王 超，焦 俊，辜麗川，時(shí)國(guó)龍

（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與計(jì)算機(jī)學(xué)院，安徽 合肥 230036）

1 研究背景

新農(nóng)科建設(shè)強(qiáng)調(diào)傳統(tǒng)農(nóng)林學(xué)科與其他學(xué)科的交叉融合，培養(yǎng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈全程參與的一專多能的復(fù)合型農(nóng)業(yè)人才。復(fù)合型農(nóng)業(yè)人才培養(yǎng)既是新農(nóng)科建設(shè)的重要目標(biāo)，也是農(nóng)業(yè)農(nóng)村振興的關(guān)鍵支撐[1]。新農(nóng)科建設(shè)要求高等農(nóng)林院校在專業(yè)設(shè)置上深度融合農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科的交叉融合，優(yōu)化和拓展專業(yè)知識(shí)體系結(jié)構(gòu)，服務(wù)農(nóng)業(yè)新業(yè)態(tài)；在教學(xué)模式、手段和方法上也同樣需要?jiǎng)?chuàng)新優(yōu)化，主動(dòng)對(duì)接新農(nóng)科人才培養(yǎng)要求，強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和主動(dòng)學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

在新農(nóng)科建設(shè)目標(biāo)的指引下，農(nóng)林高校在人才培養(yǎng)體系、課程教學(xué)改革、教學(xué)資源優(yōu)化整合等方面開展了大量卓有成效的工作。多種教學(xué)模式和方法被廣泛應(yīng)用于理論和實(shí)踐教學(xué)，如研討式（Seminar）、項(xiàng)目式（Project-Based Learning，PBL）、探究式（Inquiry-based learning，IBL）、問題式（Problem-Based Learning，PrBL）等教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)，拓展學(xué)生的專業(yè)知識(shí)和科技素養(yǎng)，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析及解決實(shí)際問題的能力。在基于研討式（Seminar）的教學(xué)模式改革和應(yīng)用方面，王芬等人將Seminar 教學(xué)法引入家畜生態(tài)學(xué)的教學(xué)實(shí)踐中，闡述了在家畜生態(tài)學(xué)教學(xué)中Seminar 教學(xué)法的實(shí)施及應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)[2]。梁志宏等人將教學(xué)與科研相結(jié)合，探討了基于食品科學(xué)專業(yè)的Seminar 課程建設(shè)，加強(qiáng)研究生創(chuàng)新思維和綜合能力的培養(yǎng)[3]。潘雅瓊梳理了Seminar 教學(xué)法和多師同堂的內(nèi)涵及實(shí)施現(xiàn)狀，從校企多師同堂Seminar 教學(xué)法的組織實(shí)施和創(chuàng)新方面，探究?jī)烧邊f(xié)同教學(xué)模式的設(shè)計(jì)方案[4]。郭永峰等人提出了Seminar 教學(xué)模式在學(xué)科教學(xué)論中持續(xù)發(fā)展應(yīng)做好的三項(xiàng)工作：提高教師對(duì)Seminar 教學(xué)模式的認(rèn)識(shí)，完善Seminar 教學(xué)模式的組織和評(píng)價(jià)，配備符合Seminar 教學(xué)模式的資源和設(shè)施[5]。范文翔等人以翻轉(zhuǎn)課堂的理念為指導(dǎo)，構(gòu)建了基于翻轉(zhuǎn)理念的Seminar 教學(xué)模式，能夠有效地提升教學(xué)成效，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力[6]。在基于項(xiàng)目式（PBL） 的教學(xué)模式改革和應(yīng)用方面，尹曉明等人以研究生“環(huán)境污染控制技術(shù)”課程為例研究了項(xiàng)目式教學(xué)法在高等農(nóng)業(yè)院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[7]。Yang 等人在教授集成電路設(shè)計(jì)課程時(shí)，通過引入與行業(yè)相關(guān)的項(xiàng)目對(duì)EDA工具和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行培訓(xùn)，可以有效的彌合行業(yè)需求和學(xué)習(xí)成果之間的差距[8]。王順宏等人研究了PBL 教學(xué)模式的實(shí)施條件，實(shí)施步驟以及項(xiàng)目的設(shè)計(jì)原則[9]。在基于問題式（PrBL）的教學(xué)模式改革和應(yīng)用方面，董俊斌等人將虛擬仿真軟件與家畜病理生理學(xué)的問題式教學(xué)模式相結(jié)合，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性[10]。陳祥等人將問題式教學(xué)模式應(yīng)用于家畜繁殖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新性和趣味性[11]。

安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與信息技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)可在農(nóng)村發(fā)展、農(nóng)業(yè)教育等事業(yè)單位、政府機(jī)關(guān)、企業(yè)和相關(guān)領(lǐng)域從事教學(xué)、科研、生產(chǎn)、推廣和管理工作的應(yīng)用型和復(fù)合型人才?！陡呒?jí)人工智能》課程作為農(nóng)業(yè)工程與信息技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)核心課程，課程知識(shí)的熟練掌握，以及與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的融會(huì)貫通是學(xué)生后續(xù)研究工作順利開展的關(guān)鍵支撐。但是，目前《高級(jí)人工智能》課程的教學(xué)模式主要是以講授為主，教學(xué)內(nèi)容更多的是從信息技術(shù)的角度介紹課程的理論知識(shí)和相關(guān)技術(shù)，缺乏與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈融合的廣泛性，以及與傳統(tǒng)農(nóng)科研究領(lǐng)域融合的深入性，導(dǎo)致理論知識(shí)與應(yīng)用實(shí)踐的割裂。因此，本文針對(duì)《高級(jí)人工智能》課程在農(nóng)業(yè)工程與信息技術(shù)專業(yè)研究生教學(xué)過程中存在的相關(guān)問題，設(shè)計(jì)了一種基于研討式和項(xiàng)目式相結(jié)合的教學(xué)方法，將學(xué)習(xí)過程評(píng)價(jià)與學(xué)習(xí)結(jié)果評(píng)價(jià)相結(jié)合，將《高級(jí)人工智能》課程的理論知識(shí)和相關(guān)技術(shù)與農(nóng)林專業(yè)的項(xiàng)目研究實(shí)踐相融合，構(gòu)建“研討式+項(xiàng)目式”的復(fù)合型教學(xué)模式，對(duì)挖掘?qū)W生的問題意識(shí)、創(chuàng)新農(nóng)林項(xiàng)目的科研實(shí)踐，提升農(nóng)業(yè)工程與信息技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重要的促進(jìn)作用。

2 農(nóng)林院?！陡呒?jí)人工智能》課程特征

《高級(jí)人工智能》課程內(nèi)容豐富、覆蓋面廣，將教學(xué)內(nèi)容與傳統(tǒng)農(nóng)林學(xué)科的科研項(xiàng)目相結(jié)合后，又使其具有實(shí)踐應(yīng)用專業(yè)性強(qiáng)的特點(diǎn)。因此，需要充分了解和分析農(nóng)林院?！陡呒?jí)人工智能》課程的特點(diǎn)，才能設(shè)計(jì)合理的教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化和控制教學(xué)過程，全面深入的掌握相關(guān)理論知識(shí)和技術(shù)應(yīng)用。

2.1 深度與廣度相結(jié)合的課程知識(shí)體系

《高級(jí)人工智能》課程覆蓋的知識(shí)面廣，包括知識(shí)表示方法、確定性推理和非經(jīng)典推理技術(shù)，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，強(qiáng)化學(xué)習(xí)等內(nèi)容，涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科的交叉融合應(yīng)用，僅掌握基礎(chǔ)理論和技術(shù)，是無法將人工智能技術(shù)運(yùn)用到農(nóng)業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)過程中的。因此，對(duì)于農(nóng)業(yè)工程與信息技術(shù)專業(yè)的研究生，不僅要掌握人工智能的基礎(chǔ)知識(shí)、算法架構(gòu)分析和設(shè)計(jì)能力，還要根據(jù)研究方向?qū)W習(xí)和了解相關(guān)的農(nóng)林學(xué)科的理論和知識(shí)，應(yīng)用自然語(yǔ)言處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)等先進(jìn)的人工智能技術(shù)解決農(nóng)林學(xué)科研究中存在的問題，在知識(shí)的廣度和深度上實(shí)現(xiàn)多學(xué)科的科學(xué)、合理的交叉融合。

2.2 理論與應(yīng)用相結(jié)合的課程實(shí)踐體系

充分利用農(nóng)業(yè)院校的特色教學(xué)資源，從農(nóng)林學(xué)科實(shí)踐應(yīng)用領(lǐng)域的需求入手，注重人工智能基本理論與農(nóng)林學(xué)科的研究實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，完善和優(yōu)化傳統(tǒng)農(nóng)林學(xué)科的相關(guān)研究問題，如將計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)與育種結(jié)合起來，通過深度學(xué)習(xí)技術(shù)開發(fā)自動(dòng)化種子計(jì)數(shù)工具進(jìn)行產(chǎn)量預(yù)測(cè)和種質(zhì)判別，提高育種效率。探索農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)決策支持、農(nóng)業(yè)智能裝備開發(fā)、農(nóng)作系統(tǒng)模擬、農(nóng)情監(jiān)測(cè)與應(yīng)用等領(lǐng)域的結(jié)合方式與路徑，構(gòu)建成熟完善的理論與實(shí)踐相結(jié)合的框架體系，體現(xiàn)新農(nóng)科的辦學(xué)特色與目標(biāo)。

3 “Seminar+PBL”復(fù)合型教學(xué)方法設(shè)計(jì)

Seminar 教學(xué)法是一種以學(xué)生為中心的研究型教學(xué)模式，通過師生之間平等地交流溝通，以及自由互動(dòng)地學(xué)術(shù)研討，引導(dǎo)學(xué)生形成自主探究的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的創(chuàng)新能力。Seminar 教學(xué)法可以分為研討主題的設(shè)計(jì)和準(zhǔn)備階段、研討過程的控制階段、研討結(jié)果的評(píng)價(jià)和控制階段三個(gè)主要階段[12]。通過教學(xué)與科研的緊密結(jié)合，教師和學(xué)生在每個(gè)階段都可以通過不同的形式的研討積累知識(shí)、培養(yǎng)能力和鍛煉思維。

PBL 教學(xué)法是一種項(xiàng)目引導(dǎo)的教學(xué)方法，師生通過共同參與探索和實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的、真實(shí)的、個(gè)性化的項(xiàng)目來完成教學(xué)活動(dòng)和知識(shí)積累。PBL 教學(xué)法也是一種以學(xué)生為本的教學(xué)方法，將學(xué)生的能力培養(yǎng)與社會(huì)需求緊密結(jié)合起來，引導(dǎo)與培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力。PBL教學(xué)法包含建立課堂文化、設(shè)計(jì)與計(jì)劃、對(duì)應(yīng)課標(biāo)、管理教學(xué)活動(dòng)、評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)、搭建學(xué)習(xí)支架，以及參與和指導(dǎo)等七個(gè)核心要素[13]。在PBL模式中，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的解決實(shí)踐問題的主觀能動(dòng)性，教師則從知識(shí)的講授者轉(zhuǎn)變?yōu)轫?xiàng)目實(shí)踐過程的教練和引導(dǎo)者[14]。

從Seminar 教學(xué)法和PBL 教學(xué)法的基本內(nèi)涵及其特點(diǎn)可以看出，二者的教育理念和核心思想具有一定的相似性，都強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為本，同時(shí)教育方式和手段也可以互融共促。因此，本文面向農(nóng)業(yè)工程與信息技術(shù)專業(yè)研究生的《高級(jí)人工智能》課程按照智慧農(nóng)業(yè)的研究領(lǐng)域設(shè)計(jì)了一種融合Seminar 和PBL 模式的教學(xué)方法，以農(nóng)科領(lǐng)域的實(shí)踐項(xiàng)目為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生積極參與項(xiàng)目的研討和實(shí)現(xiàn)，使教學(xué)內(nèi)容更契合學(xué)生的科研和應(yīng)用需求，提升學(xué)習(xí)效果和科研實(shí)踐技能，如圖1所示。

圖1 Seminar+PBL 復(fù)合型教學(xué)方法

3.1 Seminar 研討準(zhǔn)備

在研討準(zhǔn)備階段，按照PBL 的項(xiàng)目設(shè)計(jì)與計(jì)劃、對(duì)應(yīng)課標(biāo)和構(gòu)建學(xué)習(xí)支架三個(gè)核心要素進(jìn)行Seminar 的研討項(xiàng)目準(zhǔn)備。其中，在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與計(jì)劃上須與教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)對(duì)象和考核標(biāo)準(zhǔn)等課標(biāo)對(duì)應(yīng)，并能夠準(zhǔn)備支撐項(xiàng)目正常開展的必要的學(xué)習(xí)資料和支撐工具，構(gòu)建項(xiàng)目研究支架。研討任務(wù)應(yīng)能夠按照項(xiàng)目的進(jìn)度安排進(jìn)行分解，每一個(gè)分解階段都需有可呈現(xiàn)的項(xiàng)目階段性成果，以便于項(xiàng)目研討過程的參與和控制。

3.2 Seminar 研討控制

在研討控制階段，以PBL 的管理教學(xué)活動(dòng)、參與和指導(dǎo)兩個(gè)核心要素為準(zhǔn)則對(duì)Seminar 研討過程進(jìn)行控制和管理，建立一種開放式探究的課堂文化，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神和創(chuàng)新意識(shí)，樹立注重項(xiàng)目成果質(zhì)量和科研細(xì)節(jié)的態(tài)度。在教學(xué)活動(dòng)的管理中，教師與學(xué)生一起確定項(xiàng)目任務(wù)的分工與組織，交流研討的方式和形式，以及項(xiàng)目成果的表現(xiàn)形式。同時(shí)，教師與學(xué)生一起參與到項(xiàng)目的研討和實(shí)踐中，確定學(xué)生何時(shí)需要何種知識(shí)和技能，并通過現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)詢等方式不斷優(yōu)化和完善項(xiàng)目方案，在項(xiàng)目成果形成的全過程中給與及時(shí)的指導(dǎo)。

3.3 Seminar 評(píng)價(jià)與反饋

在研討評(píng)價(jià)與反饋階段，評(píng)價(jià)研討全過程的學(xué)習(xí)效果，對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備、學(xué)習(xí)態(tài)度、科研能力、團(tuán)隊(duì)合作、專業(yè)素養(yǎng)等進(jìn)行全面評(píng)估，并反饋到教學(xué)活動(dòng)管理中，實(shí)時(shí)調(diào)整參與和指導(dǎo)方式方法，控制教學(xué)活動(dòng)的有序開展。從項(xiàng)目成果的完整性、適用性、創(chuàng)新性等不同維度對(duì)最終成果進(jìn)行綜合評(píng)定。同時(shí)，對(duì)學(xué)習(xí)過程、知識(shí)掌握和技能應(yīng)用情況進(jìn)行形成性和總結(jié)性評(píng)估，反饋到Seminar 研討準(zhǔn)備階段，進(jìn)行項(xiàng)目?jī)?nèi)容的修正和項(xiàng)目方向的重定向。

4 “Seminar+PBL”復(fù)合型教學(xué)方法實(shí)踐

本節(jié)以《高級(jí)人工智能》課程中的“深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用”專題為例說明Seminar+PBL 復(fù)合型教學(xué)方法的具體實(shí)踐方式與過程。深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)廣泛應(yīng)用于語(yǔ)音識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺、自然語(yǔ)言處理等領(lǐng)域，涉及基礎(chǔ)理論知識(shí)廣，工程實(shí)踐性強(qiáng)，是《高級(jí)人工智能》課程中的重要內(nèi)容。

在Seminar 研討準(zhǔn)備階段，針對(duì)農(nóng)業(yè)工程與信息技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)和相關(guān)教學(xué)內(nèi)容安排，將人工智能的基礎(chǔ)理論和前沿科技融入到教學(xué)過程中，因此我們?cè)凇吧疃壬窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用”專題下設(shè)計(jì)了“基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)作物害蟲識(shí)別與分類”項(xiàng)目。該項(xiàng)目主要利用各種深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和算法對(duì)實(shí)驗(yàn)室拍攝的農(nóng)作物害蟲圖像進(jìn)行自動(dòng)分類，要求盡可能的提高分類的準(zhǔn)確率。項(xiàng)目學(xué)習(xí)資料的準(zhǔn)備以農(nóng)作物害蟲圖像的自動(dòng)識(shí)別和分類為應(yīng)用背景和技術(shù)主線，涉及到傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)方法（KNN，SVM 模型等）、深度學(xué)習(xí)方法（CNN，Transformer 模型等）、圖像處理技術(shù)等人工智能領(lǐng)域的理論知識(shí)，基本的昆蟲學(xué)知識(shí)和農(nóng)業(yè)害蟲分類知識(shí)，以及支撐項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的相關(guān)軟硬開發(fā)工具（Pytorch，TensorFlow 等）。項(xiàng)目的進(jìn)度計(jì)劃分為基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)、項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施、項(xiàng)目總結(jié)與提升等4 個(gè)部分，每個(gè)部分都對(duì)應(yīng)不同的任務(wù)和可展示的階段性成果。

在Seminar 研討控制階段，以建立團(tuán)結(jié)協(xié)作、教學(xué)相長(zhǎng)、創(chuàng)新探究的課堂文化為目標(biāo)，將學(xué)生分為5 人一組，每個(gè)人都負(fù)責(zé)和參與整體方案制定、害蟲圖像數(shù)據(jù)標(biāo)注、深度學(xué)習(xí)模型設(shè)計(jì)、模型算法的實(shí)現(xiàn)和成果報(bào)告撰寫等具體任務(wù)。由于農(nóng)作物害蟲種類繁多，物種數(shù)量差異大，大規(guī)模害蟲圖像數(shù)據(jù)存在噪聲大、樣本不均衡等問題，增加了項(xiàng)目的難度。因此，教師需要做好教練和引導(dǎo)者的角色，深度參與到項(xiàng)目的研討過程中，強(qiáng)化組內(nèi)組間分享交流，提取各組的共性問題，進(jìn)行集中解答；深入探討每組的個(gè)性化問題，不斷優(yōu)化和完善項(xiàng)目方案，解決具體的實(shí)踐問題，促進(jìn)高質(zhì)量成果的形成。

在Seminar 研討評(píng)價(jià)與反饋階段，建立全過程多維度的評(píng)價(jià)體系，評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)相關(guān)學(xué)習(xí)材料和專題項(xiàng)目的理解、分析、執(zhí)行、實(shí)施、總結(jié)和思考的全過程情況，評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)投入時(shí)間、參與討論的積極程度、提出問題的層次、表達(dá)的邏輯性、項(xiàng)目成果質(zhì)量等多維度表現(xiàn)情況；在評(píng)價(jià)方式上，既要有教師的點(diǎn)評(píng)，又要有組內(nèi)組間互評(píng)，綜合評(píng)價(jià)學(xué)生的理論知識(shí)掌握情況、實(shí)踐技能熟練情況等。評(píng)價(jià)結(jié)果應(yīng)及時(shí)反饋到Seminar研討準(zhǔn)備和控制階段，指導(dǎo)專題項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與調(diào)整，及時(shí)完善和調(diào)整教學(xué)活動(dòng)的管理和控制，形成整個(gè)教學(xué)活動(dòng)的閉環(huán)優(yōu)化。

5 總結(jié)

“Seminar+PBL”復(fù)合型教學(xué)方法的設(shè)計(jì)和實(shí)踐，契合了新農(nóng)科建設(shè)和復(fù)合型人才培養(yǎng)的目標(biāo)，強(qiáng)化了課程的實(shí)踐導(dǎo)向性，促進(jìn)了傳統(tǒng)農(nóng)林學(xué)科與信息學(xué)科的深度交叉融合，推動(dòng)了農(nóng)林院校的信息類課程的教學(xué)改革?！癝eminar+PBL”復(fù)合型教學(xué)方法的實(shí)踐過程將《高級(jí)人工智能》的理論知識(shí)和技術(shù)工具與傳統(tǒng)農(nóng)林學(xué)科的研究領(lǐng)域緊密結(jié)合起來，通過全過程的多維度評(píng)價(jià)體系，著力培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的深度、分析問題的全面性和解決問題的適用性能力，培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作攻關(guān)的能力。但是，在整個(gè)教學(xué)方法的實(shí)踐過程中，學(xué)生對(duì)教師的依賴程度依然很高，形成批判性思維的能力不夠，這也是“Seminar+PBL”復(fù)合型教學(xué)方法下一步需要優(yōu)化和完善的方向。