多元化教學(xué)促進(jìn)“模式識(shí)別”課程教學(xué)改革的探討

摘要：本文旨在探討如何深化“模式識(shí)別”課程的教學(xué)改革。作者針對(duì)如何引入多元化教學(xué)、如何結(jié)合理論與實(shí)踐、如何引導(dǎo)學(xué)生有效做好課前預(yù)習(xí)三方面進(jìn)行剖析，提出了一系列創(chuàng)新性的改革措施，以提高教學(xué)效率，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，引導(dǎo)學(xué)生更好地掌握知識(shí)和技能，為其未來的職業(yè)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：模式識(shí)別；教學(xué)改革；教學(xué)體系；多元化教學(xué)；課前預(yù)習(xí)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2024）22-0000-04

引言

近年來，隨著人工智能的快速發(fā)展，社會(huì)各行各業(yè)對(duì)人工智能技術(shù)和人才的需求不斷增長，2017年7月8日，國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》的通知，明確規(guī)定人工智能的三步走措施，將人工智能發(fā)展提升到國家戰(zhàn)略層面。2020年教育部新增高職院校人工智能專業(yè)，促進(jìn)了人工智能應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。在該背景下，模式識(shí)別作為人工智能的一個(gè)重要研究方向，也有了強(qiáng)勁的生存和發(fā)展動(dòng)能。模式識(shí)別主要解決人工智能的感知問題，在圖像識(shí)別、語音識(shí)別、無人駕駛等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。[1]

模式識(shí)別課程主要講授的內(nèi)容包含四大部分：原始數(shù)據(jù)的獲取與預(yù)處理、特征提取與選擇、分類或聚類以及后處理。[2]作為計(jì)算機(jī)技術(shù)一個(gè)熱門研究領(lǐng)域，模式識(shí)別技術(shù)的相關(guān)成果在工業(yè)界被廣泛應(yīng)用[3]，其教學(xué)目標(biāo)在于使學(xué)生掌握模式識(shí)別的基本原理、方法和應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生具備解決實(shí)際問題的能力。然而，當(dāng)前“模式識(shí)別”課程的教學(xué)形式往往拘泥于理論講解，忽視實(shí)踐能力的培養(yǎng)，學(xué)生難以深入理解課程重難點(diǎn)，缺乏學(xué)習(xí)動(dòng)力。因此，對(duì)“模式識(shí)別”課程進(jìn)行教學(xué)改革，完善教學(xué)體系與授課內(nèi)容，成為當(dāng)前亟待解決的問題。

課程現(xiàn)狀分析

“模式識(shí)別”課程的開展現(xiàn)狀可以從以下多個(gè)方面進(jìn)行分析。從教學(xué)內(nèi)容來看，模式識(shí)別課程通常涵蓋了學(xué)科基礎(chǔ)理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用技能，涉及高等數(shù)學(xué)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、線性代數(shù)、最優(yōu)控制等多門基礎(chǔ)學(xué)科，對(duì)學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備要求較高，同時(shí)具有知識(shí)零散、理解抽象的特點(diǎn)。[4-5]然而，隨著模式識(shí)別技術(shù)的快速發(fā)展，不斷涌現(xiàn)出新的算法與應(yīng)用，而高校教學(xué)內(nèi)容幾乎無法及時(shí)跟進(jìn)這些變化，導(dǎo)致學(xué)生在課程中學(xué)到的知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用需求之間存在嚴(yán)重脫節(jié)。從教學(xué)方法來看，傳統(tǒng)的講授法在“模式識(shí)別”課程中仍然占據(jù)主導(dǎo)地位。這種方式雖然可以系統(tǒng)地傳授知識(shí)，但缺乏足夠的互動(dòng)和實(shí)踐環(huán)節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生難以深入理解并應(yīng)用所學(xué)知識(shí)。同時(shí)，缺乏足夠的案例和項(xiàng)目實(shí)踐也使得學(xué)生難以建立理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)結(jié)。此外，模式識(shí)別課程結(jié)合了理論和實(shí)踐，不僅需要學(xué)生具備一定的編程能力，還需要他們做好課前預(yù)習(xí)工作。同時(shí)，高等院校教師通常在科研上花費(fèi)大量時(shí)間精力，科研、項(xiàng)目壓力大，忽視對(duì)課程的打磨，授課質(zhì)量良莠不齊，難以準(zhǔn)確把握學(xué)生需求。

完善教學(xué)體系與授課內(nèi)容的建議

針對(duì)上述問題，本文提出以下完善教學(xué)體系與授課內(nèi)容的建議。

1.引入多元化教學(xué)

（1）引入案例教學(xué)

在“模式識(shí)別”課程中，可以選擇一些典型的模式識(shí)別應(yīng)用案例，如人臉識(shí)別、語音識(shí)別等，通過分析案例的背景、問題、解決方案和效果等，讓學(xué)生深入理解模式識(shí)別的原理和應(yīng)用。案例教學(xué)不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以培養(yǎng)學(xué)生的分析問題和解決問題的能力。例如，在教學(xué)中，設(shè)計(jì)“圖像中的車牌識(shí)別”案例。

輸入：攝像頭中獲取的包含車牌的彩色圖像；

輸出：識(shí)別出的車牌；

環(huán)境：PC機(jī)，VC++，Matlab;

圖像中車牌識(shí)別的主要環(huán)節(jié)：①圖像預(yù)處理；②車牌定位；③車牌分割；④字符識(shí)別；⑤字符拼接；

⑥結(jié)果輸出。

圖像中車牌識(shí)別的主要流程如下圖所示。

（2）采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)法及現(xiàn)代教育技術(shù)

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)法是一種以學(xué)生為主體的教學(xué)方法，通過讓學(xué)生參與實(shí)際項(xiàng)目的開發(fā)和實(shí)施，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。在實(shí)施項(xiàng)目式學(xué)習(xí)法時(shí)，教師可以先對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行介紹和講解，讓學(xué)生了解項(xiàng)目的背景、目標(biāo)、任務(wù)和要求。然后，教師可以根據(jù)學(xué)生的興趣和特長，將他們分成若干小組，每個(gè)小組負(fù)責(zé)一個(gè)具體的項(xiàng)目。在項(xiàng)目開發(fā)過程中，教師可以提供必要的指導(dǎo)和支持，幫助學(xué)生解決遇到的問題。通過項(xiàng)目式學(xué)習(xí)法，學(xué)生可以更好地將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，提高學(xué)習(xí)效果。

同時(shí)，教師還可以利用現(xiàn)代教育技術(shù)，如多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)資源等，豐富教學(xué)內(nèi)容和形式。例如，構(gòu)建一個(gè)全面的在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，不僅提供豐富的課程資料和多媒體教學(xué)資源，還提供學(xué)習(xí)管理、作業(yè)提交、在線討論和問答等功能。學(xué)生能夠根據(jù)自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度和興趣，隨時(shí)訪問平臺(tái)上的資源，進(jìn)行個(gè)性化的學(xué)習(xí)。此外，在線學(xué)習(xí)平臺(tái)還可以作為教師與學(xué)生的互動(dòng)橋梁。教師可以通過平臺(tái)發(fā)布課程通知、布置作業(yè)、提供反饋，而學(xué)生則可以通過平臺(tái)提交作業(yè)、參與討論、尋求幫助。這種及時(shí)的互動(dòng)和反饋機(jī)制，能夠讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中得到及時(shí)的指導(dǎo)和支持，促進(jìn)他們學(xué)習(xí)效率的提升。在課程結(jié)束后，教師還可以鼓勵(lì)學(xué)生在平臺(tái)上分享自己的學(xué)習(xí)心得、項(xiàng)目成果和創(chuàng)新想法。這不僅能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，還能夠促進(jìn)他們之間的交流和合作，共同改善學(xué)習(xí)效果。

2.理論結(jié)合實(shí)踐

模式識(shí)別是一門理論與實(shí)踐相結(jié)合、綜合性和理論性緊密相關(guān)的學(xué)科，也是信息科學(xué)和控制科學(xué)的重要組成部分。[6]“模式識(shí)別”課程一般涵蓋了統(tǒng)計(jì)決策方法、聚類算法、代數(shù)界面方程法等幾方面的內(nèi)容，各方面內(nèi)容之間有所關(guān)聯(lián)，但關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，因而不同的教材也呈現(xiàn)出不同章節(jié)的排布方式。另外，某一內(nèi)容之中又包含多種算法，如代數(shù)界面方程法中包含F(xiàn)isher線性判別、感知器算法、最小平方誤差法等。而聚類算法中包括簡單聚類方法、最大最小距離法、k-means算法等。[7]

在當(dāng)前的教學(xué)模式下，理論知識(shí)的傳授固然重要，但實(shí)踐能力的培養(yǎng)同樣不可忽視。因此，筆者建議在課程內(nèi)容中融入更多實(shí)踐性的元素，如實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目，以使學(xué)生能夠在實(shí)踐中加深對(duì)理論知識(shí)的理解，并提升他們的實(shí)踐能力。具體而言，教師可以設(shè)計(jì)一系列與課程內(nèi)容緊密相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這些項(xiàng)目可以涵蓋從編程實(shí)現(xiàn)算法、分析實(shí)際數(shù)據(jù)集到設(shè)計(jì)簡單的模式識(shí)別系統(tǒng)等不同層面。通過編程實(shí)現(xiàn)算法，學(xué)生可以將抽象的理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為具體的代碼，進(jìn)一步理解算法的實(shí)現(xiàn)原理和優(yōu)化方法。同時(shí)，分析實(shí)際數(shù)據(jù)集能夠讓學(xué)生面對(duì)真實(shí)世界的問題，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題，提高他們處理和分析數(shù)據(jù)的能力。此外，設(shè)計(jì)簡單的模式識(shí)別系統(tǒng)能夠讓學(xué)生全面體驗(yàn)從理論到應(yīng)用的整個(gè)過程，了解模式識(shí)別在實(shí)際項(xiàng)目中的應(yīng)用場(chǎng)景和技術(shù)要求。通過這樣的實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)生不僅能夠更深入地理解模式識(shí)別的原理和方法，還能夠掌握其在實(shí)際應(yīng)用中的技巧。這種以實(shí)踐為導(dǎo)向的教學(xué)模式將有助于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐精神和創(chuàng)新精神，為他們的未來發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

在教學(xué)中，教師還要鼓勵(lì)學(xué)生了解當(dāng)前模式識(shí)別的最新研究成果，這有助于培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。

另外，校企合作也是促進(jìn)理論與實(shí)踐結(jié)合的重要手段。學(xué)?？梢耘c相關(guān)企業(yè)建立合作關(guān)系，共同開展實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)。通過校企合作，學(xué)生可以更好地了解行業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，提高自己的職業(yè)素養(yǎng)和競爭力。

3.督促學(xué)生做好課前預(yù)習(xí)工作

模式識(shí)別是一門涉及多個(gè)學(xué)科交叉的復(fù)雜課程，它涵蓋了數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)。提前預(yù)習(xí)模式識(shí)別課程可以幫助學(xué)生建立扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，為后續(xù)的學(xué)習(xí)提供有力支撐。在預(yù)習(xí)過程中，學(xué)生可以提前了解課程的基本框架和核心概念，如統(tǒng)計(jì)學(xué)中的概率論、貝葉斯定理，以及數(shù)學(xué)中的線性代數(shù)、矩陣運(yùn)算等，這些基礎(chǔ)知識(shí)是理解模式識(shí)別算法和原理的關(guān)鍵。通過預(yù)習(xí)，學(xué)生可以提前接觸到這些基礎(chǔ)概念和理論，形成對(duì)課程內(nèi)容的初步理解和認(rèn)知。這樣，在正式上課時(shí)，學(xué)生就能更加輕松地跟上教師的授課節(jié)奏，深入理解復(fù)雜的概念和原理，從而奠定更為扎實(shí)和系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)。

其次，預(yù)習(xí)有助于學(xué)生提前鎖定課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，帶著問題進(jìn)行課堂學(xué)習(xí)。模式識(shí)別課程中涉及的一些復(fù)雜算法和模型可能較為抽象和難以理解，但通過提前預(yù)習(xí)，學(xué)生可以提前思考和研究這些問題，對(duì)課程的重點(diǎn)知識(shí)和難點(diǎn)知識(shí)有更深入的認(rèn)識(shí)，從而在正式上課時(shí)能夠更快地掌握和理解。此外，在預(yù)習(xí)過程中，學(xué)生需要自行查找資料、閱讀教材、理解概念、思考問題。這種自主的學(xué)習(xí)方式能夠幫助學(xué)生逐漸養(yǎng)成獨(dú)立學(xué)習(xí)和思考的習(xí)慣，提高自我管理和時(shí)間規(guī)劃的能力。同時(shí)，學(xué)生在預(yù)習(xí)中遇到的問題也會(huì)激發(fā)他們的求知欲和探索精神，使他們更加主動(dòng)地參與到課堂學(xué)習(xí)和討論中來。

在預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，筆者給出如下建議：

第一，教師要制訂明確的預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)要求，并在課程開課時(shí)向?qū)W生明確傳達(dá)。這包括指定預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)的具體內(nèi)容、預(yù)期達(dá)到的理解程度以及完成的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。例如，教師可以要求學(xué)生提前閱讀指定的教材章節(jié)，理解并總結(jié)關(guān)鍵概念，或者完成一些基礎(chǔ)練習(xí)題。同時(shí)，為了確保學(xué)生按照要求完成預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)工作，教師要建立有效的檢查機(jī)制，這可以通過多種方式實(shí)現(xiàn)，如課堂小測(cè)驗(yàn)、提問互動(dòng)、作業(yè)檢查、學(xué)生課堂提問等。通過定期檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)情況，教師可以及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和存在的問題，以便進(jìn)行針對(duì)性的指導(dǎo)和幫助。

第二，利用線上平臺(tái)和工具輔助預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。例如，教師可以利用在線教學(xué)平臺(tái)發(fā)布預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)資料，包括課件、視頻教程、練習(xí)題等，方便學(xué)生隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)。同時(shí)，教師還可以利用在線測(cè)試系統(tǒng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)效果的檢測(cè)，及時(shí)獲取學(xué)生的反饋數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行針對(duì)性的教學(xué)調(diào)整。此外，教師還可以建立線上討論區(qū)或群聊，鼓勵(lì)學(xué)生之間進(jìn)行預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)的交流和討論。通過分享學(xué)習(xí)心得、解答疑惑等方式，學(xué)生之間可以相互促進(jìn)、共同進(jìn)步。

教學(xué)改革實(shí)施與效果評(píng)估

為了確保教學(xué)改革的有效實(shí)施，筆者制訂了有效的教學(xué)效果評(píng)估機(jī)制，對(duì)教學(xué)改革的效果進(jìn)行定期評(píng)估和反饋，課程各考查項(xiàng)目的權(quán)重如右表所示。此外，通過學(xué)生問卷調(diào)查、教師座談會(huì)等方式收集學(xué)生和教師的意見和建議，及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化教學(xué)改革措施。

教學(xué)改革實(shí)施是提升教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。首先，進(jìn)行深入的調(diào)研和分析，明確當(dāng)前教學(xué)中的問題與挑戰(zhàn)，以及學(xué)生的需求和期望。在此基礎(chǔ)上，制訂教學(xué)改革的目標(biāo)和策略，確保改革措施具有針對(duì)性和實(shí)效性。其次，制訂詳細(xì)的實(shí)施方案和時(shí)間表，包括確定改革的具體內(nèi)容、步驟和時(shí)間表，明確各項(xiàng)改革措施的具體負(fù)責(zé)人和實(shí)施方式。同時(shí)，注重改革措施的可行性和可操作性，確保實(shí)施過程的順利進(jìn)行。在實(shí)施過程中，還要加強(qiáng)師資培訓(xùn)和教學(xué)資源的整合，如通過組織教師參加培訓(xùn)、研討會(huì)等活動(dòng)，提升教師的專業(yè)素養(yǎng)和教學(xué)能力。再次，建立有效的溝通機(jī)制，確保改革過程中各方之間的順暢交流，如定期召開教學(xué)改革工作會(huì)議、組織教師座談會(huì)等，及時(shí)收集教師和學(xué)生的反饋意見，對(duì)改革措施進(jìn)行必要的調(diào)整和優(yōu)化。最后，注重改革過程的監(jiān)控和評(píng)估，即建立教學(xué)改革效果評(píng)估機(jī)制，對(duì)改革措施的實(shí)施情況進(jìn)行定期檢查和評(píng)估。這有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題和不足，為進(jìn)一步的改革提供有益的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。

結(jié)語

教學(xué)改革并非一蹴而就的事情，而是一個(gè)需要持續(xù)探索和實(shí)踐的過程。教師要繼續(xù)關(guān)注模式識(shí)別領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)態(tài)，緊跟技術(shù)前沿，確保課程內(nèi)容的時(shí)效性和前瞻性。同時(shí)，教師也要密切關(guān)注學(xué)生的需求和反饋，不斷調(diào)整和優(yōu)化課程體系和教學(xué)內(nèi)容，以滿足他們多樣化的學(xué)習(xí)需求。

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作者簡介：任鴻儒（1991—），通訊作者，副教授，博士，主要研究方向?yàn)槟Ｊ阶R(shí)別與智能控制；

馬慧（1994—），副教授，博士，主要研究方向?yàn)榉蔷€性系統(tǒng)建模與優(yōu)化；

周琪（1983—），教授，博士，主要研究方向?yàn)榉蔷€性系統(tǒng)智能控制與優(yōu)化；

伍文燕（1989—），實(shí)驗(yàn)師，碩士，主要研究方向?yàn)橹悄苄畔⒓夹g(shù)教育應(yīng)用。

基金項(xiàng)目：2022年廣東省本科高校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程建設(shè)-高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目“面向本科生創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)的模式識(shí)別教學(xué)改革與優(yōu)化”（編號(hào)：粵教高函〔2023〕4號(hào)-543）；2022年度廣東工業(yè)大學(xué)本科教學(xué)工程教育教學(xué)改革項(xiàng)目“面向本科生創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)的模式識(shí)別教學(xué)改革與優(yōu)化”（廣工大教字〔2022〕59號(hào)-14）；2023年廣東省哲學(xué)社會(huì)科學(xué)項(xiàng)目“基于跨模態(tài)高階推理模型的個(gè)性化導(dǎo)學(xué)研究”（編號(hào)：GD23YJY08）。