模式識(shí)別人才兩種培養(yǎng)模式的比較與思考

朱宗曉　楊怡

摘要：通過(guò)對(duì)課程教學(xué)和競(jìng)賽輔導(dǎo)兩種模式識(shí)別人才培養(yǎng)模式的比較和分析，提出在網(wǎng)絡(luò)背景下創(chuàng)新型人才培養(yǎng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)教師角色從知識(shí)的布道者到問(wèn)題的輔導(dǎo)者，知識(shí)傳授從教師講、學(xué)生記到學(xué)生講、教師評(píng)，學(xué)生學(xué)習(xí)從個(gè)體學(xué)習(xí)到團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)3個(gè)重大轉(zhuǎn)變，從而培養(yǎng)出符合時(shí)代需求和具有創(chuàng)新能力的復(fù)合型人才。

關(guān)鍵詞：模式識(shí)別；培養(yǎng)模式；教師角色；組織管理

0、引言

高等教育的目的在于培養(yǎng)符合時(shí)代需求、具有創(chuàng)新能力的復(fù)合型人才。當(dāng)代高等教育在互聯(lián)網(wǎng)沖擊下在全世界范圍內(nèi)都出現(xiàn)了明顯兩極分化的趨勢(shì)。一方面，傳統(tǒng)教育模式下培養(yǎng)出來(lái)的大學(xué)生越來(lái)越難以找到工作，深層次原因在于現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)對(duì)于受教育勞工的需求正在被重新分配。計(jì)算機(jī)能做的工作越來(lái)越多，使得大量的中端職位被智能機(jī)器扼殺，而高端職位需求增長(zhǎng)緩慢。另一方面，在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代學(xué)生依靠自學(xué)，令上了鎖的科學(xué)大門(mén)不斷為少年敞開(kāi)。因此，從事高等教育的每一位教師都應(yīng)該認(rèn)真思考和重新定位自己的角色，從而在網(wǎng)絡(luò)背景下更好地完成創(chuàng)新型人才培養(yǎng)工作。

模式識(shí)別是自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)等專(zhuān)業(yè)的一門(mén)新興學(xué)科，源于自動(dòng)控制與計(jì)算機(jī)科學(xué)，又和機(jī)電一體化、人工生命等學(xué)科密不可分，涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制與決策、電子信息、機(jī)電一體化、生物信息等眾多研究領(lǐng)域。人才市場(chǎng)對(duì)具有模式識(shí)別項(xiàng)目背景的求職者需求旺盛。為了適應(yīng)這種人才需求，從2012年上半年開(kāi)始，筆者嘗試比較兩種截然不同的模式識(shí)別人才培養(yǎng)模式，前者為2012年4-6月期間針對(duì)2009級(jí)大三30名自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)本科生按教學(xué)大綱規(guī)定的36課堂學(xué)時(shí)、12實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)講授模式識(shí)別課程，完成教學(xué)任務(wù)后收集、整理、分析學(xué)生的反饋意見(jiàn)；后者為從2012年3月開(kāi)始，指導(dǎo)3名在模式識(shí)別方面零基礎(chǔ)的2009級(jí)大三計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)本科生參加2013年4月舉行的代表全球手寫(xiě)漢字識(shí)別最高水平的自然手寫(xiě)漢字識(shí)別大賽，記錄整理指導(dǎo)歷程和參賽經(jīng)過(guò)。通過(guò)對(duì)這兩種培養(yǎng)模式的實(shí)踐、比較與思考，筆者對(duì)培養(yǎng)模式識(shí)別人才中教師所應(yīng)扮演的角色、知識(shí)傳授的方式以及學(xué)習(xí)中人員的組織管理有了一定的新認(rèn)識(shí)。

1、教師的角色——從知識(shí)的布道者到問(wèn)題的輔導(dǎo)者

在講授模式識(shí)別課程的過(guò)程中，筆者作為知識(shí)的布道者，盡管已經(jīng)盡最大努力將該課程講得通俗易懂，但是在課程結(jié)束后的問(wèn)卷調(diào)查中，筆者發(fā)現(xiàn)90%的學(xué)生認(rèn)為模式識(shí)別這門(mén)課程比較深?yuàn)W，理論原理太多；49%的學(xué)生建議在上這門(mén)課前先復(fù)習(xí)講解部分概率論、線性代數(shù)知識(shí)；34%的學(xué)生認(rèn)為這門(mén)課有一定難度，希望增加課程學(xué)時(shí)，從而能對(duì)該課程有更透徹的理解；32%的學(xué)生希望能夠增加實(shí)驗(yàn)課時(shí)，將理論與實(shí)際更好地結(jié)合起來(lái)，加深實(shí)踐理解，同時(shí)希望把機(jī)器人識(shí)別、數(shù)字信號(hào)識(shí)別、人臉識(shí)別等貼近生活的、有啟發(fā)性的例子加入實(shí)驗(yàn)。

這表明學(xué)生僅僅依靠課堂上的有限學(xué)時(shí)很難真正掌握模式識(shí)別這門(mén)課程，而教師也無(wú)法在有限學(xué)時(shí)中將模式識(shí)別全部專(zhuān)業(yè)知識(shí)充分有效地灌輸給學(xué)生。與此不同的是在指導(dǎo)另外3名沒(méi)學(xué)過(guò)模式識(shí)別課程的本科生參賽時(shí)，筆者從網(wǎng)絡(luò)公開(kāi)課中挑選清華大學(xué)林學(xué)闇教授為本科生錄制的模式識(shí)別課程視頻供其觀看，并讓他們自己思考要參與自然手寫(xiě)漢字識(shí)別大賽中的特征分類(lèi)識(shí)別、脫機(jī)字符識(shí)別、脫機(jī)文本識(shí)別3個(gè)比賽項(xiàng)目，需要用到視頻中講過(guò)的哪些技術(shù)，經(jīng)歷一個(gè)怎樣的流程，每一步取得一些什么樣的階段性成果。此外，學(xué)生通過(guò)上網(wǎng)、用智能手機(jī)或iPad聆聽(tīng)教學(xué)課程會(huì)有很多優(yōu)勢(shì)，他們用不著因?yàn)橐嗫磶妆檎n程視頻而感到不好意思，可以按照自己的節(jié)奏安排學(xué)習(xí)。

筆者在每周一次的討論會(huì)上把重點(diǎn)放在對(duì)學(xué)生作一對(duì)一的指導(dǎo)上，解決那些真正阻礙學(xué)生運(yùn)用這門(mén)課程的問(wèn)題。類(lèi)似的教學(xué)方法在比爾·蓋茨資助的Khan學(xué)院中得到廣泛推廣，該學(xué)院免費(fèi)提供從數(shù)學(xué)金融到化學(xué)歷史等學(xué)科的2400多個(gè)教學(xué)視頻給美國(guó)的合作學(xué)校，以一種顛覆傳統(tǒng)教學(xué)方法的模式進(jìn)行教學(xué)。這種模式是學(xué)生利用課下時(shí)間聽(tīng)課，用上課時(shí)間作輔導(dǎo)或做作業(yè)。這一教學(xué)方式正在以美國(guó)為中心向全世界傳播。

2、知識(shí)傳授的方式——從教師講、學(xué)生記到學(xué)生講、教師評(píng)

無(wú)論在網(wǎng)上還是在課堂上，以教師為中心的課程都只能起到有限的教學(xué)效果。研究表明，人腦主要是通過(guò)在互動(dòng)中不斷回憶以接受新鮮概念。這也就是說(shuō)高質(zhì)量的教學(xué)必須像物理學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)得主，也是奧巴馬總統(tǒng)的顧問(wèn)Carl Wieman說(shuō)的那樣，要“弱化教師授課，著重鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)解決問(wèn)題”。在講授模式識(shí)別課程時(shí)，為了按照教學(xué)大綱要求完成規(guī)定的教學(xué)任務(wù)，筆者在課堂上只能盡可能引導(dǎo)學(xué)生思考、理解一些問(wèn)題，無(wú)法把學(xué)生的積極性真正調(diào)動(dòng)起來(lái)解決問(wèn)題，而模式識(shí)別恰恰是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的科學(xué)，涉及大量抽象的算法、公式，如果不真正應(yīng)用這些算法、公式解決一些具體的問(wèn)題，很難對(duì)其有深刻的理解。

在指導(dǎo)學(xué)生參加自然手寫(xiě)漢字識(shí)別大賽的13個(gè)月中，筆者最初提供給3名參賽學(xué)生的僅僅是一套較為簡(jiǎn)單的用于印刷體彝文識(shí)別的算法平臺(tái)，之后就再也沒(méi)有幫助學(xué)生編過(guò)一行代碼。學(xué)生要先把這套平臺(tái)看懂，然后移植到手寫(xiě)漢字的數(shù)據(jù)庫(kù)上，最后逐步改進(jìn)提高。于是，每周一次的進(jìn)度匯報(bào)完全以學(xué)生為中心，每名學(xué)生先對(duì)上一周的工作進(jìn)行總結(jié)和匯報(bào)，把其中遇到的問(wèn)題拿出來(lái)集體討論。在項(xiàng)目開(kāi)始的最初幾個(gè)月，學(xué)生會(huì)問(wèn)到在學(xué)習(xí)印刷體識(shí)別平臺(tái)中一些算法的原理和實(shí)現(xiàn)方法時(shí)遇到的問(wèn)題，如對(duì)印刷體字符如何提取特征、1024維的特征如何壓縮到128維、三層歐式距離分類(lèi)器如何建立等，筆者可以有針對(duì)性地對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)解答。到了2012年暑假，學(xué)生發(fā)現(xiàn)印刷體識(shí)別算法用于自然手寫(xiě)漢字識(shí)別，無(wú)論是字符分割還是字符識(shí)別都性能低下，與文獻(xiàn)中代表世界先進(jìn)水平的分割準(zhǔn)確率和識(shí)別率相差很大，此時(shí)筆者就和學(xué)生一起分析原有算法用于自然手寫(xiě)漢字的局限性，鼓勵(lì)學(xué)生閱讀學(xué)習(xí)IEEE Transactions on Pattern Analysis andMachine Intelligence、Pattern Recognition、IEEETransactions on lmage Processing這些世界頂級(jí)期刊上相關(guān)文獻(xiàn)所采用的方法，并把自己的理解，無(wú)論正確與否，都在進(jìn)度匯報(bào)會(huì)上講出來(lái)。endprint

接下來(lái)的幾個(gè)月，學(xué)生不斷將文獻(xiàn)中最新的方法用自己的語(yǔ)言講出來(lái)，而筆者則負(fù)責(zé)指出講述過(guò)程中存在的邏輯漏洞和沒(méi)有講清楚的地方，而這些往往恰好是學(xué)生對(duì)原文理解出現(xiàn)偏差的地方，從而促使學(xué)生不得不一遍一遍地重新仔細(xì)閱讀論文，加深對(duì)論文思想的理解。實(shí)踐證明，盡管這3名本科生不能完全達(dá)到使用這些文獻(xiàn)中最新方法的水平，但是可以在論文思想的啟發(fā)下，建立出自己能夠理解的可以顯著提高原有分割準(zhǔn)確率和識(shí)別率的算法，最大程度地縮短了與世界先進(jìn)水平的差距。

3、學(xué)習(xí)中的人才組織管理——從個(gè)體學(xué)習(xí)到團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)

在模式識(shí)別課程教學(xué)中，所有學(xué)生接收到的教學(xué)內(nèi)容、思考任務(wù)都是統(tǒng)一的，考核的載體——試卷也是統(tǒng)一命題的，也就是說(shuō)學(xué)生接受到的是同一種教育。這種方式盡管有助于學(xué)生之間相互交流、理解知識(shí)，但卻抹殺個(gè)性，短時(shí)間內(nèi)難以形成一支有解決問(wèn)題能力的工作團(tuán)隊(duì)。事實(shí)上，參與課程教學(xué)的學(xué)生也很希望以團(tuán)隊(duì)的方式開(kāi)展學(xué)習(xí)并解決一些實(shí)際問(wèn)題，如54%的學(xué)生希望增加課程設(shè)計(jì)并且能夠自己選擇有興趣的題目；33%的學(xué)生希望能夠以小組為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并且對(duì)實(shí)驗(yàn)原來(lái)程序進(jìn)行優(yōu)化，這樣能夠增加難度，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

在指導(dǎo)學(xué)生參賽的過(guò)程中，從項(xiàng)目組成立開(kāi)始，每名成員就有了自己明確的任務(wù)分工。整個(gè)小組要解決自然手寫(xiě)漢字識(shí)別這個(gè)模式識(shí)別領(lǐng)域里的大問(wèn)題，每個(gè)成員又要解決諸如自然文本分割、字符非線性規(guī)范化、特征提取、特征壓縮、分類(lèi)器設(shè)計(jì)、字符識(shí)別這樣一些子問(wèn)題。每個(gè)成員平時(shí)針對(duì)自己的子問(wèn)題展開(kāi)研究，每周則把研究的成果拿到會(huì)議上讓大家進(jìn)行集體學(xué)習(xí)。這樣既發(fā)揮了每名成員的特長(zhǎng)，使他們對(duì)整個(gè)自然手寫(xiě)漢字識(shí)別項(xiàng)目產(chǎn)生了強(qiáng)烈的責(zé)任感，又可以增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)解決實(shí)際問(wèn)題的整體能力，拓展了每名成員的知識(shí)面，增加了間接經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也符合當(dāng)今社會(huì)對(duì)復(fù)合型人才專(zhuān)業(yè)分工、緊密合作的要求。相對(duì)于千篇一律的課堂教學(xué)，這種團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)的模式在培養(yǎng)人才方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。最終，在參與模式識(shí)別課程教學(xué)的30名自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)本科生中，僅有一名學(xué)生考上模式識(shí)別方向的研究生，其他本科生均未從事與模式識(shí)別有關(guān)的工作，而在2013自然手寫(xiě)漢字識(shí)別大賽中，筆者指導(dǎo)的3名本科生成功完成了特征分類(lèi)識(shí)別、脫機(jī)字符識(shí)別、脫機(jī)文本識(shí)別3個(gè)比賽項(xiàng)目。

國(guó)內(nèi)大學(xué)中僅有清華大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)兩支以教師為主體的隊(duì)伍和我們一同參賽，其他7個(gè)參賽隊(duì)伍分別來(lái)自中國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、瑞士、日本的一些著名高校、研究所和公司。我們的特征分類(lèi)識(shí)別準(zhǔn)確率為92.44%，比最高水平的哈爾濱工業(yè)大學(xué)低2.74%；脫機(jī)字符識(shí)別為77.71%，比最高水平的Fijitsu中國(guó)公司低了17.06%。我們的脫機(jī)文本識(shí)別由于還處于起步階段，與最好的哈爾濱工業(yè)大學(xué)相差甚遠(yuǎn)，但其中的行分割算法在HIT-MW中文自然手寫(xiě)文檔數(shù)據(jù)庫(kù)上的召回率為99.60%、錯(cuò)誤率0.46%，與最新文獻(xiàn)中召回率99.52%、錯(cuò)誤率0.32%的水平基本相當(dāng)，這對(duì)于一名中南民族大學(xué)的本科生來(lái)說(shuō)難能可貴。

4、結(jié)語(yǔ)

在目前國(guó)內(nèi)的教學(xué)環(huán)境和教學(xué)條件下，類(lèi)似參加自然手寫(xiě)漢字識(shí)別大賽這樣的模式識(shí)別人才培養(yǎng)模式還無(wú)法完全取代模式識(shí)別的課程教學(xué)，但在課程中有意識(shí)地參考和借鑒其中的做法，以問(wèn)題為牽引，鼓勵(lì)學(xué)生制訂目標(biāo)，圍繞課題組成團(tuán)隊(duì)主動(dòng)學(xué)習(xí)，適當(dāng)減少知識(shí)傳授的比例，應(yīng)該能夠更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。在畢業(yè)設(shè)計(jì)、課程設(shè)計(jì)以及課外學(xué)術(shù)活動(dòng)指導(dǎo)的過(guò)程中，類(lèi)似的人才培養(yǎng)模式有一定的實(shí)用價(jià)值和參考意義。endprint