黃傳波，韓承雪

(1.西南科技大學(xué)國防科技學(xué)院，四川 綿陽 621010； 2.商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 商丘 476100)

0 引言

自20世紀(jì)60年代以來，模式識(shí)別得到了迅速發(fā)展，并取得了豐碩的理論成果.目前，模式識(shí)別已成為當(dāng)代高新技術(shù)研究的主要領(lǐng)域之一，成為一門獨(dú)立的新學(xué)科.已經(jīng)應(yīng)用于系統(tǒng)控制、人工智能、遙感數(shù)據(jù)分析、機(jī)器人、目標(biāo)識(shí)別、生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域，幾乎滲透于各個(gè)學(xué)科，在國防建設(shè)、國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面得到了廣泛應(yīng)用.隨著模式識(shí)別技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)模式識(shí)別技術(shù)專門人才的需求也在迅猛增加.然而，作為一種知識(shí)密集型多學(xué)科交叉的技術(shù)，不僅要求學(xué)生必須系統(tǒng)地掌握模式識(shí)別理論和方法、應(yīng)用相關(guān)知識(shí)，而且要求學(xué)生應(yīng)具備相應(yīng)的技術(shù)研發(fā)能力.因而，人才的全面素質(zhì)培養(yǎng)越來越受到重視.把握國際一流高校的教學(xué)改革思路，樹立培養(yǎng)研究應(yīng)用型人才的教學(xué)思想，探索相應(yīng)教學(xué)方法和教學(xué)模式，培養(yǎng)具備一定科研能力和較高科學(xué)素養(yǎng)的人才是當(dāng)前模式識(shí)別課程的重要教學(xué)改革目標(biāo).模式識(shí)別課程主要討論分類和識(shí)別的基本原理、方法.要求學(xué)生掌握其識(shí)別原理、方法及一些基本概念，并能把握其發(fā)展動(dòng)態(tài)，運(yùn)用所學(xué)相關(guān)知識(shí)解決實(shí)際問題，為研究新的模式識(shí)別理論和方法打下基礎(chǔ)[1]76.文章從調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)模式、完善考核形式等方面進(jìn)行了探索.

1 目前模式識(shí)別課程教學(xué)中存在的現(xiàn)實(shí)問題

“模式識(shí)別”課程在應(yīng)用上，屬于機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能的范疇，而就學(xué)術(shù)方面而言，可歸于信息分析、數(shù)據(jù)處理的領(lǐng)域.該課程在縱向上，與高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、概率論、數(shù)值分析、數(shù)據(jù)挖掘等密切相關(guān)；在橫向上，與信號(hào)處理、數(shù)字圖像處理、信息檢索等專業(yè)課程有關(guān)聯(lián)[2]51.該課程比較抽象，數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)多，著重于對(duì)實(shí)際問題數(shù)學(xué)建模的研究.在本課程講授完后，大部分學(xué)生對(duì)講授內(nèi)容只是一知半解，不能將所學(xué)理論知識(shí)應(yīng)用于相關(guān)實(shí)踐, 如：在畢業(yè)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新大賽中, 很多學(xué)生經(jīng)常不知從何處入手.

當(dāng)前模式識(shí)別課程在教學(xué)模式和內(nèi)容上存在一些弊端：1)教師在授課過程中，通常以教師講授為中心，缺少互動(dòng)性，這種模式不利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，效果當(dāng)然不理想；2)在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，一般安排以個(gè)體為單位的基礎(chǔ)性驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)生上機(jī)動(dòng)手編程，根據(jù)相關(guān)課堂講授內(nèi)容設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn).這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，學(xué)生不能真正熟悉模式識(shí)別在工程項(xiàng)目中的應(yīng)用，不利于提高其專業(yè)技能，不利于拓展學(xué)生的創(chuàng)新思考能力，也不利于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力及解決復(fù)雜問題能力.基于以上問題，必須通過優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式，合理配置多方教學(xué)資源，以改善當(dāng)前教學(xué)現(xiàn)狀.

2 優(yōu)化模式識(shí)別課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法

作為模式識(shí)別與智能系統(tǒng)專業(yè)基礎(chǔ)課的模式識(shí)別課程，是一門與工程實(shí)踐緊密聯(lián)系的基礎(chǔ)理論課程，其原理、概念和方法一般都用數(shù)學(xué)符號(hào)與公式闡述，由于利用模式識(shí)別理論解決實(shí)際問題的數(shù)學(xué)建模比較抽象且邏輯性強(qiáng)，講授過程中往往會(huì)令學(xué)生感到枯燥、難懂，易使部分學(xué)生望而生畏.因此，就教學(xué)內(nèi)容應(yīng)當(dāng)從以下幾方面進(jìn)行一些改革.

2.1 培養(yǎng)學(xué)生善于應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)分析和解決實(shí)際問題的能力

多方面滲透數(shù)學(xué)建模的思想，通過數(shù)學(xué)建模與模式識(shí)別理論的密切聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生深層次理解模式識(shí)別基本方法的自覺性，提高基于模式識(shí)別理論運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力.在利用數(shù)學(xué)建模方法解決實(shí)際問題的過程中，使學(xué)生理解實(shí)際模式識(shí)別數(shù)學(xué)模型的來龍去脈.因而，將數(shù)學(xué)建模引入模式識(shí)別理論的課堂教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用模式識(shí)別基本理論、方法指導(dǎo)實(shí)踐的自覺性，由此從實(shí)際問題的解決過程中深化對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解.有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，同時(shí)也利于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用模式識(shí)別理論解決實(shí)際問題的能力.模式識(shí)別相關(guān)實(shí)際問題的數(shù)學(xué)建模需要多學(xué)科知識(shí)綜合運(yùn)用，從而要求學(xué)生必須具有較廣的知識(shí)面和較強(qiáng)的綜合能力.如：抽象的邏輯思維能力、較強(qiáng)的發(fā)散思維能力、較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)和能力、熟練的計(jì)算機(jī)編程能力、相關(guān)資料的收集整理能力、較好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等.這些也是現(xiàn)代科研人才必備的基本素養(yǎng).

在教學(xué)過程中，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)具體模式識(shí)別問題進(jìn)行數(shù)學(xué)建模的意識(shí).1)要使學(xué)生明白模式識(shí)別數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建是一種數(shù)學(xué)思維方法，是運(yùn)用數(shù)學(xué)手段對(duì)實(shí)際識(shí)別問題的抽象簡(jiǎn)化；2)注重培養(yǎng)學(xué)生通過數(shù)學(xué)建模將實(shí)際問題轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)問題的能力，使學(xué)生在思維素養(yǎng)、創(chuàng)造性開發(fā)、科學(xué)研究能力等方面都得到提高；3)教師對(duì)比較難理解的模式識(shí)別模型應(yīng)精心設(shè)計(jì)講授方法，把較為抽象的問題通過分解建模，除去非本質(zhì)的因素構(gòu)造最基本的數(shù)學(xué)模型，然后再通過給此模型追加約束等方法使其逐步完善，這樣不僅有利于學(xué)生理解相關(guān)知識(shí)，而且有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力；4)形象化模式識(shí)別理論中的一些比較抽象的問題，調(diào)動(dòng)學(xué)生自覺學(xué)習(xí)的積極性.有很多知識(shí)，如：貝葉斯決策理論、前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自組織特征映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等，對(duì)學(xué)生來講是比較抽象的，教師在講解這些模型時(shí)有必要把抽象轉(zhuǎn)變?yōu)樾蜗蠼＃?)選擇經(jīng)典的實(shí)際問題，以“精、小”為出發(fā)點(diǎn)，最好是模式識(shí)別理論在高科技或生活實(shí)踐中具體運(yùn)用的熱點(diǎn)問題.對(duì)這些典型應(yīng)用進(jìn)行透徹分析，以啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考、自主探究的能力.

2.2 精選和提煉教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)的針對(duì)性和時(shí)效性

為提高學(xué)生的科研素養(yǎng)和綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，在教學(xué)過程中應(yīng)適當(dāng)調(diào)整、篩選和提煉模式識(shí)別課程各章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，并注重引入該課程的新理論和新方法，確保授課內(nèi)容相對(duì)穩(wěn)定而又不斷更新.1)將模式識(shí)別課程中抽象難懂而又重要的知識(shí)點(diǎn)提煉出來.如：貝葉斯決策理論中的最大后驗(yàn)概率判決準(zhǔn)則和最小風(fēng)險(xiǎn)貝葉斯判決準(zhǔn)則、概率密度函數(shù)的非參數(shù)估計(jì)中的Parzen窗法、線性判別分析中的Fisher線性判決和分段線性距離分類器、特征提取與選擇中的主分量分析(PCA)和獨(dú)立分量分析(ICA)以及相應(yīng)的基于核函數(shù)的方法、最大最小距離聚類算法、基于LBG算法的聚類分析、模糊聚類分析中的模糊K均值算法、前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)、自組織特征映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的自組織特征映射算法、支持向量機(jī)(SVM)中的線性可分與線性不可分兩種情況的區(qū)別與聯(lián)系等等.對(duì)這些內(nèi)容要精講，借助Matlab較強(qiáng)的可視化功能，通過圖形、曲線、動(dòng)畫等相應(yīng)方式將其原理、結(jié)果形象地展示出來.并注重運(yùn)用各種框圖將各個(gè)知識(shí)點(diǎn)串起來，讓學(xué)生對(duì)其形成整體概念；2)注重介紹模式識(shí)別的相關(guān)應(yīng)用.在學(xué)習(xí)過程中讓學(xué)生自覺地理論聯(lián)系實(shí)際，了解所學(xué)習(xí)的模式識(shí)別理論是與周圍事物密切相關(guān)的，所學(xué)知識(shí)能運(yùn)用于以后的工作中，將會(huì)大大激發(fā)起學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程的興趣和動(dòng)力[3]45.如：與日常生活密切相關(guān)的語音識(shí)別、車牌識(shí)別、視頻檢索、指紋識(shí)別、人臉識(shí)別等內(nèi)容.本著理論與實(shí)際運(yùn)用相結(jié)合的授課方法，有利于學(xué)生加深對(duì)理論方法的理解，有利于學(xué)生系統(tǒng)地掌握模式識(shí)別的理論精髓和相關(guān)技術(shù)，有利于啟發(fā)學(xué)生應(yīng)用模式識(shí)別解決相關(guān)領(lǐng)域?qū)嶋H問題的能力；3)要根據(jù)模式識(shí)別領(lǐng)域最新的研究進(jìn)展，及時(shí)引入最新科研成果，如：流行學(xué)習(xí)和稀疏表示等理論知識(shí).

3 探索模式識(shí)別課程的研究型教學(xué)模式

模式識(shí)別是一門與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合非常緊密的專業(yè)課，為使學(xué)生具備一定的科研素質(zhì)，培養(yǎng)有后勁、有創(chuàng)新勇氣和智慧的復(fù)合型人才，必須將研究型教學(xué)原則滲透到人才培養(yǎng)的各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)之中.1)要建立一支從事模式識(shí)別相關(guān)專業(yè)方向研究的教學(xué)師資隊(duì)伍.在模式識(shí)別學(xué)科建設(shè)的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)教師主動(dòng)探索運(yùn)用研究型教學(xué)方法，從教學(xué)水平、知識(shí)體系上提高教師的研究型教學(xué)能力.這也要求從事模式識(shí)別專業(yè)教學(xué)工作的教師都應(yīng)該從事一定的相關(guān)科研工作或科技項(xiàng)目開發(fā).顯然，研究能力較差、相關(guān)專業(yè)學(xué)術(shù)水平不高的教師，在培養(yǎng)具有研究創(chuàng)新能力的學(xué)生方面，會(huì)感到力不從心；2)教學(xué)與科研合作，鼓勵(lì)學(xué)生參與實(shí)際工程項(xiàng)目，改進(jìn)模式識(shí)別課程教學(xué)方式，完善研究型教學(xué)方法.揚(yáng)棄傳統(tǒng)的課程教學(xué)方法與手段，徹底摒棄以教師為主體的灌輸式教學(xué)方法，不斷改進(jìn)和采用先進(jìn)的教學(xué)手段.對(duì)當(dāng)前的模式識(shí)別課程內(nèi)容進(jìn)行改進(jìn)，加入相應(yīng)的研究學(xué)習(xí)內(nèi)容；改革當(dāng)前的課程考核方法，給學(xué)生更多的發(fā)揮空間，建立思想活躍的學(xué)術(shù)性學(xué)習(xí)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維.

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

[2] 袁 立，李曉理. 基于CDIO的“模式識(shí)別”課程教學(xué)改革研究探索[J]. 中國電力教育， 2013 (4).

[3] 謝利民，鄭百偉. 現(xiàn)代教學(xué)基礎(chǔ)理論[M]. 上海: 上海教育出版社，2003.