基于人工智能的農(nóng)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)平臺(tái)開發(fā)

王香蒙++陳琳++曹蕾

[摘要]隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人工智能以其智能性、方便性、可操作性等特點(diǎn)逐漸滲透教育領(lǐng)域，也為教育培訓(xùn)提供了新思路。文章分析了人工智能應(yīng)用于農(nóng)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)的優(yōu)勢，并針對(duì)于農(nóng)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)的特點(diǎn)，提出了一種基于人工智能的農(nóng)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)模式，是人工智能技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)教育培訓(xùn)領(lǐng)域的一次嘗試。

[關(guān)鍵詞]人工智能；農(nóng)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)；模型

[DOI]1013939/jcnkizgsc201720172

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)科學(xué)滲透生活的各個(gè)領(lǐng)域，改變了人們的生活方式和學(xué)習(xí)方式。其中，人工智能作為計(jì)算機(jī)科學(xué)中迅猛發(fā)展的一部分，正在以其獨(dú)特的魅力走進(jìn)人們的視野。“人工智能”（Artificial Intelligence），顧名思義，即通過應(yīng)用計(jì)算機(jī)來模擬人腦的信息接收、思考、判斷以及決策等思維行為過程，進(jìn)而擴(kuò)展人腦的思維和行動(dòng)，幫助人們高效智能化地解決特定問題。近年，人工智能在教育領(lǐng)域中發(fā)揮的作用越來越顯著[1]，其與眾不同的特點(diǎn)決定了其在教育培訓(xùn)中的地位，將人工智能應(yīng)用在農(nóng)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)中的可行性也成為教育界熱議的新話題。

1我國農(nóng)業(yè)發(fā)展背景和農(nóng)業(yè)培訓(xùn)必要性分析

11我國農(nóng)業(yè)發(fā)展背景

我國是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)對(duì)我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有極其重要的影響，一方面是由于我國人口基數(shù)大；另一方面是由于我國進(jìn)出口貿(mào)易主要依靠農(nóng)產(chǎn)品，農(nóng)業(yè)發(fā)展成為影響我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展最重要的因素之一。但由于各方面原因，我國農(nóng)業(yè)發(fā)展還比較落后，尤其與發(fā)達(dá)國家的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)相比，依舊有較大差距。

12開展農(nóng)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)的必要性

反思其他發(fā)達(dá)國家在農(nóng)業(yè)發(fā)展上實(shí)施過的舉措，包括重視農(nóng)業(yè)教育、科研和技術(shù)推廣，注意提高勞動(dòng)者素質(zhì)；推廣現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械和高技術(shù)，重視農(nóng)場管理；經(jīng)營集約化、產(chǎn)業(yè)化；生產(chǎn)專業(yè)化；服務(wù)社會(huì)化；市場機(jī)制與政府扶持相結(jié)合；加強(qiáng)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等，可以看出，我國在農(nóng)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)、素質(zhì)教育、技術(shù)推廣方面與發(fā)達(dá)國家差距明顯。為發(fā)展我國農(nóng)業(yè)，培養(yǎng)一批高素質(zhì)、懂技術(shù)、會(huì)經(jīng)營的農(nóng)民以及一批愿意為農(nóng)業(yè)發(fā)展做出自己貢獻(xiàn)的高學(xué)歷人才成為關(guān)鍵。農(nóng)業(yè)的發(fā)展離不開農(nóng)民的發(fā)展和進(jìn)步，也離不開受過高等教育的精英人才的共同努力，而開展農(nóng)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)，則是為他們的發(fā)展奠定了一條夯實(shí)的道路。

2人工智能在教育中的應(yīng)用與發(fā)展

近年來，伴隨著人工智能在各行業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展，人工智能在教育領(lǐng)域中發(fā)揮的作用也越來越顯著。例如，智能化的作業(yè)批改可以大大減輕教育工作者的沉重負(fù)擔(dān)，在線學(xué)習(xí)等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式可以讓人們更靈活地接受教育。從人工智能誕生伊始，其就與教育產(chǎn)生了密不可分的聯(lián)系，延續(xù)發(fā)展至今，人工智能在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用主要包含以下幾個(gè)方面。

21基于人工智能的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教育是對(duì)傳統(tǒng)教育方式的一次革新，而人工智能對(duì)網(wǎng)絡(luò)教育的滲透，又將其推向了新的發(fā)展高度。[2]學(xué)生可以自主地登錄網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行在線學(xué)習(xí)，根據(jù)智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)制訂學(xué)習(xí)計(jì)劃，進(jìn)行在線測試。例如近年來大為流行的MOOC課程，學(xué)生可以便捷地通過網(wǎng)絡(luò)獲取全球最高質(zhì)量的教學(xué)資源，并可以量身打造自己的學(xué)習(xí)計(jì)劃。

22基于人工智能的教師輔助系統(tǒng)

近十年來，智能傳感器、語音識(shí)別、圖像識(shí)別、深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)等方面的蓬勃發(fā)展令信息的采集及處理越來越準(zhǔn)確高效，這無疑使得人工智能與輔助教學(xué)系統(tǒng)的融合變得越來越深入。借助于語音識(shí)別、圖像識(shí)別等技術(shù)，學(xué)生可以將學(xué)習(xí)過程中遇到的問題上傳至系統(tǒng)，借助于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對(duì)信息準(zhǔn)確的搜素和整合能力，實(shí)時(shí)地為學(xué)生提供答案或相關(guān)信息，答疑解惑。目前此類應(yīng)用軟件的應(yīng)用廣泛，例如小猿搜題、百度作業(yè)幫等。

23基于人工智能的教育數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

隨著信息化時(shí)代的到來，如何高效地搜集、分類和檢索碎片化的教育信息和教學(xué)資源，無疑是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。為了更有效地分配和管理信息，在教育中引入智能化的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)勢在必行。現(xiàn)如今數(shù)據(jù)挖掘和深度學(xué)習(xí)的研究成果不斷深入，依托知識(shí)庫系統(tǒng)對(duì)教育信息的整合與構(gòu)建，學(xué)生可以將已習(xí)得的零星的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)充，由點(diǎn)至面的不斷學(xué)習(xí)新知識(shí)；依托教育資源管理系統(tǒng)中來，教育管理工作者可以合理分配教學(xué)資源，讓人們從爆炸式的高密度信息中解放出來，真正做到物為己用，因材施教。

3人工智能與農(nóng)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)的結(jié)合

新時(shí)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展為國家農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展翻開了新的篇章，如何加快社會(huì)主義農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，促進(jìn)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型，這為新時(shí)代的農(nóng)業(yè)知識(shí)教育提出了新的要求。另外，近年來勞動(dòng)力轉(zhuǎn)型的趨勢日益顯著。隨著農(nóng)業(yè)勞動(dòng)人口數(shù)量的減少，為了提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，需要有素質(zhì)、懂知識(shí)的農(nóng)民投入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中來。因而，對(duì)于農(nóng)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)的革新作為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)的重中之重，已被提上日程。

人工智能技術(shù)和教育領(lǐng)域融合的不斷完善成熟，基于人工智能的農(nóng)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)正如雨后春筍般涌現(xiàn)，在農(nóng)業(yè)教育培訓(xùn)領(lǐng)域嶄露頭角。

31人工智能應(yīng)用于農(nóng)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)的優(yōu)勢

從我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀看，較之于發(fā)達(dá)國家，我國農(nóng)業(yè)從業(yè)者的基數(shù)巨大但是整體受教育程度偏低，農(nóng)業(yè)專業(yè)領(lǐng)域的知識(shí)匱乏，農(nóng)業(yè)知識(shí)教育的推廣不僅薄弱，而且效率低下。因此，伴隨著信息化時(shí)代“互聯(lián)網(wǎng)+”的新型教育模式對(duì)傳統(tǒng)教模式的強(qiáng)有力革新，基于人工智能的農(nóng)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)展示了其強(qiáng)大的威力和優(yōu)勢，具體可以總結(jié)為如下兩個(gè)方面。

311個(gè)性化教育針對(duì)性強(qiáng)

相比于課堂教學(xué)的傳統(tǒng)模式，基于人工智能的網(wǎng)上在線教育模式能夠?yàn)閷W(xué)生個(gè)性化地制訂學(xué)習(xí)計(jì)劃，靈活安排學(xué)習(xí)時(shí)間。這有力地解決了學(xué)生參加農(nóng)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)的時(shí)間成本問題，農(nóng)業(yè)從業(yè)者可利用閑暇時(shí)間自主安排學(xué)習(xí)。另外，針對(duì)于培訓(xùn)者的當(dāng)前知識(shí)水平和培訓(xùn)需求，培訓(xùn)平臺(tái)可以個(gè)性化地安排教學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)和操作技能。

312教育資源利用率高

我國當(dāng)前的農(nóng)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)，教育教師需求數(shù)量和實(shí)際在崗教師資源極不匹配，具備豐富農(nóng)業(yè)專業(yè)知識(shí)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的教師數(shù)量缺乏，這是導(dǎo)致農(nóng)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)推廣速度緩慢的重要原因。而人工智能為這一問題的解決帶來了福音，智能化的教學(xué)進(jìn)程得以讓教師從繁重的教學(xué)負(fù)擔(dān)中解放。同時(shí)，基于網(wǎng)絡(luò)的課程資源共享可以讓先進(jìn)的農(nóng)業(yè)技術(shù)走進(jìn)千家萬戶，讓學(xué)生與優(yōu)秀農(nóng)業(yè)知識(shí)的距離不再遙遠(yuǎn)。

4平臺(tái)開發(fā)的系統(tǒng)架構(gòu)

基于人工智能技術(shù)，一個(gè)合理的農(nóng)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)平臺(tái)能夠像一個(gè)優(yōu)秀的教師那樣具備完備的農(nóng)業(yè)專業(yè)知識(shí)和優(yōu)良的教學(xué)技能知識(shí)，并且能夠模擬及擴(kuò)充教師的教學(xué)過程。除此之外，該培訓(xùn)平臺(tái)還能夠準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地與學(xué)生進(jìn)行信息交互，有針對(duì)性地開展個(gè)性化教學(xué)，并可以自適應(yīng)地完成教學(xué)效力評(píng)估和反饋，不斷更新和完善教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)策略。基于以上分析，該開發(fā)平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)分為學(xué)生模型、教師模型、綜合數(shù)據(jù)庫模型和人機(jī)交互接口四個(gè)組成部分，結(jié)合下圖對(duì)每一部分分別進(jìn)行詳細(xì)闡述。

41學(xué)生模型

學(xué)生模型應(yīng)針對(duì)不同的學(xué)生，準(zhǔn)確地評(píng)估學(xué)生當(dāng)前的學(xué)習(xí)水平，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)背景、知識(shí)水平、知識(shí)架構(gòu)進(jìn)行診斷和評(píng)定，以便有針對(duì)性地制訂教學(xué)方案，進(jìn)而實(shí)施個(gè)性化教育。

另外，學(xué)生模型需要對(duì)學(xué)習(xí)過程中的學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行記錄入庫，對(duì)教育效果進(jìn)行評(píng)定，從而診斷出當(dāng)前教學(xué)計(jì)劃是否合適，以便下述教師模型中對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)策略的靈活調(diào)整。

42教師模型

教師是教學(xué)工作開展過程中的主體，一個(gè)合理的教師模型應(yīng)該包括如下三個(gè)部分。

教師模型首先完成教學(xué)內(nèi)容的選擇，這要根據(jù)學(xué)生模型中對(duì)學(xué)生當(dāng)前的學(xué)習(xí)水平的評(píng)定，并且針對(duì)學(xué)生既定的學(xué)習(xí)目標(biāo)，并從下述知識(shí)庫中調(diào)取對(duì)應(yīng)的內(nèi)容，為教學(xué)的開展做好準(zhǔn)備。

在確定了教什么的問題之后，教室模型要確定如何教的問題，即選取合理的教學(xué)策略開展教學(xué)。教學(xué)方式的選擇依附于學(xué)生模型，而又能根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況記錄進(jìn)行反饋動(dòng)態(tài)，不斷完善和調(diào)整教學(xué)策略。

另外，在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，教師傳授知識(shí)，并能為學(xué)生答疑解惑。當(dāng)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到問題和疑惑時(shí)，教師模型應(yīng)該實(shí)時(shí)地提供信息支持，為學(xué)生提供針對(duì)性的幫助。因而教師模型要實(shí)現(xiàn)與人機(jī)交互接口的實(shí)時(shí)連接，在問題到來時(shí)控制模塊驅(qū)動(dòng)應(yīng)答部分為學(xué)生答疑解惑。

43綜合數(shù)據(jù)庫模型

綜合數(shù)據(jù)庫模塊為農(nóng)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)庫支持，主要包括以下三個(gè)模塊。

知識(shí)庫模塊中分類別地存放著農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，包括文本、圖像、自然語言、多媒體等多個(gè)類型的學(xué)習(xí)知識(shí)。一旦教師模型中完成了教學(xué)內(nèi)容的選擇，便由此模塊中調(diào)取相對(duì)應(yīng)的文件開展教學(xué)。

專家評(píng)估模塊用于處理教學(xué)過程中的教學(xué)效果評(píng)價(jià)和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，為教師模型中的各個(gè)環(huán)節(jié)的反饋和更新迭代提供數(shù)據(jù)支持。在一個(gè)完善的教學(xué)過程，教師需要根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行總結(jié)和反饋，以此指導(dǎo)下一步的教學(xué)內(nèi)容和策略的更新。

為了對(duì)學(xué)生階段性學(xué)習(xí)的效果進(jìn)行評(píng)估，還需要引入測試考核模塊對(duì)學(xué)生的成績進(jìn)行量化考核。測試考核模塊中包含學(xué)生答題庫和成績測評(píng)庫，準(zhǔn)確檢測出開展農(nóng)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)的作用與效果。

44人機(jī)交互接口

基于人工智能的農(nóng)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)的過程是學(xué)生和系統(tǒng)進(jìn)行交流的過程，所以一個(gè)友好的人機(jī)接口是系統(tǒng)必不可少的組成部分。在這一模塊中，友好的圖形用戶界面的設(shè)計(jì)能夠幫助學(xué)生流暢地接收信息，提高學(xué)習(xí)效率。同時(shí)，借助于人工智能中對(duì)語音和圖像信號(hào)的先進(jìn)識(shí)別技術(shù)，人機(jī)交互接口可以智能化地接收分析和理解學(xué)生的自然語言信息和動(dòng)作信息，進(jìn)而為系統(tǒng)提供寶貴的輸入信息。

5總結(jié)和展望

本文提出了一種基于人工智能的農(nóng)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)模式，是人工智能技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)教育領(lǐng)域的一次嘗試。依托于人工智能應(yīng)用于農(nóng)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)的優(yōu)勢，并針對(duì)于農(nóng)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)的特點(diǎn)，提出了農(nóng)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)平臺(tái)的具體系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)教學(xué)過程的模擬和擴(kuò)展。這種基于人工智能的培訓(xùn)平臺(tái)，能夠根據(jù)學(xué)生自身特點(diǎn)因材施教，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的教學(xué)模式；并且具備良好的人機(jī)信息交互和教學(xué)反饋能力，自適應(yīng)地開展農(nóng)業(yè)知識(shí)教學(xué)，是對(duì)傳統(tǒng)教育模式的擴(kuò)充與革新。

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[基金項(xiàng)目]創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目“‘鮮品鋪農(nóng)產(chǎn)品電子商務(wù)平臺(tái)”（項(xiàng)目編號(hào)：201510638037）。

[作者簡介]王香蒙（1996—），女，漢族，四川成都人，西華師范大學(xué)；陳琳，電子科技大學(xué)；通訊作者：曹蕾，西華師范大學(xué)，副教授。