案例教學(xué)法在模式識別導(dǎo)論中的探索與實踐

唐云祁, 郭 威

(中國人民公安大學(xué) 刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100083)

案例教學(xué)法在模式識別導(dǎo)論中的探索與實踐

唐云祁, 郭 威

(中國人民公安大學(xué) 刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100083)

模式識別是信息技術(shù)領(lǐng)域的一項新興技術(shù)，是公安信息化建設(shè)的重要基礎(chǔ)，有必要在公安院校中開設(shè)“模式識別導(dǎo)論”課程。然而，“模式識別”是一門綜合性和理論性極強(qiáng)的學(xué)科，相關(guān)理論和方法晦澀難懂。在教學(xué)實踐的基礎(chǔ)上，融合案例教學(xué)法和傳統(tǒng)教學(xué)法的優(yōu)點，設(shè)計“模式識別導(dǎo)論”課堂教學(xué)模式。教學(xué)實踐表明，融合案例教學(xué)法和傳統(tǒng)教學(xué)法來講解模式識別導(dǎo)論，學(xué)生的積極性明顯提高，課堂氣氛明顯活躍，學(xué)習(xí)效果明顯改善。

案例教學(xué)法； 模式識別； 公安信息化； 教學(xué)模式與改革

0 引 言

模式識別是人工智能領(lǐng)域的一門新興學(xué)科，興起于20世紀(jì)60年代，其目標(biāo)是讓計算機(jī)具備人類的某些智能，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)中存在的事物、行為、關(guān)系等模式的自動理解。例如，指紋識別技術(shù)是一種常見模式識別技術(shù)，它能夠模擬專家鑒定指紋的過程實現(xiàn)指紋的自動比對與檢索。模式識別技術(shù)在公安工作中的應(yīng)用，不僅能夠大大提高公安執(zhí)法效率，還能完成許多原本不可能完成的任務(wù)，模式識別系統(tǒng)是公安信息化建設(shè)的重要內(nèi)容。因此，在公安院校中開設(shè)“模式識別導(dǎo)論”課程，有利于提高學(xué)生公安信息化應(yīng)用能力，助力我國公安機(jī)關(guān)四項建設(shè)的實施。我校刑事科學(xué)技專業(yè)順應(yīng)技術(shù)發(fā)展潮流，在2013本科培養(yǎng)方案中新增設(shè)了“模式識別導(dǎo)論”課程。

然而，模式識別是一門綜合性和理論性極強(qiáng)的學(xué)科[1]，它一方面涉及高等數(shù)學(xué)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、線性代數(shù)、矩陣論等多種數(shù)學(xué)知識，另一方面還涉及數(shù)字信號處理、數(shù)字圖像處理等學(xué)科知識，相關(guān)理論和方法晦澀難懂。如何激發(fā)學(xué)生興趣，是開展“模式識別導(dǎo)論”教學(xué)工作的關(guān)鍵和難點所在。

1 可行性分析

案例教學(xué)法是一種通過對一個具體教育情境的描述，引導(dǎo)學(xué)生對這些特殊情境進(jìn)行討論的教學(xué)方法[2]。具體來說，就是通過對一個來源真實生活典型案例的解析，讓學(xué)生在聽故事中弄清案例的論題所在，分析問題根源，設(shè)計解決問題方案，最終通過問題的解決豐富對相關(guān)方法和理論理解及應(yīng)用。與其他教學(xué)方法相比，案例教學(xué)法的最大特點在于能夠讓學(xué)生積極參與課堂討論交流，激發(fā)學(xué)生興趣，更為重要的是，它能夠避免單純理論教學(xué)所帶來的空泛和脫離實際之弊端[3-4]。

但是，案例教學(xué)法也是有適用范圍的[5-6]，一般地，案例教學(xué)在教學(xué)內(nèi)容上適用于專業(yè)性強(qiáng)、知識復(fù)雜的教學(xué)活動，在教學(xué)目標(biāo)上適宜于旨在培養(yǎng)學(xué)生能力的教學(xué)，在授課對象上適宜于已進(jìn)入形式運(yùn)算階段的學(xué)生。從上述幾個角度來看，在“模式識別導(dǎo)論”課程中采用案例教學(xué)是可行的，這是因為：“模式識別導(dǎo)論”課程的主要目標(biāo)是提高公安院校學(xué)生的信息化應(yīng)用能力，同時“模式識別導(dǎo)論”是一門綜合性和理論性極強(qiáng)的學(xué)科，其相關(guān)知識復(fù)雜而專業(yè)。此外，“模式識別導(dǎo)論”的授課對象是大學(xué)本科生，他們都已進(jìn)入形式運(yùn)算階段。

2 難點分析

(1) 授課對象基礎(chǔ)薄。模式識別技術(shù)通過在數(shù)據(jù)和結(jié)果間構(gòu)建映射關(guān)系來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的“理解”，常見的數(shù)據(jù)形式有文本、音頻、圖像、視頻等。要想在輸入數(shù)據(jù)與輸出結(jié)果間構(gòu)建映射關(guān)系模型，就必須具備數(shù)據(jù)處理及數(shù)學(xué)建模的基礎(chǔ)，其中數(shù)據(jù)處理方面的知識包括數(shù)字信號處理和數(shù)字圖像處理等，數(shù)學(xué)建模方面的知識包括高等數(shù)學(xué)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、線性代數(shù)、矩陣論等。這就要求學(xué)生在學(xué)習(xí)模式識別導(dǎo)論前必須掌握上述數(shù)據(jù)處理及數(shù)學(xué)知識。公安院校是以培養(yǎng)公安職業(yè)特色人才為目標(biāo)的，在學(xué)生培養(yǎng)方案的設(shè)計上偏重實踐應(yīng)用，大多本科培養(yǎng)方案僅僅涵蓋高等數(shù)學(xué)這一門前序課程。案例教學(xué)中，學(xué)生就是一名“演員”，要積極參與課堂討論，如果基礎(chǔ)過于薄弱，勢必會影響案例教學(xué)的實施效果。

(2) 合適案例難選擇。案例教學(xué)中，教學(xué)內(nèi)容始終以案例為中心組織與展開，案例與教學(xué)內(nèi)容的匹配融合程度直接影響案例教學(xué)效果的好壞[7]。因此，將案例教學(xué)法應(yīng)用于模式識別導(dǎo)論課程教學(xué)的第二個難點就在于合適案例的選擇。一個高質(zhì)量模式識別導(dǎo)論教學(xué)案例應(yīng)該來自公安實戰(zhàn)，且需要經(jīng)過多次、長時間修改提煉。模式識別技術(shù)在公安工作中具有廣泛的應(yīng)用空間，實戰(zhàn)中的成功案例成千上萬，但是大部分集中在指紋識別和人臉識別方面。另外具體到某一個知識點來講，能夠既符合教學(xué)的系統(tǒng)性要求，又符合學(xué)生基礎(chǔ)的案例不是太多，可供選擇的面很窄[6]。

(3) 理論深度難把握。模式識別是一門理論性較強(qiáng)的學(xué)科，而公安院校教學(xué)的重點在于培養(yǎng)學(xué)生實戰(zhàn)應(yīng)用能力，學(xué)生相關(guān)理論基礎(chǔ)薄。如何把握理論教學(xué)深度是模式識別導(dǎo)論案例教學(xué)中需要解決的另一個難題。

3 案例教學(xué)法在模式識別導(dǎo)論課程中的應(yīng)用

筆者在模式識別導(dǎo)論的教學(xué)實踐中，根據(jù)授課對象特點，研究符合公安院校教育教學(xué)特色的模式識別導(dǎo)論案例教學(xué)方法，主要注意了以下兩點。

(1) 選擇案例要科學(xué)。案例選擇是案例教學(xué)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，也是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，案例質(zhì)量的與案例教學(xué)效果直接相關(guān)。要想案例教學(xué)在模式識別導(dǎo)論課程中取得好的效果，就必須在案例的選擇上下功夫。一個高質(zhì)量模式識別導(dǎo)論教學(xué)案例至少滿足：① 真實性。真實性是案例教學(xué)的最大特點，它讓學(xué)生置身于真實案件的情景中，有利于學(xué)習(xí)和理解案例所涉及的理論知識。模式識別導(dǎo)論課程的教學(xué)案例必須來源于公安實戰(zhàn)，不可主觀虛構(gòu)而作。② 趣味性。模式識別導(dǎo)論教學(xué)案例雖然來源于公安實踐工作，但不應(yīng)是已發(fā)生事情的簡單羅列。趣味性是案例教學(xué)的另一大特點，案例的編寫應(yīng)該要源于生活而又高于生活，可采用一些文學(xué)手法來增添案例的趣味性。③ 系統(tǒng)性。案例教學(xué)展現(xiàn)的是現(xiàn)實生活中發(fā)生某一具體問題的解決過程，其中往往涉及眾多手段和知識。依據(jù)案例來組織教學(xué)內(nèi)容時，應(yīng)該保證知識的系統(tǒng)性，讓學(xué)生全面掌握解決某一問題的各種手段和知識。④ 典型性。研究表明：學(xué)習(xí)情景與日后運(yùn)用所學(xué)內(nèi)容的實際情況相類似，有助于學(xué)習(xí)的遷移[8]。因此，模式識別導(dǎo)論課程的案例應(yīng)具有較強(qiáng)的典型性，能夠代表公安實際工作的某一類情況，使得學(xué)生能夠順利遷移，舉一反三。

(2) 教學(xué)設(shè)計要精心。一個典型的案例教學(xué)過程應(yīng)包含案例準(zhǔn)備、小組討論、班級討論和評價總結(jié)4個階段。在案例準(zhǔn)備階段，教師將編寫好的案例分發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生了解案例，分析案例中所展現(xiàn)的問題，借助各種手段和工具查閱資料及文獻(xiàn)，提出自己的觀點或者解決方案；在小組討論階段，學(xué)生按組分別進(jìn)行交流研討，細(xì)化方案；在班級討論階段，各組分別展示自己的方案及研討成果，體現(xiàn)班級集體智慧；最后在評價總結(jié)階段，教師對案例所涉及的知識點進(jìn)行歸納，對各組學(xué)生的學(xué)習(xí)研討情況進(jìn)行評價。模式識別導(dǎo)論課程存在授課對象基礎(chǔ)薄，課程理論性、綜合性強(qiáng)的特點，學(xué)生難以獨立完成案例準(zhǔn)備階段的任務(wù)。如果按照典型案例教學(xué)的方法設(shè)計模式識別導(dǎo)論課堂教學(xué)，教師僅僅擔(dān)任“導(dǎo)演”角色，讓學(xué)生們自主“表演”，那么課堂討論必將難以組織實施。

在模式識別導(dǎo)論教學(xué)實踐的基礎(chǔ)上，吸取教訓(xùn)，總結(jié)已有成功經(jīng)驗[9-16]，融合案例教學(xué)法和傳統(tǒng)教學(xué)方法的優(yōu)點，來設(shè)計模式識別導(dǎo)論課堂教學(xué)模式。

在教學(xué)內(nèi)容上，以公安實戰(zhàn)案例故事情節(jié)為主線有效組織模式識別導(dǎo)論課程內(nèi)容。面對模式識別導(dǎo)論中的案例，學(xué)生雖然難以獨立完成案例分析，提出自己的解決方案。但是案例中的真實情節(jié)往往能夠勾起學(xué)生好奇，激發(fā)學(xué)生探根究底的興趣?；诖?，以案例中的故事情節(jié)為主線組織課堂內(nèi)容，實施理論教學(xué)，必能起到較好的效果。例如，在指紋自動識別技術(shù)的講解上，我們圍繞“17年前電梯殺人兇手終現(xiàn)形”這一案例(見圖1)，緊緊扣住“17年前電梯殺人兇手是怎樣現(xiàn)出原形的？”這一懸念，組織了指紋自動識別技術(shù)原理(包括指紋特征表達(dá)模型和指紋特征匹配模型)、指紋自動識別系統(tǒng)框架和警用指紋自動識別系統(tǒng)三個方面的內(nèi)容。學(xué)生在聽故事、解懸念中學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識，輕松而又愉快。

圖1 “17年前電梯殺人兇手終現(xiàn)形”案例

在教學(xué)手段上，采用講授、探究、情景等多種手段，活躍課堂氣氛，引導(dǎo)學(xué)生思考。一個案件從報案到最終告破，這中間一般會涉及若干關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在這些關(guān)鍵點位上，向?qū)W生發(fā)起提問和討論，給予學(xué)生思考空間，讓學(xué)生化身刑偵專家，嘗試探秘案件過程，有利于活躍課堂氣氛，加深相關(guān)知識的理解。

4 結(jié) 語

教學(xué)實踐表明，融合案例教學(xué)法和傳統(tǒng)教學(xué)法來講解模式識別導(dǎo)論，學(xué)生的積極性明顯提高，課堂氣氛明顯活躍，學(xué)習(xí)效果明顯改善。筆者圍繞“17年前電梯殺人兇手終現(xiàn)形”這一案例設(shè)計的“指紋自動識別系統(tǒng)原理”一課，在2015年中國人民公安大學(xué)教師課堂教學(xué)比賽中取得了中職組第二名的成績。

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Research on Case-based Teaching Method in an Introduction to Pattern Recognition

TANG Yunqi, GUO Wei

(School of Forensic Science, People’s Public Security University of China, Beijing 100083, China)

Pattern recognition, which is an emerging technology in the field of information technology, is an important foundation for the construction of public security information. It is necessary to provide the course of an introduction to pattern recognition in public security colleges and universities. However, pattern recognition is a comprehensive and theoretical subject. Related theories and methods of pattern recognition are obscure. On the basis of teaching practice, this paper tries to fuse the advantages of case teaching method and traditional teaching method, and applies case teaching method in the course of an introduction to pattern recognition. Teaching practice shows that application of case teaching method is more attractive for students.

case teaching method; pattern recognition; public security information； education mode and reformation

2016-11-28

國家自然科學(xué)基金青年基金項目(NSFC61503387)

唐云祁(1983-)，男，湖南衡陽人，博士，講師，主要研究方向：生物特征識別、模式識別。

Tel.:15210894479;Email: tangyunqi@ppsue.edu.cn

G 642.45

A

1006-7167(2017)08-0176-03