地方农林高校智能科学与技术专业建设实践

2024-02-25饶元王坦张武

高教学刊 2024年4期

饶元　王坦　张武

摘要：人工智能、大数据等新一代信息技术的发展极为迅速，地方农林院校应着力提升相关专业的办学水平，为区域数字农业农村、无人农场等现代农业的建设与发展培养高层次复合型人才。从人才培养目标、课程体系建设、课程教学、课程思政、人才培养模式与师资队伍建设等方面阐述安徽农业大学智能科学与技术专业建设探索与初步实践及其效果，为同类院校相关专业建设提供参考。

关键词：农林高校；智能科学与技术；专业建设；课程体系；复合型人才

中图分类号：G640 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2024）04-0084-05

Abstract： With the rapid development of the new generation of information technology， e.g.， artificial intelligence and big data， local agriculture and forestry colleges and universities should focus on improving the educational level of relevant majors， as well as cultivating high-level interdisciplinary talents for the construction and development of modern agriculture， such as regional digital agriculture， rural areas and unmanned farms. This paper presents preliminary practice and effect of intelligent science and technology major construction in our university from the aspects of talent training objectives， curriculum system construction， curriculum teaching， curriculum ideology and politics， talent training mode and teacher team construction， for providing useful reference for the construction of related majors in similar universities.

Keywords： agriculture and forestry university; intelligent science and technology; major construction; curriculum system; inter-disciplinary talents

在人工智能強势来袭的今天，智能机器人、自动驾驶、无人农场等无人自主系统与应用的蓬勃发展，智能技术与装备逐步融入了人们的生产生活，全社会对智能科学与技术等专业人才需求强烈[1-2]。作为新一轮科技发展和产业革命的核心驱动力，全球及中国人工智能相关产业进入爆发式增长阶段。国务院印发的《新一代人工智能发展规划》从整体上部署了我国的人工智能发展规划。互联网及高科技企业、银行证券等金融机构、科研院所、行政部门与事业单位等均有大量人工智能就业岗位需求，呈现出就业岗位多元的典型特点。人工智能行业的高速发展离不开人才的支撑与技术的创新。据《中国人工智能人才培养报告》和教育部门测算，我国智能科学相关人才缺口将超过500万。当前，我国的智能科学人才供需结构极为不平衡，尤其是保障智能技术工程落地的应用型人才和具备多行业经验或多岗位能力的复合型人才紧缺。

高校作为智能科学人才输出的重要阵地，肩负着该领域的学术研究、人才培养及服务社会的使命。近年来，随着《高等学校人工智能创新行动计划》等相继颁布，高校在智能科学的专业建设、学科建设、人才培养及产学研合作等多方面进行了积极尝试与有益探索。智能科学与技术专业是面向前沿高新技术的基础性本科专业，具有理论性较强、涉及的对象范围广泛、涵盖的技术多种多样的特点[3-4]。作为一个多学科交叉的新兴专业，目前国内开设智能科学与技术专业的各高校主要结合自身基础和特点建设智能科学与技术专业，在人才培养定位、培养目标及课程设置方面存在明显的差异。新形势下，高等学校务必大力贯彻落实“三全育人”方针，把立德树人根本任务内化到联合培养全过程，输送符合智能科学产业发展需求的合格人才[5]。

安徽农业大学（以下简称“我校”）作为一所具有较强行业背景的地方性省属重点本科高校，自2018年筹建智能科学与技术专业并于次年首次招生以来，围绕为智慧农业的建设与发展培养合格人才，始终密切跟踪国内外知名高校相关专业建设动向，积极调整优化专业知识体系结构与课程设置，全面推进课程思政建设，探索更加合理可行的课程教学与人才培养模式，与时俱进、不断完善我校的智能科学与技术专业建设体系。本文对我校智能科学与技术专业建设的探索与实践进行了总结与展望。

一人才培养定位与目标

随着我国农业劳动力成本不断上升，农业劳动力的老龄化与短缺问题逐渐突显，“机器换人”的需求日趋增加。智慧农场尤其是无人农场将极大地减轻农业劳动强度，显著提高土地产出率和资源利用率，必将引领现代农业生产方式的发展，在国内外已得到了广泛关注与发展[2，6]。为适应数字农业农村、无人农场建设与发展需求，加快培养具有农业领域背景的智能科学与技术专业人才已成为当务之急。我校作为一所具有农业背景的省属重点本科高校，智能科学与技术专业的人才培养定位要遵循与安徽省现代农业农村和区域经济社会发展需求接轨的原则，努力实现与安徽省新一代人工智能等战略产业、数字农业农村、无人农场发展的对接，以有利于学生的高质量培养和专业的可持续发展。

通过学习国内外高校的办学经验，基于学校在智能信息感知处理、智慧农业等领域的教学科研条件，结合学生的就业/读研倾向分布，确定了“强化工程伦理教育，加强学生责任感、创新意识培育，培养能将智能感知、分析与控制理论、方法和技术应用于现代农业农村建设与发展的数字化、智能化等领域的复合型人才”的智能专业人才培养目标。围绕立德树人、为区域培养能兼顾学术研究和工程应用专业人才的宗旨，以“养品行、厚基础、重交叉、宽口径”为原则，注重提升学生的探索精神和创新意识、逻辑思维能力与工程设计能力。培养扎实掌握智能科学与技术基础理论、基本方法、应用工程与技术，熟悉智能科学与现代农业农村等相关交叉学科知识，具有能够运用先进的智能科学技术解决具体农业领域应用问题潜力的高素质、复合型人才。

二课程体系

智能科学与技术专业要办出特色、培养出优秀人才，必须要根据自身专业的特点、基礎、教师团队和教学资源的情况，制定出科学、合理的知识体系与课程设置，即“因材施教、办出特色”。地方普通高校智能科学与技术专业培养计划的设计，既要与智能专业内涵及发展前景相适应，也要符合学校的发展战略和培养智慧农业复合型的目标定位。根据智能科学的内涵，智能专业建设应以“智能”为主线，有机融合计算机、人工智能、自动化等专业的模式建设，着力重构既有的知识体系，避免既有知识体系和内容的简单堆砌，重在构建智能专业特色培养方案。

我校智能专业制订培养计划的基本思路是：基于现有办学基础和条件，以数字农业农村、智慧农业、无人农场为主要应用对象，设置了机器视觉、自然语言处理、机器人等方向。以作物表型监测、蔬果智能采摘、智慧巡检、智慧农机和智慧加工等为应用场景，将以智能农业机器人关键技术作为智能科学与技术专业知识体系的落脚点，强调学生在智能方法、算法和智能技术应用的知识储备和能力培养，凸显我校智能科学与技术专业的特色，便于学生结合自己的兴趣和特长，拓展学生的就业面和未来发展空间。

为此，课程体系构建过程中主要参照了中国人工智能学会教育工作委员会提出的智能科学与技术本科专业规范[3]、郑南宁院士主编的《人工智能本科专业知识体系与课程设置》[4]等材料。以培养学生一定的创新能力、创造能力及较强的实践能力、就业能力为目标，以智能信息感知、处理与控制为主要专业特色和方向，构造了我校智能科学与技术专业课程体系。通常数理、外语等通识课程学校已经有严格的规定，下文重点论述有关专业课程体系结构和设置。

借鉴《人工智能本科专业知识体系与课程设置》中数学与统计、科学与工程、计算机科学与技术、人工智能核心和先进机器人技术等课程群的设置思路。结合我校农林业背景优势，凝练具有农林院校特色的智能科学与技术专业课程群建设思路，设计面向复合型人才培养的“通（通识知识）-专（专业知识）-行（行业知识）”一体化专业知识体系[1]。从科类基础课、专业基础课、专业核心课到专业选修课的人才培养课程体系。在专业培养方案方面，从低年级的“公用基础+通识教育”，到大二学年大类的基础、专业的基础，到大三的专业核心、专业选修，到大四的毕业论文。具体为大一低年级阶段重点培养学生的计算思维，夯实数理基础的同时强化计算思维能力的培养。大二阶段重点培养机器学习、智能计算、操作系统等专业基础能力。大三开设与应用相关的专业选修课，重点培养前沿知识应用能力。明确各门课程的概况和知识点，为培养具有扎实的智能基础理论知识和较强的智能系统应用实践能力的复合型本科人才奠定知识和能力的基础。打造了“通识+专业”，系统化、模块化的人才培养框架体系。

具体为智能科学专业核心课程需要在脑与认知科学、人工智能、模式识别等大量深奥抽象的智能科学理论知识中适当裁剪易于学生理解和接受的内容，使之既适合本科生层次人才培养，又能对未来的实践起到重要作用的课程。在具体的核心课程选择上，坚持必须是具有本专业特色的骨干课程、必须能够构成本专业骨干课程的良性系统。此外，专业课程内容设置遵循需求牵引、科技推动的原则，以满足当今现代农业发展的需求，能够支持以数字农业农村、智慧农业、智慧城市和无人农场为代表的社会智能化建设为导向，积极吸收智能科学技术领域所取得的最新创新成果。表1列出了主要的专业课程。

专业核心和主要选修课程的内容是培养智能科学与技术专业人才的关键，内容的设计均遵循切题性和适度性，即课程的取材范围要符合课程的内涵、内容的深浅难易程度要符合本科要求[7-8]。如机器学习课程的内容主要涵盖机器学习基本概念、线性模型、逻辑斯蒂回归、k近邻、决策树、支持向量机、集成学习、聚类和人工神经网络等方面。教材及教案要满足逻辑性强、语言流畅通顺、图文并茂默契和可读性高的要求。此外，课程内容设计留有适当空间启发学生独立思考理论的应用。另一方面，智能科学正处在非常活跃且开放的创新发展期，注意课程内容的创新性和开放性，便于学生能够及时跟踪最新的前沿技术。

围绕立德树人的根本任务，综合分析智能科学与技术专业特点与思政建设要点，充分挖掘思政元素，制定智能科学与技术专业的课程思政建设目标。积极改变传统的理工科专业人才培养中注重培养学生对专业知识和技术的理解和使用，对学生文化软实力培养考虑不足的问题，即重“理”轻“文”现象[9]。通过有机融合专业知识与课程思政内容，强化工程伦理教育，培育学生正确认识、分析、解决问题的工程思维，在潜移默化中实现思想教学，培养学生攻坚克难的奋斗意识，以达到全员、全程、全方位的“三全育人”教学目标。

三课程教学与人才培养模式

充分发挥教师在教学过程中的主动性，注重教学过程中思想政治教育的应用。在专业课的教学过程中努力把思想政治教育融入教学的各个环节，培养学生的职业素养、人生观念、社会责任，致力于把学生培养成为兼具理想信念、职业素养、社会责任的智能科学与技术专业人才。围绕课程中可挖掘的思政元素，以知识传授与价值引领相结合为目标，任课教师积极整理专业知识背景、课程思政素材，探索专业知识与思政元素的有效融合方法，构建课程思政理念应用于课程教学的实践之路，充分发挥各门课程的育人功能。如在课程导论课程教学中，通过回顾人工智能技术发展经历的两次寒冬、科学家对神经网络的执着探索历程与卓越成就，培养学生不畏困难、严谨求实的专业素养。通过波士顿动力机器人快速发展进化的教学内容，培养学生的专业荣誉感，让学生对智能科学与技术的未来充满信心。通过讲述美国对商汤科技、科大讯飞等中国人工智能领军企业的封锁制裁，潜移默化地培养学生的民族自豪感及核心技术自主化的危机感与紧迫感，树立学生科技报国的使命感。

智能科学与技术专业的很多课程原是研究生阶段开设的课程，内容和难度相对来说偏高，这类课程对于地方普通高校学生的学习难度较大。在教学过程中，如何做到因材施教，将抽象深奥的理论知识具象化、简单化存在挑战[3]。探索了“课内外一体化的专业课程教学”和“专业课程教学中引入工程实践思想”的教学思想，课内外一体化的专业课程教学突出“实践性”[10]。智能科学与技术专业课程的实践性较强。若教学过程中仅靠“课堂教学、课后作业”的教学模式，难以激起学生的学习积极性。因此，在专业课教学时，适当选取理论和实际应用结合较强的内容，教师在课堂上把教学内容彻底讲透并适当提供源代码，要求学生在课后进一步熟悉和完成作业并在课内进行交流，提高学生课外自主学习的积极性和学习效率。通过教学互动，不仅提高学生综合知识和贯通知识的能力，也有利于提高学生相互学习和独立解决问题与辩证思维能力，达到更好的教学效果。

加强课程实验与实践建设，完善重要核心课程的课程设计、创新实践课程。内容以面向应用为前提，突破以认知为目的的实验计划，加强探索性、创新性的实验内容，形成包括课程实验、课程设计、实践实习和毕业设计等环节构成的实践培养体系，培养学生综合运用所学知识动手解决实际问题的能力。将课程实验分为基础实验、综合实验两个层次。综合实验采用与作物表型监测、蔬果智能采摘、智慧巡检等实际应用背景问题结合的案例形式，增加探究性、趣味性，激发学习兴趣。基础实验从综合实验案例中分模块提取。实验教学过程中，按照理论教学知识点采用循序渐进式教学方法，加深学生对相关技术的理解，提高学生的学习兴趣和效果，夯实学生的基础知识，培养学生对技术的自主运用和创造性思维能力。以机器学习课程实验为例，结合小麦光合作用效率的多光谱反演方法设计综合性案例。在基础实验中既要求学生动手编程实现线性模型、决策树、支持向量机等，也要求采用上述算法进行反演，在综合实验中，再调用sklearn库来实现并系统性对比各算法的性能。学生在实验过程中自主查阅文献、完成程序编写、开展性能分析及撰写实践报告，提升学生的综合运用能力。

重视对学生在校期间的学习、学习进程规划和学习方法等指导。着力打造大学四年连续的项目驱动学习计划，大一阶段通过参访智能技术高科技企业的方式开展认知学习，根据程序设计基础、科学计算语言制订学生年度项目计划。大二阶段以科技创新、学科竞赛为抓手，鼓励学生基于机器学习、智能计算、数字图像处理等课程实验及课程设计的内容，组织教学经验丰富的教师引导学生申报大学生创新基金项目、参加大数据分析处理与人工智能等相关竞赛，达到“以赛促学”的目的，提高学习兴趣和学生实践动手能力。大三阶段鼓励学生通过双向选择的形式加入教师科研团队，用做项目来驱动和检验学习的效果，完成其中某些小点研究的内容，把创新实践和科研结合在一起，用科研反哺教学。通过实践，让学生知道哪些知识点较为薄弱，调动学生的学习积极主动性，充分发掘学生的自学能力。大四阶段做毕业实习和项目研究工作，构建完整人才培養链条，培养学生克服困难与解决问题的思维能力。

自2019年智能科学与技术专业首次招生以来，我校多次组织该专业学生赴科大讯飞、哈工大机器人（合肥）国际创新研究院等单位进行认知实习，取得了良好效果。目前该专业已获批大学生创新基金项目近20项，其中半数以上系省级、国家级项目，参与学生达40多人。迄今为止，加入教师科研团队的学生有40余人，部分学生已成为所在科研团队的骨干，累计申请发明专利/登记软件著作权20余项，发表/录用学术论文多篇，并在中国大学生计算机设计大赛等创新创业竞赛中取得了良好的成绩。

试行创新高校与行业企业联合培养人才的机制，提升学生的动手能力、工程实践能力。目前我校已与百度公司签订了《人工智能人才培养合作协议》，与科大国创、中科深谷等多家在肥的业内知名高科技企业洽谈了人才合作培养意向，正稳步推进落地。拟通过毕业设计引导学生系统归纳、灵活运用智能科学与技术的方法。鼓励就业意向明确的学生到企业进行实习实训并完成毕业论文（设计），强化学生从事工程实践所需的专业技术能力，锻炼学生的工程实践能力和独立工作能力。毕业论文（设计）的选题可以来源于企业具体的农业农村生产智能化、农业农村现代化、智能农业机器人和智慧农业等项目实现，实现学生在校所学与智能科学与技术需求的无缝对接，提高学生的就业竞争力，并且能使学生了解所涉及的责任、公正、风险等工程伦理问题，培养学生的职业素养与道德修养。同时鼓励意愿就业的学生在获得学历证书的同时，积极取得多类职业技能等级证书，拓展就业创业本领，缓解结构性就业矛盾。

四师资队伍建设

我校智能科学与技术专业办学时间较短，接受过系统学习和培训的专业师资不足。除人才引进外，不断加大自有师资队伍的建设力度，通过各种措施促进师资队伍快速成长[1]。按照“知识结构群-课程群”师资队伍建设思路，基于专业的知识结构建立知识结构群，并构建与知识结构群相对应的“课程群”来加强师资队伍建设。同一课程群教师的研究领域相近，便于就教学内容开展充分的讨论，互帮互学、共同提高。定期开展教研活动，针对以下方面进行探讨：实验与实践内容更新、培训内容和安排、学生创新项目的申请及课程建设与教材建设等，及时解决教学过程中遇到的问题。

按照实践教学工作“走出去、请进来”的原则。一方面，与百度公司等相关企业，尤其是人工智能领域专家探讨实践教学方案，探索共建实验室、共同承担实践教学工作。另一方面，派出了专业课程教师参与百度公司“全国高校深度学习师资培训班”、合肥综合性国家科学中心“高校人工智能课程研修班”等相关培训及时充电。探索通过青年教师实践等渠道派出相关教师到业内知名企业挂职锻炼的方式让其内容熟悉智能科学与技术的行业具体应用及理解企业用人需求等，并参与实际的产品研发与调试，把创新创业教育与日常学生管理工作、教育实践活动有机地结合起来，全面提高教师的实践能力、教师的创新创业教育意识。

以开展课程思政培训为抓手，加强教师自身的思想政治教育，提高全体教师思政意识。全体教师以高度责任感投入工作，做到了勤奋认真、爱岗敬业，共同完成了面向工程教育认证与课程思政建设的智能科学与技术专业培养方案、课程教学大纲的修订。定期组织专业任课教师研讨课程思政素材，集体交流课程建设、课程教学的心得与感悟。通过教学内容、教学方式等多方面的探索，努力完善思政教育教学体系，保障课程思政的教学质量。

五结束语

现代农业农村建设与发展离不开高层次智能科学专业人才的支撑。通过凝练智能科学与技术专业建设的思路，积极开展实践，在课程体系建设、课程教学与人才培养模式、大学生创新基金项目申报与立项和学科竞赛等方面取得了一定的效果。因首届学生即将进入大四，部分专业建设方案尚未进入实践。未来将结合新时代大学生思政培养和专业工程教育认证要求，系统梳理无人农场建设、智能科学与技术人才发展现状和趋势，完善我校的智能科学与技术专业建设体系，按照知识传授、能力培养、价值塑造育人理念及政产学研一体化人才生态系统的发展思路，努力提升专业办学水平，为培养具有农业领域背景的智能科学与技术专业高素质、复合型人才提供支撑。

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基金项目：安徽省2021年度省级质量工程项目“农林高校智能科学与技术专业建设探索及实践”（2021sx038）；安徽农业大学2020年校级质量工程项目“智能科学与技术课程体系与人才培养模式探索及实践”（2020aujyxm53）