《农业信息技术》课程教学规范.docx
《《农业信息技术》课程教学规范.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《农业信息技术》课程教学规范.docx（25页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
《农业信息技术》课程教学规范
I、本课程的地位与作用
农业信息技术是以农业科学的基本理论为基础，以农业生产活动信息为对象，以信息技术为支撑，进行农业信息采集、处理、分析、存储、传输等具有明确时空尺度和定位含义的农业信息管理与决策，以揭示和把握农业生产活动信息的变化规律。
其主要包括以农业遥感、地理信息系统和全球定位系统为核心的空间信息处理技术以及数据库、人工智能、模拟模型、虚拟现实、网络技术等电子信息处理技术。
农业信息技术是农学（农业信息技术）专业必修的一门重要的专业选修课（学位课）。
II、本课程的教学目标
通过本课程的教学，总的目的和要求是使学生：
（1）了解农业信息技术的基本内涵、主要研究内容及发展趋势。
（2）了解农业数据库、农业模拟模型、虚拟农业及管理信息系统、决策支持系统、专家系统、农业信息服务系统的概念、特征与功能及研制过程与方法。
（3）了解精确农业的概念与特征、支持技术及实施过程，重点掌握遥感、地理信息系统、全球定位系统、机器视觉技术农业应用的原理与方法。
（4）理解农业信息技术是重要的专业选修课，是对计算机基础、程序设计语言、软件工程以及耕作、栽培、遗传育种等农学类先修课程的一个综合与提升。
（5）理解农业信息技术是一门实践性很强的硬技术，通过实验教学,使学生掌握农业信息系统的程序设计、模型构建、开发实现的基本方法和基本技能，培养学生发现问题、分析问题与解决问题的能力。
IIL本课程的教学基本要求和内容
第一章农业信息学基础（制定人：
高辉）
1.1教学基本要求
（1）了解农业信息学的发展背景与形成过程，掌握农业信息学的定义、内涵与基本特征；
（2）知晓农业信息学研究的关键技术；
（3）了解农业信息学的地位与作用。
1.2教学基本内容
第一节农业信息学的形成
信息的定义；农业信息学的形成；数字农业的定义。
知识点：
1、信息是客观实体运动状态和运动过程的抽象描述；
2、信息、物质和能量已成为共同构成客观世界的三大要素；
3、微型计算机和互联网的广泛应用，以及遥感、地理信息系统、全球定位系统和管理信息系统、决策支持系统、专家系统等nS技术的发展,为农业生产管理的现代化和信息化提供了新的方法和手段，也为农业产业的技术改造和提高注入了新的活力。
农业信息技术正是在信息科学和农业科学不断发展的推动下建立起来的新兴交叉学科领域。
4、数字农业是用数字化技术，按人类需要的目标，对农业所涉及的对象和全过程进行数字化表达、设计、控制、管理，是数字地球理论与知识在农业上的应用。
第二节农业信息学的定义、内涵与特征
农业信息学的定义；农业信息学的内涵；农业信息学的基本特征。
知识点：
1、定义：
以农业科学的基本理论为基础，以农业生产活动信息为对象，以信息技术为支撑；进行农业信息采集、处理、分析、存储、传输等具有明确时空尺度和定位含义的农业信息管理与决策，研究和解决农业生产活动信息变化规律的科学。
2、内涵：
（1）理论基础：
包括农业信息的结构、性质、分类及其表达，农业信息的传输机制与信息流的形成机理，农业信息的管理与调控技术等。
（2）技术体系：
包括农业信息获取、信息处理、信息模拟、信息控制四个主要方面。
（3）应用系统：
基于数据库的农业生产信息管理系统、基于3S技术的农业空间信息系统、基于模型的农业生产决策支持系统、基于人工智能的农业管理专家系统、基于关键技术集成的精确农作管理系统等。
3、基本特征：
系统化、模型化、知识化、智能化、可视化、网络化等。
第三节农业信息学研究的关键技术
农业数据库技术；农业信息监测技术；农业空间信息管理技术；农业系统模拟技术；农业人工智能技术；农业管理决策技术；农业信息服务技术。
第四节农业信息学的作用与应用
农业信息学的作用；农业信息学的应用。
第二章农业数据库及管理信息系统（制定人：
孙成明）
2.1教学基本要求
（1）了解农业数据库及农业管理信息系统的特征，掌握农业数据库及农业管理信息系统的概念；
（2）了解农业数据库及管理信息系统的研制过程以及其在农业上的应用。
2.2教学基本内容
第一节农业数据库的概念与特征
农业数据库的概念；数据库的结构；农业数据库系统的特征。
知识点：
1、农业数据库：
是一种有组织地动态地存储、管理、重复利用、分析预测一系列有密切联系的农业方面的数据集合的计算机系统。
2、数据库的三级模式结构：
外模式、模式和内模式。
第二节农业管理信息系统的概念与特征
管理系统信息系统的概念；管理信息系统的特征；农业管理信息系统的特征。
知识点：
1、管理信息系统：
是由人和计算机设备或其他信息处理手段组成并用于管理信息的系统，是一门管理科学、信息科学、系统科学与计算机技术相结合的综合性学科。
2、农业管理信息系统特征：
农业管理信息系统是收集和加工农业系统管理过程中的有关信息、为管理决策过程提供帮助的信息处理系统，可根据管理目的而建立，在数据支持下进行与农业相关的事务处理、信息服务和辅助管理决策。
第三节农业数据库系统及管理信息系统的研制与应用
农业数据库的研制及其应用；农业管理信息系统的研制及其应用。
第三章农业专家系统（制定人：
孙成明）
3.1教学基本要求
（1）了解专家系统的概念，熟悉农业专家系统的概念；
（2）了解农业专家系统的特征、结构与功能；
（3）了解农业专家系统的研制过程及其应用。
3.2教学基本内容
第一节农业专家系统的概念、特征与功能
专家系统及农业专家系统的概念；农业专家系统的特征；农业专家系统的结构与功能。
知识点：
1、农业专家系统：
农业专家系统是一个拥有大量权威农业专家的经验、资料、数据与成果构成的知识库，并能利用其知识，模拟农业专家解决问题的思维方法进行判断、推理，以求得解决农业生产问题结论的智能程序系统。
2、农业专家系统的特征:
（1）农业专家系统具有显示表达的大量领域专门知识
（2）能进行符号处理
（3）具有智能性
（4）能对推理过程的解释
（5）包括知识库、数据库、模型库，涵盖了农业专家解决实际问题所需的基本信息。
（6）人机界面友好。
大多数农业专家系统采用了多媒体技术和可视化技术，界面友好，操作简单、易于广大农业生产用户使用。
第二节农业专家系统的研制与应用
知识获取与表达；知识库与模型库的构建；系统的调试与修改；农业专家系统的应用。
第四章农业模拟模型（制定人：
孙成明）
4.1教学基本要求
（1）了解农业模拟模型的概念、特征与功能；
（2）了解农业系统的等级性和水平；
（3）熟悉农业系统模拟的原理与技术；
（4）了解农业模拟模型基本算法及农业模拟模型的研制步骤；
（5）了解农业模拟模型的应用及其与其它技术的耦合。
4.2教学基本内容
第一节农业模拟模型的概念、特征与功能
农业模拟模型的概念和类型；农业模拟模型的特征；农业模拟模型的作用与功能。
知识点：
1、农业模拟模型（SimulationModel）：
着重利用系统分析方法和计算机模拟技术，对农业系统中的生物与非生物过程及其与环境和技术的动态关系进行定量描述和预测。
2、模拟模型的类型
（1）经验（Experiential）模型和机理（Mechanistial）模型；
（2）描述性（Descriptive）模型和解释性（Explainatory）模型；
（3）统计（Statistical）模型和过程（Process）模型；
（4）应用（Application）模型和研究（Research）模型。
第二节农业系统的等级性和水平
农业生产系统的等级性；农业生产系统的水平和过程。
第三节农业系统模拟的原理与技术
系统分析方法；机理性与经验性的关系；模拟研究的尺度；支持研究；析因方法与系数化；遗传参数；模型开发环境与工具；构件化程序设计；农业生长系统的表示方法。
知识点：
1、模拟模型的结构成分
第一亚系统为作物的阶段发育与物候期，主要是有关以温光反应为基础的茎顶端发育阶段以及以外部形态特征变化为标志的生育时期。
第二亚系统为作物植株的形态发生与器官建成过程，包括根系、叶片、茎杆、小穗、小花、籽粒等器官发生与形成的规律、数量与质量等。
第三亚系统为植株的光能利用与同化物生产，包括叶片和冠层的光合作用、呼吸作用、碳水化合物积累及生物量的计算等。
第四亚系统为不同器官间的物质分配与利用，包括同化物分配系数或分配指数和分配量的实时变化、器官的生长和大小、产量和品质的决定等。
第五亚系统为土壤一植物一大气水分关系，包括土壤水分的移动、吸收、蒸发蒸腾、植物组织的水分平衡等。
第六亚系统为土壤养分（氮素）动态与植株利用，包括主要养分元素在土壤中的转化、根系吸收、体内分配和利用等。
第四节农业模拟模型的研制步骤
模型选择与系统定义；资料获取与算法构建；模块设计与模型实现;模型检验与改进。
第五节农业模拟模型基本算法构建
作物阶段发育的模拟；作物器官建成的模拟；物质生产与积累的模拟；同化物分配与产品形成的模拟；作物养分效应的模拟；作物水分效应的模拟。
第六节农业模拟模型的应用
农业模拟模型的应用领域；模拟模型与其它技术的耦合。
知识点：
1、模拟模型的应用主要有以下4个方面：
教学、研究、管理、评估。
2、模拟模型与其它技术的耦合：
（1）与专家系统或知识模型的结合；
（2）与RS技术的结合；
（3）与GIS的结合;
（4）与全球定位系统的结合；
（5）与可视化技术及虚拟现实技术的结合；
（6）与组件技术的结合；
（7）与网络技术的结合。
第五章虚拟植物与虚拟农业（制定人：
孙成明）
5.1教学基本要求
（1）了解虚拟植物的概念与意义；
（2）了解虚拟植物的构建方法；
（3）了解虚拟现实与虚拟农业。
5.2教学基本内容
第一节虚拟植物的概念与意义
虚拟植物的概念与特征；虚拟植物的意义。
知识点：
1、虚拟植物：
所谓虚拟植物，就是应用计算机模拟植物在三维空间中的生长发育状况。
第二节虚拟植物的构建方法
植物的芽与分枝的关系；植物的枝条与分枝类型；数据的采集；植物拓扑结构的模拟；植物器官形态的模拟；可视化；结构一功能模型。
第三节虚拟现实与虚拟农业
虚拟现实的基本概念；虚拟农业的应用。
知识点:
1、虚拟现实：
实际上是可视化的高层次的功能。
它通过提供一个由计算机生成的虚拟环境以及交互手段，让人们可以“沉浸”其中，使可视化的结果更为生动、感受更加逼真，还可对虚拟环境中的三维物体进行交互操作。
2、从概念上来讲，任何一个虚拟现实系统都包括三个特性：
这就是沉浸性、交互性和想像性。
第六章农业机器视觉技术（制定人：
高辉）
6.1教学基本要求
（1）了解机器视觉的基本原理、农业视觉图像的获取、特征的提取与模式识别方法与步骤；
（2）了解机器视觉技术农业应用的领域。
6.2教学基本内容
第一节机器视觉的基本原理
基于灰度法的机器视觉系统的组成：
机器视觉系统的核心。
知识点：
1、基于灰度法的机器视觉系统的组成包括光路系统、摄像机、量化存储单元、模块库、专用高速图像处理单元、监视单元等大模块。
2、机器视觉系统的核心是专用高速图像处理单元，把存入存储单元的大量离散的数字化信息与模板库信息进行比较处理，并快速得出结论。
其影响因素包括微处理器、图像处理算法软件及技巧、电子显微系统等。
第二节农业视觉图像的获取
图像获取的定义；图像获取的步骤；图像采集部件；图像预处理的
类型。
知识点：
1、定义：
就是图像的数字化过程，即将图像采集到计算机中的过程,主要涉及成像及模数转换技术。
2、步骤：
图像采集、图像预处理。
3、图像采集部件：
摄像机和视频图像采集卡、图像扫描仪、数码摄像机
4、图像预处理的类型：
图像增强处理、几何变换处理、图像复原处理。
第三节视觉图像特征的提取
视觉图像特征提取的步骤；图像特征的定义；纹理、纹理分析的定义及构成纹理特征的要素；良好的图像特征应具有的特点。
知识点：
1、步骤：
特征表示、特征提取、特征优化。
2、图像特征的定义：
指图像的原始特性或属性，如颜色、纹理、亮度、灰度、大小、外形轮廓、频谱特性、直方图、矩等。
3、纹理的定义：
指图像像素灰度或颜色的某种变化，而且这种变化是与空间统计相关的。
4、纹理分析的定义：
指通过一定的图像处理技术抽取出纹理特征，从而获得纹理的定量或定型描述的处理过程。
5、构成纹理特征的要素：
一是纹理基元，二是纹理基元的排列组合。
6、良好的图像特征应具有：
可区分性、可靠性、独立性、数量少。
第四节视觉信息的模式识别
模式识别方法；模式识别步骤。
知识点：
1、模式识别方法：
统计模式识别、模糊识别法、神经网络识别方法
2、模式识别步骤：
特征提取、特征选择、学习和训练、分类识别第五节农业机器视觉技术的应用
监测与评价；检测；农业视觉机器人；农业资源调查与评估
第七章农业遥感技术（制定人：
谭昌伟）
7.1教学基本要求
（1）了解遥感技术的基本概念、特征与作用；
（2）了解农业遥感原理、方法及其在农情预测中的应用动态；
（3）了解常用的遥感光谱参量及其衍生参量；
（4）掌握利用地物光谱特征区分不同地物的方法。
7.2教学基本内容
第一节农业遥感的定义、作用、发展动态
农业遥感的概念、作用及其特征；农业遥感的发展动态。
知识点：
1、概念：
遥感（RemoteSensing）是指从远距离，不实际接触物体,而是通过对物体发出的电磁波的测量获得信息，进而综合运用物理原理、数学方法和地学规律进行分析研究的一门新兴探测科学技术。
农业遥感就是将现代遥感技术与农业科学相结合，而应用于农业生产领域的一门新兴前沿技术。
2、作用：
（一）科学效益：
研究试验阶段、提高制图精度，具有地物特征的光谱，识别能力强；地面信息丰富，有利于遥感技术在农业科学研究中的应用，标志着农业科学的一场革命；
（二）经济效益：
省时、省力，提高工效，将为农业生产注入新的技术，创造新的生产力。
3、特征：
（1）间接性：
覆盖范围大、宏观。
航空相片、卫星影像；
（2）光谱特性：
探测波段从紫外-可见光-红外-微波；（3）时相特性：
周期成像，利于动态监测；（4）信息数据齐全：
单色成像、多波段成像。
第二节农业遥感原理
电磁波与电磁波谱；光谱特征的概念；地物光谱特征类型；彩色合成原理；农学机理的概念；常用的遥感光谱参量。
知识点：
1、光谱特征的概念：
物质在电磁波相互作用下，由于电子跃迁，原子，分子振动与转动等复杂作用，会在某些特定的波长位置形成反映物质成份和结构信息的光谱吸收和反射特征。
2、光谱特征的类型：
（1）地物反射波谱特征；
（2）地物发射波谱特征；（3）地物透射波谱特征；（4）地物吸收波谱特征。
3、彩色合成原理：
（1）加色法：
以三基色（红、绿、蓝）中的两种以上色光按一定比例混合，产生其他色彩的方法；
（2）减色法：
从白光中减去其中一种或两种基色光而产生色彩的方法。
4、农学机理的概念：
是指绿色植被的叶绿素含量、施肥量及叶面积指数等农学参数与变量之间的相关性、联系性、规律性，根据规律性而通过遥感方法来服务于农业生产和管理。
5、常用的遥感光谱参量：
光谱反射率（R）、微分光谱、倒数光谱、比值植被指数（RVI）、归一化植被指数（NDVI）、垂直植被指数（PVI）和绿度指数（IR/G）、光谱红边参数等。
第三节农业遥感方法
地面遥感的概念；地物波谱测量的作用与方法；地物光谱测量仪；空间遥感数据处理方法；植被指数模型。
知识点：
1、地面遥感的概念：
采用一定的传感器直接接触近距离或而测量、判定并分析目标物性质的技术。
2、地物波谱测量的作用：
（1）传感器波段选择、验证、评价的依据;
（2）建立地面、航空和航天遥感数据的关系；（3）将地物光谱数据与地物特征进行相关分析并建立应用模型。
3、地物波谱测量的方法：
（1）样品的实验室测量；
（2）野外测量。
4、地物光谱测量仪：
ASDFieldSpecProFRTM光谱仪。
5、空间遥感数据处理方法：
（DENVI4.2数字化遥感影像处理工具;
（2）空间遥感信息源：
航空相片与卫星影像资料；（3）数字图像的校正:
图像模糊失真，造成图像的分辨率和对比度下降，因此要进行校正。
第四节农业遥感应用
农业资源遥感调查；农作物长势监测与估产；农业灾害遥感监测与评估。
第八章农业地理信息系统（制定人：
高辉）
8.1教学基本要求
（1）了解地理信息系统的概念与特征、构成与功能；
（2）了解地理信息系统农业应用的领域及其研制流程。
8.2教学基本内容
第一节地理信息系统的概念与特征
地理信息系统的概念、类型；地理信息与地理信息系统的特征。
知识点：
1、概念：
在计算机硬、软件环境的支持下，对空间数据进行采集、存取、编辑、处理、分析和显示的计算机应用系统。
2、类型：
专题性地理信息系统、综合性地理信息系统、区域性地理信息系统、地理信息系统工具（平台）
3、地理信息的特征：
空间分布性、数据量大、信息载体的多样性、时序和动态变化特征
4、地理信息系统的特征：
（1）GIS是一个空间型的信息系统，其处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系；
（2）GIS具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力；（3）GIS以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力，并能产生高层次的地理信息；（4）GIS是由管理空间数据的软、硬件组成的计算机系统；（5）GIS是一个多学科交叉的边缘学科。
第二节地理信息系统的构成与功能
地理信息系统的构成；地理信息系统的功能。
知识点:
1、地理信息系统的构成：
计算机硬件系统、计算机软件系统、数据、
GIS人员（用户）
2、GIS数据包括：
地图、遥感数据、统计数据、调查实测数据、文字资料、多媒体数据、其他系统数据。
其中地图是GIS最主要的数据源。
3、地理信息系统的功能包括：
数据输入、数据编辑、数据存储与管理、数据查询检索、数据分析、结果显示输出。
第三节农业地理信息系统的研制
农业地理信息系统的研制流程；地理信息系统平台；地理信息系统的二次开发。
知识点：
1、农业地理信息系统的研制流程：
可性性研究、系统分析、系统设计、系统实施、系统评价与维护。
2、地理信息系统平台：
ArcGIS、MapInfo>SuperMap>MapGIS等。
3、地理信息系统的二次开发：
（1）开发方式：
独立开发、单纯二次开发、集成二次开发。
（2）开发平台：
VC++、VB等编程语言与MapX、MapObjects、SuperMapObjects等GIS二次开发软件。
第四节农业地理信息系统的应用
1、青州市耕地地力分析管理系统；
2、基于GIS的姜堰市水稻精确施肥决策支持系统。
第九章农业决策支持系统（制定人：
高辉）
9.1教学基本要求
（1）了解决策支持系统的产生与发展、概念、特征与功能；
（2）了解农业决策支持系统的类型与结构；
（3）了解农业决策支持系统开发的关键技术、设计与开发及其应用；
（4）通过系列实验，运用软件工程原理与方法，开发出区域农业资源管理信息系统或决策支持系统，并进行演示，拓宽知识面，提高专业技能。
9.2教学基本内容
第一节决策支持系统的概念、特征与功能
决策支持系统的概念；决策支持系统的特征；决策支持系统的结构形式。
知识点：
1、概念：
凡能为决策者提供支持的计算机系统，这个系统能充分利用合适的计算机技术，针对半结构化或非结构化问题构造决策模型，通过人机交互方式支持决策者制定管理决策。
2、特征：
支持半结构化或非结构化决策过程、传统数据存取及检索技术与现代模型或分析技术的结合、易于为非计算机专业人员以交互会话的方式使用、强调对环境及用户决策方法改变的灵活性及适应性、支持而不是代替决策者制定决策等五方面。
3、决策支持系统的结构形式：
（1）“三部件”结构：
人机对话部件、模型部件、数据部件。
（2）“三系统”结构：
语言系统、知识系统、问题处理系统。
第二节农业决策支持系统的类型与结构
农业决策支持系统的类型；各类型的特点、结构及实现原理。
知识点：
类型：
基于生长模型的决策支持系统、基于知识规则的决策支持系统（专家系统）、基于知识模型的决策支持系统、基于生长模型和知识模型的决策支持系统以及扩展型的决策支持系统。
第三节农业决策支持系统的开发技术
农业决策支持系统开发的关键技术；农业决策支持系统的设计与开发。
知识点：
1、关键技术：
建模技术、模型库系统、接口技术、知识推理和系统综合集成等方面。
2、开发过程：
系统分析、系统初步设计、系统详细设计、各部件编制程序、部件集成。
3、开发软件：
VC++、VB、Delphi,Java等编程软件以及Access.
SQL、Oracle、MySQL等数据库软件。
第四节主要农业决策支持系统及其应用
1、基于生长模型的作物管理系统；
2、基于知识规则的作物管理系统；
3、基于知识模型的作物管理系统；
4、专家系统与生长模型相结合的作物管理系统；
5、生长模型与知识模型相结合的作物管理系统。
第十章农业信息服务系统（制定人：
高辉）
10.1教学基本要求
（1）了解农业资源信息服务的领域、发布方式；
（2）了解农业教育、农业咨询、农业物流等农业资源信息服务的方式与内容。
10.2教学基本内容
第一节农业资源信息服务
农业资源信息服务的领域；农业资源信息的发布方式。
知识点：
1、服务领域：
农业资源信息、农业教育、农业资源、农业物流等。
2、信息发布的方式：
图片、动画、二维工程图、VRML、影像式虚拟现实、三维造型等。
第二节农业教育服务
智能学习；远程教学。
知识点：
1、智能学习
（1）分类：
按学习的内容不同，学习过程可分为参数学习、结构学习、对象学习和环境学习等；按学习的方式不同，学习过程可分为有导师学习、无导师学习和加强学习等方式。
（2）有导师学习的定义：
指基于知识系统，在实际的学习过程中需要通过给定的输入输出数据组所进行的一种学习方式。
（3）无导师学习的定义：
通过系统自身的学习来达到期望的学习结果所进行的一种学习。
（4）有导师学习和无导师学习的区别：
有导师学习是由老师为系统提供精确的数据而进行的一种学习；无导师学习不需要老师提供各种精确的输入输出信息和有关知识，只需提供系统所期望达到的目标和结果。
（5）加强学习的定义：
用反馈具有评论作用的加强信号训练一个学习系统。
（6）加强学习的特点：
尽管加强学习也需要训练数据，但它的训练数据是非常粗糙的，常用奖罚或好坏的加强信号表示；加强学习的训练数据仅仅具有“评价”的作用，而有导师学习和无导师学习的训练数据具有“传授知识”的作用；加强学习的反馈不是直接的、立即的和有信息的。
2、远程教学
（1）远程教学的定义：
以计算机网络为基础、教学课件为核心的教学系统。
（2）远程教学系统的教学方法：
引起注意、告知教学目标、唤起旧经验、呈现学习内容、指导学生学习、表现学习行为、适时给予反馈、评估学习结果、增加记忆保留与学习迁移的机会。
第三节农业咨询服务
专家咨询；在线服务。
知识点：
1、专家咨询
（1）知识的表示形式：
数据库、规则、面向对象、超媒体知识。
（2）推理控制策略的分类：
正向引导性推理、易满足
升级会员 