达对其研究方向和项目的兴趣，并表明愿意参与其中。展示出积极主动的态度可让导师知道研究生对科研工作的热情。在向导师申请参与科研项目时，展示自己具备的相关能力和背景。

3.踏实肯干、积极作为。在野外试验过程中，严格按照既定的研究方案来采集各类型数据，做到每日数据的质量分析汇报。由于研究生有限知识面的制约，难以鉴别数据质量的好坏。当每日数据采集后，要及时向导师汇报，询问是否需要开展补测等工作。

4.提出可行的建议和想法。在数据分析过程中，提出一些与导师研究方向相关的问题、建议或新的研究想法。这既表明自身对项目的思考和分析能力，也有利于更好地融入导师的研究团队。在数据分析过程中，要不断阅读新的文献，学会使用通用数据分析软件和新的数据分析技能，将采集的数据分门别类系统地阐述，提升专业能力，使自己在项目中能够发挥更大的作用。