農業工程專業“人工智能+教育”及ChatGPT導學實踐

摘" 要：“人工智能+教育”作為當前教育變革的核心趨勢，借助高科技手段優化教學方式、提高教育質量和效率，有望對教育領域產生深遠影響。以此為核心，著重探索人工智能技術在高校農業工程專業教育教學改革中的實際應用及ChatGPT在其中發揮的角色和影響。依托“人工智能+”學科群，并結合社會經濟發展需求優化農業工程專業的學科布局;進而通過ChatGPT引導交互式學習，轉變傳統教學方式，提高學生的學習效果。西南大學農業工程專業的教學實踐表明，ChatGPT以其個性化的教學策略，提高學生的學習效率和興趣，為教師提供實時的學習狀況反饋，為優化教學方法提供有效手段。

關鍵詞：新工科;ChatGPT;翻轉課堂;“人工智能+教育”;高校教學改革

中圖分類號：G640" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-000X（2025）04-0001-04

Abstract： As the core trend of current educational reform， \"Artificial Intelligence + Education\" leverages advanced technology to optimize teaching methods， enhance the quality and efficiency of education， and is expected to have a profound impact on the field of education. Based on this， the study focuses on exploring the practical applications of artificial intelligence technology and the role and influence of ChatGPT in the educational reform of the agricultural engineering discipline at universities. Relying on the interdisciplinary approach of \"Artificial Intelligence +，\" the study optimizes the discipline layout of agricultural engineering majors in response to the demands of socio-economic development. Subsequently， through the use of ChatGPT to guide interactive learning， the traditional teaching methods are transformed， leading to improved learning outcomes for students. The educational practice in the agricultural engineering discipline at Southwest University demonstrates that ChatGPT， with its personalized teaching strategies， enhances students' learning efficiency and interest while providing real-time feedback to teachers on students' learning progress. This， in turn， offers effective means for optimizing teaching methods.

Keywords： new engineering; ChatGPT; flipped classroom; \"artificial intelligence + education\"; higher education teaching reform

隨著全球科技的發展，人工智能對所有行業，包括傳統學科如農業工程，產生了深遠影響[1]。農業工程專業不僅面對這些挑戰，還在中國農業現代化和農村發展中扮演關鍵角色。中國，作為全球最大的教育市場之一，一直在積極推動教育現代化進程，實施教育信息化2.0行動計劃，并注重整合最新科技以提升教育質量。特別是農業工程教育領域，習近平總書記給中國農業大學科技小院同學們的回信，肯定了農業高?？萍夹≡喝瞬排囵B模式改革的成效，為農學類學科人才培養指明了新的方向，并對廣大師生服務“三農”事業寄予了厚望。

在這一背景下，農業工程專業作為高等教育中的一項關鍵學科，亟待借助人工智能等前沿科技的力量，創新教育模式，提升教學效果，以更好地適應現代社會發展的需要[2]。然而，對于如何將人工智能技術融入高校農業工程專業教育與教學，如何使其真正發揮優勢，提高教學效率和質量，仍存在很大挑戰[3]。

近年來，OpenAI推出的GPT系列模型，尤其是ChatGPT （Chat Generative Pretrained Transformer）——預訓練生成模型，以其強大的自然語言理解和生成能力，成為教育領域重要的人工智能工具。它可以提供個性化的學習體驗，解答學生的疑問，引導他們獨立思考，從而提高學生的學習效果。ChatGPT等人工智能工具的出現可能觸發全局性甚至顛覆性的教育改革[4]，但對其效果存在不同觀點。因此，需要客觀地認識到ChatGPT的優勢和潛在問題，對其在高等教育領域可能帶來的變革進行深入的分析和研判，以便能夠主動應對。這對于高等教育的人才培養和高質量發展有著重要的意義[5]。

因此，本文旨在探討“人工智能+教育”模式，特別是ChatGPT在農業工程專業中的具體應用實踐，以期為農業工程專業的教育改革和人才培養提供有益的參考和借鑒。

一" 農業工程“人工智能+”學科建設思考

（一）" 農業工程教育的演變和現狀

農業工程教育旨在為農業提供技術人才。近幾十年，科技和農業現代化推動了其從傳統到現代的轉變，結合理論和實踐技能，培育了眾多農業工程人才。中外農業工程學科都有周期性的發展，但中國的模式為“后發創新型”[6]。盡管中國農業工程教育追求國際前沿，但在智能農業等領域與發達國家仍有差距。目前，通才與專才的結合已是趨勢，我們應依地域需求建立多元化人才模式，推進課程改革，提高學生實踐能力。

然而，現代社會對農業工程人才的新需求和新挑戰使農業工程教育面臨一些問題，包括如何將最新的科技成果和理念融入教學，如何培養學生的創新能力和實踐能力，以及如何適應農業的數字化和智能化的發展等。隨著人工智能學科的興起，借助其理念、范式及其衍生工具，并與傳統學科教育有機融合，為中國農業工程教育追趕國際學科前沿提供了新的機遇。

（二）" 人工智能在教育領域的應用

人工智能的快速發展給教育領域帶來了深遠的影響，表現在以下幾方面：①教學應用，教育機器人。如機器人，模仿學習過程，提供精準知識，滿足課程需求，功能包括主持、代理、管理、學科教學和輔助教學。②服務范圍，業務和技術類核心服務。業務類滿足教學需求，提供個性化服務;技術類基于機器人技術，實現低成本教育產品[7]。

然而，人工智能在教育領域的應用也存在一些問題和挑戰，如數據安全、倫理問題和技術難題等。①數據安全和隱私問題，需要確保個人信息不被泄露或濫用;② 技術替代性，尋找教師與AI并行的方式，而非用人工智能替代教師;③資源分配不均，有可能導致教育資源的進一步分化;④教師可能缺乏使用AI工具的技能和知識，需要提供更多的培訓和支持;⑤AI的倫理問題，如對學生進行標簽化的預測可能影響他們的學習動機;⑥技術可靠性問題，例如自動評分系統可能無法完全理解并準確評估學生的創新答案。

（三）" ChatGPT在教育領域的應用

ChatGPT，作為近年來人工智能工具的代表，其在教育領域具有很大的應用潛力。在學習層面，ChatGPT可以模擬類似“蘇格拉底教學法”的對話模式，通過深入的提問和適時的引導，使學生從思考中發現知識，從而實現個性化和自適應學習。它能夠根據每個學生的學習進度、興趣和理解能力提供量身定制的教學方案。此外，由于ChatGPT能隨時隨地進行互動，它可以為學生提供實時的學習反饋，幫助他們及時調整學習策略，從而增強學習效果[8]。

在教學層面，ChatGPT能協助教師進行課程設計和教學資源的查找，甚至可以幫助教師進行教學課件的制作。例如如果教師在準備課程或寫論文時需要尋找特定的圖像或者信息，他們可以使用ChatGPT的搜索和生成功能，這不僅能節約教師的時間和精力，也能豐富教學內容和方式。此外，ChatGPT也可以用于模擬學生提問，從而幫助教師提前準備教學內容，提高教學效率。

在教學管理層面，ChatGPT能處理大量的事務性工作，如生成通知、編寫規章制度等，從而提升工作效率。而且，由于它具有強大的數據處理和分析能力，可以協助教育管理者進行更精準的決策。例如在教師招聘和評價環節，ChatGPT可以進行全方位的數據對比分析，為教育管理者提供客觀、全面的信息，從而幫助他們做出更加合理的決策[9]。

二" 農業工程“人工智能+”學科建設的交叉融合模式

農業工程教學改革以人工智能為核心，分兩方面進行。首先，依托學校的計算機科學優勢，建立了人工智能基礎方向，如機器學習、深度學習等，增強學生理論與實踐能力。其次，結合重慶產業發展與西南大學農業工程優勢，引入如智能農業裝備、智慧設施農業等新學科方向。這一舉措不僅實現了人工智能學科建設與農業工程領域學科建設的協同發展，還為“農業工程+人工智能”的交叉融合模式（圖1）奠定了基礎。

新技術如大數據和物聯網為智能云計算研究提供機會。開展“人工智能+農業工程”跨學科研究，并建立產學研結合的激勵機制，促進科技成果的應用。為加強新工科建設，與多家知名企業合作，引入資源提升學生科學與實踐能力。優化人才培養體系，提高學生的實踐、科研和創新能力。設立農業工程“人工智能+”課程，除課堂學習外，還鼓勵學生參與企業實踐，優化課程建設。

大數據、人工智能、云計算和物聯網等技術的發展為構建智能云計算科研與學科平臺提供了契機。著力開展農業工程“人工智能+”跨學科研究，圍繞人工智能、云計算、互聯網和大數據等領域的基礎理論、核心關鍵技術和公共支撐平臺進行探索，同時建立產學研結合的激勵機制，以便促進科技成果的轉化與應用。

在線教學方面，將課程內容布置在超星泛雅平臺的在線網絡課程上，并采用了“ChatGPT引導交互式”學習法。課程提供了完備的學習資源，包括課程視頻、課件、作業、電子教材以及授課計劃。學生可以根據自身需求，自主選擇重點學習內容，并在平臺上提出問題，與ChatGPT進行互動學習。

在農業機械化及其自動化專業的混合式教學中，ChatGPT起到了核心作用。翻轉課堂中，學習小組代表提出問題，得到ChatGPT和其他同學或教師的解答。之后，表現優秀的同學進行操作演示，由教師評價和總結。這一教學模式不僅豐富了資源，還加強了學生與ChatGPT的互動，橋接了理論與實踐，如圖2所示。

綜上所述，融合AI的教學方法提升了教學效率，并為學生帶來了新體驗。

三" “人工智能+教育”在農業工程專業的應用實踐

（一）" 人工智能教學工具在農業工程課程中的具體應用

在教學過程中，利用了多種人工智能教學工具，包括智能題庫、智能評測、智能推薦系統等。利用大數據分析技術，可以精準地根據每一位學生的學習能力和進度，提供符合其需求的個性化學習路徑和資源推薦。這種方法突破了傳統教育的一刀切模式，使得教學更加精準，更能滿足個體學習差異的需求。統計分析顯示，使用這些工具后，學生的學習效果平均提高了15%，證明了人工智能教學工具在農業工程課程中的應用效果。

農業工程實驗課程中也運用了人工智能技術。例如，AI驅動的虛擬農業實驗室包含各種基于真實環境模擬的實驗場景。通過虛擬實驗室，學生可以在不受物理條件限制的情況下進行實驗，例如他們可以模擬不同的氣候條件下的農作物生長情況，或者進行農業機械設備的虛擬操作和測試。這種方法既安全又高效，同時也能激發學生的學習興趣。此外，在實驗過程中引入了機器學習算法，例如用于分析農作物生長數據、預測農業產量等。這些機器學習模型的訓練和應用，不僅為學生提供了豐富的實踐經驗，也讓他們深刻理解了AI如何在農業工程中發揮作用。

（二）" ChatGPT在農業工程專業的導學實踐

1" ChatGPT在輔導、解答疑問、引導學習上的表現

ChatGPT作為一個智能的教學助理在農業工程專業的教學過程中發揮了重要的角色。這種人工智能工具的主要優勢在于其即時在線解答問題的能力。無論是對于基礎的概念理解還是復雜的農業工程問題，ChatGPT都能以深入淺出的方式為學生提供準確的答案。此外，基于學生的學習進度、興趣和需求，ChatGPT還能推薦相關的學習資料和資源，輔助學生理解和掌握更復雜的知識。

滿意度調查結果顯示，超過85%的學生對ChatGPT在課程中的表現表示滿意或非常滿意，認為它在提升學習效率和激發學習興趣方面起到了重要的作用。這一結果說明了ChatGPT對于農業工程教學質量的積極影響。

2" ChatGPT幫助改進教學方法和提高學生學習效果

ChatGPT作為AI教學助手，在優化教學和提高學生效果方面展現優勢。其全天在線服務能為學生提供個性化學習建議和路徑，同時，分析學生數據，為教師提供實時反饋，協助教學策略調整。根據數據，使用ChatGPT后，學生學習成績平均提升15%。

總的來說，ChatGPT在農業工程專業的導學實踐中取得了顯著的成果。其作用不僅體現在提高學生的學習效率和成績，也表現在為教師優化教學提供了有力的工具和支持。但必須明確，ChatGPT雖然擁有強大的輔助教學能力，但它并不能替代教師的角色。教師的專業知識、經驗和人文關懷是任何人工智能都無法替代的。ChatGPT的主要目標是作為一個輔助工具，為教師提供更多的便利，為學生提供更多的學習機會，以共同推動高校農業工程專業教育教學的進步。

（三）" ChatGPT的優勢和局限

與傳統的教學方法相比，ChatGPT具有以下明顯的優勢：①可以提供全天候的學習支持，滿足學生隨時隨地學習的需求;②能夠根據學生的個性化需求，提供定制化的學習建議;③能為教師提供實時反饋，幫助教師優化教學方法，提高教學效果。然而，也不能忽視ChatGPT存在的局限，如不能提供面對面的交流體驗，對復雜的情感和語境理解能力有限，有時對一些復雜的問題提供的答案可能不準確等。

雖然ChatGPT已經在教學中起到了很大的作用，但仍有很多可以改進和優化的地方。例如可以通過深度學習和遷移學習等先進技術，進一步提高ChatGPT對學生問題和需求的理解能力;可以嘗試將ChatGPT與其他教學工具進行深度融合，為學生提供更全面、更豐富的學習體驗;還可以通過特定領域的專業訓練，使ChatGPT在農業工程等特定領域的教學中，能提供更專業、更精準的學習支持。這些都是可以探索和實踐的方向，也是未來提高教學效果和教學質量的關鍵步驟。

四" 結束語

（一）" ChatGPT在高校農業工程專業教育教學中的成效和挑戰

ChatGPT在高校農業工程專業教育中的應用已取得顯著成效。①個性化輔導。智能學習路徑和資源推薦提高學生學習效率，增強主動性和興趣，提升效果。② 實時反饋。ChatGPT提供迅速準確解答，教師可實時調整方案，進一步提高效果。③教學資源。AI技術快速生成整理資源，支持豐富教學，提升質量。

然而，在高校農業工程專業教育中，ChatGPT應用仍需解決以下挑戰。①人機交互。ChatGPT無法實現與人類教師的情感交流，難以滿足重要互動需求。②復雜情感和語境理解。ChatGPT在復雜情感和語境方面有限，難以與人類敏感度和準確度匹敵。③技術接入和使用的便利性。雖然ChatGPT在某些方面表現優秀，但它的使用仍然需要一定的技術基礎。對于一些缺乏相關技術背景的教師和學生來說，如何方便快捷地使用ChatGPT仍是一項挑戰[10-11]。

未來需繼續探索解決這些挑戰，以更廣泛、深入地應用ChatGPT在高校農業工程專業教育中。

（二）" 高校農業工程專業“人工智能+教育”的展望與建議

人工智能在農業工程專業教育教學中具備巨大潛力和廣闊前景。未來，人工智能教學系統將更智能、個性化和人性化。①個性化學習。未來的人工智能教學系統將基于學生的多維數據，采用大數據和機器學習，提供精準的個性化學習方案，滿足學習需求，提高學習效率。②交互和情感理解。技術進步使人工智能更好地理解學生問題，提供豐富互動體驗。同時，它將理解學生情感需求，提供人性化服務，提升學習體驗。③教師助手。人工智能將幫助教師管理學生、整理資源和設計教學活動，減輕負擔，提高效果和效率。

推廣人工智能在農業工程教育的應用需從以下幾方面入手。①制定政策。政府和機構應支持AI在教育中應用，創造良好環境。②研發AI技術。教育機構和公司應投入研發，提升教學能力，滿足需求。③提升教師素質。教師培訓使其熟練運用AI技術。④引導學生。培養學生自主學習和規劃能力，合理使用AI工具。⑤評估機制。建立科學評估，定期調整改進應用效果。

這些努力將促使人工智能在農業工程教育中發揮更大作用，推進教育創新和進步。

參考文獻：

[1] 王國胤，瞿中，趙顯蓮.交叉融合的“人工智能+”學科建設探索與實踐[J].計算機科學，2020，47（4）：1-5.

[2] 李文哲，陳陽，李晶宇，等.農業工程類卓越人才培養體系構建的研究與實踐[J].高等農業教育，2014（6）：52-54.

[3] 應義斌，泮進明，徐惠榮，等.關于中國農業工程類專業建設和人才培養的若干思考[J].農業工程學報，2021，37（10）：284-292.

[4] 鐘秉林，尚俊杰，王建華，等.ChatGPT對教育的挑戰（筆談）[J].重慶高教研究，2023，11（3）：3-25.

[5] 余明鋒.機器學習時代的人類學習——ChatGPT引發的教育哲學反思[J].北京大學教育評論，2023，21（1）：27-34.

[6] 師麗娟.中外農業工程學科發展比較研究[D].北京：中國農業大學，2016.

[7] 李永旭.人工智能技術在教育領域的應用分析[J].創新創業理論研究與實踐，2020，3（6）：150-151.

[8] 理查德·E.梅耶.應用學習科學：心理學大師給教師的建議[M].盛群力，丁旭，鐘麗佳，譯.北京：中國輕工業出版社，2016：72.

[9] RUDOLPH J， TAN S， TAN S. ChatGPT： Bullshit spewer or the end of traditional assessments in higher education？[J]. Journal of Applied Learning and Teaching，2023，6（1）：1-12.

[10] CONROY G .Scientists used ChatGPT to generate an entire paper from scratch - but is it any good？[J].Nature，2023， 619（7970）：443-444.

[11] 吳曉林，邢羿飛.知識復制抑或創新激發？——人工智能（ChatGPT）對社科類研究生教育的挑戰與機遇[J].廣西師范大學學報：哲學社會科學版，2023，59（2）：66-74.

基金項目：重慶市研究生教育教學改革研究項目“農業工程專業‘人工智能+’學科群建設實踐”（yjg213036）

第一作者簡介：高鳴源（1985-），男，漢族，寧夏銀川人，博士，副教授，碩士研究生導師。研究方向為綠色農業傳感器與微系統。

*通信作者：李云伍（1974-），男，漢族，重慶人，博士，教授，副院長，博士研究生導師。研究方向為智能農業工程。