李苹芳 于华平 赵鹂

摘要 分析了当前新农科背景下针对农村的“一村一名大学生”培养改革的迫切性以及农科课程开放教育中存在的难点和问题，提出了一种基于5G+人工智能的新农科课程开放教学体系。该教学体系包括基于人工智能的前端设备、5G网络和课程服务器三个部分。基于这一教学体系，可以开展虚拟课堂教学、增强型教学和沉浸式教学，满足不同人群的教学需求，有效提高学生学习的积极性，显著增强新农科课程开放学习的效果。该教学体系的提出旨在高质量培养农民大学生，切实提高农民大学生思维能力、动手能力和创新能力。

关键词 新农科;开放教育;5G;人工智能;农民大学生

中图分类号 S-01  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2022）05-0269-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.05.070

开放科学（资源服务）标识码（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 浙江开放大学2018教学团队项目（QK050112181073）;浙江开放大学2020高等教育改革和课堂教学改革项目（QK050112201039）;2021年度高校国内访问学者“教师专业发展项目”（FX2021220）。

作者简介

李苹芳（1982—），女，江苏苏州人，副研究员，博士，从事瓜类作物栽培育种研究和农民大学生培养研究。

收稿日期 2021-10-18

我国农科高等教育的体系除普通高等农业学校提供的全日制大学生培养模式外，还包括面向农村的“一村一名大学生”（以下简称“一村一”）培养模式。这一培养模式始于2004年，教育部通过原广播电视大学（现开放大学）完善的办学系统，在广大农村开展“一村一名大学生计划”，为农村培养“留得住，用的上”的人才。实践证明，实施农民大学生项目为广大农民提供了享受高等教育资源、接受高等教育的机会，为农村“创业富民、创新强省”实用人才培养提供了丰富的专业类别和强大的培训力量[1]。党的十九大报告提出，实施乡村振兴战略，要培养造就一支懂农业、爱农村、爱农民的“三农”工作队伍，人才振兴是乡村振兴的关键。与普通高等农学学校不同的是，“一村一”农民大学生培养直接面向农村，培养的学生直接为农村服务，可以说是当前乡村振兴中的主力军[2]。因此，如何更好地培养这批农民大学生，发挥他们在乡村振兴中的作用，直接关系到乡村振兴战略的实施效果。

当前农科高等教育面临着新的形势。2018 年 12 月，教育部在中国农业大学组织召开“新农科”建设研讨会，提出要以现代科学技术改造提升现有的涉农专业，布局适应新产业、新业态发展需要的新型涉农专业，推进课程体系、实践教学、协同育人等方面的改革，为乡村振兴发展提供更强有力的人才支撑[3]。针对新农科建设的提出，普通涉农高校纷纷提出建设思路，包括高校教育改革探索、农学专业综合实践改革的研究、专业培养模式的研究、课程建设等方面的研究[4-7]。“一村一”农民大学生的培养作为农科高等教育的一部分，目前鲜有学者探讨新农科背景下农科开放教育的改革与探索。因此，在当前建设新农科的大形势下，如何利用现代科学技术为乡村振兴培养高质量的农民大学生是一个迫切需要探讨的问题。

1 “一村一”农民大学生的现状分析

“一村一名大学生计划”是教育部于 2003 年由原广播电视大学，现开放大学实施的农民大学生培养计划。自 2004 年全国广播电视大学首次招生至今，“一村一名大学生计划”随着中央广播电视大学的转型已经步入内涵发展阶段，积极参与国家推行的乡村振兴战略，为乡村建设贡献力量。以浙江开放大学为例，自2004年实施农民大学生项目以来，农民大学生培养项目的办学规模不断扩大，试点单位由2004年的6个发展到62个（现在为57个），专业数由原来的6个增加到11个，2017年秋季开始招收园艺本科专业。截止2020秋季，共招收涉农专业农民大学生84 817人，特别是自2015年突破5 000人以后，招生规模连续大幅增长，2017—2020年浙江省招收“一村一”农民大学生33 699人。“一村一”农民大学生教育作为农科高等教育的一部分为农村培养人才成效显著，但也存在一些隐性问题。

1.1 现有课程设置与学生需求之间存在脱节

与一般的高等学校相比，开放大学的受众（即学生）数量大，基础知识掌握程度也参差不齐，既有一定工作经验的农业技术人员，也有从事其他行业的人员;年龄跨度也较大，既有六、七十岁的退休人员，也有十几、二十几岁的年轻人。开放大学目前采用的是三级办学系统，即国家开放大学、省级开放大学、地市县三方共同参与培养的体系。以园艺本科专业为例，共有公共基础课、专业基础课、专业课、通识课、专业拓展课、综合实践、英语和思想政治课八大模块，其中必修课由国家开放大学进行线上课程建设、出题等管理，选修课由省级开放大学组织线上课程建设、出题（题库）管理，地市县教学点负责组织面授课、实践教学、组织线下考试等。具体以园艺本科专业的必修课园艺植物育种学为例，学生平时以观看国开学习网的视频录播课进行自学，并完成形考作业，教学点每学期组织2～4次集中面授。学生通过观看视频录播课可以掌握一些理论知识，但由于教材、视频不能实时更新，因而无法满足不同人群的需求。具有一定工作经验的农业技术人员希望了解前沿的理论和技术，而毫无经验的初学者希望更多地了解农业基础知识。农学开放教学受众的多样性对新农科建设提出了更高的要求。

1.2 农学课程开放教学的形式单一，学生的学习热情不高

与一般的高等学校不同，开放大学的教师和学生处于不同的物理空间，学生主要通过收看网络录播课或直播课，结合课本进行自学。学校虽然设置了一定比例的面授课（每学期2～4次），但还是以自学为主。这虽然极大地方便了学生对课程的选读，但也造成教学形式的单一化。学生利用网络视频进行自学时，缺乏师生之间的互动和交流。农科学生基础相对薄弱，且农科类课程注重实操，农学开放教学形式的单一性无法增强学生的学习热情，这就要求新农科建设需要考虑开放教学的特点。

1.3 农科开放教育实践教学开展不足，无法加深学生对理论知识的理解

目前所有课程的实践教学环节安排在各教学点，但各教学点的试验条件参差不齐，有的教学点甚至很难开展试验或实践环节的教学，特别是涉及需要实验室的课程实践教学较难开展。以园艺本科专业为例，多门课程如植物生理学、农业微生物学、园艺植物育种学、园艺植物组织培养等课程理论性强，实践环节对于加深理论知识的学习、并将理论学习运用到生产至关重要。因此，缺乏實践环节的体验，很难让学生对于理论知识有一个较为深入的理解，更无法运用于实际。

因此，如何在较短的时间内解决以上突出的问题、提高农民大学生的培养质量要求人们向现代科学技术寻求解决方案。

2 新农科建设对农科人才的需求

目前，我国农业面临资源环境压力大、农业效益偏低、农民收入增长缓慢、农村整体衰败的问题。党的十九大报告提出的实施乡村振兴战略是我国新时期“三农”工作的总抓手，是今后长期贯穿于我国改革发展进程的重要历史任务。实现乡村振兴战略的关键是培养一批懂农业、爱农村、爱农民的农业人才队伍。

由图1可知，新农科建设的具体要求是要利用生物技术、信息技术、工程技术和人工智能等对传统农业学科进行改造升级，解决传统农业学科发展动力发展不足的问题，为农业高等教育注入新的发展动能，特别是与生物技术、信息技术、工程技术和人工智能等的专业知识交叉融合，从而适应新时代对农业学科的需求。这也是实施乡村振兴和生态文明战略的新需求，是我国传统农业向现代农业的转型升级，是实现农业现代化的内在要求。

因此，在新农科背景下，“一村一”农民大学生作为农科高等教育的一部分，更需要教学者有意识地将生物技术、信息技术、工程技术和人工智能等专业知识交叉融入日常教学中，这也给“一村一”农民大学生教育提出了新的挑战，促使教育工作者对现有的“一村一”农民大学生培养模式进行改革。

3 5G+人工智能助力的农科开放教育新模式探索

3.1 5G+人工智能时代的到来

5G（the fifth generation network）是第五代移动通信系统的简称[8]。由图2可知，5G网络具有三大主要应用场景，即增强移动宽带、大规模机器通信和高可靠低时延通信[9]。因此，5G网络具有前所未有的传输能力，可以实现大量信息低时延高可靠的传输，这就为开放教学提供了重要的网络支撑。人工智能致力于机器具有智能化的处理能力，其主要实现形式为机器学习[10]。近年来，随着以深度学习为代表的机器学习的快速发展，人工智能在各行各业得到了广泛的应用。由图3可知，深度学习以多层神经网络对数据进行处理，因而可以实现多种智能化处理[11]。因此，人工智能为开放教学提供了极强的处理能力。5G 技术的到来，将实现4A学习模式（anybody，anytime，anywhere，anydevice，4A），即任何人、任何时间、任何地点都可以通过任何设备访问网络进行学习。教育的本质是信息的传递，5G 网络将凭借其“大带宽、低时延、大连接”等优势，与移动互联网、AR/VR 等技术一起，在整合优质教学资源、缓解工学矛盾问题和丰富实践教学手段等方面发挥重要作用，能够极大推动农民大学生继续教育的发展。

3.2 体系架构

5G+人工智能时代的到来使农学课程开放教育获得了更多的发展机遇，从而有机会实现从传统农科向新农科的转型升级，解决农学开放教育面临的一系列问题。基于此，笔者根据5G+人工智能的特点，结合长期的农学开放教学经验，提出了一种基于5G+人工智能的新农科开放教学体系。这一教学体系将新一代信息技术应用于农学课程开放教学，可以极大提升新农科课程的开放教学效果（图4）。

由图4可知，这一教学体系包括3个部分，即基于人工智能的前端设备、5G网络和课程服务器。师生穿戴基于人工智能的前端设备，如AR/VR等，通过5G网络进行交互，同时交互的信息在课程服务器存储和处理。利用基于人工智能的前端设备的强大处理能力和5G网络极强的传输能力，可以远程进行各种形式的教学，从而满足新农科的要求。

3.3 教学形式

基于5G+人工智能的新农科开放教学体系可以提供丰富多样的教学形式，满足不同人群的教学需求。

3.3.1 虚拟现场教学。

传统的开放教学的形式单一，无法增强学生的学习热情。新农科涉及前沿的生物学理论和技术，更加需要学生积极和主动的学习。基于5G+人工智能的新农科开放教学系统，利用人工智能前端的虚拟现实能力和5G网络的快速传输能力，可以虚拟出一个教室环境，师生如同面对面的教学，师生之间可以进行如同课堂教学一般的各种交互。在这种情况下，开放教学的远程隔绝效应被打破，师生之间没有空间距离，可以极大地增强学生的学习热情。

3.3.2 增强型教学。

传统的开放教学内容统一，无法满足不同人群的需求。基于5G+人工智能的新农科开放教学体系利用人工智能前端自动为相应的人群从教学服务器上调阅相关知识点的支撑理论和后续发展，并给出提示。这样，毫无经验的初学者可以了解这个知识点的基础，而具有一定工作经验的技术人员可以了解这个知识点在实际农业生产中的应用，极大提高学生学习的积极性与学习效果，满足不同层次学生的需求。

3.3.3 沉浸式教学。

传统的开放教学缺乏试验和实践环节，无法有效加深学生对所学知识点的理解。基于5G+人工智能的新农科开放教学体系利用人工智能前端渲染出一个农业生物实验室，学生可以身临其境进行试验操作，服务器计算出学生试验操作的效果，同时学生可以利用语音记录试验结果，并撰写试验报告。同样，基于5G+人工智能的新农科开放教学体系也可以利用人工智能前端渲染出一个农场，学生在农场中可以进行各种实践活动。这种沉浸式教学具有低成本、高灵活和自定制的优点，可以极大地扩展学习的范围。

4 小结

基于新农科课程体系的特点和在教学及相关本科毕业设计指导中发现的若干农科课程开放教学问题，笔者展开研究，提出了一种基于5G+人工智能的新农科开放教学体系及其教学形式。初步实践结果表明，这种基于5G+人工智能的新农科教学体系可以提供丰富的教学形式，满足不同人群的教学需求，有效提高学生学习的积极性，显著增强新农科课程开放学习的效果。该教学体系的提出旨在高质量培养农民大学生，切实提高农民大学生思维能力、动手能力和创新能力。

综合而言，笔者希望利用5G+人工智能架构的体系建立一种全新的教学形式，为广大乡村培养有学习热情、既具备理论基础又懂得前沿技术、综合素质高的农民大学生，为乡村振兴提供人才的动力。

参考文献

[1] 方志刚.以农民大学生培养项目为载体为农村发展与变革提供人才支撑的实践与探索[J].中国远程教育，2010（7）：13-18.

[2] 翁贞林，刘馨怡.乡村振兴视域下“一村一名大学生工程”价值解读与实践探索[J].高等农业教育，2018（5）：9-13.

[3] 黄国华.新改革 新农科（北京林业大学教育教学改革优秀论文选编）[M].北京：中国林业出版社，2020.

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[5] 刘宏波，崔鹏.基于“新农科”理念的农学专业综合实习课程改革探索：以浙江农林大学为例[J].高教学刊，2021（8）：121-124.

[6] 余义和，郭大龙，张菊平.“新农科”园艺专业创新人才培养模式改革研究[J].教育教学论坛，2021（4）：181-184.

[7] 马香丽，杨士同，刘小峰.跨界视域下新农科人才培养模式和路径的思考[J].中国农业教育，2020，21（6）：34-40.

[8] CHEN X M，QI Q.Convergence of Energy，Communication and Computation in B5G Cellular Internet of Things[M].Singapore：Springer Press，2020.

[9] 劉毅，刘红梅，张阳，等.深入浅出5G移动通信[M].北京：机械工业出版社，2019.

[10] 史蒂芬·卢奇，丹尼·科佩克.人工智能[M].林赐，译.北京：人民邮电出版社，2018.

[11] 周志华.机器学习[M].北京：清华大学出版社，2016.