面向創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的人工智能專業(yè)課程思政建設(shè)探索

聶秀山 袁 藝 王少華 襲肖明

(1山東建筑大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 濟(jì)南 250101；2山東財(cái)經(jīng)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 濟(jì)南 250014)

一、引言

為貫徹“全員全過程全方位育人”理念，應(yīng)將思政教育有機(jī)地融入專業(yè)教學(xué)之中，在各專業(yè)課程中彰顯思政元素、持久落實(shí)課程思政目標(biāo)。隨著人工智能技術(shù)的不斷完善與應(yīng)用場(chǎng)景的不斷擴(kuò)大，人工智能專業(yè)成為倍受關(guān)注的新興專業(yè)。目前全國(guó)開設(shè)人工智能專業(yè)的院校不斷增加，亟需深入研究人工智能專業(yè)的思政協(xié)同內(nèi)涵、深入探索專業(yè)課程與課程思政的有效融合方式[1]。為此，李瑞群[2]提出了一個(gè)深度融合人工智能課程與思政元素的路徑：結(jié)合網(wǎng)絡(luò)測(cè)評(píng)精準(zhǔn)備課；創(chuàng)設(shè)情境啟發(fā)學(xué)生思考；引導(dǎo)學(xué)生自主探究并協(xié)作交流；教師總結(jié)以促進(jìn)學(xué)生知識(shí)遷移；臧睦君等[3]提出了專業(yè)課程和思政理論同向同行的理念以及問題驅(qū)動(dòng)的思政協(xié)同教學(xué)方法，從3個(gè)維度(習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想、自然辯證法與科學(xué)史、馬克思主義基本原理)進(jìn)行實(shí)施；周家樂等[4]提出從意識(shí)、基礎(chǔ)、能力方面提高專業(yè)課教師的思政素養(yǎng)，并以實(shí)際問題為切入點(diǎn)來(lái)增強(qiáng)專業(yè)課堂中思政內(nèi)容的吸引力；王寅峰等[5]將馬克思主義哲學(xué)思維、社會(huì)主義核心價(jià)值觀與工匠精神融合在高職院校的教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，強(qiáng)化課程思政建設(shè)的長(zhǎng)效性。在具體課程層面，顧然[6]探索了在“人工智能導(dǎo)論”課程中融入課程思政教育內(nèi)容的具體方式。

值得注意的是，創(chuàng)新已成為科技領(lǐng)域的最強(qiáng)音、人工智能技術(shù)發(fā)展的主旋律。具備創(chuàng)新能力的技術(shù)人才才能適應(yīng)社會(huì)需求、獲得更大的發(fā)展。因此對(duì)于人工智能專業(yè)來(lái)說，課程思政的基本內(nèi)涵也應(yīng)當(dāng)包括對(duì)創(chuàng)新能力與素養(yǎng)的培養(yǎng)[7]。為此，本文將基于TRIZ理論和馬克思主義哲學(xué)的辯證理念，探討建立面向創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的人工智能專業(yè)課程思政建設(shè)新方式。

二、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的理論基礎(chǔ)

創(chuàng)新的本質(zhì)是創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，從而促進(jìn)生產(chǎn)力提高、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步。為促使創(chuàng)新成果和創(chuàng)新型人才的不斷涌現(xiàn)，多年來(lái)人們一直致力于創(chuàng)新方法的研究，其中最有代表性的成果是TRIZ理論。TRIZ理論為科技突破與發(fā)明創(chuàng)造提供了系統(tǒng)化的方法和工具[8]，核心要點(diǎn)如下：

1．推動(dòng)科技進(jìn)步的主要?jiǎng)恿κ歉鞣N技術(shù)沖突和矛盾，創(chuàng)新成果的本質(zhì)是解決各種技術(shù)沖突和矛盾。

2．任何技術(shù)領(lǐng)域的變革與突破都具有客觀的進(jìn)化演變規(guī)律，掌握這些規(guī)律即可能動(dòng)地進(jìn)行創(chuàng)造性活動(dòng)，并能根據(jù)技術(shù)進(jìn)化規(guī)律預(yù)測(cè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

3．一項(xiàng)重大的科技突破通常是建立在不少于1萬(wàn)到2萬(wàn)項(xiàng)專利(或版權(quán))研究的基礎(chǔ)上。

4.在探索解決問題的方向時(shí)應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)化思維、打破思維定勢(shì)、發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì)矛盾。

5.在解決具體的技術(shù)沖突與矛盾時(shí)，往往需要用到技術(shù)人員尚不知道或不熟悉的基礎(chǔ)學(xué)科知識(shí)。

可見，在具有堅(jiān)實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)的前提下，通過對(duì)TRIZ理論的理解和掌握即有望成為創(chuàng)新型人才，TRIZ理論也可以說是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的理論基礎(chǔ)與強(qiáng)大工具。

三、基于TRIZ理論和辯證理念的課程思政建設(shè)方式

基于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的理論基礎(chǔ)，可直接面向?qū)W生開設(shè)TRIZ課程，但這種方式與專業(yè)課程的關(guān)聯(lián)性較弱，難以達(dá)到“深入人心、內(nèi)化于行”的效果。同時(shí)，課程思政要想獲得長(zhǎng)久生命力與強(qiáng)大影響力，必須與具體的課程教學(xué)內(nèi)容、環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)有機(jī)地融合。為此，應(yīng)探索將TRIZ理論與課程思政結(jié)合起來(lái)，在具體課程的教學(xué)中滲入TRIZ理論的核心理念，達(dá)到“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲、教化恒久遠(yuǎn)”的效果，切實(shí)增強(qiáng)學(xué)生們的創(chuàng)新意識(shí)和能力。

具體來(lái)說，可基于TRIZ理論的核心要點(diǎn)，以馬克思主義哲學(xué)中的辯證理念為具體工具，建立培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的課程思政實(shí)施新方式。

(一)辯證理念與TRIZ理論的關(guān)系分析

辯證屬于哲學(xué)的基本理念，而哲學(xué)是一切科學(xué)之母，能涵蓋有關(guān)創(chuàng)新方法的科學(xué)，因此辯證理念必然可以映射入TRIZ理論。具體對(duì)照來(lái)看，有關(guān)TRIZ理論的要點(diǎn)如下：

1.根據(jù)辯證法，世界上任何事物都同時(shí)具有兩種對(duì)立的性質(zhì)，具有“肯定”和“否定”兩個(gè)因素，這兩者的關(guān)系是對(duì)立統(tǒng)一的，可稱為“二元論”。例如，好與壞、剛與柔、強(qiáng)與弱、美與丑、利與弊、多與少等。

2.根據(jù)辯證法，“肯定”與“否定”兩個(gè)因素的相互轉(zhuǎn)化構(gòu)成了事物的發(fā)展規(guī)律。具體包括兩層含義：

(1)發(fā)展的永恒性，世上唯一不變的就是變化；

(2)事物的發(fā)展路徑都不是直線式的，而是“肯定—否定—否定之否定”的螺旋式非線性進(jìn)程，其中“否定之否定”是進(jìn)程的核心，是事物自身矛盾運(yùn)動(dòng)的結(jié)果和矛盾的解決形式。

3.根據(jù)辯證法，事物的發(fā)展規(guī)律還包括量變引起質(zhì)變?？萍碱I(lǐng)域的每一次重大變革總是由各領(lǐng)域的量變逐步積累而最終質(zhì)變?cè)杏龅摹?/p>

4.根據(jù)辯證法，事物內(nèi)部?jī)煞N對(duì)立的性質(zhì)在一定階段必然會(huì)互相轉(zhuǎn)化。辯證的否定是事物的自我否定。“反”是世界的基本規(guī)律。作為樸素辯證法代表的《道德經(jīng)》中也有“反者道之動(dòng)”“福兮禍之所倚，禍兮福之所伏”“有無(wú)相生，難易相成，長(zhǎng)短相形，高下相傾，音聲相合，前后相隨”、“大曰逝、逝曰遠(yuǎn)，遠(yuǎn)曰反”等論述。對(duì)立轉(zhuǎn)化的思想本質(zhì)還可簡(jiǎn)化為“逆向思維”,即事物的發(fā)展都是循環(huán)往復(fù)的，向前發(fā)展能達(dá)到的東西，向后發(fā)展也照樣能達(dá)到，有時(shí)候反而更快捷一些。該思想可以很好地指導(dǎo)科學(xué)研究與發(fā)現(xiàn)，提供創(chuàng)新靈感。

“對(duì)立轉(zhuǎn)化”的概念還包括另一個(gè)重要的關(guān)鍵詞——“度”(事物保持自己的質(zhì)的數(shù)量規(guī)定性)?！岸取斌w現(xiàn)了事物“質(zhì)”和“量”的統(tǒng)一：一方面，一定的質(zhì)決定了一定的量，質(zhì)決定著量的活動(dòng)范圍；另一方面，量的變化超過了度的界限，事物的質(zhì)就會(huì)改變。根據(jù)“度”的概念，事物的表現(xiàn)屬性是受兩個(gè)相對(duì)屬性之間的數(shù)量關(guān)系影響的。如果量的變化超過了一定的“度”，事物的質(zhì)就會(huì)發(fā)生改變。“度”就是“肯定”與“否定”轉(zhuǎn)化的臨界點(diǎn)。如果能夠了解這個(gè)“度”，就能對(duì)事物的發(fā)展轉(zhuǎn)化有更清楚地認(rèn)識(shí)，進(jìn)而有可能控制這種過程[9]。事實(shí)上，自然科學(xué)里很多內(nèi)容都是在對(duì)不同對(duì)象、不同過程來(lái)研究這個(gè)“度”。

5.對(duì)應(yīng)于辯證法中“萬(wàn)事萬(wàn)物具有普遍聯(lián)系性”的觀點(diǎn)。在解決具體的技術(shù)沖突和矛盾時(shí)，需要打開思路，也許從某些看似不相關(guān)的知識(shí)著手能打開缺口。目前熱門的“交叉學(xué)科”概念正是這一哲學(xué)規(guī)律的體現(xiàn)。

(二)基于案例教學(xué)法的實(shí)施方式

可見，辯證理念的內(nèi)涵包括了TRIZ理論的核心要點(diǎn)并有所擴(kuò)展。因此，可將TRIZ理論的核心要點(diǎn)作為基礎(chǔ)，將辯證理念作為具體工具和抓手，在人工智能專業(yè)課程中貫徹實(shí)施面向創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的課程思政方式。

具體實(shí)施方法可采用案例教學(xué)法：基于對(duì)TRIZ理論、辯證理念和具體專業(yè)知識(shí)的深入理解，在專業(yè)核心課程中可開發(fā)大量的案例并在教學(xué)中進(jìn)行有機(jī)地插入，以體現(xiàn)思政元素并促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提升創(chuàng)新能力。

(三)若干實(shí)施案例

案例一：在專業(yè)導(dǎo)論的學(xué)習(xí)中。人工智能專業(yè)的核心課程包括計(jì)算機(jī)視覺、圖像理解、模式識(shí)別、語(yǔ)音信號(hào)處理、自然語(yǔ)言處理等，都屬于前沿的科學(xué)技術(shù)內(nèi)容，知識(shí)更新很快，工業(yè)界的人工智能產(chǎn)品升級(jí)換代也很快。在此可引導(dǎo)學(xué)生與TRIZ理論的要點(diǎn)2及辯證發(fā)展觀中“發(fā)展的永恒性”相結(jié)合來(lái)進(jìn)行理解。

案例二：在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》《自然語(yǔ)言處理》《計(jì)算機(jī)視覺》等課程中。可引導(dǎo)學(xué)生理解任何事物內(nèi)含的兩個(gè)對(duì)立屬性就相當(dāng)于二進(jìn)制中的0和1。二進(jìn)制可以表達(dá)任何數(shù)字，對(duì)應(yīng)于兩個(gè)對(duì)立的屬性組合之后能構(gòu)成任意性質(zhì)，也就是對(duì)應(yīng)于TRIZ理論的要點(diǎn)1和辯證法的“二元論”。

案例三：在專業(yè)課程《人工智能思想史》中。第一代人工智能屬于知識(shí)驅(qū)動(dòng)型人工智能，強(qiáng)調(diào)知識(shí)對(duì)智能的作用；第二代人工智能屬于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型人工智能，基礎(chǔ)是大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)與算法、算力的提升；第三代人工智能系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)重新引入知識(shí)，把數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和知識(shí)驅(qū)動(dòng)結(jié)合起來(lái)。在此可引導(dǎo)學(xué)生：

(1)體會(huì)知識(shí)驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的對(duì)立與統(tǒng)一，正是這些理論基礎(chǔ)中主要矛盾的對(duì)立與統(tǒng)一驅(qū)動(dòng)了科學(xué)理論的變革：數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)逐漸否定知識(shí)驅(qū)動(dòng)，聯(lián)合驅(qū)動(dòng)逐漸否定數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，這種否定之否定的螺旋式上升決定了人工智能的發(fā)展方向，也對(duì)應(yīng)于TRIZ理論的要點(diǎn)2；

(2)新一代的人工智能都是經(jīng)過大量的研究工作與相當(dāng)長(zhǎng)的周期才逐漸成熟的，對(duì)應(yīng)于辯證法中的量變質(zhì)變規(guī)律，也對(duì)應(yīng)于TRIZ理論的要點(diǎn)3，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生理解“量變質(zhì)變規(guī)律決定了人工智能發(fā)展的階段”；

(3)可明確下一代人工智能的發(fā)展方向和階段性特征：只有不斷積累新理念與新技術(shù)到一定程度，才能推動(dòng)人工智能邁入新階段。

案例四：在專業(yè)課程《機(jī)器學(xué)習(xí)》中。有一種機(jī)器學(xué)習(xí)方法是遷移學(xué)習(xí)(Transfer learning)：把預(yù)訓(xùn)練模型的參數(shù)或知識(shí)遷移到新模型來(lái)幫助進(jìn)行新模型的訓(xùn)練，從而加快并優(yōu)化新模型的學(xué)習(xí)效率。遷移學(xué)習(xí)得以實(shí)現(xiàn)的本質(zhì)基礎(chǔ)是大部分?jǐn)?shù)據(jù)或任務(wù)都是存在相關(guān)性的，而數(shù)據(jù)或任務(wù)對(duì)應(yīng)的就是具體事物，在此可引導(dǎo)學(xué)生感悟出萬(wàn)事萬(wàn)物之間的普遍關(guān)聯(lián)性，也對(duì)應(yīng)于TRIZ理論的要點(diǎn)5。

案例五：在專業(yè)課程《深度學(xué)習(xí)框架》中。牽涉到神經(jīng)元、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)點(diǎn)：

(1)神經(jīng)元：一般具有多個(gè)樹突來(lái)接受傳入的信息信息，然后經(jīng)過一系列計(jì)算(細(xì)胞核)后只產(chǎn)生唯一的信號(hào)傳遞到軸突，軸突末梢跟其它神經(jīng)元的樹突產(chǎn)生連接從而傳遞信號(hào)。也就是說，一個(gè)神經(jīng)元可接入多個(gè)輸入，最終只變成一個(gè)輸出給后面的神經(jīng)元；

(2)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：由大量簡(jiǎn)單的神經(jīng)元廣泛地互連而形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是一個(gè)高度復(fù)雜的非線性動(dòng)力學(xué)習(xí)系統(tǒng)，能反映人腦功能的許多基本特征，可以表達(dá)實(shí)際世界的各種物理現(xiàn)象。這里既能引導(dǎo)學(xué)生理解“萬(wàn)事萬(wàn)物具有普遍聯(lián)系性”，又能引出“辯證發(fā)展觀的非線性特征”：非線性是自然界的普遍特性，人類大腦的智慧就是一種非線性現(xiàn)象。神經(jīng)元一般處于激活或抑制二種狀態(tài)，在數(shù)學(xué)上表現(xiàn)為非線性關(guān)系。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中有代表性的前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠以任意精度逼近任意連續(xù)函數(shù)及平方可積函數(shù)．可以精確實(shí)現(xiàn)任意有限訓(xùn)練樣本集，它的本質(zhì)就是一種靜態(tài)非線性映射，具有復(fù)雜的非線性處理能力；

(3)在講解損失函數(shù)、激活函數(shù)等內(nèi)容時(shí)，可引導(dǎo)學(xué)生與“肯定—否定—否定之否定”定律相結(jié)合來(lái)理解。

四、實(shí)施效果

在山東建筑大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的教學(xué)實(shí)踐表明，基于TRIZ理論和辯證理念的課程思政實(shí)施方式具有良好的可行性與有效性，在實(shí)際教學(xué)中能引起同學(xué)們的共鳴與思想共振、激發(fā)學(xué)習(xí)熱情、端正學(xué)習(xí)態(tài)度。人工智能專業(yè)的本科生在中學(xué)階段、本課基礎(chǔ)課階段都學(xué)習(xí)過辯證法，研究生在研一階段也學(xué)習(xí)過《自然辯證法》課程，因此對(duì)于辯證理念都不陌生。很多同學(xué)反映原來(lái)覺得辯證法偏虛、TRIZ理論太陌生，現(xiàn)在切實(shí)找到了與專業(yè)課程的結(jié)合點(diǎn)。

通過新方式的實(shí)施，學(xué)生們既提高了對(duì)辯證法的認(rèn)知水平，又強(qiáng)化了對(duì)專業(yè)課程知識(shí)點(diǎn)的深刻理解、夯實(shí)了專業(yè)基本功，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)與解決問題的能力，促進(jìn)了創(chuàng)新能力的培養(yǎng)、思維水平的訓(xùn)練與學(xué)術(shù)人格的塑造。實(shí)施后的問卷調(diào)查也表明，學(xué)生們能明顯感受到專業(yè)培養(yǎng)中的育人元素，并對(duì)融入專業(yè)教學(xué)的有機(jī)性評(píng)價(jià)很高，對(duì)創(chuàng)新能力的增強(qiáng)也有了直觀的感受。

五、結(jié)語(yǔ)

為響應(yīng)國(guó)家的科技創(chuàng)新戰(zhàn)略、落實(shí)課程思政要求、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，本文建立了面向創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的人工智能專業(yè)課程思政建設(shè)新方式。新方式基于TRIZ理論和辯證理念的核心內(nèi)涵，結(jié)合專業(yè)課程的重要知識(shí)點(diǎn)，采用案例教學(xué)法來(lái)實(shí)施。實(shí)踐結(jié)果表明，新方式可讓專業(yè)課程的創(chuàng)新之光更加明亮、思政色彩更加濃厚、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)更加高效。