郝王麗 韓猛 李富忠

摘?要：近年來(lái)，國(guó)家倡導(dǎo)加強(qiáng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)設(shè)施建設(shè)，依托現(xiàn)有資源建設(shè)農(nóng)業(yè)農(nóng)村大數(shù)據(jù)中心，加快物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、人工智能、第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、智慧氣象等現(xiàn)代信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，開(kāi)展國(guó)家數(shù)字鄉(xiāng)村試點(diǎn)。然而，智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展需要智慧農(nóng)業(yè)人才的培養(yǎng)，而智慧農(nóng)業(yè)人才的培養(yǎng)首先需要好的實(shí)踐實(shí)驗(yàn)環(huán)境。因此，在農(nóng)業(yè)院校建設(shè)人工智能實(shí)驗(yàn)室具有迫切性和必要性。本文針對(duì)此現(xiàn)狀探討農(nóng)業(yè)院校人工智能實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案及其對(duì)智慧農(nóng)業(yè)人才培養(yǎng)的推動(dòng)作用。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)院校；人工智能；實(shí)驗(yàn)室建設(shè)；智慧農(nóng)業(yè)人才

Abstract：In?recent?years，the?country?has?advocated?strengthening?the?construction?of?modern?agricultural?facilities，relying?on?existing?resources?to?build?agricultural?and?rural?big?data?centers，accelerating?the?application?of?modern?information?technologies?such?as?the?Internet?of?Things，big?data，blockchain，artificial?intelligence，fifthgeneration?mobile?communication?networks，and?smart?weather?in?the?agricultural?sector，and?carrying?out?national?digital?rural?pilot?projects.However，the?development?of?smart?agriculture?requires?the?training?of?smart?agricultural?talents，and?the?training?of?smart?agricultural?talents?first?requires?a?good?practical?experimental?environment.Therefore，it?is?urgent?and?necessary?to?build?artificial?intelligence?laboratories?in?agricultural?colleges?and?universities.This?paperexplores?the?construction?plan?of?artificial?intelligence?laboratories?in?agricultural?universities?and?its?role?in?promoting?the?cultivation?of?talents?in?smart?agriculture?in?response?to?this?situation.

Keywords：Agriculture?and?Forestry?College；Artificial?intelligence；Laboratory?construction；Smart?agriculture?talents

隨著國(guó)家對(duì)三農(nóng)問(wèn)題關(guān)注度的持續(xù)提升，以及對(duì)數(shù)字鄉(xiāng)村發(fā)展［13］與鄉(xiāng)村振興產(chǎn)業(yè)的聚焦，智慧農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、數(shù)字化農(nóng)業(yè)已經(jīng)成為國(guó)家、政府及高校重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域［4］。其中，智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中的植物表型分析、動(dòng)物表型分析、植物病害、蟲害識(shí)別與分析、農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)理賠、農(nóng)業(yè)溯源、智慧養(yǎng)殖等應(yīng)用都需要大量的“農(nóng)業(yè)+人工智能”的復(fù)合型立體化人才。然而在現(xiàn)階段，此類人才缺口仍然非常大［5］。目前我國(guó)已進(jìn)入加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的新階段，電商平臺(tái)的發(fā)展更是加速了這個(gè)進(jìn)程。我國(guó)農(nóng)業(yè)正在逐步走向智慧化、數(shù)字化和現(xiàn)代化，為了滿足這一需求，農(nóng)林院校肩負(fù)著培養(yǎng)高素質(zhì)智慧農(nóng)業(yè)人才的重要使命。其中，德、智、體、美、勞全面發(fā)展的人才培養(yǎng)是關(guān)鍵。人工智能實(shí)驗(yàn)室作為一種智能化的實(shí)踐能力培養(yǎng)場(chǎng)所，可以為學(xué)生提供良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和資源，助力他們更好地掌握智慧農(nóng)業(yè)的相關(guān)知識(shí)和技能。

一、研究意義

本文的研究意義是建立專業(yè)的農(nóng)業(yè)院校人工智能實(shí)驗(yàn)室，滿足當(dāng)下農(nóng)林院校學(xué)生對(duì)人工智能實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的需求。輔助學(xué)院順利高效地開(kāi)展農(nóng)林院校人工智能方向的實(shí)踐教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，拓展學(xué)生的思維能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。為人工智能工程及科研人才提供強(qiáng)大的實(shí)踐基礎(chǔ)，為山西乃至全國(guó)的人工智能領(lǐng)域、智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域提供富有競(jìng)爭(zhēng)力的人才資源。

二、建設(shè)目標(biāo)

本方案的建設(shè)目標(biāo)共有兩個(gè)：其一，依托人工智能實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的智慧農(nóng)業(yè)人才；其二，探究如何建成國(guó)內(nèi)一流的農(nóng)林院校智慧農(nóng)業(yè)教學(xué)+實(shí)踐基地。

（一）培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的智慧農(nóng)業(yè)人才

（1）以德為先——樹(shù)立道德觀念，培養(yǎng)責(zé)任感。在智慧農(nóng)業(yè)人才培養(yǎng)中，道德教育是至關(guān)重要的。學(xué)生需要具備正確的價(jià)值觀和責(zé)任感，才能在未來(lái)的工作中遵循職業(yè)道德規(guī)范，為我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。人工智能實(shí)驗(yàn)室可以為學(xué)生提供模擬實(shí)踐的機(jī)會(huì)，讓他們?cè)趯?shí)踐中體驗(yàn)職業(yè)道德的重要性，培養(yǎng)對(duì)行業(yè)的敬畏之心。

（2）以智育人——提高智能水平，掌握先進(jìn)技術(shù)。智慧農(nóng)業(yè)是以人工智能技術(shù)為支撐的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)形態(tài)，學(xué)生需要具備扎實(shí)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)和人工智能理論知識(shí)，同時(shí)還要有較高的智能水平，才能更好地應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的實(shí)際問(wèn)題。人工智能實(shí)驗(yàn)室可以為學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)資源和實(shí)踐機(jī)會(huì)，讓他們?cè)趯?shí)踐中掌握人工智能技術(shù)的原理和應(yīng)用，提高解決問(wèn)題的能力。

（3）以體為重——注重身心健康，培養(yǎng)綜合素質(zhì)。智慧農(nóng)業(yè)人才不僅要有扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)和技能，還要具備健康的身體和良好的心理素質(zhì)。人工智能實(shí)驗(yàn)室可以為學(xué)生提供多樣化的實(shí)踐項(xiàng)目，讓他們?cè)趯?shí)踐中鍛煉身體素質(zhì)和心理素質(zhì)，提高應(yīng)對(duì)挫折和困難的能力。

（4）以美為美——強(qiáng)化審美意識(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。智慧農(nóng)業(yè)人才還需要具備一定的審美意識(shí)和創(chuàng)新能力。在實(shí)際工作中，他們需要運(yùn)用美學(xué)原理對(duì)農(nóng)業(yè)景觀進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，同時(shí)還要不斷創(chuàng)新思路和方法，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量。人工智能實(shí)驗(yàn)室可以為學(xué)生提供創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)，讓他們?cè)趯?shí)踐中發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造力，強(qiáng)化審美意識(shí)和創(chuàng)新能力。

（5）以勞為榮——培養(yǎng)勞動(dòng)精神，強(qiáng)化實(shí)踐能力。智慧農(nóng)業(yè)人才需要具備勤勞、踏實(shí)、肯干的勞動(dòng)精神和實(shí)踐能力。在人工智能實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生可以通過(guò)參與實(shí)踐項(xiàng)目和解決問(wèn)題的方式，鍛煉自己的實(shí)踐能力。同時(shí)還可以通過(guò)與同學(xué)、教師之間的交流合作，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作能力和溝通能力。這種學(xué)習(xí)方式可以幫助學(xué)生更好地適應(yīng)未來(lái)工作的需要。

總之，依托人工智能實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)智慧農(nóng)業(yè)人才是可行的，為培養(yǎng)出更多高素質(zhì)的智慧農(nóng)業(yè)人才提供了重要保障，也為推動(dòng)我國(guó)智慧農(nóng)業(yè)、數(shù)字農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展注入了新的動(dòng)力。

（二）探究如何建成國(guó)內(nèi)一流的農(nóng)林院校智慧農(nóng)業(yè)教學(xué)+實(shí)踐基地

目前，我們處于人工智能、大數(shù)據(jù)快速發(fā)展與壯大的時(shí)代，大部分農(nóng)林院校也在致力于“農(nóng)業(yè)+人工智能”的探索。然而，智慧農(nóng)業(yè)的理論離不開(kāi)實(shí)踐。因此，農(nóng)林院校人工智能理論教學(xué)也需要依托于相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐基地，該基地需要具備如下一些特點(diǎn)：

（1）該實(shí)踐基地要有獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室因?yàn)橐休d農(nóng)業(yè)院校大學(xué)四年的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)，而且需要涵蓋智慧農(nóng)業(yè)不同方向，且需要有各類硬件設(shè)備，所以需要擁有獨(dú)立的可容納一到兩個(gè)班同學(xué)的實(shí)驗(yàn)室。

（2）實(shí)驗(yàn)室中要有完善的各類硬件設(shè)施。學(xué)生做任何實(shí)驗(yàn)離不開(kāi)實(shí)物，因此實(shí)驗(yàn)室中要有完善的各類硬件設(shè)施，比如顯示器、服務(wù)器、GPU、植物表型成像儀、網(wǎng)線、攝像機(jī)等設(shè)備，要能夠承載不同的實(shí)驗(yàn)。

（3）實(shí)驗(yàn)室中要有GPU顯卡服務(wù)器。人工智能的三大主線任務(wù)包括計(jì)算機(jī)視覺(jué)、自然語(yǔ)言處理、語(yǔ)音識(shí)別，這類任務(wù)都需要依托大數(shù)據(jù)的支撐，而大數(shù)據(jù)的處理需要用到性能良好且快速的GPU服務(wù)器。為滿足人工智能學(xué)生的實(shí)踐需求，同時(shí)提高人工智能學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)室中要配有GPU顯卡服務(wù)器集群。如此，學(xué)生便可實(shí)時(shí)進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練，合作完成較復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景任務(wù)，如現(xiàn)在研究較熱門的生成式人工智能。

（4）實(shí)驗(yàn)室中要有實(shí)驗(yàn)軟件平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)室除了硬件之外，還需有穩(wěn)定、健壯、效率可觀的軟件平臺(tái)，該平臺(tái)不但可以滿足學(xué)生做各類實(shí)驗(yàn)，也可滿足教師教學(xué)使用。比如，機(jī)器學(xué)習(xí)軟件案例平臺(tái)，數(shù)字圖像處理軟件案例平臺(tái)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)案例平臺(tái)。在這些案例平臺(tái)上，學(xué)生可以將自己所學(xué)的理論知識(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)案例進(jìn)行鞏固與增強(qiáng)。另一方面，教師可以在這些案例平臺(tái)上對(duì)案例進(jìn)行廣度與深度的擴(kuò)展，使案例緊跟科學(xué)發(fā)展的前沿，使學(xué)生所學(xué)知識(shí)不會(huì)與社會(huì)脫節(jié)，如此可以提升學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

（5）實(shí)驗(yàn)室中需要有相應(yīng)的課程體系。實(shí)驗(yàn)室中的課程體系需要滿足以下兩個(gè)要求：一是能夠支持學(xué)生理論課程的學(xué)習(xí)，二是能支持學(xué)生實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)與探索。實(shí)驗(yàn)室中的課程體系按人工智能三大主線任務(wù)分為計(jì)算機(jī)視覺(jué)課程群、自然語(yǔ)言處理課程群和語(yǔ)音識(shí)別課程群。計(jì)算機(jī)視覺(jué)課程群內(nèi)需要要基礎(chǔ)性的數(shù)字圖像處理實(shí)踐課程與應(yīng)用性質(zhì)較強(qiáng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐；自然語(yǔ)言處理課程群內(nèi)包含自然語(yǔ)言處理基礎(chǔ)與自然語(yǔ)言處理實(shí)踐；語(yǔ)音識(shí)別課程群內(nèi)包含語(yǔ)音處理基礎(chǔ)與語(yǔ)音識(shí)別實(shí)踐。同時(shí)，除了這三個(gè)主線任務(wù)課程群外，還需要有支撐三大任務(wù)的基礎(chǔ)算法課程群，該群內(nèi)包含算法導(dǎo)論實(shí)踐、運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)挖掘?qū)嵺`、機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)踐?；谡n程體系中的這些課程群，學(xué)生們通過(guò)學(xué)習(xí)有助于他們構(gòu)建自己的課程體系與知識(shí)體系，為之后的工作或科研創(chuàng)新提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（6）具有分階段、環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)開(kāi)展智慧農(nóng)業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力。該實(shí)驗(yàn)室需要具有分階段、環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)開(kāi)展教學(xué)和實(shí)驗(yàn)的能力，要能夠承載大學(xué)四年時(shí)間的教學(xué)、實(shí)踐及探索。

（7）開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)要有創(chuàng)新性。該實(shí)驗(yàn)室開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)（以及配套的課程體系）要有創(chuàng)新性，所設(shè)實(shí)驗(yàn)（及所設(shè)課程）要能夠緊隨智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展新動(dòng)向，緊隨智慧農(nóng)業(yè)的前沿技術(shù)。

（8）要有可拓展性。人工智能發(fā)展迅速，所以實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備要具有可拓展性，可方便地實(shí)現(xiàn)設(shè)備的更新?lián)Q代。不但硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)施可以方便更新、軟件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及課程也要便于更新。

三、建設(shè)方案

經(jīng)多方考察并結(jié)合多年的實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，搭建農(nóng)林院校人工智能教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)需借助Kubernetes這一系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)管理GPU服務(wù)器集群。此種設(shè)計(jì)可保證整體架構(gòu)的穩(wěn)定性。通過(guò)Kubernetes平臺(tái)來(lái)管理容器化的平臺(tái)，不但能讓學(xué)生更好地使用GPU資源，而且能讓學(xué)生相互獨(dú)立、互不干擾地進(jìn)行“人工智能+智慧農(nóng)業(yè)”的實(shí)驗(yàn)，而且通過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器做到了一次部署，持續(xù)調(diào)用的數(shù)據(jù)資源使用效果。在GPU服務(wù)器集群之上搭建Kubernetes集群，通過(guò)Kubernetes來(lái)分割GPU服務(wù)器資源，細(xì)化到每個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使用者都擁有自己獨(dú)立的Docker鏡像來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的底層均從教學(xué)角度出發(fā)，保證了讓學(xué)生有更好的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)，也能讓教師更好地去教學(xué)。

四、建設(shè)內(nèi)容

（一）智慧農(nóng)業(yè)的功能模塊

該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供若干個(gè)智慧農(nóng)業(yè)模塊，比如人工智能輔助的植物表型應(yīng)用系統(tǒng)，人工智能輔助的動(dòng)物表型應(yīng)用系統(tǒng)，病蟲害識(shí)別、氣象土壤、農(nóng)業(yè)溯源及理賠等。這些模塊可幫助學(xué)生更好地掌握智慧農(nóng)業(yè)和人工智能的理論及實(shí)踐知識(shí)，還進(jìn)一步夯實(shí)學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，還能為農(nóng)村提供一定的智慧農(nóng)業(yè)服務(wù)功能。

（二）集成課程資源+實(shí)驗(yàn)案例+實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)+算力資源——提供一站式智慧農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采取實(shí)驗(yàn)案例說(shuō)明+實(shí)驗(yàn)手冊(cè)+實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)+實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)+實(shí)驗(yàn)代碼+實(shí)驗(yàn)算力資源的方法，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)案例說(shuō)明及實(shí)驗(yàn)手冊(cè)學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、標(biāo)注及預(yù)處理、實(shí)驗(yàn)所需的基礎(chǔ)知識(shí)，起到鞏固知識(shí)及運(yùn)用知識(shí)的能力，同時(shí)可以方便地定位、查看和修改、提交及測(cè)試實(shí)驗(yàn)相關(guān)代碼，最后該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供了基于V100的GPU服務(wù)器算力，學(xué)生可以直接在該服務(wù)器上完成自己代碼的設(shè)計(jì)、運(yùn)行及測(cè)試，可修改代碼，同時(shí)可共享代碼。整個(gè)智慧農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)集成了實(shí)驗(yàn)所需的說(shuō)明、數(shù)據(jù)、代碼及算力，為“人工智能+農(nóng)業(yè)”教育提供一站式的服務(wù)。

結(jié)語(yǔ)

農(nóng)林院校人工智能實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)可為社會(huì)提供智慧農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐及人才培養(yǎng)基地，可助力培養(yǎng)智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域高、精、尖的人才，可賦能智慧農(nóng)業(yè)企業(yè)及產(chǎn)業(yè)，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)的智能化、現(xiàn)代化與數(shù)字化起著非常重要的推動(dòng)作用。未來(lái)應(yīng)更關(guān)注農(nóng)林院校人工智能實(shí)驗(yàn)室在助力智慧種植、智慧養(yǎng)殖、鄉(xiāng)村振興等產(chǎn)業(yè)方面的配置及推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)：

［1］中共中央辦公廳?國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《數(shù)字鄉(xiāng)村發(fā)展戰(zhàn)略綱要》［EB/OL］.（20190516）.http：//www.gov.cn/zhengce/201905/16/content_5392269.htm.

［2］中央網(wǎng)信辦等十部門印發(fā)《數(shù)字鄉(xiāng)村發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2022—2025年）》［EB/OL］.（20200126）.http：//www.gov.cn/xinwen/202201/26/content_5670637.htm.

［3］張?jiān)辞澹戊陉?yáng)，郭曉麗，等.數(shù)字鄉(xiāng)村背景下智慧農(nóng)業(yè)學(xué)科發(fā)展困境及紓解［J］.農(nóng)業(yè)工程，2022，12（10）：120125.

［4］智慧農(nóng)業(yè)建設(shè)方案［20200903］.人民智庫(kù)，http：//www.qianjia.com/html/202009/03_370285.html.

［5］丁允超，汪憶.中國(guó)人工智能行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀及發(fā)展前景分析［J］.科學(xué)咨詢，2021（21）：1.

基金項(xiàng)目：2022年度山西省高等學(xué)校教學(xué)改革創(chuàng)新項(xiàng)目（課題編號(hào)：J20220274）；2022年度山西省研究生教育教學(xué)改革項(xiàng)目（課題編號(hào)：2022YJJG094）；2021年度山西省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃項(xiàng)目+農(nóng)林院?！爱a(chǎn)學(xué)研”驅(qū)動(dòng)的智慧農(nóng)業(yè)人才培養(yǎng)模式探究（課題編號(hào)：GH21006）；2020年度山西農(nóng)業(yè)大學(xué)教改項(xiàng)目《農(nóng)業(yè)院校人工智能實(shí)驗(yàn)室建設(shè)研究》（課題編號(hào)：J202098572）；2020年度山西省教改項(xiàng)目《計(jì)算機(jī)類專業(yè)本科人才培養(yǎng)共同體建設(shè)研究》（課題編號(hào)：J202082078）

作者簡(jiǎn)介：郝王麗（1988—?），女，漢族，山西運(yùn)城人，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，教學(xué)科研辦主任，主要從事人工智能、智慧農(nóng)業(yè)研究；韓猛（1988—?），男，漢族，碩士，講師，主要從事人工智能、大數(shù)據(jù)研究；李富忠（1969—?），男，漢族，博士，院長(zhǎng)，教授，主要從事人工智能、智慧農(nóng)業(yè)研究。