信息技术在农林领域应用的相关课程设置

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  摘要:随着计算机的发展和普及,信息技术在农林领域也得到了越来越多的应用。作为农林类高等院校,应该及时调整教学内容,在大学计算机基础教学系列课程中开设信息技术在农林领域应用的相关课程,使学生掌握与本专业领域相关的信息技术知识,促进信息技术与专业知识的融合,为现代农林业的发展提供有力的支持。
  关键词:计算机基础教学;信息技术;农林领域
  
  步入21世纪,人类社会正在向信息化社会跨越,以信息化推动农林业向高新技术挺进、加速实现现代化已成为我国农林业快速发展的必然趋势和方向。作为农林类高等院校,应该把数字农(林)业技术及其产品的研究、开发与应用作为农林业信息化跨越发展的突破口和实践的基础大力抓好,加速发展农林业信息化,推进农林业现代化,大力发展农林业信息技术及其关联技术,提升中国农林业的世界地位和国际竞争能力。为达此目的,必须调整大学计算机基础课程的教学内容,在农林类学生中开设数字农(林)业技术基础和农(林)业信息技术应用课程,为学生介绍信息技术在农林业中应用的关键技术和信息化系统的开发方法,培养具备信息素质的高级农林人才,为现代农林业的发展奠定基础。
  
  一、信息技术在农林领域应用现状
  
  现代信息技术应用于农林领域,大致始于20世纪60年代。经历了由简单向综合、由低级向高级、由单机到网络化的发展过程。在短短几十年中,以计算机为基础的现代信息技术特别是微电子技术迅速渗透到农业的各个领域,使农业生产实现了自动化,极大地提高了生产率。“3s”技术和互联网等现代信息技术的发展及其相互间的渗透,形成了以地理信息系统为核心的集成化技术系统。这些现代信息技术在农业中的综合发展及其应用日益深广,最终促使了“农业信息化”的产生与发展。
  数字农(林)业作为现代农林业最前沿的发展领域,已成为农林业信息化发展的核心,也是农林业信息化发展的晟高表现形式和根本方向。数字农(林)业的主要技术特征是信息获取的自动化,信息分析处理的智能化,信息传播的网络化,多项信息技术运用的集成与整合化,实施过程的定量化。实施数字农(林)业行动,必须大力发展数字农(林)业技术,即遥感技术(RS)、遥测技术、全球定位系统(GPS)、地理信息系统(G1s)、虚拟现实技术(vR)、智能决策技术(KS)、计算机网络与数据通信技术、作物模拟模型、可控实施的农机技术设备等,才能加速数字农(林)业的发展。
  
  二、农林类院校计算机基础教学课程设置基本情况
  
  随着计算机技术在农林领域的广泛应用,农林类院校中各专业对计算机技术的需求也在增加。为了切实了解各专业所需要掌握的计算机知识,2008年底,在东北农业大学非计算机专业开展了问卷调查,调查对象包括各专业教师和在校学生。调查内容主要涉及计算机基础知识、计算机程序设计基础、数据处理技术和农林数字化等几个方面,要求被调查者针对本专业的应用实际,选择各项需要学习的计算机知识。根据调查结果,以促进计算机技术与专业知识的融合为目标,在农林类院校大学计算机基础教学课程设置上,建议计算机基础教学的重点核心课程包括:大学计算机基础、程序设计基础、数据库技术及应用、计算机网络技术及应用、数字农(林)业技术基础和农(林)业信息技术应用六门课程。
  其中,前四门课程的教学内容涵盖计算机基础知识的主要内容,包括计算机软硬件基础知识、操作系统基本概念、计算机网络、程序设计基础、数据库技术基础等方面,是学生掌握计算机基础知识的必修课程。
  “数字农(林)业技术基础”是农林类学生学习和掌握数字农(林)业技术的入门课程。课程的任务是使学生从理论和实践上掌握数字农(林)业的原理、组成和方法,建立关于数字农(林)业系统框架,为学生进一步进行数字化农(林)业应用奠定基础。
  “农(林)业信息技术应用”是农林类学生在学习和掌握信息技术基础知识的基础上,进一步将信息技术与实际应用相结合的课程。课程的任务是使学生了解信息技术在农林领域的应用现状,掌握信息技术与专业结合的基本方法,使学生具有将信息技术应用于生产实践的能力。
  各校在计算机基础课程设置过程中,可根据实际情况,采用分类教学的模式,对不同的专业分别讲授不同的课程,即使同一门课,也应该针对专业特点,适当调整教学内容,使教学内容尽可能与专业需求融合。
  
  三、农林领域应用的相关课程介绍
  
  1 数字农(林)业技术基础
  (1)课程设置的目的
  我国农林业与发达国家相比,竞争还处于劣势,同时,农林科研的手段也落后于西方国家,导致我国农林业的发展缺乏后劲。因此我国农林业需要吸收现代科技精华,转变经济增长方式,改善科研手段,缩短与发达国家的差距,走市场化、数字化、信息化、产业化的可持续发展之路。集计算机技术、信息技术、网络技术、人工智能技术于一体的数字农(林)业技术的应用,是中国农林业现代化发展的必然趋势。
  数字农(林)业技术的研究在我国已经取得了可喜的成就,但客观地讲,与世界发达国家相比,我国在这方面的研究还相当薄弱和落后,基本上处于分散的研究状态,不能形成整体优势。而且全民的智能化农(林)业意识还不够强,有关部门包括部分农林类高校对智能化农(林)业技术的研究还不够重视。因此,有必要在农林类院校开设数字农(林)业技术课程,普及相关知识,培养现代农林科技人才。
  通过本课程的学习,使学生从理论和实践上掌握数字农(林)业的原理、组成和方法,建立关于数字农(林)业系统框架,了解当今数字化农(林)业发展的新技术和新理论,重点理解数字农(林)业所涵盖的各项技术的信息化、自动化、智能化的特点和应用原理,并掌握与所学专业相关的数字技术,为进一步开发应用数字农(林)业系统打下坚实的基础。
  (2)教学内容
  理论教学内容。本课程的理论教学内容涵盖了数字农(林)业的核心技术,包括:
  ①数字化相关概念。通过介绍数字化的基本概念、发展以及应用领域,使学生了解数字化技术对农林业发展的重要作用,能够将数字化技术与本专业领域应用结合起来。探讨本专业数字化的前景。
  ②农业数据处理技术。介绍农(林)业数据信息采集设备和采集方法、应用数据库存储数据的基本方法:在此基础上,介绍常用数据分析软件的使用和软件的选择,各校可根据不同的需求自行决定。本部分内容的学习,力图使学生掌握农林科研的基本方法和手段,能够对农林数据进行简单的处理。
  ③"3S”技术。对遥感技术(RS)、全球定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS)的基本工作原理进行介绍,并介绍3s技术在农林领域的应用现状,使学生了解通过3S技术获得空间数据的基本原理和方法,为农田信息采集和精确种植实施奠定基础。
  ④专家系统和决策支持系统。通过对专家系统和决策支持系统基本结构和工作原理、知识的获取和表示以 及推理策略的介绍,使学生了解专家系统的开发原理和过程,能够对本专业领域专家系统的开发及功能提出合理建议。
  ⑤农业系统模拟技术。介绍农业模拟模型的建立方法和农业系统模拟技术,要求学生了解作物器官和环境因素模拟的基本原理,为进一步进行虚拟农业的研究打下基础。
  ⑥农林业机器视觉技术及应用。通过对机器视觉基本原理和方法的介绍,使学生了解视觉图像的获取、表示、处理的基本方法,方便学生进行农产品无损检测、果实分类等方面的研究。
  实验教学内容。课程的实验部分包含3S部分所涉及的设备和软件的使用、专家系统开发平台的使用、常用统计分析软件的使用、机器视觉图像的获取等几个方面。本课程开设的实验大部分属于验证性实验,学生只需要掌握相关设备、软件的基本应用即可。
  (3)教学要求
  本课程以理论教学为主,讲授数字农(林)业相关技术的原理和方法,要求学生能够了解数字农(林)业及其发展,熟悉数字农(林)业核心技术及其基本原理,为学生将来进行农(林)业科研做知识储备,对相关技术的具体应用不做要求。例如,农业专家系统部分,要求学生了解专家系统的基本工作原理即可,在本课程中并不要求学生能够自行开发专家系统,因此,教学过程中对讲授内容的深度应根据学生的接受能力进行调整。
  (4)实施方案建议
  ①本课程旨在普及数字农(林)业技术相关知识,很多教学内容仍然在发展中,教师在向学生介绍相关原理性内容的同时,可以用实际的数字农(林、水产)业案例激发和引导学生的学习兴趣,鼓励学生多方面查找相关资料,掌握数字农(林)业发展的最新进展。
  ②本课程的教学对于培养学生的学科前沿技术知识、实际动手能力、系统操作能力和系统开发创新能力具有重要的意义,要特别重视理论教学与上机实验的结合。对农林类专业要安排一定数量的原理认知性和操作性实验,开出设计分析性和综合性上机实验。
  ③建议采用课内实验和课外实验相结合的实验教学。在课外实验中可设计更多联系实际的实验项目供学生选做,也可由学生根据所学专业自行设计实验并完成。
  ④课程涉及的专业领域较广,对任课教师也提出了更高的要求。有条件的学校可以通过选派教师进修、集体备课、专题讲座等形式拓宽教师的知识面。
  
  2 农(林)业信息技术应用
  (1)课程设置的目的
  本课程可以作为数字农(林)业技术基础课程的后续课程,也可以独立开设,是农科专业学生在学习和掌握信息技术基础知识的基础上,进一步将信息技术与实际应用相结合的课程。本课程的主要内容是介绍农业数据库及管理信息系统、精确农业、虚拟植物与虚拟农业、农(林)业专家决策支持系统、农业资源信息系统和农林信息服务体系建设等方面的知识。
  通过本课程的学习,使学生对信息技术在农林业的应用有一个较为全面的了解,促进信息技术与所学专业知识的融合,使学生具有将信息技术应用于生产实践的能力,具备一定的农业实用软件开发的能力,推进计算机技术在农业生产、科研和管理上的应用。
  (2)教学内容
  理论教学内容。主要包括以下5个方面:
  ①农业数据库及管理信息系统。通过对管理信息系统开发方法的介绍,使学生能够在掌握数据库基础知识和程序设计语言的基础上,自行完成小型农业领域管理信息系统的开发,为学生工作过程中有特定功能的管理信息系统的使用和开发奠定基础。
  ②精确农业。精确农业是近年来我国农业发展的主要趋势之一。本部分内容主要对精确农业实施的基本理论和工作原理进行介绍,使学生能够结合3S技术基本原理,了解精确农业的实现原理、技术体系和发展前景。
  ③虚拟植物与虚拟农业。虚拟植物和虚拟农业的提出最初是用于农业科研,随着研究的不断深入,虚拟植物的应用范围也越来越广。本课程通过对虚拟植物模型建立方法的介绍,要求学生能够了解虚拟植物的基本方法,并了解虚拟植物对农业生产和科研的作用。
  ④农(林)业专家决策支持系统。要求学生在掌握专家系统开发基本原理和方法的基础上,能够应用现有的专家系统开发平台,并在此基础上完成本专业领域相关的专家系统的设计和开发。
  ⑤农林信息服务体系建设。通过对农业信息服务体系的介绍,使学生了解农业信息服务体系构建的基本原则和关键技术,并掌握农业信息网络的开发过程,在此基础上,能够完成农业信息网站的建设。
  实验教学内容。课程的实验内容以设计性实验为主,涉及数据库的建立、管理信息系统的开发、植物拓扑结构模型的建立及器官的模拟、农业专家系统的开发、农业信息网络的构建等几个方面。要求学生有一定的程序设计语言基础,能够完成系统的开发。
  (3)教学要求
  本课程的教学内容以应用为主,使学生将学到的信息技术基础知识与农林业生产实践结合起来。授课过程中,要求学生能够结合本专业的实际,探索信息技术的应用领域,并结合本专业完成相关系统的设计开发。
  (4)实施方案建议
  ①本课程的主要任务是使学生能将信息技术与本专业知识结合起来,内容涉及部分系统的开发。在教学过程中,应以实践为主,使学生能综合运用所学的知识解决实际系统开发和应用问题。
  ②本课程部分教学内容涉及前沿技术。在教学过程中,应积极应用现代教育技术手段,发挥网络辅助教学的优势,针对课程内容较新的特点,鼓励学生多方面查找资料,充实教学内容。
  ③要注意学生在计算机基础水平上的差异。应在教学中给学生提供多样化的自主探索空间,鼓励个性化发展,注意因材施教,根据所面向学生的不同特点和专业要求,在教学过程(或教材)中按不同的思路进行组织a
  ④实验内容安排上,应根据学生的不同专业设置具体的实验内容,以强调应用为主。
  农林业的发展离不开信息技术的支持,在农林类院校中开设数字农(林)业技术基础和农(林)业信息技术应用课程,对培养学生将信息技术应用于农业生产科研起到了积极的推进作用。各学校可根据本校特点,调整课程的教学内容和教学重点,促进信息技术在学生专业领域的应用,为现代农林业的发展提供合格人才。
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