葉青 劉長華

摘要：針對“新工科”背景下省屬高校所具有的典型特點(diǎn)以及“雙一流”建設(shè)的迫切需求，通過充分調(diào)研學(xué)生的學(xué)習(xí)能力以及思想政治素養(yǎng)方面的差異性，從“思政融入理論教學(xué)、思政融入實(shí)踐教學(xué)、思政融入教學(xué)方法”三個(gè)方面入手，對地方高校的人工智能課程思想政治建設(shè)進(jìn)行深入探究。首先，分析人工智能課程的思想政治建設(shè)內(nèi)涵。其次，在教學(xué)內(nèi)容層面對思想政治元素進(jìn)行深度挖掘與融合。再次，對實(shí)踐教學(xué)中的思政元素進(jìn)行挖掘。最后，對思想政治教育下的教學(xué)方法進(jìn)行改革和重新定制。

關(guān)鍵詞：新工科；人工智能；課程思政；實(shí)踐教學(xué)；深度挖掘

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）06-0018-04

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

1 引言

2016年，“新工科”概念的提出為工程人才的培養(yǎng)與工程教育理論的探索提供了新視角和新思路。“新工科”建設(shè)指出，要將人工智能等新產(chǎn)業(yè)作為培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人才的載體[1]。與“老工科”相比，“新工科”更加強(qiáng)調(diào)學(xué)科的實(shí)用性以及各個(gè)學(xué)科之間的交叉性與綜合性，以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，致力于培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新性的卓越工程人才[2]。

2019年3月，習(xí)近平總書記在全國高等學(xué)校的思想政治教育理論課改革創(chuàng)新教師工作座談會上提出“要堅(jiān)持顯性教育和隱性教育相統(tǒng)一”，即要求高校教師積極挖掘課程中所蘊(yùn)含的思政元素，將思想政治教育貫穿于教學(xué)過程的每一個(gè)環(huán)節(jié)，做到“全程育人、全方位育人”[3-4]。課程理論教學(xué)為思想政治教育提供了廣闊的學(xué)科應(yīng)用背景和堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)，反之，思想政治教育也通過課程理論教學(xué)的開展向受教育者提供了正確的價(jià)值觀導(dǎo)向和人生引領(lǐng)。習(xí)近平總書記所指出的“使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)”是一個(gè)值得思考的課題。

本文圍繞“新工科”背景下省屬高校所具有的典型特點(diǎn)展開研究，通過充分調(diào)研學(xué)生學(xué)習(xí)能力及能力素養(yǎng)方面的差異性，對地方高校的人工智能課程思想政治建設(shè)進(jìn)行探究。首先，分析人工智能課程的思想政治建設(shè)內(nèi)涵，在教學(xué)內(nèi)容層面對思想政治元素進(jìn)行深度挖掘與融合，并對教學(xué)方法進(jìn)行重新梳理和定制。

2 人工智能課程思政建設(shè)內(nèi)涵

隨著人工智能技術(shù)的迅猛發(fā)展，人類社會的規(guī)則和運(yùn)作方式都進(jìn)行了重構(gòu)，與此同時(shí)，也對社會倫理、道德規(guī)范、法制體系提出了全新的挑戰(zhàn)。作為智能系統(tǒng)的技術(shù)支撐，算法中蘊(yùn)含著開發(fā)者的價(jià)值觀體現(xiàn)，因此，智能算法的價(jià)值觀考量必須成為技術(shù)人員所重視的問題，避免出現(xiàn)“算法歧視”[5-6]。在ABC（AI、Big data、Clouds）時(shí)代下，大數(shù)據(jù)的敏感性對數(shù)據(jù)安全的要求更高。綜合上述因素，對人工智能人才的培養(yǎng)不僅要重視專業(yè)技能，更要從倫理問題、道德準(zhǔn)則、社會責(zé)任、國家建設(shè)等多個(gè)角度出發(fā)，在知識點(diǎn)中融入思想政治元素，為智能系統(tǒng)的開發(fā)人員畫出一道底線，力爭培養(yǎng)出具有習(xí)近平新時(shí)代中國特色社會主義思想觀和價(jià)值觀的專業(yè)人才[7]。基于此，將人工智能課程建設(shè)目標(biāo)制定為三維，即思政教育目標(biāo)、理論知識目標(biāo)和實(shí)踐能力目標(biāo)。

為了更好地了解學(xué)生對于人工智能學(xué)科的認(rèn)識深度和廣度，在課前對計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的同學(xué)進(jìn)行了調(diào)研。以計(jì)科系20級本科生為例，參與調(diào)研的學(xué)生共計(jì)248人。調(diào)研過程中，通過問題“你是否聽說過AI”篩查出本專業(yè)對人工智能有所耳聞的學(xué)生有235人，占比94.76%。通過問題“請列舉出兩個(gè)人工智能的典型應(yīng)用”篩選出對人工智能相關(guān)技術(shù)有所了解的學(xué)生有127人，占比51.21%。進(jìn)而通過更細(xì)致的問題如“請闡述人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)之間地關(guān)系”考查學(xué)生對人工智能技術(shù)的理解程度，能較準(zhǔn)確地給出答案的學(xué)生有29人，占比11.69%。

該調(diào)研結(jié)果表明在地方省屬高校絕大部分學(xué)生對前沿科技并不陌生的，但是對核心技術(shù)的認(rèn)識程度參差不齊。對人工智能相關(guān)技術(shù)較熟悉的少量學(xué)生多為初高中階段參與各類競賽時(shí)涉獵了相關(guān)技術(shù)，而更多學(xué)生對人工智能的認(rèn)識僅僅浮于表面，說明該類學(xué)生的前期知識儲備是不充足的。面對省屬高校普遍存在的問題，應(yīng)該更積極探索如何在開展人工智能課程理論教學(xué)的同時(shí)展開思想政治教育，塑造學(xué)生的人格，培養(yǎng)學(xué)生的思維，提升學(xué)生的技術(shù)認(rèn)知。

3 教學(xué)內(nèi)容層面的思政元素探索

3.1 課堂理論教學(xué)中思政元素的挖掘

《人工智能基礎(chǔ)》課程是許多高校計(jì)算機(jī)類專業(yè)的一門專業(yè)選修課程。人工智能是一門研究機(jī)器智能的學(xué)科，即用人工的方法和技術(shù)，研制智能機(jī)器或智能系統(tǒng)來模仿、延伸和擴(kuò)展人的智能，實(shí)現(xiàn)智能行為[8]。本課程主要介紹如何用計(jì)算機(jī)來模擬人類智能，即如何用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)諸如問題求解、規(guī)劃推理、模式識別、知識工程、機(jī)器學(xué)習(xí)等只有人類才具備的“智能”，是開發(fā)智能機(jī)器或智能系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)。

課程內(nèi)容包括四部分：第一部分緒論，介紹人工智能的定義、形成過程、研究內(nèi)容、學(xué)派之爭、應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢；第二部分介紹人工智能經(jīng)典的三大基本技術(shù)，包括知識表示技術(shù)、搜索技術(shù)以及推理技術(shù)；第三部分介紹人工智能的典型應(yīng)用領(lǐng)域，包括機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺等；第四部分介紹典型的計(jì)算智能方法，如進(jìn)化計(jì)算等。其中核心內(nèi)容是第二部分和第三部分。目前，大量的思政元素已經(jīng)覆蓋本課程的所有授課章節(jié)，以“潤物細(xì)無聲”的方式在理論教學(xué)中對學(xué)生開展思想政治教育。各章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容中所融入的思政元素詳見表1，人工智能課程思政教育協(xié)同育人的部分典型案例列舉如下。

1）緒論：緒論部分主要介紹人工智能的概念提出、發(fā)展歷史、研究基礎(chǔ)、人工智能的分支以及應(yīng)用領(lǐng)域。這一部分的理論教學(xué)應(yīng)采用啟發(fā)式教學(xué)法與案例教學(xué)法，引入Alpha大戰(zhàn)圍棋高手的案例，深挖案例背后所蘊(yùn)藏的人工智能思維模式以及價(jià)值觀和文化意義，從哲學(xué)的否定之否定規(guī)律導(dǎo)入新技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展，并圍繞AI技術(shù)與人類的關(guān)系展開討論。

2）問題求解技術(shù)——圖搜索技術(shù)：圖搜索技術(shù)屬于全觀察問題，即每個(gè)狀態(tài)下對自身的所有情況都是已知的，因此可以通過預(yù)估去選擇最優(yōu)的后繼狀態(tài)，這與“只有胸有成竹才能事半功倍”的道理非常相似。通過該搜索技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過程引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)和生活中，當(dāng)面對問題時(shí)要多觀察、多了解、多調(diào)查，才能得出最好的解決方案，進(jìn)一步樹立健康的人生觀和價(jià)值觀。

3）監(jiān)督學(xué)習(xí)——決策樹算法：作為中國創(chuàng)新典范的幾大科技巨頭，阿里巴巴、京東都有核心業(yè)務(wù)結(jié)合了人工智能技術(shù)，如同學(xué)們非常熟悉的淘寶花唄分期以及京東推出的一種新型付款方式“打白條”都使用了決策樹算法對用戶的信用等級進(jìn)行評估，從而給出一定的信用額度。引入該案例幫助學(xué)生樹立正確的消費(fèi)觀念，培養(yǎng)良好的消費(fèi)習(xí)慣。

4）無監(jiān)督學(xué)習(xí)——聚類算法：通過《戰(zhàn)國策·齊策三》中的“物以類聚，人以群分”引出聚類算法的基本原理。引入淘寶、京東的典型應(yīng)用案例，如使用聚類算法通過客戶特征進(jìn)行客戶分群，以了解不同群體的需求提供個(gè)性化服務(wù)。阿里云和騰訊云則利用聚類算法進(jìn)行計(jì)算機(jī)集群的組織和管理。我國的國家天文科學(xué)數(shù)據(jù)中心將聚類算法應(yīng)用于天文數(shù)據(jù)的分析領(lǐng)域，取得了大量研究成果。通過這些案例的引入，激發(fā)學(xué)生對學(xué)科的熱愛，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新精神。

3.2 實(shí)踐教學(xué)中思政元素的挖掘

為了提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力，更好地使用人工智能技術(shù)解決實(shí)際問題，《人工智能基礎(chǔ)》課程設(shè)置了四個(gè)實(shí)踐教學(xué)任務(wù)，圍繞以下四小節(jié)內(nèi)容開展：搜索技術(shù)、決策樹算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及聚類算法?；趯?shí)踐教學(xué)的開展，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和意識，提高學(xué)生的人工智能專業(yè)知識技能，具備對人工智能領(lǐng)域的敏銳洞察力；培養(yǎng)學(xué)生的工程推理能力、問題識別與解決的能力，提高學(xué)生規(guī)劃、管理和解決人工智能工程實(shí)際問題的能力；培養(yǎng)學(xué)生的突破性創(chuàng)新能力，激發(fā)其投身科學(xué)研究，自主開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)[9，10]。

在開展實(shí)踐教學(xué)過程中，充分結(jié)合國家的前沿發(fā)展以及當(dāng)前國家時(shí)事來確定任務(wù)選題，以期在培養(yǎng)學(xué)生動手實(shí)踐能力的同時(shí)提升學(xué)生的思想政治認(rèn)識。本課程在實(shí)踐教學(xué)中融合思政元素的典型案例如下：

1）圖搜索技術(shù)：圖搜索的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，南京河海大學(xué)的學(xué)者將圖搜索技術(shù)應(yīng)用于巖石圖像微裂紋提取中，利用裂紋的兩個(gè)端點(diǎn)構(gòu)成裂紋區(qū)域，使用圖搜索技術(shù)在裂紋區(qū)域?qū)ふ彝暾穆窂?，從而自動檢測到裂紋。由于本校的優(yōu)勢學(xué)科——地球科學(xué)也有許多類似的研究，在實(shí)踐任務(wù)中采用真實(shí)的巖石圖像數(shù)據(jù)，帶領(lǐng)學(xué)生深入拓展，實(shí)現(xiàn)裂紋檢測?；谠撊蝿?wù)的實(shí)現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生的探究和創(chuàng)新精神。

2）決策樹算法：作為一種經(jīng)典的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，決策樹可以應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。在本次實(shí)踐任務(wù)中，帶領(lǐng)學(xué)生以新冠感染數(shù)據(jù)集作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，基于一個(gè)包含了16個(gè)屬性、5434個(gè)實(shí)例的訓(xùn)練樣本集構(gòu)建出一棵決策樹模型，從而對新冠肺炎的四個(gè)等級做評估?；谠撊蝿?wù)的實(shí)現(xiàn)，提升學(xué)生對新冠疫情的重視程度，并培養(yǎng)學(xué)生在保障隱私的情況下利用自身所掌握的知識去分析問題和解決實(shí)際問題的能力。

3）聚類算法：K-均值聚類算法在計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域大展拳腳，隨著我國遙感技術(shù)的迅猛發(fā)展，我國的林業(yè)部門使用該算法對遙感圖像進(jìn)行無監(jiān)督分類，實(shí)現(xiàn)林地區(qū)域分割，進(jìn)而監(jiān)測森林資源的動態(tài)變化，對生態(tài)環(huán)境保護(hù)以及城市規(guī)劃有重要的意義。在本次實(shí)踐任務(wù)中，帶領(lǐng)學(xué)生采用K-均值聚類算法對遙感圖像進(jìn)行分類，鼓勵學(xué)生通過查找資料等方式獨(dú)立解決實(shí)踐中遇到的問題，提高分析問題、解決問題的動手能力，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識，進(jìn)一步提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

4 融入思政建設(shè)的教學(xué)方法改革

為了更好地將嵌有豐富思想政治元素的教學(xué)內(nèi)容灌輸給學(xué)生并取得較好教學(xué)效果，要貼合學(xué)生實(shí)際、學(xué)科前沿以及行業(yè)發(fā)展，人性化地采用“潤物細(xì)無聲”的方式開展教學(xué)活動，切忌生搬硬造、照貓畫虎[11]。本課程的理論教學(xué)采用以多媒體教學(xué)為主，以板書為輔的教學(xué)方式，并加強(qiáng)圖示教學(xué)和實(shí)例教學(xué)以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并加深學(xué)生對重點(diǎn)知識以及理論與實(shí)際工程問題相結(jié)合的理解。在實(shí)踐教學(xué)中，借助于科大飛訊、百度飛漿AI Studio等國內(nèi)自主研發(fā)平臺，讓學(xué)生意識到自主創(chuàng)新的意義及價(jià)值。在長期的教學(xué)實(shí)施過程中，筆者概括了以下教學(xué)改革方法。

1）項(xiàng)目驅(qū)動促提升：項(xiàng)目實(shí)踐是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要途徑，對實(shí)現(xiàn)《人工智能基礎(chǔ)》這類課程的培養(yǎng)目標(biāo)具有重大意義。為了確保學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)具備一定的動手能力，引入EduCoder、科大飛訊、百度飛漿AI Studio等國內(nèi)自主研發(fā)平臺開展課程的項(xiàng)目實(shí)踐。教師和學(xué)生都可以在平臺上注冊免費(fèi)賬戶，教師既能夠自主新建實(shí)踐項(xiàng)目，又可以利用平臺現(xiàn)有的資源來創(chuàng)建屬于自己的課堂。學(xué)生通過加入任課教師創(chuàng)建的課堂，就能在教師的指導(dǎo)下以闖關(guān)的形式完成課程內(nèi)的各個(gè)項(xiàng)目。通過項(xiàng)目實(shí)踐，讓學(xué)生體驗(yàn)利用自身技術(shù)解決實(shí)際問題的成就感，激發(fā)學(xué)生從事科學(xué)研究的熱情，提升學(xué)生的思想政治素質(zhì)。

2）啟發(fā)互動促感悟：對于授課難點(diǎn)問題尤其是實(shí)際運(yùn)用的問題時(shí)，采用翻轉(zhuǎn)課堂的形式積極引導(dǎo)學(xué)生的參與意識，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。此外，組織學(xué)生小組討論，對于常識性的知識點(diǎn)的表達(dá)，要求學(xué)生以小組的形式對所學(xué)的知識點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場討論，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，提高學(xué)生的溝通和表達(dá)能力。例如，在學(xué)習(xí)決策樹算法時(shí)向?qū)W生提出一個(gè)問題：什么是信息熵，它與人們的日常生活有什么相關(guān)性？啟發(fā)學(xué)生查閱資料，并推薦學(xué)生閱讀物理學(xué)家薛定諤的著作《生命是什么》中的名句：“生命以負(fù)熵為生”。引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)概念的同時(shí)，逐步形成正確的人生觀和世界觀。

3）大創(chuàng)項(xiàng)目為依托：從課堂教學(xué)過渡到雙創(chuàng)項(xiàng)目的流程如圖1所示，包括課堂教學(xué)、課后輔導(dǎo)、雙創(chuàng)項(xiàng)目指導(dǎo)三個(gè)環(huán)節(jié)。通過引入多個(gè)全國人工智能大賽的獲獎項(xiàng)目、人工智能課程的優(yōu)秀課程設(shè)計(jì)案例、人工智能技術(shù)研究案例以及行業(yè)前沿技術(shù)的真實(shí)案例，并進(jìn)行系統(tǒng)的課后答疑和針對性指導(dǎo)，發(fā)掘個(gè)人能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高的學(xué)生，培養(yǎng)其完成雙創(chuàng)項(xiàng)目的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)。由課堂教學(xué)逐步過渡為雙創(chuàng)項(xiàng)目，可以有效縮短學(xué)生前期知識積累的時(shí)間周期，有助于學(xué)生快速進(jìn)入項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)。通過大創(chuàng)項(xiàng)目的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)，提升學(xué)生分析問題與解決問題的能力，實(shí)現(xiàn)專業(yè)技術(shù)與思想政治的雙培養(yǎng)。

5 結(jié)語

針對學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和思想政治素養(yǎng)水平，為進(jìn)一步推動學(xué)?！半p一流”建設(shè)，對“新工科”背景下的人工智能課程思政建設(shè)展開研究。通過在多屆計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生的人工智能課程教學(xué)實(shí)施中，對理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)中的思政元素進(jìn)行深度挖掘和融合，對融入思政建設(shè)的教學(xué)方法進(jìn)行改革，取得了較好的教學(xué)效果。在后續(xù)的課程教學(xué)中繼續(xù)優(yōu)化和推廣，培養(yǎng)“基礎(chǔ)扎實(shí)、知識面寬、綜合素質(zhì)高、社會責(zé)任感強(qiáng)，具有國際視野、創(chuàng)業(yè)建設(shè)和創(chuàng)新能力的高級專門人才”，著力解決長江中游區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展面臨的重大理論和現(xiàn)實(shí)問題，積極開展應(yīng)用科學(xué)技術(shù)研究和社會服務(wù)。

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【通聯(lián)編輯：王力】