面向创新型人才培养的人工智能专业课程思政建设探索

聂秀山 袁 艺 王少华 袭肖明

(1山东建筑大学计算机科学与技术学院， 济南 250101；2山东财经大学计算机科学与技术学院， 济南 250014)

一、引言

为贯彻“全员全过程全方位育人”理念，应将思政教育有机地融入专业教学之中，在各专业课程中彰显思政元素、持久落实课程思政目标。随着人工智能技术的不断完善与应用场景的不断扩大，人工智能专业成为倍受关注的新兴专业。目前全国开设人工智能专业的院校不断增加，亟需深入研究人工智能专业的思政协同内涵、深入探索专业课程与课程思政的有效融合方式[1]。为此，李瑞群[2]提出了一个深度融合人工智能课程与思政元素的路径：结合网络测评精准备课；创设情境启发学生思考；引导学生自主探究并协作交流；教师总结以促进学生知识迁移；臧睦君等[3]提出了专业课程和思政理论同向同行的理念以及问题驱动的思政协同教学方法，从3个维度(习近平新时代中国特色社会主义思想、自然辩证法与科学史、马克思主义基本原理)进行实施；周家乐等[4]提出从意识、基础、能力方面提高专业课教师的思政素养，并以实际问题为切入点来增强专业课堂中思政内容的吸引力；王寅峰等[5]将马克思主义哲学思维、社会主义核心价值观与工匠精神融合在高职院校的教学实践环节，强化课程思政建设的长效性。在具体课程层面，顾然[6]探索了在“人工智能导论”课程中融入课程思政教育内容的具体方式。

值得注意的是，创新已成为科技领域的最强音、人工智能技术发展的主旋律。具备创新能力的技术人才才能适应社会需求、获得更大的发展。因此对于人工智能专业来说，课程思政的基本内涵也应当包括对创新能力与素养的培养[7]。为此，本文将基于TRIZ理论和马克思主义哲学的辩证理念，探讨建立面向创新型人才培养的人工智能专业课程思政建设新方式。

二、培养创新型人才的理论基础

创新的本质是创造性地发现问题、解决问题，从而促进生产力提高、推动社会进步。为促使创新成果和创新型人才的不断涌现，多年来人们一直致力于创新方法的研究，其中最有代表性的成果是TRIZ理论。TRIZ理论为科技突破与发明创造提供了系统化的方法和工具[8]，核心要点如下：

1．推动科技进步的主要动力是各种技术冲突和矛盾，创新成果的本质是解决各种技术冲突和矛盾。

2．任何技术领域的变革与突破都具有客观的进化演变规律，掌握这些规律即可能动地进行创造性活动，并能根据技术进化规律预测未来发展趋势。

3．一项重大的科技突破通常是建立在不少于1万到2万项专利(或版权)研究的基础上。

4.在探索解决问题的方向时应进行系统化思维、打破思维定势、发现问题的本质矛盾。

5.在解决具体的技术冲突与矛盾时，往往需要用到技术人员尚不知道或不熟悉的基础学科知识。

可见，在具有坚实专业基础的前提下，通过对TRIZ理论的理解和掌握即有望成为创新型人才，TRIZ理论也可以说是培养创新型人才的理论基础与强大工具。

三、基于TRIZ理论和辩证理念的课程思政建设方式

基于培养创新型人才的理论基础，可直接面向学生开设TRIZ课程，但这种方式与专业课程的关联性较弱，难以达到“深入人心、内化于行”的效果。同时，课程思政要想获得长久生命力与强大影响力，必须与具体的课程教学内容、环节实现有机地融合。为此，应探索将TRIZ理论与课程思政结合起来，在具体课程的教学中渗入TRIZ理论的核心理念，达到“润物细无声、教化恒久远”的效果，切实增强学生们的创新意识和能力。

具体来说，可基于TRIZ理论的核心要点，以马克思主义哲学中的辩证理念为具体工具，建立培养创新型人才的课程思政实施新方式。

(一)辩证理念与TRIZ理论的关系分析

辩证属于哲学的基本理念，而哲学是一切科学之母，能涵盖有关创新方法的科学，因此辩证理念必然可以映射入TRIZ理论。具体对照来看，有关TRIZ理论的要点如下：

1.根据辩证法，世界上任何事物都同时具有两种对立的性质，具有“肯定”和“否定”两个因素，这两者的关系是对立统一的，可称为“二元论”。例如，好与坏、刚与柔、强与弱、美与丑、利与弊、多与少等。

2.根据辩证法，“肯定”与“否定”两个因素的相互转化构成了事物的发展规律。具体包括两层含义：

(1)发展的永恒性，世上唯一不变的就是变化；

(2)事物的发展路径都不是直线式的，而是“肯定—否定—否定之否定”的螺旋式非线性进程，其中“否定之否定”是进程的核心，是事物自身矛盾运动的结果和矛盾的解决形式。

3.根据辩证法，事物的发展规律还包括量变引起质变。科技领域的每一次重大变革总是由各领域的量变逐步积累而最终质变孕育而出的。

4.根据辩证法，事物内部两种对立的性质在一定阶段必然会互相转化。辩证的否定是事物的自我否定。“反”是世界的基本规律。作为朴素辩证法代表的《道德经》中也有“反者道之动”“福兮祸之所倚，祸兮福之所伏”“有无相生，难易相成，长短相形，高下相倾，音声相合，前后相随”、“大曰逝、逝曰远，远曰反”等论述。对立转化的思想本质还可简化为“逆向思维”,即事物的发展都是循环往复的，向前发展能达到的东西，向后发展也照样能达到，有时候反而更快捷一些。该思想可以很好地指导科学研究与发现，提供创新灵感。

“对立转化”的概念还包括另一个重要的关键词——“度”(事物保持自己的质的数量规定性)。“度”体现了事物“质”和“量”的统一：一方面，一定的质决定了一定的量，质决定着量的活动范围；另一方面，量的变化超过了度的界限，事物的质就会改变。根据“度”的概念，事物的表现属性是受两个相对属性之间的数量关系影响的。如果量的变化超过了一定的“度”，事物的质就会发生改变。“度”就是“肯定”与“否定”转化的临界点。如果能够了解这个“度”，就能对事物的发展转化有更清楚地认识，进而有可能控制这种过程[9]。事实上，自然科学里很多内容都是在对不同对象、不同过程来研究这个“度”。

5.对应于辩证法中“万事万物具有普遍联系性”的观点。在解决具体的技术冲突和矛盾时，需要打开思路，也许从某些看似不相关的知识着手能打开缺口。目前热门的“交叉学科”概念正是这一哲学规律的体现。

(二)基于案例教学法的实施方式

可见，辩证理念的内涵包括了TRIZ理论的核心要点并有所扩展。因此，可将TRIZ理论的核心要点作为基础，将辩证理念作为具体工具和抓手，在人工智能专业课程中贯彻实施面向创新型人才培养的课程思政方式。

具体实施方法可采用案例教学法：基于对TRIZ理论、辩证理念和具体专业知识的深入理解，在专业核心课程中可开发大量的案例并在教学中进行有机地插入，以体现思政元素并促进学生的创新意识，提升创新能力。

(三)若干实施案例

案例一：在专业导论的学习中。人工智能专业的核心课程包括计算机视觉、图像理解、模式识别、语音信号处理、自然语言处理等，都属于前沿的科学技术内容，知识更新很快，工业界的人工智能产品升级换代也很快。在此可引导学生与TRIZ理论的要点2及辩证发展观中“发展的永恒性”相结合来进行理解。

案例二：在《数据结构》《自然语言处理》《计算机视觉》等课程中。可引导学生理解任何事物内含的两个对立属性就相当于二进制中的0和1。二进制可以表达任何数字，对应于两个对立的属性组合之后能构成任意性质，也就是对应于TRIZ理论的要点1和辩证法的“二元论”。

案例三：在专业课程《人工智能思想史》中。第一代人工智能属于知识驱动型人工智能，强调知识对智能的作用；第二代人工智能属于数据驱动型人工智能，基础是大数据的出现与算法、算力的提升；第三代人工智能系统强调重新引入知识，把数据驱动和知识驱动结合起来。在此可引导学生：

(1)体会知识驱动、数据驱动、联合驱动的对立与统一，正是这些理论基础中主要矛盾的对立与统一驱动了科学理论的变革：数据驱动逐渐否定知识驱动，联合驱动逐渐否定数据驱动，这种否定之否定的螺旋式上升决定了人工智能的发展方向，也对应于TRIZ理论的要点2；

(2)新一代的人工智能都是经过大量的研究工作与相当长的周期才逐渐成熟的，对应于辩证法中的量变质变规律，也对应于TRIZ理论的要点3，进而引导学生理解“量变质变规律决定了人工智能发展的阶段”；

(3)可明确下一代人工智能的发展方向和阶段性特征：只有不断积累新理念与新技术到一定程度，才能推动人工智能迈入新阶段。

案例四：在专业课程《机器学习》中。有一种机器学习方法是迁移学习(Transfer learning)：把预训练模型的参数或知识迁移到新模型来帮助进行新模型的训练，从而加快并优化新模型的学习效率。迁移学习得以实现的本质基础是大部分数据或任务都是存在相关性的，而数据或任务对应的就是具体事物，在此可引导学生感悟出万事万物之间的普遍关联性，也对应于TRIZ理论的要点5。

案例五：在专业课程《深度学习框架》中。牵涉到神经元、神经网络的知识点：

(1)神经元：一般具有多个树突来接受传入的信息信息，然后经过一系列计算(细胞核)后只产生唯一的信号传递到轴突，轴突末梢跟其它神经元的树突产生连接从而传递信号。也就是说，一个神经元可接入多个输入，最终只变成一个输出给后面的神经元；

(2)神经网络：由大量简单的神经元广泛地互连而形成的复杂网络系统，是一个高度复杂的非线性动力学习系统，能反映人脑功能的许多基本特征，可以表达实际世界的各种物理现象。这里既能引导学生理解“万事万物具有普遍联系性”，又能引出“辩证发展观的非线性特征”：非线性是自然界的普遍特性，人类大脑的智慧就是一种非线性现象。神经元一般处于激活或抑制二种状态，在数学上表现为非线性关系。神经网络中有代表性的前馈神经网络能够以任意精度逼近任意连续函数及平方可积函数．可以精确实现任意有限训练样本集，它的本质就是一种静态非线性映射，具有复杂的非线性处理能力；

(3)在讲解损失函数、激活函数等内容时，可引导学生与“肯定—否定—否定之否定”定律相结合来理解。

四、实施效果

在山东建筑大学计算机科学与技术学院的教学实践表明，基于TRIZ理论和辩证理念的课程思政实施方式具有良好的可行性与有效性，在实际教学中能引起同学们的共鸣与思想共振、激发学习热情、端正学习态度。人工智能专业的本科生在中学阶段、本课基础课阶段都学习过辩证法，研究生在研一阶段也学习过《自然辩证法》课程，因此对于辩证理念都不陌生。很多同学反映原来觉得辩证法偏虚、TRIZ理论太陌生，现在切实找到了与专业课程的结合点。

通过新方式的实施，学生们既提高了对辩证法的认知水平，又强化了对专业课程知识点的深刻理解、夯实了专业基本功，增强了学习与解决问题的能力，促进了创新能力的培养、思维水平的训练与学术人格的塑造。实施后的问卷调查也表明，学生们能明显感受到专业培养中的育人元素，并对融入专业教学的有机性评价很高，对创新能力的增强也有了直观的感受。

五、结语

为响应国家的科技创新战略、落实课程思政要求、提高人才培养质量，本文建立了面向创新型人才培养的人工智能专业课程思政建设新方式。新方式基于TRIZ理论和辩证理念的核心内涵，结合专业课程的重要知识点，采用案例教学法来实施。实践结果表明，新方式可让专业课程的创新之光更加明亮、思政色彩更加浓厚、创新型人才的培养更加高效。