人工智能趨勢(shì)下基于AHP-模糊數(shù)學(xué)的茶業(yè)機(jī)械課程教學(xué)改革效果綜合評(píng)價(jià)研究

林東藝 陳加友 黃艷 張玥 薛志慧 高進(jìn)忠 林金科

摘要：隨著人工智能的不斷發(fā)展，將其融入新農(nóng)科課程已經(jīng)是一種趨勢(shì)。在此背景下，福建農(nóng)林大學(xué)安溪茶學(xué)院開展了“人工智能+茶業(yè)機(jī)械”創(chuàng)新教育改革以培養(yǎng)高素質(zhì)行業(yè)人才。為綜合評(píng)價(jià)該教學(xué)改革的效果，對(duì)2018級(jí)和2019級(jí)茶學(xué)專業(yè)學(xué)生進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，并采用AHP-模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，教學(xué)改革后的教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)為“很好”，學(xué)生接受和認(rèn)可程度高，將人工智能與茶業(yè)機(jī)械相結(jié)合的教學(xué)改革效果較好，值得進(jìn)一步深化與推廣。

關(guān)鍵詞：人工智能;茶業(yè)機(jī)械;教學(xué)改革;AHP模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)

Research on the Quality Evaluation of

Teaching Reform in Tea Industry Machinery Course

Based on AHP-Fuzzy Mathematics under the

Trend of Artificial Intelligence

LIN Dongyi1， CHEN Jiayou2， HUANG Yan1， ZHANG Yue1， XUE Zhihui1， GAO Jinzhong3， LIN Jinke4*

1. Anxi College of Tea Science， Fujian Agriculture and Forestry University， Quanzhou 362400， China;

2. College of Intelligent Manufacturing Engineering， Liming Vocational University， Quanzhou 362000， China;

3. Anxi Xinfangchun Agricultural Technology Co.， Ltd.， Quanzhou 362400， China;

4. Dean's Office， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou 350002， China

Abstract： With the continuous development of artificial intelligence， it is a trend to integrate it into the development of the new agricultural curriculum. In this context， the innovative education reform of "Artificial intelligence + Tea Industry Machine" was carried out to cultivate high-quality industry talents. In view of the effect of teaching reform，the questionnaire survey was conducted among grade 2018 and 2019 students majoring in tea science in Anxi Tea College of Fujian Agriculture and Forestry University， and the AHP-fuzzy mathematics comprehensive evaluation method was used for quantitative evaluation.The results show that the teaching quality evaluation after the teaching reform was "very good"， and the students had a high degree of acceptance and recognition. It is worth further deepening and promotion.

Keywords： artificial intelligence， tea industry machinery， education reform， AHP-fuzzy mathematics comprehensive evaluation method

2017年7月20日，《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》印發(fā)，這是我國(guó)首個(gè)面向2030年的人工智能發(fā)展規(guī)劃，明確了我國(guó)新一代人工智能發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)[1]。2018年教育部印發(fā)了《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》，提出要加強(qiáng)人工智能領(lǐng)域的專業(yè)建設(shè)。茶學(xué)是一門交叉性、綜合性強(qiáng)的學(xué)科，在數(shù)字化和智能制造離我們?cè)絹?lái)越近的今天，信息與技術(shù)科學(xué)、工程技術(shù)等非農(nóng)學(xué)科正不斷向農(nóng)業(yè)科學(xué)滲透、交融，新的學(xué)科分支和新增長(zhǎng)點(diǎn)不斷涌現(xiàn)，拓寬農(nóng)業(yè)科技領(lǐng)域，推動(dòng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展[2]。2021年3月22日，習(xí)總書記在福建考察調(diào)研時(shí)指出“要把茶文化、茶產(chǎn)業(yè)、茶科技統(tǒng)籌起來(lái)”。由此可見，如何把人工智能融入專業(yè)技術(shù)課程、進(jìn)一步提高課程的科技內(nèi)涵、培養(yǎng)高素質(zhì)行業(yè)人才是當(dāng)前茶行業(yè)教育的一個(gè)迫切任務(wù)。

“中國(guó)制造2025”重點(diǎn)內(nèi)容中提到了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備，同時(shí)茶葉機(jī)械及裝備是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備中不可或缺的部分，是我國(guó)戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，現(xiàn)代茶葉機(jī)械是茶行業(yè)生產(chǎn)、加工及銷售等相關(guān)過(guò)程中必不可少的支持。傳統(tǒng)的《茶業(yè)機(jī)械》是面向茶學(xué)專業(yè)本科生的專業(yè)限選課程，是研究茶葉生產(chǎn)加工中使用的各種專用機(jī)械的應(yīng)用性課程，是隨著茶葉生產(chǎn)加工機(jī)械化的發(fā)展而逐步形成和壯大的交叉性課程。人工智能是利用計(jì)算機(jī)模擬人的某些思維過(guò)程和智能行為的研究[3]，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略計(jì)劃的不斷推動(dòng)與發(fā)展，人工智能已進(jìn)入茶業(yè)機(jī)械信息化領(lǐng)域。在新農(nóng)科背景下，為了更好地順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，需要對(duì)傳統(tǒng)的茶業(yè)機(jī)械課程進(jìn)行轉(zhuǎn)型和升級(jí)。D3FFDCF4-4136-4533-84F8-C84517186D18

基于上述原因，教研組通過(guò)調(diào)整教學(xué)大綱、優(yōu)化知識(shí)結(jié)構(gòu)、豐富教學(xué)素材、創(chuàng)新教學(xué)方法、加強(qiáng)實(shí)踐等措施對(duì)該課程實(shí)施了教學(xué)改革，由傳統(tǒng)的《茶業(yè)機(jī)械》課程升級(jí)為《茶業(yè)機(jī)械與人工智能》課程。為能及時(shí)了解和掌握課程改革效果和學(xué)生學(xué)習(xí)情況，為今后課程的深入改革和教學(xué)質(zhì)量進(jìn)一步提升提供依據(jù)，對(duì)福建農(nóng)林大學(xué)安溪茶學(xué)院2018級(jí)、2019級(jí)茶學(xué)專業(yè)學(xué)生進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查，并對(duì)調(diào)研結(jié)果進(jìn)行了研究分析。本文利用模糊綜合評(píng)價(jià)方法，為《茶業(yè)機(jī)械與人工智能》課程的教學(xué)改革質(zhì)量和效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)和分析，并為今后的進(jìn)一步優(yōu)化和提升效果改進(jìn)提出幾點(diǎn)建議。

1 ?《茶業(yè)機(jī)械與人工智能》課程教學(xué)改革的方法與實(shí)施

相對(duì)于傳統(tǒng)茶業(yè)機(jī)械課程，工業(yè)4.0背景下的《茶業(yè)機(jī)械與人工智能》本科生課程改革，主要體現(xiàn)在以下4個(gè)方面：（1）優(yōu)化知識(shí)結(jié)構(gòu)，升級(jí)教學(xué)內(nèi)容中茶葉機(jī)械裝備等級(jí)，由自動(dòng)化向信息化、智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)，積極吸取國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的茶葉機(jī)械裝備和技術(shù)，增加了人工智能揀剔設(shè)備、智能采茶機(jī)等最新型裝備，從教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)了我國(guó)茶葉機(jī)械裝備制造水平和內(nèi)涵，新修改的知識(shí)點(diǎn)結(jié)構(gòu)和教學(xué)大綱框架如圖1;（2）豐富教學(xué)資源，推行專題式教學(xué)內(nèi)容并引入線上資源、仿真軟件及視頻素材，以解決教學(xué)難度大的問(wèn)題;（3）加強(qiáng)校企合作，通過(guò)“走出去+引進(jìn)來(lái)”模式，帶領(lǐng)學(xué)生到智慧化茶葉加工廠實(shí)訓(xùn)、聘請(qǐng)資深行業(yè)專家進(jìn)課堂講授的方式，培養(yǎng)學(xué)生工程分析能力和創(chuàng)新意識(shí);（4）創(chuàng)新教學(xué)方法，采取“線上+線下”的混合式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、案例教學(xué)法等，不僅有效適應(yīng)了當(dāng)前的疫情新形勢(shì)，而且提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

課程改革旨在提高學(xué)生對(duì)現(xiàn)代信息科技的了解和掌握，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維的引導(dǎo)和培養(yǎng)，使課程教學(xué)緊跟社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)，在實(shí)踐教學(xué)中積極探索，鼓勵(lì)學(xué)生走出去，了解智慧化茶葉加工企業(yè)，解決束縛學(xué)科交叉與融合的人才培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系構(gòu)架、教學(xué)內(nèi)容與方法創(chuàng)新、實(shí)踐能力培養(yǎng)等問(wèn)題，構(gòu)建體現(xiàn)多學(xué)科交叉融合的茶學(xué)創(chuàng)新型專業(yè)人才培養(yǎng)與課程教學(xué)模式。

2 ?《茶業(yè)機(jī)械與人工智能》課程教學(xué)改革效果評(píng)價(jià)

如何科學(xué)、合理地對(duì)課程教學(xué)改革效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，是提高茶葉機(jī)械課程質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)進(jìn)一步深化改革具有重要意義?！恫铇I(yè)機(jī)械與人工智能》教學(xué)改革及教學(xué)效果評(píng)價(jià)不僅涉及所授知識(shí)點(diǎn)的難易程度、學(xué)生的接受能力、教師的工作投入和業(yè)務(wù)水平，還涉及教育學(xué)、信息學(xué)、心理學(xué)等學(xué)科知識(shí)面等因素，是一個(gè)典型的模糊性問(wèn)題。AHP-模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)法是將層次分析法和模糊數(shù)學(xué)法集成的綜合評(píng)價(jià)法，該方法把研究問(wèn)題按層次分解成各個(gè)指標(biāo)集，通過(guò)專家給出各個(gè)指標(biāo)的相對(duì)重要性并計(jì)算出指標(biāo)權(quán)重，最后計(jì)算指標(biāo)綜合得分[4-7]。這種方法可以使帶模糊性、主觀性的質(zhì)量問(wèn)題的評(píng)定得到量化，提高問(wèn)題評(píng)價(jià)的客觀性和科學(xué)性。步驟包括模糊綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的構(gòu)建、權(quán)重向量的構(gòu)建、評(píng)價(jià)矩陣的構(gòu)建、評(píng)價(jià)矩陣和權(quán)重向量的合成等。因此，本研究以《茶業(yè)機(jī)械與人工智能》的教學(xué)活動(dòng)為依托，基于問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果，采用AHP-模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)法對(duì)課程改革的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.1 ?評(píng)價(jià)指標(biāo)和權(quán)重的確定

針對(duì)課程改革及教學(xué)效果評(píng)價(jià)問(wèn)題開展問(wèn)卷調(diào)查，然后邀請(qǐng)行業(yè)專家、教研組和學(xué)生共同參與討論，對(duì)評(píng)價(jià)的觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分類，確定了5個(gè)一級(jí)指標(biāo)和17個(gè)二級(jí)指標(biāo)的層次模型，各評(píng)價(jià)指標(biāo)如表1。各指標(biāo)權(quán)重確定的方法一般有專家打分法、指標(biāo)值法、層次分析法、經(jīng)驗(yàn)判斷法等?？紤]到各因素的重要性與影響程度，參考相關(guān)文獻(xiàn)，根據(jù)1～9標(biāo)度法、結(jié)合經(jīng)驗(yàn)判斷法對(duì)各級(jí)評(píng)價(jià)因素進(jìn)行因子兩兩比較并投票得到量化的判斷矩陣，利用歸一化法進(jìn)行計(jì)算和一致性檢驗(yàn)，確定各指標(biāo)權(quán)重。

2.2 ?問(wèn)卷收集與樣本統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)實(shí)際情況，建立教學(xué)定性評(píng)判集 V = { V1，V2，V3，V4，V5 } = {很好（90%～100%），好（80%～89%），中等（70%～79%），一般（60%～69%），差（<60%）}。對(duì)課程改革后所授茶學(xué)專業(yè)的2個(gè)年級(jí)5個(gè)班級(jí)進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)問(wèn)卷調(diào)查，針對(duì)課程改革與教學(xué)效果的17個(gè)二級(jí)指標(biāo)均設(shè)置了相關(guān)問(wèn)題。本次研究共發(fā)出問(wèn)卷145份，收回145份，剔除28份17個(gè)問(wèn)題均選同等級(jí)評(píng)價(jià)語(yǔ)的無(wú)效問(wèn)卷，其余視為有效問(wèn)卷，共117份。

運(yùn)用SPSS25.0對(duì)問(wèn)卷進(jìn)行信度和效度檢驗(yàn)，結(jié)果顯示，模型的Cronbach's α為0.942，大于0.9，說(shuō)明該問(wèn)卷的信度高。KMO檢驗(yàn)結(jié)果顯示，KMO的值為0.920，同時(shí)，Bartlett球形檢驗(yàn)的結(jié)果顯示，各變量間具有相關(guān)性，因子分析有效，模型的構(gòu)建合理，具有較好的可靠性。

問(wèn)卷調(diào)查得到的各評(píng)價(jià)因素統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

2.3 ?模糊綜合評(píng)判的建立與求解

參照表2，采用Matlab2017b計(jì)算得出一級(jí)指標(biāo)集（U1～U5）的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果分別為：

由上述結(jié)果，各評(píng)價(jià)語(yǔ)對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)結(jié)果如表3。根據(jù)最大隸屬度原則，該課程的教學(xué)改革和教學(xué)效果評(píng)價(jià)為“很好”。

2.4 ?教學(xué)改革前后比較

表4為改革前后的傳統(tǒng)教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果，從表中可知，傳統(tǒng)的教學(xué)評(píng)價(jià)方式更側(cè)重教師的教學(xué)態(tài)度和課堂教學(xué)表現(xiàn)，而采用模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)方式更全面與客觀。其中與本次教學(xué)改革相關(guān)度較高的11、15、16、17等指標(biāo)在教學(xué)改革后的滿意度均有一定程度的提升，也從另一個(gè)角度說(shuō)明本次教學(xué)改革的效果良好。

3 ?結(jié)果與討論

3.1 ?評(píng)價(jià)結(jié)果

從模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，相比傳統(tǒng)茶業(yè)機(jī)械教學(xué)模式來(lái)說(shuō)，改革后的《茶業(yè)機(jī)械與人工智能》教學(xué)效果很好。從一級(jí)指標(biāo)集（U1～U5）的模糊綜合評(píng)判結(jié)果來(lái)看，R5中的“很好”評(píng)語(yǔ)集得分最低，為33.25%，說(shuō)明教改實(shí)施后，知識(shí)難度增加，故學(xué)生對(duì)新課程基本知識(shí)的掌握程度、學(xué)習(xí)能力、成績(jī)和積極性等方面的效果需要教師通過(guò)一定的措施來(lái)進(jìn)一步改進(jìn)。R1和R4中的“很好”評(píng)語(yǔ)集得分相對(duì)較高，分別為62.73%和51.69%，說(shuō)明教師認(rèn)真?zhèn)湔n、為人師表、關(guān)愛(ài)學(xué)生、積極輔導(dǎo)答疑，會(huì)得到學(xué)生的認(rèn)可。此外，學(xué)生還希望教師能采用多種教學(xué)方法、因材施教、增加課堂互動(dòng)、豐富教學(xué)素材和增加實(shí)踐環(huán)節(jié)。D3FFDCF4-4136-4533-84F8-C84517186D18

3.2 ?討論與建議

隨著人工智能技術(shù)的不斷普及，人工智能與各行各業(yè)的聯(lián)系已經(jīng)越來(lái)越緊密，在這種時(shí)代背景下，人工智能與茶葉機(jī)械的融合將是一種趨勢(shì)，因此要求茶學(xué)專業(yè)學(xué)生能夠緊跟時(shí)代潮流、掌握前沿知識(shí)，為將來(lái)更好地從事行業(yè)工作做準(zhǔn)備。在這種情況下，教師更應(yīng)該通過(guò)積極探索、創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容與方法，來(lái)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)能力。調(diào)研分析結(jié)果表明，課程改革實(shí)施以后，豐富的教學(xué)內(nèi)容和方法得到了大部分學(xué)生的肯定。相較于傳統(tǒng)的單一教學(xué)模式，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果在一定程度上得到了提升。

“人工智能+茶業(yè)機(jī)械”教學(xué)體系創(chuàng)新順應(yīng)了時(shí)代潮流，但是目前教學(xué)改革僅經(jīng)歷2年時(shí)間，從綜合評(píng)價(jià)結(jié)果上看，教改后獲得中等評(píng)價(jià)的還有一定比例，說(shuō)明短時(shí)間的教學(xué)改革和實(shí)踐過(guò)程中還存在需要改進(jìn)和提升的地方，在未來(lái)有必要進(jìn)一步采取措施、深化改革，以進(jìn)一步提高教學(xué)成效。

3.2.1 ?教學(xué)態(tài)度和教學(xué)內(nèi)容

針對(duì)教學(xué)態(tài)度（U1）和教學(xué)內(nèi)容（U3）問(wèn)題，要進(jìn)一步樹立創(chuàng)新教育理念，提高教學(xué)水平。教師應(yīng)該積極參加教師教學(xué)能力培訓(xùn)、吸收先進(jìn)教育理念，進(jìn)一步夯實(shí)教學(xué)改革思想基礎(chǔ)。隨著人工智能時(shí)代來(lái)臨，作為新時(shí)代的高校教師，除了豐富人工智能知識(shí)，還要有運(yùn)用現(xiàn)代化智能信息技術(shù)作為教學(xué)方式的能力，從而提高教學(xué)水平。

3.2.2 ?教學(xué)環(huán)境和教學(xué)方法

針對(duì)教學(xué)環(huán)境（U2）和教學(xué)方法（U4）問(wèn)題，要進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，鞏固理論知識(shí)。新時(shí)期下的《茶業(yè)機(jī)械與人工智能》課程是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，學(xué)生需要通過(guò)實(shí)操探索來(lái)加強(qiáng)對(duì)理論知識(shí)的掌握和理解。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)、VR技術(shù)等的日漸成熟，有必要在傳統(tǒng)實(shí)物實(shí)訓(xùn)的基礎(chǔ)上，引進(jìn)智能化虛擬實(shí)訓(xùn)方式，從而豐富實(shí)踐教學(xué)方式、鞏固學(xué)生的理論知識(shí)。

3.2.3 ?教學(xué)效果

針對(duì)教學(xué)效果（U5）問(wèn)題，要進(jìn)一步豐富教學(xué)方法，提高教學(xué)成效。作為茶學(xué)專業(yè)學(xué)生，人工智能方面的知識(shí)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，再加上人工智能部分知識(shí)點(diǎn)本身難度相對(duì)較大，造成學(xué)生消化吸收有一定困難。因此，教師要進(jìn)一步豐富教學(xué)手段和素材，采用通俗易懂的方式因材施教，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效果和積極性。

總之，《茶業(yè)機(jī)械與人工智能》課程教學(xué)創(chuàng)新改革，可以豐富教學(xué)內(nèi)容，使茶學(xué)專業(yè)學(xué)生緊跟新時(shí)期的智能化浪潮，更好地適應(yīng)未來(lái)行業(yè)技術(shù)環(huán)境。多樣化的教學(xué)方法，有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的能動(dòng)性，讓每位學(xué)生積極參與到教學(xué)情境中，提高自主學(xué)習(xí)能力。

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