倪 軍，姚立立，蔣小平，胡金釗

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，江蘇 南京 210095)

隨著智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，新農(nóng)科教學(xué)體系日漸雛形。國(guó)家、省相關(guān)部門和專業(yè)學(xué)會(huì)應(yīng)運(yùn)設(shè)置了與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)業(yè)人工智能、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)智能裝備等內(nèi)容相關(guān)的大學(xué)生科技競(jìng)賽，既豐富了大學(xué)生科技競(jìng)賽的主題，又強(qiáng)化了農(nóng)學(xué)知識(shí)與信息技術(shù)的結(jié)合，符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)以及新農(nóng)村發(fā)展的需求。但就現(xiàn)階段情況而言，單一的農(nóng)學(xué)知識(shí)或信息技術(shù)根本無(wú)法適應(yīng)此類競(jìng)賽，無(wú)法滿足社會(huì)對(duì)復(fù)合型人才的需求[1]。

針對(duì)當(dāng)前農(nóng)學(xué)專業(yè)“計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)目標(biāo)性弱，與農(nóng)學(xué)知識(shí)結(jié)合不緊密，學(xué)生普遍感到枯燥、吃力以及實(shí)際應(yīng)用面窄等問(wèn)題，提出了面向科技競(jìng)賽及實(shí)際應(yīng)用的新農(nóng)科專業(yè)“計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革方法，以培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用農(nóng)學(xué)知識(shí)和信息技術(shù)的能力。通過(guò)以大學(xué)生科技競(jìng)賽應(yīng)用實(shí)際為驅(qū)動(dòng)，與當(dāng)前農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)人工智能、農(nóng)業(yè)智能化裝備等相關(guān)學(xué)術(shù)科技競(jìng)賽及實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，改變當(dāng)前枯燥的教師單向傳遞知識(shí)、學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，可極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)“計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)”的興趣與積極性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的目標(biāo)性、自主性和創(chuàng)新性[2]。

1 教學(xué)現(xiàn)狀

2019年，由教育部高等教育司指導(dǎo)、教育部新農(nóng)科建設(shè)工作組主辦的“新農(nóng)科建設(shè)安吉研討會(huì)”在浙江省安吉縣余村召開(kāi)。全國(guó)涉農(nóng)高校凝聚形成了《安吉共識(shí)》，發(fā)出了建設(shè)新農(nóng)科的宣言，成為了中國(guó)高等農(nóng)林教育發(fā)展進(jìn)入新時(shí)代的一個(gè)鮮明標(biāo)志?！栋布沧R(shí)》指出，新農(nóng)科建設(shè)要培養(yǎng)創(chuàng)新型、復(fù)合應(yīng)用型、實(shí)用技能型農(nóng)林新才[3]。當(dāng)前，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)人工智能等新興交叉技術(shù)興起，并在新農(nóng)村建設(shè)中表現(xiàn)出巨大的潛力，充實(shí)了新農(nóng)科教育的內(nèi)涵[4]。

目前，我國(guó)多數(shù)高?！坝?jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)”課程一直沿用傳統(tǒng)理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)模式。傳統(tǒng)理論教學(xué)內(nèi)容往往過(guò)于空洞，課程內(nèi)容只講授一些基本概念、基本語(yǔ)法，忽略了培養(yǎng)學(xué)生用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的能力，尤其是構(gòu)建算法來(lái)描述農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的能力。此外，傳統(tǒng)理論教學(xué)還存在教學(xué)過(guò)程單一、考核形式死板等問(wèn)題。教師授課大多依賴于PPT講解，根據(jù)教材章節(jié)按部就班，教學(xué)過(guò)程“一言堂”，枯燥且著重突出基本語(yǔ)法，讓學(xué)生喪失學(xué)習(xí)“計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)”的興趣。接近90%的同學(xué)錯(cuò)誤地將“計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)”與程序員培養(yǎng)等價(jià)起來(lái)，忽視了掌握程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言可以提高運(yùn)用專業(yè)知識(shí)的能力。在考核形式方面，傳統(tǒng)“計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)”課程通常以上機(jī)實(shí)驗(yàn)成績(jī)、學(xué)生課堂表現(xiàn)及結(jié)課考試成績(jī)?yōu)橹鳎y以體現(xiàn)學(xué)生真正的邏輯思維、編程能力及解決實(shí)際問(wèn)題能力。對(duì)農(nóng)學(xué)專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，更無(wú)法體現(xiàn)利用計(jì)算機(jī)編程綜合運(yùn)用農(nóng)業(yè)知識(shí)的能力。此外，該課程一般針對(duì)大學(xué)低年級(jí)學(xué)生開(kāi)設(shè)，多數(shù)學(xué)生未接觸過(guò)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編程類課程，在學(xué)習(xí)過(guò)程中會(huì)感到課程抽象、枯燥，從而降低了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性[5]。

2 教學(xué)改革措施

美國(guó)、英國(guó)、日本、荷蘭等農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)信息農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)等交叉學(xué)科的教學(xué)及科研關(guān)注度較高，支持力度較大。在農(nóng)科背景下的“計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)”教學(xué)應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的想象能力和創(chuàng)造能力，并簡(jiǎn)化語(yǔ)法教學(xué)，強(qiáng)調(diào)所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，通過(guò)開(kāi)展學(xué)術(shù)知識(shí)競(jìng)賽激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，達(dá)到理論結(jié)合實(shí)際的目的。

2.1 基于新農(nóng)科打造“計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)

“計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)”課程與農(nóng)科專業(yè)知識(shí)的結(jié)合是一個(gè)抽象的過(guò)程。在傳統(tǒng)的農(nóng)科“計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)過(guò)程中，由于缺乏農(nóng)科的相關(guān)專業(yè)知識(shí)，很多具有計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)背景的教師往往不具備理論與實(shí)際結(jié)合的能力，僅僅將農(nóng)科知識(shí)與計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)編織為一個(gè)公理化的系統(tǒng)，通過(guò)少數(shù)老舊的應(yīng)用案例對(duì)其進(jìn)行講解，無(wú)法做到與時(shí)俱進(jìn)。

近年來(lái)，我國(guó)從歐美農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家留學(xué)歸國(guó)的人才逐漸增多，具備交叉學(xué)科背景的高學(xué)歷人才數(shù)量不斷增加。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)等傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)強(qiáng)校也不斷推陳出新，陸續(xù)開(kāi)設(shè)了農(nóng)業(yè)信息學(xué)、農(nóng)業(yè)遙感、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等新農(nóng)科背景下的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)相關(guān)專業(yè)。農(nóng)科與計(jì)算機(jī)科學(xué)交叉學(xué)科人才的不斷輸送使得打造專業(yè)的教學(xué)團(tuán)隊(duì)成為可能，通過(guò)對(duì)相關(guān)人才的篩選，遴選出從事信息農(nóng)業(yè)教學(xué)與科研的一線教師以及相關(guān)專業(yè)的博士生助教。這些人才不僅具備良好的計(jì)算機(jī)程序編寫(xiě)能力，而且還具備豐富的智慧農(nóng)業(yè)科研項(xiàng)目經(jīng)歷，能夠很好地將信息技術(shù)與傳統(tǒng)農(nóng)學(xué)知識(shí)相結(jié)合，對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的各種問(wèn)題可以及時(shí)解答并積極引導(dǎo)。

2.2 以科技競(jìng)賽應(yīng)用實(shí)例教學(xué)替代傳統(tǒng)照本宣科授課形式

從目前來(lái)看，大部分農(nóng)科背景的大學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)編程缺乏興趣，無(wú)法理解將計(jì)算機(jī)編程應(yīng)用于農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的具體進(jìn)程，只是為了應(yīng)付考試而學(xué)習(xí)，創(chuàng)造力受到了極大限制。久而久之，他們不愿意主動(dòng)學(xué)習(xí)，不明白農(nóng)學(xué)專業(yè)為什么還要學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)編程，從而迷失了自己工作和學(xué)習(xí)的方向[6]。此外，傳統(tǒng)的“計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)”課程知識(shí)體系非常嚴(yán)謹(jǐn)，教師往往經(jīng)歷了長(zhǎng)期的理論語(yǔ)法學(xué)習(xí)與編程訓(xùn)練，但農(nóng)科背景下的學(xué)生并沒(méi)有足夠的時(shí)間去專注于這樣的訓(xùn)練。若教師沒(méi)有根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況去授課，往往適得其反，使學(xué)生對(duì)教材產(chǎn)生抗拒，甚至厭惡老師。

以科技競(jìng)賽應(yīng)用實(shí)例教學(xué)替代傳統(tǒng)照本宣科的授課形式，將傳統(tǒng)的教學(xué)與大學(xué)生科技競(jìng)賽相結(jié)合，在課程教學(xué)中引入競(jìng)賽項(xiàng)目，能夠激發(fā)學(xué)生對(duì)農(nóng)業(yè)問(wèn)題求解的興趣。通過(guò)分析競(jìng)賽題目中所涉及的知識(shí)點(diǎn)和語(yǔ)法，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考，逐步求解，可有效提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的主動(dòng)性。此外，在實(shí)際教學(xué)中，應(yīng)改變以往教學(xué)實(shí)踐中的上機(jī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，分類別、分層次、分功能設(shè)計(jì)多種題型模塊，學(xué)生可按自己的學(xué)習(xí)能力及學(xué)習(xí)興趣自由選擇上機(jī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，除規(guī)定上機(jī)實(shí)踐內(nèi)容外，鼓勵(lì)學(xué)生參考大賽題目，分析以往大賽作品的優(yōu)劣，提出自己的分析思路，提高實(shí)踐應(yīng)用能力[7]。教師授課過(guò)程中，鼓勵(lì)學(xué)生組建興趣小組，組建團(tuán)隊(duì)共同完成課程學(xué)習(xí)、實(shí)踐任務(wù)及大賽題目，學(xué)生遇到問(wèn)題后能夠通過(guò)相互討論及時(shí)解決，有利于提高整個(gè)團(tuán)隊(duì)的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，培養(yǎng)學(xué)生的編程技巧和自學(xué)技能。

2.3 改變傳統(tǒng)課程的考核模式

由于傳統(tǒng)農(nóng)科背景下“計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)學(xué)時(shí)較短，課程考核大多采用書(shū)面理論考試與上機(jī)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的模式，考核內(nèi)容以計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)法理論為主，基本與農(nóng)業(yè)學(xué)科脫節(jié)。學(xué)生只要在規(guī)定考試時(shí)間內(nèi)確?；A(chǔ)算法及語(yǔ)法正確即可，并不注重于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)于所學(xué)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力。長(zhǎng)此以往，學(xué)生對(duì)于該課程的學(xué)習(xí)態(tài)度將完全轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)付期末測(cè)試，而并非將所學(xué)知識(shí)切實(shí)地應(yīng)用于實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。因此，應(yīng)根據(jù)新農(nóng)科背景下“計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)”的課程特色改變傳統(tǒng)課程考核模式。

通過(guò)分析歷年國(guó)家級(jí)、省部級(jí)、市縣級(jí)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)大賽、電子設(shè)計(jì)大賽、物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)競(jìng)賽等大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽題目，挑選能夠兼顧計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)能力及農(nóng)業(yè)科學(xué)知識(shí)的優(yōu)質(zhì)大賽題目為課程考核題目，并給予學(xué)生充足的創(chuàng)作時(shí)間及創(chuàng)作自由度，讓學(xué)生自由挑選題目、發(fā)揮想象、創(chuàng)造作品[8]。任課教師綜合考慮作品的算法思路、完整度、創(chuàng)新性及實(shí)用性給定評(píng)分。在這種考核模式的驅(qū)動(dòng)下，由于不受傳統(tǒng)考試框架的束縛，學(xué)生能夠充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，自主學(xué)習(xí)，深入學(xué)習(xí)，更好地去理解“計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)”在農(nóng)業(yè)科學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值。

3 以科技競(jìng)賽為驅(qū)動(dòng)的教學(xué)案例

根據(jù)2019年首屆江蘇省研究生智慧農(nóng)業(yè)科研創(chuàng)新實(shí)踐大賽農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)競(jìng)賽主題制定了“基于移動(dòng)機(jī)器人的小麥長(zhǎng)勢(shì)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)”課程項(xiàng)目；根據(jù)2021年第七屆3S杯大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用“三創(chuàng)”大賽的農(nóng)業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新類主題，開(kāi)發(fā)了“農(nóng)田墑情和水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的課程項(xiàng)目。

在“基于移動(dòng)機(jī)器人的小麥長(zhǎng)勢(shì)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)”課程項(xiàng)目開(kāi)展期間，授課教師通過(guò)與學(xué)生討論構(gòu)建了項(xiàng)目基本框架，所有參與的學(xué)生與授課教師均保持著長(zhǎng)期緊密的溝通。學(xué)生除了在教學(xué)課時(shí)內(nèi)專注、努力學(xué)習(xí)外，還花費(fèi)了大量課余時(shí)間在該課程項(xiàng)目的創(chuàng)作中。在對(duì)于小車的運(yùn)動(dòng)控制的學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生們熟練掌握了C語(yǔ)言的3種主要循環(huán)語(yǔ)句while，do…while，for的編寫(xiě)以及實(shí)際應(yīng)用。在小車傳感器數(shù)據(jù)采集部分的學(xué)習(xí)過(guò)程中，除了主要循環(huán)語(yǔ)句外，學(xué)生們還掌握了條件判斷語(yǔ)句if，if…else，switch的編寫(xiě)以及應(yīng)用。此外，在博士生助教的幫助下，學(xué)生基本了解了C語(yǔ)言狀態(tài)機(jī)的編寫(xiě)方法以及與不同傳感器的讀寫(xiě)協(xié)議編寫(xiě)方法。學(xué)生創(chuàng)作的作品能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制及多傳感器集成平臺(tái)的數(shù)據(jù)高通量獲取，為小麥不同生育期的田間水肥管理等措施提供實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高通量的數(shù)據(jù)信息支持。該作品榮獲該年度江蘇省研究生智慧農(nóng)業(yè)科研創(chuàng)新實(shí)踐大賽特等獎(jiǎng)?；谝苿?dòng)機(jī)器人的小麥長(zhǎng)勢(shì)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)如圖1所示。

在“農(nóng)田墑情和水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程項(xiàng)目開(kāi)展期間，學(xué)生充分掌握了土壤水分信息獲取的原理、田間水位監(jiān)測(cè)的原理等農(nóng)學(xué)知識(shí)以及Arduino單片機(jī)C語(yǔ)言編程等計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)能力。作品包括土壤剖面水分傳感器、持水層水位高度檢測(cè)裝置和墑情水位信息監(jiān)測(cè)平臺(tái)3部分。土壤剖面水分傳感器能實(shí)時(shí)穩(wěn)定地檢測(cè)不同土壤層體積含水率。持水層水位高度檢測(cè)裝置采用光譜技術(shù)獲得田間水位信息。土壤剖面水分傳感器和持水層水位高度檢測(cè)裝置作為無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的終端節(jié)點(diǎn)，能夠?qū)⑥r(nóng)田水分空間分布信息、持水層水位深度信息上傳至云端，并通過(guò)信息監(jiān)測(cè)平臺(tái)對(duì)上傳的信息進(jìn)行解析、存儲(chǔ)和顯示，為精確灌溉和水田排澇等田間作業(yè)提供參考。該作品具有較高的實(shí)際使用價(jià)值，榮獲 2021年第七屆3S杯大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用“三創(chuàng)”大賽一等獎(jiǎng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)人工智能等新興交叉技術(shù)的興起給新農(nóng)科的建設(shè)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇?！坝?jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)”是新農(nóng)科建設(shè)的重要組成部分，然而，其授課方式受傳統(tǒng)教學(xué)觀念的影響，往往注重于編程語(yǔ)法理論的講解與考核，導(dǎo)致其與實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)嚴(yán)重脫節(jié)，使得課堂教學(xué)枯燥乏味。以科技競(jìng)賽為驅(qū)動(dòng)的新農(nóng)科建設(shè)中“計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革抓住了當(dāng)前農(nóng)科與計(jì)算機(jī)學(xué)科交叉技術(shù)融合過(guò)程中的痛難點(diǎn)，嘗試以科技競(jìng)賽為驅(qū)動(dòng)力，緊扣生活實(shí)際，豐富課堂內(nèi)容。實(shí)際教學(xué)案例表明，采用該方法進(jìn)行教學(xué)能夠充分發(fā)揮學(xué)生的想像力與創(chuàng)造力，提高其學(xué)習(xí)興趣，真正契合學(xué)以致用的教學(xué)宗旨，從而更好地為國(guó)家輸送新型農(nóng)業(yè)科技人才。