1.教学方法

具备一支有国际视野和交叉学科背景的高水平教学团队

本虚拟仿真实验课程的主要成员都具有博士学位和海外留学经历，且均为长期从事精准农业航空应用技术科研和教学工作的高校教师。本课程负责人文晟博士现为基础实验与实践训练中心理论教学部主任和国家精准农业航空施药技术国际联合研究中心主任助理，一直从事精准农业航空喷雾技术方面的研究工作，2018-2019年以国家公派访问学者身份赴美国内布拉斯加州大学留学，主持了多项与精准农业航空有关的国家、省部级科研及教学改革课题。课程主要参与人兰玉彬教授现为电子学院和人工智能学院院长，兼任国家精准农业航空施药技术国际联合研究中心主任，1989-2014年在美国德州农工大学和美国农业部学习及工作，为美国农业部南方平原研究中心的高级研究员；2014年全职回国后入职华南农业大学，是国家“千人计划”特聘专家和教育部海外名师，并在国际上率先开展了农业航空遥感和精准航空施药相结合的研究工作。本虚拟仿真课程利用项目组成员丰富的教学经验与专业知识，通过为学生传授农用无人机专业基础知识并开展相关技能训练，构建基于农用无人机的“通识教育+专业训练+创新教育”的技能训练体系，以提高学生的创新实践意识。

借鉴CDIO模式和OBE思想，将先进技术与实验教学内容有效融合

发展融合无人机、智能农机、人工智能、物联网、大数据、云计算、5G等关键技术的智慧农业是构建现代化产业体系，加快建设创新国家与世界科技强国的强有力支撑。本项目依托基础实验与实践训练中心的通识课程教学平台，联合“国家精准农业航空施药技术国际联合研究中心”，落实以学生为中心的理念，增强师生互动，改革教学方法和考核方式，借鉴CDIO模式和OBE思想，结合“新工科”、“新农科”专业建设和“工程认证”，开发农用无人机产业链中关键的“精准农业航空技术与应用基础→精准农业航空施药技术理论与关键技术→精准农业航空自主飞行控制技术”虚拟仿真实验项目。项目虚实结合，紧跟智慧农业产业发展的最新动态，紧密贴合面向“新工科”、“新农科”创新人才的培养目标，从农用无人机的专业技术领域出发，结合农用无人机技术的应用现状与学生的学科知识背景，以培养多层次的复合型创新人才为靶向，以行业需求为引领，突出农用无人机通识教育核心内容，即“农用无人机各功能模块的工作原理、飞行和喷雾原理、喷雾飘移与沉积仿真分析与模拟、人工智能技术的应用、农用无人机飞行控制原理与虚拟装配、操作控制农用无人机”等知识点的教学内容，富有创新性、高阶性与挑战度（两性一度），有利于拓展工科学生的专业深度，开阔农科学生发展现代智慧农业的视野。

基于工程应用实际，教学方式方法多样，教学效果提升明显

针对农用无人机具体的应用场景和案例，教师通过适时编辑、上传“文字、图片、视频”等各种媒介进行教学准备，优化实验教学资源和项目，为师生间线上讨论、线下交流奠定基础，提出并完善“互动自主式”教学方法，使学生对通识教育课程的学习兴趣明显提升，专业技能和实践能力得到显著增强，并带动学生在大学生创新创业及挑战杯等学科竞赛中取得优异成绩。2020年，本虚拟仿真实验课程作为我校师生参加“中国国际飞行器设计挑战赛”、“第七届国际无人飞行器创新大赛”和“丁颖杯发明创意大赛”等赛前辅导课，受训学生荣获：大赛一等奖1项、二等奖2项、三等奖1项以及优秀团队奖（图28所示），

本虚拟仿真课程内容紧凑、时长合理、难度适宜，在提高效率的同时降低了安全风险，提高了通识教育课程的整体教学效果。项目可以提供校内外2000人同时使用；网站平台具有日志管理、数据备份、系统监控功能，保障信息安全，可以收集学生实验前辅助学习、实验过程指导、答疑、实验成绩的相关数据，收集学生对实验系统、实验设计、学习效果等方面的评价与反馈信息，同时项目已经纳入学校人才培养方案中运行。项目与兄弟院校和企业探索了开放共享机制，推进了项目的可持续发展。

图28 学生参加大赛获奖证书

实验教学过程的混合和课后的拓展延伸，加深了学生对“精准农业航空技术”的工程理解。显著提高了学生的创新实践能力。

2.课程实验设计

1、依托学校实践教学大平台，联合国家精准农业航空中心创建虚拟仿真实验项目，融科研与教学、专业实践与通识训练于一体，培养学生现代工程素养。

华南农业大学基础实验与实践训练中心的工程实践训练部现有教学用房6000多平方米，各种仪器设备860多台（套）数，设备总资产已达650余万元。拥有各种常规机床、钳工工具、铸工工具、交流弧焊机、氩弧焊机、加工中心、数控车床、数控铣床、数控线切割机床、注塑机、数控电火花机床、热处理炉、内雕机、外雕机和快速成型机等机械加工设备180多台套、工程材料性能测试设备30多台套以及电工电子技术实验仪器设备580多台套。

图27 国家精准农业航空施药技术国际联合研究中心具备的实验条件

2016年华南农业大学成立了由科技部认定的国家级研究中心——“国家精准农业航空施药技术国际联合研究中心”（以下简称国家精准农业航空中心）。国家精准农业航空中心主要针对国内典型粮食作物、经济作物的航空植保施药，联合美国农业部农业研究服务署航空应用技术中心（USDA-ARS-AATRU）、澳大利亚昆士兰大学（University of Queensland）农药应用和安全中心等国外先进的农业航空应用技术研究机构，围绕精准农业航空，共同开展农业航空遥感、航空精准变量喷雾等相关技术及装备的创新研究关键技术和共性问题、推广精准农业航空技术。目前，国家精准农业航空中心已拥有科研成员58人，博士、硕士研究生达100余人，中心的科研人员博士学位比例达到90%以上，分别来自农业工程、机械、计算机、数学、物理、农学和植保等多个不同学科。

本虚拟仿真教学课程拟依托华南农业大学校内外实践教学、科研训练平台，通过科教结合、创新提升等学科训练，转化我校精准农业航空学科研究成果为本科生实验教学项目，充分融合多学科知识集成系统，实现多学科、多知识系统、多模块协同的综合性实验教学方案，能较全面的针对农用无人机这个融合信息学、工程学的新型技术进行综合教学，满足精准农业技术虚拟仿真教学要求。