“模式識(shí)別”課程教學(xué)改革探索

高 貴，周石琳，孫即祥，何 鵑

(國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410073)

“模式識(shí)別”是國(guó)內(nèi)外計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息與通信工程、電子科學(xué)與技術(shù)、控制科學(xué)與技術(shù)等學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課程，受到了廣泛地重視[1，2]。目前，國(guó)內(nèi)外眾多具有相關(guān)專業(yè)的高校和研究單位都開(kāi)設(shè)了此課程，并開(kāi)展了面向研究生的授課。

1 國(guó)內(nèi)外“模式識(shí)別”教學(xué)的差異

對(duì)比國(guó)內(nèi)外高校研究生“模式識(shí)別”課程的教學(xué)情況，我們發(fā)現(xiàn)存在如下差異。

(1)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)上存在差異:國(guó)外教師始終把學(xué)生作為教學(xué)主體，鼓勵(lì)學(xué)生參與教學(xué)過(guò)程，甚至向?qū)W術(shù)權(quán)威提出挑戰(zhàn)，并把難度適中的課程設(shè)計(jì)作為課程設(shè)置的一個(gè)重點(diǎn)，以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。這種寬松、自由的氣氛以及動(dòng)手能力培養(yǎng)兼顧的方式是激發(fā)學(xué)生發(fā)揮想象力、培養(yǎng)創(chuàng)新思維的重要源泉。而國(guó)內(nèi)很多高校的教學(xué)仍以教師為主體，學(xué)生習(xí)慣依賴教師安排。

(2)教學(xué)內(nèi)容安排上存在差異:國(guó)內(nèi)“模式識(shí)別”課程中數(shù)學(xué)內(nèi)容的教學(xué)時(shí)長(zhǎng)占整個(gè)授課時(shí)長(zhǎng)的比例大，過(guò)于偏重基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的講授，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)重點(diǎn)多集中在數(shù)學(xué)分析上，而對(duì)應(yīng)用的理解不夠深入[4]。

國(guó)外高校在系統(tǒng)講授基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，在教學(xué)內(nèi)容上輔以豐富的教學(xué)案例、知名專家的講座和一定課時(shí)的新技術(shù)研討等，幫助學(xué)生對(duì)于技術(shù)的理解和應(yīng)用。

(3)教學(xué)方法和模式上存在差異:國(guó)外普遍采用研究型教學(xué)模式，綜合利用網(wǎng)絡(luò)等資源，側(cè)重引導(dǎo)興趣和強(qiáng)調(diào)自學(xué);指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)課前預(yù)習(xí)、課堂研討和課后作業(yè)等環(huán)節(jié)，使感性認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)化為知識(shí)，進(jìn)而激發(fā)創(chuàng)造力。而國(guó)內(nèi)則直接灌輸知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生難以真正理解“模式識(shí)別”課程涉及問(wèn)題的關(guān)鍵。

(4)評(píng)價(jià)學(xué)生方式上存在差異:國(guó)外對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)重在經(jīng)驗(yàn)、過(guò)程、體驗(yàn)和應(yīng)用，教師評(píng)價(jià)學(xué)生十分注重學(xué)生課堂發(fā)言、綜合實(shí)踐應(yīng)用能力的表現(xiàn)。而國(guó)內(nèi)的教學(xué)往往只注意教師知識(shí)的傳授，忽略了學(xué)生能力和全面素質(zhì)的培養(yǎng)[4]。

綜上所述，國(guó)內(nèi)原有的“模式識(shí)別”教學(xué)模式和內(nèi)容已經(jīng)不符合創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的要求，需要充分借鑒國(guó)際高水平大學(xué)在“模式識(shí)別”教學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)，探索該課程的教學(xué)改革，以促進(jìn)其課程體系的完善及課程教學(xué)質(zhì)量的提高，進(jìn)一步強(qiáng)化培養(yǎng)創(chuàng)新人才的理論基礎(chǔ)與實(shí)踐能力。

2 教學(xué)改革目標(biāo)與思路

模式識(shí)別是研究分類識(shí)別理論和方法的學(xué)科，綜合性、交叉性強(qiáng)，涉及的數(shù)學(xué)知識(shí)多，應(yīng)用廣。針對(duì)其特點(diǎn)，采用如下的教學(xué)改革目標(biāo)和思路。

(1)堅(jiān)持當(dāng)代教育發(fā)展的新理念，瞄準(zhǔn)研究型大學(xué)的課程體系建設(shè)，采用先進(jìn)合理的教學(xué)和工具和手段，設(shè)置合理的教學(xué)內(nèi)容;

(2)面向研究型教學(xué)，改革現(xiàn)有教學(xué)模式;

(3)建立完善教學(xué)和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)一步提高教學(xué)和實(shí)驗(yàn)質(zhì)量;

(4)有效提高學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新意識(shí)、自主學(xué)習(xí)的欲望及解決問(wèn)題的能力和方法。

3 教學(xué)改革內(nèi)容與具體措施

3.1 教學(xué)內(nèi)容改革

(1)我校研究生“模式識(shí)別”課程的授課對(duì)象主要是碩士研究生，每年度安排的教學(xué)量為54課時(shí)。我們的教學(xué)內(nèi)容安排是保持與本科生、博士生課程縱向的連續(xù)性，這樣有利于學(xué)生由淺入深系統(tǒng)掌握相關(guān)知識(shí);同時(shí)又在橫向注重與同一層次相關(guān)課程(如數(shù)字圖像處理、統(tǒng)計(jì)信號(hào)處理)的關(guān)聯(lián)性，課程間互相補(bǔ)充。從深度和廣度兩個(gè)方面覆蓋了模式識(shí)別和相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)的所有知識(shí)點(diǎn);

(2)對(duì)學(xué)科發(fā)展、科研需求深入調(diào)研分析，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行篩選，保留重要經(jīng)典知識(shí)。具體措施為以三類重要的模式識(shí)別技術(shù):統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別、模糊模式識(shí)別和智能模式識(shí)別為主線，對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行模塊化劃分，確定每一類別技術(shù)的模塊組成，設(shè)計(jì)合理的教學(xué)課時(shí)數(shù):①統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別按其基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)劃分為聚類技術(shù)、統(tǒng)計(jì)判決準(zhǔn)則、參數(shù)學(xué)習(xí)與錯(cuò)誤率估計(jì)、小樣本學(xué)習(xí)理論等四大技術(shù)模塊，安排12個(gè)課時(shí)講授;②模糊模式識(shí)別劃分為模糊理論與隸屬度函數(shù)、模糊方法兩大技術(shù)模塊，安排6個(gè)課時(shí)講授;③智能模式識(shí)別劃分為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、組合優(yōu)化方法、專家系統(tǒng)等三大技術(shù)模塊，安排8-11課時(shí)講授;

(3)引入最新代表性科技成果，在整體的教學(xué)內(nèi)容中安排20%左右的課時(shí)數(shù)，約11個(gè)課時(shí)，用于介紹最新的發(fā)展前沿;

(4)設(shè)置約4個(gè)教學(xué)案例講解，每個(gè)案例2個(gè)課時(shí)，共需8個(gè)課時(shí)，占總課時(shí)數(shù)的約15%;

(5)聘請(qǐng)名師開(kāi)設(shè)講座，約6-9課時(shí)，占總課時(shí)數(shù)的比例在11%-17%之間;

(6)修改完善與教學(xué)內(nèi)容相配套的教學(xué)大綱、教學(xué)案例和課件等內(nèi)容;

3.2 教學(xué)模式改革

(1)探索研究型教學(xué)模式:開(kāi)展問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的分層次研究型教學(xué)方式。我們?cè)诿恐v之前通過(guò)網(wǎng)站發(fā)布資料指導(dǎo)學(xué)生課前預(yù)習(xí)，增大課堂發(fā)言研討的環(huán)節(jié)，在教師授課方式上采用精講多練的模式;

(2)采用2+1的教學(xué)模式:教師講授部分每次課前兩個(gè)課時(shí)進(jìn)行基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的教授，后一個(gè)課時(shí)對(duì)講授的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行程序編寫(xiě)分析、效果展示、應(yīng)用舉例以及研討分析，以加深學(xué)生的理解;

(3)聘請(qǐng)從事模式識(shí)別領(lǐng)域前沿研究的高年級(jí)博士生就幾個(gè)專題系統(tǒng)介紹模式識(shí)別的新技術(shù)和原理，課時(shí)數(shù)約11課時(shí);

(4)設(shè)置4個(gè)左右典型教學(xué)案例:如生物識(shí)別系統(tǒng)、手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)、紙幣識(shí)別系統(tǒng)以及目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)等，教學(xué)案例涵蓋所講授的基礎(chǔ)知識(shí);

(5)加大實(shí)踐環(huán)節(jié)的比重:通過(guò)設(shè)立5個(gè)左右競(jìng)賽式項(xiàng)目，以設(shè)計(jì)一個(gè)完整的識(shí)別系統(tǒng)(如手寫(xiě)體字符識(shí)別系統(tǒng))為目標(biāo)。學(xué)生4-5人為一組，以團(tuán)隊(duì)合作的方式實(shí)現(xiàn)資料查找、方案確立、編程實(shí)現(xiàn)以及報(bào)告撰寫(xiě)等，項(xiàng)目完成后，每組口頭需作1學(xué)時(shí)報(bào)告，由全體學(xué)生對(duì)其完成情況進(jìn)行打分;

(6)學(xué)生成績(jī)考核:按筆試1/4，實(shí)驗(yàn)作業(yè)1/2，課堂表現(xiàn)1/4的比例綜合評(píng)定;

(7)以問(wèn)卷調(diào)查的形式反饋教師授課情況、學(xué)生理解情況，籍此改進(jìn)教學(xué)方法。

3.3 教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)

(1)制訂明確的隊(duì)伍建設(shè)規(guī)劃，不斷優(yōu)化教師隊(duì)伍的年齡結(jié)構(gòu)和知識(shí)結(jié)構(gòu)。

(2)重點(diǎn)突出青年教師的培養(yǎng)計(jì)劃，實(shí)施青年教師科學(xué)、合理、有序的培養(yǎng)和引進(jìn)，嚴(yán)格把好青年教師的首次授課關(guān)。教師首次開(kāi)課前，必須至少跟班聽(tīng)課一輪，參加系統(tǒng)的教學(xué)理論和教學(xué)心理學(xué)培訓(xùn)、觀摩骨干教師的現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，最后組織相關(guān)教師進(jìn)行試講驗(yàn)收。

(3)加強(qiáng)教師與國(guó)內(nèi)外同行間的合作與交流，鼓勵(lì)教師特別是青年教師積極參與國(guó)內(nèi)外的教學(xué)研討和學(xué)術(shù)交流會(huì)議。

(4)力爭(zhēng)外聘1名國(guó)外名師，每年授課量18學(xué)時(shí)左右。

3.4 教材方面建設(shè)

(1)引進(jìn)國(guó)外經(jīng)典教材兩部(文獻(xiàn)[5]和[6])。

(2)我們?cè)谖?guó)內(nèi)外優(yōu)秀教材的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有教材《現(xiàn)代模式識(shí)別》，以新的教學(xué)大綱為指導(dǎo)，根據(jù)多年的教學(xué)實(shí)踐和科研成果，充分融入大量習(xí)題和案例，編寫(xiě)新教材一本(文獻(xiàn)[7])。

4 結(jié)語(yǔ)

模式識(shí)別是研究分類識(shí)別理論和方法的學(xué)科，綜合性、交叉性強(qiáng)，涉及的數(shù)學(xué)知識(shí)多，應(yīng)用廣。為提升“模式識(shí)別”課程教學(xué)質(zhì)量，加強(qiáng)創(chuàng)新性人才培養(yǎng)，開(kāi)展教學(xué)改革是必然的選擇。目前，我們依照本文中思路和措施初步進(jìn)行的教學(xué)改革，取得了比較明顯的教學(xué)效果。

[1]劉雨，孫即祥，余莉.“模式識(shí)別”課程開(kāi)放式案例教學(xué)設(shè)計(jì)[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2011(3):105-107.

[2]馬曉巖，秦江敏.《模式識(shí)別》課程中的交融互動(dòng)教學(xué)法[J].武漢:空軍雷達(dá)學(xué)院學(xué)報(bào)，2001(1):72-73.

[3]譚詠梅，王小捷，鐘義信.模式識(shí)別課程的教學(xué)探索[J].北京:計(jì)算機(jī)教育，2011(15):80-83.

[4]張芳，肖志濤，韓曉軍，等.模式識(shí)別課程教學(xué)改革思考[J].北京:計(jì)算機(jī)教育，2012(4):49-51.

[5]R.O.Duda.《Pattern Classification》，Wiley，2000.11.

[6]S.Theodoridis.《Pattern Recognition》，Academic Press，2008.10.

[7]孫即祥.《現(xiàn)代模式識(shí)別》(第二版)[M].北京:高等教育出版社，2008:1-10.