地方農林高校智能科學與技術專業建設實踐

饒元　王坦　張武

摘? 要：人工智能、大數據等新一代信息技術的發展極為迅速，地方農林院校應著力提升相關專業的辦學水平，為區域數字農業農村、無人農場等現代農業的建設與發展培養高層次復合型人才。從人才培養目標、課程體系建設、課程教學、課程思政、人才培養模式與師資隊伍建設等方面闡述安徽農業大學智能科學與技術專業建設探索與初步實踐及其效果，為同類院校相關專業建設提供參考。

關鍵詞：農林高校；智能科學與技術；專業建設；課程體系；復合型人才

中圖分類號：G640? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：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

在人工智能強勢來襲的今天，智能機器人、自動駕駛、無人農場等無人自主系統與應用的蓬勃發展，智能技術與裝備逐步融入了人們的生產生活，全社會對智能科學與技術等專業人才需求強烈[1-2]。作為新一輪科技發展和產業革命的核心驅動力，全球及中國人工智能相關產業進入爆發式增長階段。國務院印發的《新一代人工智能發展規劃》從整體上部署了我國的人工智能發展規劃。互聯網及高科技企業、銀行證券等金融機構、科研院所、行政部門與事業單位等均有大量人工智能就業崗位需求，呈現出就業崗位多元的典型特點。人工智能行業的高速發展離不開人才的支撐與技術的創新。據《中國人工智能人才培養報告》和教育部門測算，我國智能科學相關人才缺口將超過500萬。當前，我國的智能科學人才供需結構極為不平衡，尤其是保障智能技術工程落地的應用型人才和具備多行業經驗或多崗位能力的復合型人才緊缺。

高校作為智能科學人才輸出的重要陣地，肩負著該領域的學術研究、人才培養及服務社會的使命。近年來，隨著《高等學校人工智能創新行動計劃》等相繼頒布，高校在智能科學的專業建設、學科建設、人才培養及產學研合作等多方面進行了積極嘗試與有益探索。智能科學與技術專業是面向前沿高新技術的基礎性本科專業，具有理論性較強、涉及的對象范圍廣泛、涵蓋的技術多種多樣的特點[3-4]。作為一個多學科交叉的新興專業，目前國內開設智能科學與技術專業的各高校主要結合自身基礎和特點建設智能科學與技術專業，在人才培養定位、培養目標及課程設置方面存在明顯的差異。新形勢下，高等學校務必大力貫徹落實“三全育人”方針，把立德樹人根本任務內化到聯合培養全過程，輸送符合智能科學產業發展需求的合格人才[5]。

安徽農業大學（以下簡稱“我校”）作為一所具有較強行業背景的地方性省屬重點本科高校，自2018年籌建智能科學與技術專業并于次年首次招生以來，圍繞為智慧農業的建設與發展培養合格人才，始終密切跟蹤國內外知名高校相關專業建設動向，積極調整優化專業知識體系結構與課程設置，全面推進課程思政建設，探索更加合理可行的課程教學與人才培養模式，與時俱進、不斷完善我校的智能科學與技術專業建設體系。本文對我校智能科學與技術專業建設的探索與實踐進行了總結與展望。

一? 人才培養定位與目標

隨著我國農業勞動力成本不斷上升，農業勞動力的老齡化與短缺問題逐漸突顯，“機器換人”的需求日趨增加。智慧農場尤其是無人農場將極大地減輕農業勞動強度，顯著提高土地產出率和資源利用率，必將引領現代農業生產方式的發展，在國內外已得到了廣泛關注與發展[2，6]。為適應數字農業農村、無人農場建設與發展需求，加快培養具有農業領域背景的智能科學與技術專業人才已成為當務之急。我校作為一所具有農業背景的省屬重點本科高校，智能科學與技術專業的人才培養定位要遵循與安徽省現代農業農村和區域經濟社會發展需求接軌的原則，努力實現與安徽省新一代人工智能等戰略產業、數字農業農村、無人農場發展的對接，以有利于學生的高質量培養和專業的可持續發展。

通過學習國內外高校的辦學經驗，基于學校在智能信息感知處理、智慧農業等領域的教學科研條件，結合學生的就業/讀研傾向分布，確定了“強化工程倫理教育，加強學生責任感、創新意識培育，培養能將智能感知、分析與控制理論、方法和技術應用于現代農業農村建設與發展的數字化、智能化等領域的復合型人才”的智能專業人才培養目標。圍繞立德樹人、為區域培養能兼顧學術研究和工程應用專業人才的宗旨，以“養品行、厚基礎、重交叉、寬口徑”為原則，注重提升學生的探索精神和創新意識、邏輯思維能力與工程設計能力。培養扎實掌握智能科學與技術基礎理論、基本方法、應用工程與技術，熟悉智能科學與現代農業農村等相關交叉學科知識，具有能夠運用先進的智能科學技術解決具體農業領域應用問題潛力的高素質、復合型人才。

二? 課程體系

智能科學與技術專業要辦出特色、培養出優秀人才，必須要根據自身專業的特點、基礎、教師團隊和教學資源的情況，制定出科學、合理的知識體系與課程設置，即“因材施教、辦出特色”。地方普通高校智能科學與技術專業培養計劃的設計，既要與智能專業內涵及發展前景相適應，也要符合學校的發展戰略和培養智慧農業復合型的目標定位。根據智能科學的內涵，智能專業建設應以“智能”為主線，有機融合計算機、人工智能、自動化等專業的模式建設，著力重構既有的知識體系，避免既有知識體系和內容的簡單堆砌，重在構建智能專業特色培養方案。

我校智能專業制訂培養計劃的基本思路是：基于現有辦學基礎和條件，以數字農業農村、智慧農業、無人農場為主要應用對象，設置了機器視覺、自然語言處理、機器人等方向。以作物表型監測、蔬果智能采摘、智慧巡檢、智慧農機和智慧加工等為應用場景，將以智能農業機器人關鍵技術作為智能科學與技術專業知識體系的落腳點，強調學生在智能方法、算法和智能技術應用的知識儲備和能力培養，凸顯我校智能科學與技術專業的特色，便于學生結合自己的興趣和特長，拓展學生的就業面和未來發展空間。

為此，課程體系構建過程中主要參照了中國人工智能學會教育工作委員會提出的智能科學與技術本科專業規范[3]、鄭南寧院士主編的《人工智能本科專業知識體系與課程設置》[4]等材料。以培養學生一定的創新能力、創造能力及較強的實踐能力、就業能力為目標，以智能信息感知、處理與控制為主要專業特色和方向，構造了我校智能科學與技術專業課程體系。通常數理、外語等通識課程學校已經有嚴格的規定，下文重點論述有關專業課程體系結構和設置。

借鑒《人工智能本科專業知識體系與課程設置》中數學與統計、科學與工程、計算機科學與技術、人工智能核心和先進機器人技術等課程群的設置思路。結合我校農林業背景優勢，凝練具有農林院校特色的智能科學與技術專業課程群建設思路，設計面向復合型人才培養的“通（通識知識）-專（專業知識）-行（行業知識）”一體化專業知識體系[1]。從科類基礎課、專業基礎課、專業核心課到專業選修課的人才培養課程體系。在專業培養方案方面，從低年級的“公用基礎+通識教育”，到大二學年大類的基礎、專業的基礎，到大三的專業核心、專業選修，到大四的畢業論文。具體為大一低年級階段重點培養學生的計算思維，夯實數理基礎的同時強化計算思維能力的培養。大二階段重點培養機器學習、智能計算、操作系統等專業基礎能力。大三開設與應用相關的專業選修課，重點培養前沿知識應用能力。明確各門課程的概況和知識點，為培養具有扎實的智能基礎理論知識和較強的智能系統應用實踐能力的復合型本科人才奠定知識和能力的基礎。打造了“通識+專業”，系統化、模塊化的人才培養框架體系。

具體為智能科學專業核心課程需要在腦與認知科學、人工智能、模式識別等大量深奧抽象的智能科學理論知識中適當裁剪易于學生理解和接受的內容，使之既適合本科生層次人才培養，又能對未來的實踐起到重要作用的課程。在具體的核心課程選擇上，堅持必須是具有本專業特色的骨干課程、必須能夠構成本專業骨干課程的良性系統。此外，專業課程內容設置遵循需求牽引、科技推動的原則，以滿足當今現代農業發展的需求，能夠支持以數字農業農村、智慧農業、智慧城市和無人農場為代表的社會智能化建設為導向，積極吸收智能科學技術領域所取得的最新創新成果。表1列出了主要的專業課程。

專業核心和主要選修課程的內容是培養智能科學與技術專業人才的關鍵，內容的設計均遵循切題性和適度性，即課程的取材范圍要符合課程的內涵、內容的深淺難易程度要符合本科要求[7-8]。如機器學習課程的內容主要涵蓋機器學習基本概念、線性模型、邏輯斯蒂回歸、k近鄰、決策樹、支持向量機、集成學習、聚類和人工神經網絡等方面。教材及教案要滿足邏輯性強、語言流暢通順、圖文并茂默契和可讀性高的要求。此外，課程內容設計留有適當空間啟發學生獨立思考理論的應用。另一方面，智能科學正處在非常活躍且開放的創新發展期，注意課程內容的創新性和開放性，便于學生能夠及時跟蹤最新的前沿技術。

圍繞立德樹人的根本任務，綜合分析智能科學與技術專業特點與思政建設要點，充分挖掘思政元素，制定智能科學與技術專業的課程思政建設目標。積極改變傳統的理工科專業人才培養中注重培養學生對專業知識和技術的理解和使用，對學生文化軟實力培養考慮不足的問題，即重“理”輕“文”現象[9]。通過有機融合專業知識與課程思政內容，強化工程倫理教育，培育學生正確認識、分析、解決問題的工程思維，在潛移默化中實現思想教學，培養學生攻堅克難的奮斗意識，以達到全員、全程、全方位的“三全育人”教學目標。

三? 課程教學與人才培養模式

充分發揮教師在教學過程中的主動性，注重教學過程中思想政治教育的應用。在專業課的教學過程中努力把思想政治教育融入教學的各個環節，培養學生的職業素養、人生觀念、社會責任，致力于把學生培養成為兼具理想信念、職業素養、社會責任的智能科學與技術專業人才。圍繞課程中可挖掘的思政元素，以知識傳授與價值引領相結合為目標，任課教師積極整理專業知識背景、課程思政素材，探索專業知識與思政元素的有效融合方法，構建課程思政理念應用于課程教學的實踐之路，充分發揮各門課程的育人功能。如在課程導論課程教學中，通過回顧人工智能技術發展經歷的兩次寒冬、科學家對神經網絡的執著探索歷程與卓越成就，培養學生不畏困難、嚴謹求實的專業素養。通過波士頓動力機器人快速發展進化的教學內容，培養學生的專業榮譽感，讓學生對智能科學與技術的未來充滿信心。通過講述美國對商湯科技、科大訊飛等中國人工智能領軍企業的封鎖制裁，潛移默化地培養學生的民族自豪感及核心技術自主化的危機感與緊迫感，樹立學生科技報國的使命感。

智能科學與技術專業的很多課程原是研究生階段開設的課程，內容和難度相對來說偏高，這類課程對于地方普通高校學生的學習難度較大。在教學過程中，如何做到因材施教，將抽象深奧的理論知識具象化、簡單化存在挑戰[3]。探索了“課內外一體化的專業課程教學”和“專業課程教學中引入工程實踐思想”的教學思想，課內外一體化的專業課程教學突出“實踐性”[10]。智能科學與技術專業課程的實踐性較強。若教學過程中僅靠“課堂教學、課后作業”的教學模式，難以激起學生的學習積極性。因此，在專業課教學時，適當選取理論和實際應用結合較強的內容，教師在課堂上把教學內容徹底講透并適當提供源代碼，要求學生在課后進一步熟悉和完成作業并在課內進行交流，提高學生課外自主學習的積極性和學習效率。通過教學互動，不僅提高學生綜合知識和貫通知識的能力，也有利于提高學生相互學習和獨立解決問題與辯證思維能力，達到更好的教學效果。

加強課程實驗與實踐建設，完善重要核心課程的課程設計、創新實踐課程。內容以面向應用為前提，突破以認知為目的的實驗計劃，加強探索性、創新性的實驗內容，形成包括課程實驗、課程設計、實踐實習和畢業設計等環節構成的實踐培養體系，培養學生綜合運用所學知識動手解決實際問題的能力。將課程實驗分為基礎實驗、綜合實驗兩個層次。綜合實驗采用與作物表型監測、蔬果智能采摘、智慧巡檢等實際應用背景問題結合的案例形式，增加探究性、趣味性，激發學習興趣。基礎實驗從綜合實驗案例中分模塊提取。實驗教學過程中，按照理論教學知識點采用循序漸進式教學方法，加深學生對相關技術的理解，提高學生的學習興趣和效果，夯實學生的基礎知識，培養學生對技術的自主運用和創造性思維能力。以機器學習課程實驗為例，結合小麥光合作用效率的多光譜反演方法設計綜合性案例。在基礎實驗中既要求學生動手編程實現線性模型、決策樹、支持向量機等，也要求采用上述算法進行反演，在綜合實驗中，再調用sklearn庫來實現并系統性對比各算法的性能。學生在實驗過程中自主查閱文獻、完成程序編寫、開展性能分析及撰寫實踐報告，提升學生的綜合運用能力。

重視對學生在校期間的學習、學習進程規劃和學習方法等指導。著力打造大學四年連續的項目驅動學習計劃，大一階段通過參訪智能技術高科技企業的方式開展認知學習，根據程序設計基礎、科學計算語言制訂學生年度項目計劃。大二階段以科技創新、學科競賽為抓手，鼓勵學生基于機器學習、智能計算、數字圖像處理等課程實驗及課程設計的內容，組織教學經驗豐富的教師引導學生申報大學生創新基金項目、參加大數據分析處理與人工智能等相關競賽，達到“以賽促學”的目的，提高學習興趣和學生實踐動手能力。大三階段鼓勵學生通過雙向選擇的形式加入教師科研團隊，用做項目來驅動和檢驗學習的效果，完成其中某些小點研究的內容，把創新實踐和科研結合在一起，用科研反哺教學。通過實踐，讓學生知道哪些知識點較為薄弱，調動學生的學習積極主動性，充分發掘學生的自學能力。大四階段做畢業實習和項目研究工作，構建完整人才培養鏈條，培養學生克服困難與解決問題的思維能力。

自2019年智能科學與技術專業首次招生以來，我校多次組織該專業學生赴科大訊飛、哈工大機器人（合肥）國際創新研究院等單位進行認知實習，取得了良好效果。目前該專業已獲批大學生創新基金項目近20項，其中半數以上系省級、國家級項目，參與學生達40多人。迄今為止，加入教師科研團隊的學生有40余人，部分學生已成為所在科研團隊的骨干，累計申請發明專利/登記軟件著作權20余項，發表/錄用學術論文多篇，并在中國大學生計算機設計大賽等創新創業競賽中取得了良好的成績。

試行創新高校與行業企業聯合培養人才的機制，提升學生的動手能力、工程實踐能力。目前我校已與百度公司簽訂了《人工智能人才培養合作協議》，與科大國創、中科深谷等多家在肥的業內知名高科技企業洽談了人才合作培養意向，正穩步推進落地。擬通過畢業設計引導學生系統歸納、靈活運用智能科學與技術的方法。鼓勵就業意向明確的學生到企業進行實習實訓并完成畢業論文（設計），強化學生從事工程實踐所需的專業技術能力，鍛煉學生的工程實踐能力和獨立工作能力。畢業論文（設計）的選題可以來源于企業具體的農業農村生產智能化、農業農村現代化、智能農業機器人和智慧農業等項目實現，實現學生在校所學與智能科學與技術需求的無縫對接，提高學生的就業競爭力，并且能使學生了解所涉及的責任、公正、風險等工程倫理問題，培養學生的職業素養與道德修養。同時鼓勵意愿就業的學生在獲得學歷證書的同時，積極取得多類職業技能等級證書，拓展就業創業本領，緩解結構性就業矛盾。

四? 師資隊伍建設

我校智能科學與技術專業辦學時間較短，接受過系統學習和培訓的專業師資不足。除人才引進外，不斷加大自有師資隊伍的建設力度，通過各種措施促進師資隊伍快速成長[1]。按照“知識結構群-課程群”師資隊伍建設思路，基于專業的知識結構建立知識結構群，并構建與知識結構群相對應的“課程群”來加強師資隊伍建設。同一課程群教師的研究領域相近，便于就教學內容開展充分的討論，互幫互學、共同提高。定期開展教研活動，針對以下方面進行探討：實驗與實踐內容更新、培訓內容和安排、學生創新項目的申請及課程建設與教材建設等，及時解決教學過程中遇到的問題。

按照實踐教學工作“走出去、請進來”的原則。一方面，與百度公司等相關企業，尤其是人工智能領域專家探討實踐教學方案，探索共建實驗室、共同承擔實踐教學工作。另一方面，派出了專業課程教師參與百度公司“全國高校深度學習師資培訓班”、合肥綜合性國家科學中心“高校人工智能課程研修班”等相關培訓及時充電。探索通過青年教師實踐等渠道派出相關教師到業內知名企業掛職鍛煉的方式讓其內容熟悉智能科學與技術的行業具體應用及理解企業用人需求等，并參與實際的產品研發與調試，把創新創業教育與日常學生管理工作、教育實踐活動有機地結合起來，全面提高教師的實踐能力、教師的創新創業教育意識。

以開展課程思政培訓為抓手，加強教師自身的思想政治教育，提高全體教師思政意識。全體教師以高度責任感投入工作，做到了勤奮認真、愛崗敬業，共同完成了面向工程教育認證與課程思政建設的智能科學與技術專業培養方案、課程教學大綱的修訂。定期組織專業任課教師研討課程思政素材，集體交流課程建設、課程教學的心得與感悟。通過教學內容、教學方式等多方面的探索，努力完善思政教育教學體系，保障課程思政的教學質量。

五? 結束語

現代農業農村建設與發展離不開高層次智能科學專業人才的支撐。通過凝練智能科學與技術專業建設的思路，積極開展實踐，在課程體系建設、課程教學與人才培養模式、大學生創新基金項目申報與立項和學科競賽等方面取得了一定的效果。因首屆學生即將進入大四，部分專業建設方案尚未進入實踐。未來將結合新時代大學生思政培養和專業工程教育認證要求，系統梳理無人農場建設、智能科學與技術人才發展現狀和趨勢，完善我校的智能科學與技術專業建設體系，按照知識傳授、能力培養、價值塑造育人理念及政產學研一體化人才生態系統的發展思路，努力提升專業辦學水平，為培養具有農業領域背景的智能科學與技術專業高素質、復合型人才提供支撐。

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基金項目：安徽省2021年度省級質量工程項目“農林高校智能科學與技術專業建設探索及實踐”（2021sx038）；安徽農業大學2020年校級質量工程項目“智能科學與技術課程體系與人才培養模式探索及實踐”（2020aujyxm53）

第一作者簡介：饒元（1982-），男，漢族，安徽合肥人，博士，教授。研究方向為人工智能技術及應用。