新農科背景下5G+人工智能助力的“一村一”農民大學生開放教育新模式探索

李蘋芳 于華平 趙鸝

摘要 分析了當前新農科背景下針對農村的“一村一名大學生”培養改革的迫切性以及農科課程開放教育中存在的難點和問題，提出了一種基于5G+人工智能的新農科課程開放教學體系。該教學體系包括基于人工智能的前端設備、5G網絡和課程服務器三個部分?；谶@一教學體系，可以開展虛擬課堂教學、增強型教學和沉浸式教學，滿足不同人群的教學需求，有效提高學生學習的積極性，顯著增強新農科課程開放學習的效果。該教學體系的提出旨在高質量培養農民大學生，切實提高農民大學生思維能力、動手能力和創新能力。

關鍵詞 新農科;開放教育;5G;人工智能;農民大學生

中圖分類號 S-01? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2022）05-0269-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.05.070

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Exploration of a New System of Open Education for “One Village， One” Peasant College Students Powered by 5G+ Artificial Intelligence in the Context of New Agricultural Sciences

LI Ping-fang， YU Hua-ping， ZHAO Li

（Department of Agriculture， Center of Teaching and Researching， Zhejiang Open University， Hangzhou， Zhejiang 310012）

Abstract This paper analyzed the urgency of the training reform for the rural “one village， one college student” under the current background of the new agricultural sciences， as well as the difficulties and problems in the open education of agricultural courses. To solve these difficulties， we proposed a 5G+artificial intelligence-based new agronomy course open teaching system. The proposed open teaching system comprises of three components， including artificial intelligence-based front-end devices， 5G wireless networks， and teaching servers. Such an open teaching system can provide virtual classroom teaching， enhanced teaching and immersive teaching. Thus， it is possible to satisfy the requirements of various students， arouse the activity of the students， and improve the effectiveness of open teaching. Practical results shown that this open teaching system obtains a favorable effect on the thinking， working and innovation ability of the students.

Key words New agricultural sciences;Open teaching;5G;AI;Peasant college students

基金項目 浙江開放大學2018教學團隊項目（QK050112181073）;浙江開放大學2020高等教育改革和課堂教學改革項目（QK050112201039）;2021年度高校國內訪問學者“教師專業發展項目”（FX2021220）。

作者簡介

李蘋芳（1982—），女，江蘇蘇州人，副研究員，博士，從事瓜類作物栽培育種研究和農民大學生培養研究。

收稿日期 2021-10-18

我國農科高等教育的體系除普通高等農業學校提供的全日制大學生培養模式外，還包括面向農村的“一村一名大學生”（以下簡稱“一村一”）培養模式。這一培養模式始于2004年，教育部通過原廣播電視大學（現開放大學）完善的辦學系統，在廣大農村開展“一村一名大學生計劃”，為農村培養“留得住，用的上”的人才。實踐證明，實施農民大學生項目為廣大農民提供了享受高等教育資源、接受高等教育的機會，為農村“創業富民、創新強省”實用人才培養提供了豐富的專業類別和強大的培訓力量[1]。黨的十九大報告提出，實施鄉村振興戰略，要培養造就一支懂農業、愛農村、愛農民的“三農”工作隊伍，人才振興是鄉村振興的關鍵。與普通高等農學學校不同的是，“一村一”農民大學生培養直接面向農村，培養的學生直接為農村服務，可以說是當前鄉村振興中的主力軍[2]。因此，如何更好地培養這批農民大學生，發揮他們在鄉村振興中的作用，直接關系到鄉村振興戰略的實施效果。

當前農科高等教育面臨著新的形勢。2018 年 12 月，教育部在中國農業大學組織召開“新農科”建設研討會，提出要以現代科學技術改造提升現有的涉農專業，布局適應新產業、新業態發展需要的新型涉農專業，推進課程體系、實踐教學、協同育人等方面的改革，為鄉村振興發展提供更強有力的人才支撐[3]。針對新農科建設的提出，普通涉農高校紛紛提出建設思路，包括高校教育改革探索、農學專業綜合實踐改革的研究、專業培養模式的研究、課程建設等方面的研究[4-7]?！耙淮逡弧鞭r民大學生的培養作為農科高等教育的一部分，目前鮮有學者探討新農科背景下農科開放教育的改革與探索。因此，在當前建設新農科的大形勢下，如何利用現代科學技術為鄉村振興培養高質量的農民大學生是一個迫切需要探討的問題。

1 “一村一”農民大學生的現狀分析

“一村一名大學生計劃”是教育部于 2003 年由原廣播電視大學，現開放大學實施的農民大學生培養計劃。自 2004 年全國廣播電視大學首次招生至今，“一村一名大學生計劃”隨著中央廣播電視大學的轉型已經步入內涵發展階段，積極參與國家推行的鄉村振興戰略，為鄉村建設貢獻力量。以浙江開放大學為例，自2004年實施農民大學生項目以來，農民大學生培養項目的辦學規模不斷擴大，試點單位由2004年的6個發展到62個（現在為57個），專業數由原來的6個增加到11個，2017年秋季開始招收園藝本科專業。截止2020秋季，共招收涉農專業農民大學生84 817人，特別是自2015年突破5 000人以后，招生規模連續大幅增長，2017—2020年浙江省招收“一村一”農民大學生33 699人?！耙淮逡弧鞭r民大學生教育作為農科高等教育的一部分為農村培養人才成效顯著，但也存在一些隱性問題。

1.1 現有課程設置與學生需求之間存在脫節

與一般的高等學校相比，開放大學的受眾（即學生）數量大，基礎知識掌握程度也參差不齊，既有一定工作經驗的農業技術人員，也有從事其他行業的人員;年齡跨度也較大，既有六、七十歲的退休人員，也有十幾、二十幾歲的年輕人。開放大學目前采用的是三級辦學系統，即國家開放大學、省級開放大學、地市縣三方共同參與培養的體系。以園藝本科專業為例，共有公共基礎課、專業基礎課、專業課、通識課、專業拓展課、綜合實踐、英語和思想政治課八大模塊，其中必修課由國家開放大學進行線上課程建設、出題等管理，選修課由省級開放大學組織線上課程建設、出題（題庫）管理，地市縣教學點負責組織面授課、實踐教學、組織線下考試等。具體以園藝本科專業的必修課園藝植物育種學為例，學生平時以觀看國開學習網的視頻錄播課進行自學，并完成形考作業，教學點每學期組織2～4次集中面授。學生通過觀看視頻錄播課可以掌握一些理論知識，但由于教材、視頻不能實時更新，因而無法滿足不同人群的需求。具有一定工作經驗的農業技術人員希望了解前沿的理論和技術，而毫無經驗的初學者希望更多地了解農業基礎知識。農學開放教學受眾的多樣性對新農科建設提出了更高的要求。

1.2 農學課程開放教學的形式單一，學生的學習熱情不高

與一般的高等學校不同，開放大學的教師和學生處于不同的物理空間，學生主要通過收看網絡錄播課或直播課，結合課本進行自學。學校雖然設置了一定比例的面授課（每學期2～4次），但還是以自學為主。這雖然極大地方便了學生對課程的選讀，但也造成教學形式的單一化。學生利用網絡視頻進行自學時，缺乏師生之間的互動和交流。農科學生基礎相對薄弱，且農科類課程注重實操，農學開放教學形式的單一性無法增強學生的學習熱情，這就要求新農科建設需要考慮開放教學的特點。

1.3 農科開放教育實踐教學開展不足，無法加深學生對理論知識的理解

目前所有課程的實踐教學環節安排在各教學點，但各教學點的試驗條件參差不齊，有的教學點甚至很難開展試驗或實踐環節的教學，特別是涉及需要實驗室的課程實踐教學較難開展。以園藝本科專業為例，多門課程如植物生理學、農業微生物學、園藝植物育種學、園藝植物組織培養等課程理論性強，實踐環節對于加深理論知識的學習、并將理論學習運用到生產至關重要。因此，缺乏實踐環節的體驗，很難讓學生對于理論知識有一個較為深入的理解，更無法運用于實際。

因此，如何在較短的時間內解決以上突出的問題、提高農民大學生的培養質量要求人們向現代科學技術尋求解決方案。

2 新農科建設對農科人才的需求

目前，我國農業面臨資源環境壓力大、農業效益偏低、農民收入增長緩慢、農村整體衰敗的問題。黨的十九大報告提出的實施鄉村振興戰略是我國新時期“三農”工作的總抓手，是今后長期貫穿于我國改革發展進程的重要歷史任務。實現鄉村振興戰略的關鍵是培養一批懂農業、愛農村、愛農民的農業人才隊伍。

由圖1可知，新農科建設的具體要求是要利用生物技術、信息技術、工程技術和人工智能等對傳統農業學科進行改造升級，解決傳統農業學科發展動力發展不足的問題，為農業高等教育注入新的發展動能，特別是與生物技術、信息技術、工程技術和人工智能等的專業知識交叉融合，從而適應新時代對農業學科的需求。這也是實施鄉村振興和生態文明戰略的新需求，是我國傳統農業向現代農業的轉型升級，是實現農業現代化的內在要求。

因此，在新農科背景下，“一村一”農民大學生作為農科高等教育的一部分，更需要教學者有意識地將生物技術、信息技術、工程技術和人工智能等專業知識交叉融入日常教學中，這也給“一村一”農民大學生教育提出了新的挑戰，促使教育工作者對現有的“一村一”農民大學生培養模式進行改革。

3 5G+人工智能助力的農科開放教育新模式探索

3.1 5G+人工智能時代的到來

5G（the fifth generation network）是第五代移動通信系統的簡稱[8]。由圖2可知，5G網絡具有三大主要應用場景，即增強移動寬帶、大規模機器通信和高可靠低時延通信[9]。因此，5G網絡具有前所未有的傳輸能力，可以實現大量信息低時延高可靠的傳輸，這就為開放教學提供了重要的網絡支撐。人工智能致力于機器具有智能化的處理能力，其主要實現形式為機器學習[10]。近年來，隨著以深度學習為代表的機器學習的快速發展，人工智能在各行各業得到了廣泛的應用。由圖3可知，深度學習以多層神經網絡對數據進行處理，因而可以實現多種智能化處理[11]。因此，人工智能為開放教學提供了極強的處理能力。5G 技術的到來，將實現4A學習模式（anybody，anytime，anywhere，anydevice，4A），即任何人、任何時間、任何地點都可以通過任何設備訪問網絡進行學習。教育的本質是信息的傳遞，5G 網絡將憑借其“大帶寬、低時延、大連接”等優勢，與移動互聯網、AR/VR 等技術一起，在整合優質教學資源、緩解工學矛盾問題和豐富實踐教學手段等方面發揮重要作用，能夠極大推動農民大學生繼續教育的發展。

3.2 體系架構

5G+人工智能時代的到來使農學課程開放教育獲得了更多的發展機遇，從而有機會實現從傳統農科向新農科的轉型升級，解決農學開放教育面臨的一系列問題?；诖?，筆者根據5G+人工智能的特點，結合長期的農學開放教學經驗，提出了一種基于5G+人工智能的新農科開放教學體系。這一教學體系將新一代信息技術應用于農學課程開放教學，可以極大提升新農科課程的開放教學效果（圖4）。

由圖4可知，這一教學體系包括3個部分，即基于人工智能的前端設備、5G網絡和課程服務器。師生穿戴基于人工智能的前端設備，如AR/VR等，通過5G網絡進行交互，同時交互的信息在課程服務器存儲和處理。利用基于人工智能的前端設備的強大處理能力和5G網絡極強的傳輸能力，可以遠程進行各種形式的教學，從而滿足新農科的要求。

3.3 教學形式

基于5G+人工智能的新農科開放教學體系可以提供豐富多樣的教學形式，滿足不同人群的教學需求。

3.3.1 虛擬現場教學。

傳統的開放教學的形式單一，無法增強學生的學習熱情。新農科涉及前沿的生物學理論和技術，更加需要學生積極和主動的學習?；?G+人工智能的新農科開放教學系統，利用人工智能前端的虛擬現實能力和5G網絡的快速傳輸能力，可以虛擬出一個教室環境，師生如同面對面的教學，師生之間可以進行如同課堂教學一般的各種交互。在這種情況下，開放教學的遠程隔絕效應被打破，師生之間沒有空間距離，可以極大地增強學生的學習熱情。

3.3.2 增強型教學。

傳統的開放教學內容統一，無法滿足不同人群的需求?；?G+人工智能的新農科開放教學體系利用人工智能前端自動為相應的人群從教學服務器上調閱相關知識點的支撐理論和后續發展，并給出提示。這樣，毫無經驗的初學者可以了解這個知識點的基礎，而具有一定工作經驗的技術人員可以了解這個知識點在實際農業生產中的應用，極大提高學生學習的積極性與學習效果，滿足不同層次學生的需求。

3.3.3 沉浸式教學。

傳統的開放教學缺乏試驗和實踐環節，無法有效加深學生對所學知識點的理解?；?G+人工智能的新農科開放教學體系利用人工智能前端渲染出一個農業生物實驗室，學生可以身臨其境進行試驗操作，服務器計算出學生試驗操作的效果，同時學生可以利用語音記錄試驗結果，并撰寫試驗報告。同樣，基于5G+人工智能的新農科開放教學體系也可以利用人工智能前端渲染出一個農場，學生在農場中可以進行各種實踐活動。這種沉浸式教學具有低成本、高靈活和自定制的優點，可以極大地擴展學習的范圍。

4 小結

基于新農科課程體系的特點和在教學及相關本科畢業設計指導中發現的若干農科課程開放教學問題，筆者展開研究，提出了一種基于5G+人工智能的新農科開放教學體系及其教學形式。初步實踐結果表明，這種基于5G+人工智能的新農科教學體系可以提供豐富的教學形式，滿足不同人群的教學需求，有效提高學生學習的積極性，顯著增強新農科課程開放學習的效果。該教學體系的提出旨在高質量培養農民大學生，切實提高農民大學生思維能力、動手能力和創新能力。

綜合而言，筆者希望利用5G+人工智能架構的體系建立一種全新的教學形式，為廣大鄉村培養有學習熱情、既具備理論基礎又懂得前沿技術、綜合素質高的農民大學生，為鄉村振興提供人才的動力。

參考文獻

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