随着全球科技的发展,人工智能对所有行业,包括传统学科如农业工程,产生了深远影响[1]｡农业工程专业不仅面对这些挑战,还在中国农业现代化和农村发展中扮演关键角色｡中国,作为全球最大的教育市场之一,一直在积极推动教育现代化进程,实施教育信息化2.0行动计划,并注重整合最新科技以提升教育质量｡特别是农业工程教育领域,习近平总书记给中国农业大学科技小院同学们的回信,肯定了农业高校科技小院人才培养模式改革的成效,为农学类学科人才培养指明了新的方向,并对广大师生服务“三农”事业寄予了厚望｡

在这一背景下,农业工程专业作为高等教育中的一项关键学科,亟待借助人工智能等前沿科技的力量,创新教育模式,提升教学效果,以更好地适应现代社会发展的需要[2]｡然而,对于如何将人工智能技术融入高校农业工程专业教育与教学,如何使其真正发挥优势,提高教学效率和质量,仍存在很大挑战[3]｡

近年来,OpenAI推出的GPT系列模型,尤其是ChatGPT(ChatGenerativePretrainedTransformer)———预训练生成模型,以其强大的自然语言理解和生成能力,成为教育领域重要的人工智能工具｡它可以提供个性化的学习体验,解答学生的疑问,引导他们独立思考,从而提高学生的学习效果｡ChatGPT等人工智能工具的出现可能触发全局性甚至颠覆性的教育改革[4],但对其效果存在不同观点｡因此,需要客观地认识到ChatGPT的优势和潜在问题,对其在高等教育领域可能带来的变革进行深入的分析和研判,以便能够主动应对｡这对于高等教育的人才培养和高质量发展有着重要的意义[5]｡

因此,本文旨在探讨“人工智能+教育”模式,特别是ChatGPT在农业工程专业中的具体应用实践,以期为农业工程专业的教育改革和人才培养提供有益的参考和借鉴｡

一、农业工程“人工智能+”学科建设思考

(一)农业工程教育的演变和现状

农业工程教育旨在为农业提供技术人才｡近几十年,科技和农业现代化推动了其从传统到现代的转变,结合理论和实践技能,培育了众多农业工程人才｡中外农业工程学科都有周期性的发展,但中国的模式为“后发创新型”[6]｡尽管中国农业工程教育追求国际前沿,但在智能农业等领域与发达国家仍有差距｡目前,通才与专才的结合已是趋势,我们应依地域需求建立多元化人才模式,推进课程改革,提高学生实践能力｡

然而,现代社会对农业工程人才的新需求和新挑战使农业工程教育面临一些问题,包括如何将最新的科技成果和理念融入教学,如何培养学生的创新能力和实践能力,以及如何适应农业的数字化和智能化的发展等｡随着人工智能学科的兴起,借助其理念､范式及其衍生工具,并与传统学科教育有机融合,为中国农业工程教育追赶国际学科前沿提供了新的机遇｡

(二)人工智能在教育领域的应用

人工智能的快速发展给教育领域带来了深远的影响,表现在以下几方面:①教学应用,教育机器人｡如机器人,模仿学习过程,提供精准知识,满足课程需求,功能包括主持､代理､管理､学科教学和辅助教学｡②服务范围,业务和技术类核心服务｡业务类满足教学需求,提供个性化服务;技术类基于机器人技术,实现低成本教育产品[7]｡

然而,人工智能在教育领域的应用也存在一些问题和挑战,如数据安全､伦理问题和技术难题等｡①数据安全和隐私问题,需要确保个人信息不被泄露或滥用;②技术替代性,寻找教师与AI并行的方式,而非用人工智能替代教师;③资源分配不均,有可能导致教育资源的进一步分化;④教师可能缺乏使用AI工具的技能和知识,需要提供更多的培训和支持;⑤AI的伦理问题,如对学生进行标签化的预测可能影响他们的学习动机;⑥技术可靠性问题,例如自动评分系统可能无法完全理解并准确评估学生的创新答案｡

(三)ChatGPT在教育领域的应用

ChatGPT,作为近年来人工智能工具的代表,其在教育领域具有很大的应用潜力｡在学习层面,ChatGPT可以模拟类似“苏格拉底教学法”的对话模式,通过深入的提问和适时的引导,使学生从思考中发现知识,从而实现个性化和自适应学习｡它能够根据每个学生的学习进度､兴趣和理解能力提供量身定制的教学方案｡此外,由于ChatGPT能随时随地进行互动,它可以为学生提供实时的学习反馈,帮助他们及时调整学习策略,从而增强学习效果[8]｡

在教学层面,ChatGPT能协助教师进行课程设计和教学资源的查找,甚至可以帮助教师进行教学课件的制作｡例如如果教师在准备课程或写论文时需要寻找特定的图像或者信息,他们可以使用ChatGPT的搜索和生成功能,这不仅能节约教师的时间和精力,也能丰富教学内容和方式｡此外,ChatGPT也可以用于模拟学生提问,从而帮助教师提前准备教学内容,提高教学效率｡

在教学管理层面,ChatGPT能处理大量的事务性工作,如生成通知､编写规章制度等,从而提升工作效率｡而且,由于它具有强大的数据处理和分析能力,可以协助教育管理者进行更精准的决策｡例如在教师招聘和评价环节,ChatGPT可以进行全方位的数据对比分析,为教育管理者提供客观､全面的信息,从而帮助他们做出更加合理的决策[9]｡

二、农业工程“人工智能+”学科建设的交叉融合模式

农业工程教学改革以人工智能为核心,分两方面进行｡首先,依托学校的计算机科学优势,建立了人工智能基础方向,如机器学习､深度学习等,增强学生理论与实践能力｡其次,结合重庆产业发展与西南大学农业工程优势,引入如智能农业装备､智慧设施农业等新学科方向｡这一举措不仅实现了人工智能学科建设与农业工程领域学科建设的协同发展,还为“农业工程+人工智能”的交叉融合模式(图1)奠定了基础｡

图1农业工程“人工智能+”交叉融合模式

新技术如大数据和物联网为智能云计算研究提供机会｡开展“人工智能+农业工程”跨学科研究,并建立产学研结合的激励机制,促进科技成果的应用｡为加强新工科建设,与多家知名企业合作,引入资源提升学生科学与实践能力｡优化人才培养体系,提高学生的实践､科研和创新能力｡设立农业工程“人工智能+”课程,除课堂学习外,还鼓励学生参与企业实践,优化课程建设｡

大数据､人工智能､云计算和物联网等技术的发展为构建智能云计算科研与学科平台提供了契机｡着力开展农业工程“人工智能+”跨学科研究,围绕人工智能､云计算､互联网和大数据等领域的基础理论､核心关键技术和公共支撑平台进行探索,同时建立产学研结合的激励机制,以便促进科技成果的转化与应用｡

在线教学方面,将课程内容布置在超星泛雅平台的在线网络课程上,并采用了“ChatGPT引导交互式”学习法｡课程提供了完备的学习资源,包括课程视频､课件､作业､电子教材以及授课计划｡学生可以根据自身需求,自主选择重点学习内容,并在平台上提出问题,与ChatGPT进行互动学习｡

在农业机械化及其自动化专业的混合式教学中,ChatGPT起到了核心作用｡翻转课堂中,学习小组代表提出问题,得到ChatGPT和其他同学或教师的解答｡之后,表现优秀的同学进行操作演示,由教师评价和总结｡这一教学模式不仅丰富了资源,还加强了学生与ChatGPT的互动,桥接了理论与实践,如图2所示｡

综上所述,融合AI的教学方法提升了教学效率,并为学生带来了新体验｡

图2ChatGPT引导交互式教学流程

三、“人工智能+教育”在农业工程专业的应用实践

(一)人工智能教学工具在农业工程课程中的具体应用

在教学过程中,利用了多种人工智能教学工具,包括智能题库､智能评测､智能推荐系统等｡利用大数据分析技术,可以精准地根据每一位学生的学习能力和进度,提供符合其需求的个性化学习路径和资源推荐｡这种方法突破了传统教育的一刀切模式,使得教学更加精准,更能满足个体学习差异的需求｡统计分析显示,使用这些工具后,学生的学习效果平均提高了15%,证明了人工智能教学工具在农业工程课程中的应用效果｡

农业工程实验课程中也运用了人工智能技术｡例如,AI驱动的虚拟农业实验室包含各种基于真实环境模拟的实验场景｡通过虚拟实验室,学生可以在不受物理条件限制的情况下进行实验,例如他们可以模拟不同的气候条件下的农作物生长情况,或者进行农业机械设备的虚拟操作和测试｡这种方法既安全又高效,同时也能激发学生的学习兴趣｡此外,在实验过程中引入了机器学习算法,例如用于分析农作物生长数据､预测农业产量等｡这些机器学习模型的训练和应用,不仅为学生提供了丰富的实践经验,也让他们深刻理解了AI如何在农业工程中发挥作用｡

(二)ChatGPT在农业工程专业的导学实践

1ChatGPT在辅导､解答疑问､引导学习上的表现

ChatGPT作为一个智能的教学助理在农业工程专业的教学过程中发挥了重要的角色｡这种人工智能工具的主要优势在于其即时在线解答问题的能力｡无论是对于基础的概念理解还是复杂的农业工程问题,ChatGPT都能以深入浅出的方式为学生提供准确的答案｡此外,基于学生的学习进度､兴趣和需求,ChatGPT还能推荐相关的学习资料和资源,辅助学生理解和掌握更复杂的知识｡

满意度调查结果显示,超过85%的学生对ChatGPT在课程中的表现表示满意或非常满意,认为它在提升学习效率和激发学习兴趣方面起到了重要的作用｡这一结果说明了ChatGPT对于农业工程教学质量的积极影响｡

2ChatGPT帮助改进教学方法和提高学生学习效果

ChatGPT作为AI教学助手,在优化教学和提高学生效果方面展现优势｡其全天在线服务能为学生提供个性化学习建议和路径,同时,分析学生数据,为教师提供实时反馈,协助教学策略调整｡根据数据,使用ChatGPT后,学生学习成绩平均提升15%｡

总的来说,ChatGPT在农业工程专业的导学实践中取得了显著的成果｡其作用不仅体现在提高学生的学习效率和成绩,也表现在为教师优化教学提供了有力的工具和支持｡但必须明确,ChatGPT虽然拥有强大的辅助教学能力,但它并不能替代教师的角色｡教师的专业知识､经验和人文关怀是任何人工智能都无法替代的｡ChatGPT的主要目标是作为一个辅助工具,为教师提供更多的便利,为学生提供更多的学习机会,以共同推动高校农业工程专业教育教学的进步｡

(三)ChatGPT的优势和局限

与传统的教学方法相比,ChatGPT具有以下明显的优势:①可以提供全天候的学习支持,满足学生随时随地学习的需求;②能够根据学生的个性化需求,提供定制化的学习建议;③能为教师提供实时反馈,帮助教师优化教学方法,提高教学效果｡然而,也不能忽视ChatGPT存在的局限,如不能提供面对面的交流体验,对复杂的情感和语境理解能力有限,有时对一些复杂的问题提供的答案可能不准确等｡

虽然ChatGPT已经在教学中起到了很大的作用,但仍有很多可以改进和优化的地方｡例如可以通过深度学习和迁移学习等先进技术,进一步提高ChatGPT对学生问题和需求的理解能力;可以尝试将ChatGPT与其他教学工具进行深度融合,为学生提供更全面､更丰富的学习体验;还可以通过特定领域的专业训练,使ChatGPT在农业工程等特定领域的教学中,能提供更专业､更精准的学习支持｡这些都是可以探索和实践的方向,也是未来提高教学效果和教学质量的关键步骤｡

四、结束语

(一)ChatGPT在高校农业工程专业教育教学中的成效和挑战

ChatGPT在高校农业工程专业教育中的应用已取得显著成效｡①个性化辅导｡智能学习路径和资源推荐提高学生学习效率,增强主动性和兴趣,提升效果｡②实时反馈｡ChatGPT提供迅速准确解答,教师可实时调整方案,进一步提高效果｡③教学资源｡AI技术快速生成整理资源,支持丰富教学,提升质量｡

然而,在高校农业工程专业教育中,ChatGPT应用仍需解决以下挑战｡①人机交互｡ChatGPT无法实现与人类教师的情感交流,难以满足重要互动需求｡②复杂情感和语境理解｡ChatGPT在复杂情感和语境方面有限,难以与人类敏感度和准确度匹敌｡③技术接入和使用的便利性｡虽然ChatGPT在某些方面表现优秀,但它的使用仍然需要一定的技术基础｡对于一些缺乏相关技术背景的教师和学生来说,如何方便快捷地使用ChatGPT仍是一项挑战[10-11]｡

未来需继续探索解决这些挑战,以更广泛､深入地应用ChatGPT在高校农业工程专业教育中｡

(二)高校农业工程专业“人工智能+教育”的展望与建议

人工智能在农业工程专业教育教学中具备巨大潜力和广阔前景｡未来,人工智能教学系统将更智能､个性化和人性化｡①个性化学习｡未来的人工智能教学系统将基于学生的多维数据,采用大数据和机器学习,提供精准的个性化学习方案,满足学习需求,提高学习效率｡②交互和情感理解｡技术进步使人工智能更好地理解学生问题,提供丰富互动体验｡同时,它将理解学生情感需求,提供人性化服务,提升学习体验｡③教师助手｡人工智能将帮助教师管理学生､整理资源和设计教学活动,减轻负担,提高效果和效率｡

推广人工智能在农业工程教育的应用需从以下几方面入手｡①制定政策｡政府和机构应支持AI在教育中应用,创造良好环境｡②研发AI技术｡教育机构和公司应投入研发,提升教学能力,满足需求｡③提升教师素质｡教师培训使其熟练运用AI技术｡④引导学生｡培养学生自主学习和规划能力,合理使用AI工具｡⑤评估机制｡建立科学评估,定期调整改进应用效果｡

这些努力将促使人工智能在农业工程教育中发挥更大作用,推进教育创新和进步｡

参考文献:

[1]王国胤,瞿中,赵显莲.交叉融合的“人工智能+”学科建设探索与实践[J].计算机科学,2020,47(4):1-5.

[2]李文哲,陈阳,李晶宇,等.农业工程类卓越人才培养体系构建的研究与实践[J].高等农业教育,2014(6):52-54.

[3]应义斌,泮进明,徐惠荣,等.关于中国农业工程类专业建设和人才培养的若干思考[J].农业工程学报,2021,37(10):284-292.

[4]钟秉林,尚俊杰,王建华,等.ChatGPT对教育的挑战(笔谈)[J].重庆高教研究,2023,11(3):3-25.

[5]余明锋.机器学习时代的人类学习———ChatGPT引发的教育哲学反思[J].北京大学教育评论,2023,21(1):27-34.

[6]师丽娟.中外农业工程学科发展比较研究[D].北京:中国农业大学,2016.

[7]李永旭.人工智能技术在教育领域的应用分析[J].创新创业理论研究与实践,2020,3(6):150-151.

[8]理查德·E.梅耶.应用学习科学:心理学大师给教师的建议[M].盛群力,丁旭,钟丽佳,译.北京:中国轻工业出版社,2016:72.

[11]吴晓林,邢羿飞.知识复制抑或创新激发?———人工智能(ChatGPT)对社科类研究生教育的挑战与机遇[J].广西师范大学学报:哲学社会科学版,2023,59(2):66-74.

基金资助:重庆市研究生教育教学改革研究项目“农业工程专业‘人工智能+’学科群建设实践”(yjg213036);

文章来源:高鸣源,李云伍.农业工程专业“人工智能+教育”及ChatGPT导学实践[J].高教学刊,2025,11(04):1-4.