AI助力黄河生态保护与生物多样性守护

作者:计算机教研室 时间:2025-10-20 点击数:

一、案例背景

黄河入海口(东营)作为黄河流域生态保护和高质量发展的核心区域,兼具河口湿地生态系统的脆弱性与黄河文化的厚重性。这里既是候鸟迁徙的“国际驿站”、黄河三角洲国家级自然保护区的核心腹地,也是东营市践行 “绿水青山就是金山银山” 理念、推动经济社会与生态保护协同发展的前沿阵地。

在高职大数据技术、人工智能专业教学中,传统教学侧重技术原理与工具应用,易忽视技术的社会价值与育人功能。本案例以 “黄河东营生态保护” 为真实场景,将 “生态优先、绿色发展” 理念、家国情怀、科技报国精神融入课程教学,引导学生认识到新一代信息技术在国家战略、区域发展中的重要作用,培养“技术服务社会、创新助力复兴”的责任担当,实现 “知识传授、能力培养、价值引领” 三位一体的教学目标。

二、思政融入点

(1)家国情怀与使命担当

结合黄河流域生态保护和高质量发展国家战略,让学生认识到 AI 技术在守护母亲河、保护生物多样性中的重要作用,增强“科技服务国家需求”的信念。

(2)生态文明理念

通过黄河口候鸟保护实例,传递 “绿水青山就是金山银山”“人与自然和谐共生” 的发展观,培养学生尊重自然、保护生态的自觉意识。

(3)科学精神与工匠精神

在模型训练、数据优化过程中,培养学生精益求精、攻坚克难、求真务实的科学态度和工匠精神。

(4)区域发展与服务意识

紧扣东营“生态立市”战略,引导学生关注地方生态保护需求,树立“技术扎根地方、助力区域振兴”的责任。

三、教学实施过程

(1)课前准备:情境铺垫,激发使命

课前通过“图文 + 视频”的多媒体形式开展情境导入,导入资源主要包括黄河口湿地实景图、人工监测痛点对比图和黄河口生态保护重要性短片,让学生直观感受当地丰富的生物多样性、重要性和人工巡查的局限性。在情境铺垫基础上,通过“作为 AI 专业学生,我们如何用技术为候鸟保护‘减负增效’?”“守护黄河口的生物多样性,对国家生态安全有何意义?”等问题引导学生深度思考,强化其责任意识与使命担当,进而发布项目任务。

1 黄河口湿地实景图

2 人工监测痛点对比图

(2)课中实施:项目驱动,技术赋能

课中实施阶段知识讲解部分主要讲述AI 图像识别在生态监测中的应用,主要流程为YOLOv8 模型原理、数据集标注与预处理、模型训练与优化、部署应用。在教学过程中展示东营市自然保护区 “智慧生态监测平台” 案例,讲解技术如何解决实际问题,强调 “技术的价值在于服务社会”。

课中实施阶段实战开发,分阶段完成系统开发和项目实践,具体如下:

阶段

核心任务

思政渗透细节

数据采集与预处理

1. 获取东营市林业部门公开数据集(含 10 万 + 张黄河口候鸟图像);
2. 用 LabelImg 工具标注图像,清洗异常数据。

强调 “数据真实性是技术可靠的基础”,培养严谨的科学态度;介绍数据集背后工作人员的野外采集艰辛,激发学生对生态保护工作者的敬意。

模型训练与优化

1. 基于 PyTorch 框架训练 YOLOv8 模型;
2. 调整学习率、批量大小等参数,提升识别准确率;
3. 解决 “遮挡、阴天环境识别误差” 问题。

组织 “攻坚克难小组讨论”,鼓励学生面对模型准确率不达标的问题不气馁,培养坚持不懈的科学精神;对比不同小组的优化方案,强调 “精益求精的工匠精神”。

系统集成与测试

1. 开发系统界面(支持图像上传、实时识别、数量统计、结果导出);
2. 用黄河口实拍图像测试,验证识别准确率和稳定性。

模拟 “技术对接会”,让学生向 “保护区工作人员”(教师扮演)汇报测试结果,培养沟通表达能力和服务意识;强调 “技术落地要贴合实际场景需求”。

(3)课后扩展:知行合一,深化认知

实践调研:组织学生以小组为单位,与黄河三角洲国家级自然保护区的生态保护工作人员开展线上连线访谈。学生结合项目开发中的技术疑问与生态保护需求,提前设计“AI 监测系统对巡逻频次的影响”“数据精准度如何优化保护方案”“智能监测与人工巡检的协同模式”等核心问题,并结合对话内容与课程实践,撰写《调研心得》,深刻反思技术服务生态保护的现实意义,不少学生在心得中写道:“原来我们敲出的每一行代码,都能成为生态守护者的‘千里眼’,这份专业责任让我对技术学习有了更强烈的使命感”。

成果优化与展示:举办“AI 生态守护成果展”,各小组依次上台展示系统操作界面、演示候鸟识别与数量统计效果,通过对比人工监测与 AI 监测的效率数据。展示环节后,学生分享开发感悟:“模型训练中曾因准确率不达标多次崩溃与最终攻坚克难的经历,让学生真切感受到‘技术服务社会’不是一句口号,而是实实在在的责任与担当”。成果展不仅检验了学生的专业技能,更通过思想碰撞强化了其生态文明理念与科技报国信念。

(4)考核评价:多元评价,思政量化

考核维度

考核内容

思政权重

专业技能(50%)

系统识别准确率、功能完整性、代码规范性、开发报告质量

-

思政素养(30%)

生态保护意识、责任担当、科学精神、团队协作

30%

成果应用价值(20%)

系统对东营候鸟监测的实际适用性、创新点

-

四、案例总结

场景真实可感:聚焦黄河口候鸟保护这一具体场景,用本地生态数据和实际需求驱动教学,在技术实践中,学生借助 AI 图像识别技术开发鸟类种群计数系统,用编程技术优化迁徙路线预警算法 —— 这些技术不再是课本上的抽象概念,而是解决 “黄河口候鸟保护” 实际需求的工具,让学生感受到 “技术就在身边、责任就在肩上”。

思政融入精准:将家国情怀、生态文明、科学精神等思政元素深度融入教学全过程,是实现“立德树人”根本任务的关键路径。在教学设计中,教师需有意识地将价值引领与知识传授、能力培养紧密结合,实现“技能提升”与“价值塑造”同频共振。通过这种“盐溶于水”式的融合教育,使学生在掌握前沿知识与实践技能的同时,潜移默化地树立正确的价值观、生态观与科学观,最终成长为既具备精湛专业能力,又富有社会责任感与时代担当的卓越人才。


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