陳愛斌　蔡自興　李建軍

摘要：近年來隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的快速普及，我國傳統(tǒng)林業(yè)開始向智慧林業(yè)邁進，人工智能課程教學在林業(yè)院校越來越受到師生的歡迎。文章總結(jié)并分析目前林業(yè)院校人工智能課程的教學現(xiàn)狀以及存在的主要問題，結(jié)合作者十多年的教學經(jīng)驗和林業(yè)院校專業(yè)特色，在教學形式變化、教學內(nèi)容設(shè)置、教學方法改革等方面對林業(yè)院校人工智能課程教學提出一些建議。

關(guān)鍵詞：林業(yè)院校；人工智能；課程教學

1背景

近年來，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的快速普及，互聯(lián)網(wǎng)跨界融合創(chuàng)新模式進入林業(yè)領(lǐng)域，利用移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)推動信息化與林業(yè)深度融合，開啟了智慧林業(yè)的大門。我國林業(yè)信息化、智能化建設(shè)逐步走上了有序、快步發(fā)展的軌道，取得了重要的進展。

2011—2013年，國家林業(yè)局先后開展了中國林業(yè)信息化體制機制研究和中國智慧林業(yè)發(fā)展規(guī)劃研究，在此基礎(chǔ)上出臺了《國家林業(yè)局關(guān)于進一步加快林業(yè)信息化發(fā)展的指導(dǎo)意見》和《中國智慧林業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見》。2012—2013年，在深入研究的基礎(chǔ)上，林業(yè)局編制了《中國林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展框架設(shè)計》，2016年3月正式發(fā)布了《“互聯(lián)網(wǎng)+”林業(yè)行動計劃》。

國家林業(yè)局制定的《中國智慧林業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見》指出，信息化、智能化在林業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)從零散的點的應(yīng)用發(fā)展到融合的、全面的創(chuàng)新應(yīng)用。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的逐步應(yīng)用，能實現(xiàn)林業(yè)資源的實時、動態(tài)監(jiān)測和管理，更透徹地感知生態(tài)環(huán)境狀況、遏制生態(tài)危機，更深入地監(jiān)測預(yù)警事件、支撐生態(tài)行動、預(yù)防生態(tài)災(zāi)害。

人工智能是計算機科學中涉及研究、設(shè)計和應(yīng)用智能機器的一個重要分支。國際上，人工智能的研究已取得長足的進展；在國內(nèi)，也呈現(xiàn)出極好的發(fā)展勢頭，人工智能已得到迅速的傳播與發(fā)展，并促進了其他學科的發(fā)展。我國已有數(shù)以萬計的科技人員和大學師生從事不同層次的人工智能的研究與學習，人工智能已成為一個受到廣泛重視并有著廣闊應(yīng)用潛能的龐大的、交叉的前沿學科。特別是經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，智能技術(shù)及其應(yīng)用已經(jīng)成為各行業(yè)創(chuàng)新的重要生長點，其廣泛的應(yīng)用前景日趨明顯，如智能機器人、智能化機器、智能化電器、智能化樓宇、智能化社區(qū)、智能化物流等，對人類生活的方方面面產(chǎn)生了重要的影響。

近年來，人工智能已經(jīng)在智慧林業(yè)相關(guān)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，例如，在智能機器人的應(yīng)用方面，已經(jīng)有大量的嫁接機器人、水果采摘機器人、農(nóng)藥噴灑機器人、果實分檢機器人等投入使用；在專家系統(tǒng)的應(yīng)用方面，森林病蟲害診斷專家系統(tǒng)、病蟲預(yù)測預(yù)報專家系統(tǒng)、林產(chǎn)品生產(chǎn)管理專家系統(tǒng)、專家咨詢和人員培訓專家系統(tǒng)等也得到了廣泛應(yīng)用。

隨著人工智能在智慧林業(yè)中的廣泛應(yīng)用，涉林企業(yè)和事業(yè)單位對智能型林業(yè)高技術(shù)人才的需求也在不斷加大。為了適應(yīng)市場對智能型人才的需求，自2003年起，國內(nèi)諸多林業(yè)高等院校在計算機科學與技術(shù)專業(yè)本科階段、林業(yè)相關(guān)專業(yè)的研究生階段陸續(xù)開設(shè)人工智能課程，同時不斷加大人工智能課程的比重，因此，人工智能課程教學對于林業(yè)院校顯得越來越重要。

2林業(yè)院校人工智能課程教學現(xiàn)狀

林業(yè)院校開設(shè)人工智能課程的專業(yè)不多，但有不斷增加的趨勢。以中南林業(yè)科技大學為例，該校計算機科學與技術(shù)本科專業(yè)自2003年起就開設(shè)了人工智能課程，所用教材一直是蔡自興教授主編的《人工智能及其應(yīng)用》；另外，面向部分專業(yè)的碩士和博士研究生開設(shè)了人工智能相關(guān)課程，如農(nóng)業(yè)碩士的農(nóng)業(yè)信息化領(lǐng)域研究生開設(shè)了人工智能技術(shù)，森林經(jīng)理和森林培育兩個專業(yè)的博士研究生開設(shè)了人工智能與專家系統(tǒng)。

針對計算機科學與技術(shù)本科專業(yè)，人工智能課程主要使用蔡自興教授主編的《人工智能及其應(yīng)用》教材施教，但由于課時數(shù)僅有32學時，關(guān)于人工智能的一些高級應(yīng)用，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、機器學習等，采用專題的形式組織教學。該專業(yè)沒有設(shè)置實驗學時，僅在理論課堂上演示了一些仿真軟件，如BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán)境。

針對農(nóng)業(yè)碩士的農(nóng)業(yè)信息化領(lǐng)域研究生和森林經(jīng)理及森林培育兩個專業(yè)的博士研究生，教學計劃安排的學時數(shù)為40學時，沒有指定教材，僅給學生列了蔡自興教授的《人工智能及其應(yīng)用——研究生用書》等幾本參考教材。課堂主要以專題的形式組織教學，每一講除了相關(guān)的理論以外，還介紹一些工程實踐應(yīng)用的例子，讓研究生能夠了解這些人工智能算法如何在實際中得到具體應(yīng)用。

3林業(yè)院校人工智能課程教學存在的問題

全國各高等院校的人工智能課程教學都或多或少地存在一些問題，林業(yè)院校更有區(qū)別于其他類型院校的顯著特征，而且林業(yè)院校開設(shè)該課程教學相對較晚，因此林業(yè)院校的人工智能課程教學存在更多的問題。

（1）師資短缺。在林業(yè)院校，林學相關(guān)專業(yè)開設(shè)該課程往往由林學相關(guān)專業(yè)的教師主講。這些非計算機相關(guān)專業(yè)的教師雖然曾從事過人工智能個別算法或領(lǐng)域研究，但不具備全面的人工智能相關(guān)專業(yè)知識，在講授不熟悉的人工智能知識點時顯得力不從心。

（2）教學內(nèi)容專業(yè)性不強。人工智能是計算機科學的一個分支學科，一般的人工智能教材都比較適合計算機相關(guān)專業(yè)的學生使用，但是農(nóng)業(yè)信息化、森林經(jīng)理、森林培育等專業(yè)的學生不管是專業(yè)基礎(chǔ)還是行業(yè)應(yīng)用背景均與計算機類專業(yè)學生不同，如果我們?nèi)匀话雌胀ǖ慕滩氖┙?，教學內(nèi)容就缺乏林科特色，顯得專業(yè)性不強，無法吸引學生的聽課興趣。

（3）教學難度過大。林業(yè)院校涉林專業(yè)的學生一般只有計算機文化基礎(chǔ)、C語言等簡單的計算機課程基礎(chǔ)，缺乏算法思想。而人工智能課程涉及很多高級、復(fù)雜的算法，不論從算法思想，還是從算法實現(xiàn)和算法應(yīng)用，對非計算機類專業(yè)學生來說難度過大。因此，在教學內(nèi)容和教學要求上要做一些取舍。

除此之外，還存在諸如缺少實驗環(huán)節(jié)、教學手段單一、教學案例缺乏等其他普遍性問題。

4林業(yè)院校人工智能課程教學改革建議

通過分析林業(yè)院校人工智能課程教學存在的問題，結(jié)合自己近十余年來從事人工智能教學的經(jīng)驗，我們提出了一些改革建議。

（1）推行專題式教學，解決師資缺乏的問題。在師資缺乏的情況下，由一名教師完成整個人工智能課程教學比較困難，同時，可能有多名教師分別在人工智能的不同方面進行過深入研究。因此，可以將該課程按章節(jié)分成各個不同的模塊，每一個模塊設(shè)一個專題，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專題、專家系統(tǒng)專題、機器學習專題等，再由多名教師分別承擔自己熟悉的專題進行講授。這樣既可以解決一位教師的知識不足，又可以讓各位教師結(jié)合自己的科研將每一個熟悉的專題講授得更加詳細、更加有趣。

（2）教學內(nèi)容與涉林專業(yè)緊密結(jié)合，解決專業(yè)性不強的問題。事實上，人工智能的各領(lǐng)域應(yīng)用在林業(yè)行業(yè)都能找到對應(yīng)的應(yīng)用實例。例如，林果采摘機器人就是機器人在林業(yè)中的應(yīng)用；林火識別和林木病蟲害監(jiān)測就是模式識別在林業(yè)中的應(yīng)用；林火蔓延預(yù)測可以用到隱馬爾科夫模型；PAID50專家系統(tǒng)平臺就是專家系統(tǒng)在農(nóng)林業(yè)中的應(yīng)用典范等。因此，在教學過程中，我們可以考慮將人工智能知識與林業(yè)應(yīng)用結(jié)合進行講解，這樣學生更容易接受也更樂意接受。更進一步，如果能夠結(jié)合這些林業(yè)應(yīng)用編寫一本《人工智能及其林業(yè)應(yīng)用》教材，將會更加適合涉林專業(yè)的學生學習這門課程。

（3）應(yīng)用計算機仿真軟件解決教學內(nèi)容難度大的問題。非計算機類專業(yè)的學生計算機基礎(chǔ)較差，編程能力不強，算法訓練不足，對各種人工智能高級算法難以理解，更難以編程實現(xiàn)。針對這個實際問題，我們可以主動提供一些相關(guān)算法的計算機仿真軟件，在課堂上通過演示這些仿真軟件，讓學生直觀地理解算法，甚至能夠通過仿真軟件應(yīng)用這些算法解決本專業(yè)相關(guān)的問題。例如可以開發(fā)如圖1和圖2所示的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法仿真軟件，通過該仿真可以把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、訓練時的權(quán)值偏差變化、訓練過程中總誤差的變化等信息完全呈現(xiàn)在學生面前，學生通過這個仿真過程就不難理解BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，甚至可以使用這個仿真軟件來解決本專業(yè)相關(guān)的一些問題。

5結(jié)語

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+林業(yè)”、智能制造、智慧林業(yè)等的不斷發(fā)展和不斷普及，林業(yè)智能化和其他行業(yè)智能化一樣迫切，培養(yǎng)更多的智能型高技術(shù)林業(yè)人才是社會賦予林業(yè)院校的歷史使命，林業(yè)院校將會有越來越多的涉林專業(yè)開設(shè)人工智能相關(guān)課程。我們通過總結(jié)林業(yè)院校人工智能教學過程中存在的諸多問題，提出了一些教學改革思路和建議。如果我們在以后的教學過程中能夠結(jié)合自己的教學經(jīng)驗不斷發(fā)現(xiàn)問題、及時改革教學方法，林業(yè)院校的人工智能教學必將走上一個新的臺階，對其他院校的人工智能教學改革的參考意義也將是深遠的。

（編輯：孫怡銘）