唐云祁, 郭 威

(中國(guó)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(shí)別導(dǎo)論中的探索與實(shí)踐

唐云祁, 郭 威

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

模式識(shí)別是信息技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)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(kāi)設(shè)“模式識(shí)別導(dǎo)論”課程。然而，“模式識(shí)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(shí)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(diǎn)，設(shè)計(jì)“模式識(shí)別導(dǎo)論”課堂教學(xué)模式。教學(xué)實(shí)踐表明，融合案例教學(xué)法和傳統(tǒng)教學(xué)法來(lái)講解模式識(shí)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(shí)別； 公安信息化； 教學(xué)模式與改革

0 引 言

模式識(shí)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(jì)算機(jī)具備人類的某些智能，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)中存在的事物、行為、關(guān)系等模式的自動(dòng)理解。例如，指紋識(shí)別技術(shù)是一種常見(jiàn)模式識(shí)別技術(shù)，它能夠模擬專家鑒定指紋的過(guò)程實(shí)現(xiàn)指紋的自動(dòng)比對(duì)與檢索。模式識(shí)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(shí)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(kāi)設(shè)“模式識(shí)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(guó)公安機(jī)關(guān)四項(xiàng)建設(shè)的實(shí)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(shí)別導(dǎo)論”課程。

然而，模式識(shí)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(jì)、線性代數(shù)、矩陣論等多種數(shù)學(xué)知識(shí)，另一方面還涉及數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)字圖像處理等學(xué)科知識(shí)，相關(guān)理論和方法晦澀難懂。如何激發(fā)學(xué)生興趣，是開(kāi)展“模式識(shí)別導(dǎo)論”教學(xué)工作的關(guān)鍵和難點(diǎn)所在。

1 可行性分析

案例教學(xué)法是一種通過(guò)對(duì)一個(gè)具體教育情境的描述，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)這些特殊情境進(jìn)行討論的教學(xué)方法[2]。具體來(lái)說(shuō)，就是通過(guò)對(duì)一個(gè)來(lái)源真實(shí)生活典型案例的解析，讓學(xué)生在聽(tīng)故事中弄清案例的論題所在，分析問(wèn)題根源，設(shè)計(jì)解決問(wèn)題方案，最終通過(guò)問(wèn)題的解決豐富對(duì)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(diǎn)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(lái)的空泛和脫離實(shí)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(shí)復(fù)雜的教學(xué)活動(dòng)，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(duì)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(gè)角度來(lái)看，在“模式識(shí)別導(dǎo)論”課程中采用案例教學(xué)是可行的，這是因?yàn)椋骸澳Ｊ阶R(shí)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(shí)“模式識(shí)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(shí)復(fù)雜而專業(yè)。此外，“模式識(shí)別導(dǎo)論”的授課對(duì)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(diǎn)分析

(1) 授課對(duì)象基礎(chǔ)薄。模式識(shí)別技術(shù)通過(guò)在數(shù)據(jù)和結(jié)果間構(gòu)建映射關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的“理解”，常見(jiàn)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(shí)包括數(shù)字信號(hào)處理和數(shù)字圖像處理等，數(shù)學(xué)建模方面的知識(shí)包括高等數(shù)學(xué)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、線性代數(shù)、矩陣論等。這就要求學(xué)生在學(xué)習(xí)模式識(shí)別導(dǎo)論前必須掌握上述數(shù)據(jù)處理及數(shù)學(xué)知識(shí)。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(jì)上偏重實(shí)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(guò)于薄弱，勢(shì)必會(huì)影響案例教學(xué)的實(shí)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(kāi)，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(shí)別導(dǎo)論課程教學(xué)的第二個(gè)難點(diǎn)就在于合適案例的選擇。一個(gè)高質(zhì)量模式識(shí)別導(dǎo)論教學(xué)案例應(yīng)該來(lái)自公安實(shí)戰(zhàn)，且需要經(jīng)過(guò)多次、長(zhǎng)時(shí)間修改提煉。模式識(shí)別技術(shù)在公安工作中具有廣泛的應(yīng)用空間，實(shí)戰(zhàn)中的成功案例成千上萬(wàn)，但是大部分集中在指紋識(shí)別和人臉識(shí)別方面。另外具體到某一個(gè)知識(shí)點(diǎn)來(lái)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(shí)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(diǎn)在于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)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(shí)別導(dǎo)論案例教學(xué)中需要解決的另一個(gè)難題。

3 案例教學(xué)法在模式識(shí)別導(dǎo)論課程中的應(yīng)用

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

(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(shí)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(gè)高質(zhì)量模式識(shí)別導(dǎo)論教學(xué)案例至少滿足：① 真實(shí)性。真實(shí)性是案例教學(xué)的最大特點(diǎn)，它讓學(xué)生置身于真實(shí)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(shí)。模式識(shí)別導(dǎo)論課程的教學(xué)案例必須來(lái)源于公安實(shí)戰(zhàn)，不可主觀虛構(gòu)而作。② 趣味性。模式識(shí)別導(dǎo)論教學(xué)案例雖然來(lái)源于公安實(shí)踐工作，但不應(yīng)是已發(fā)生事情的簡(jiǎn)單羅列。趣味性是案例教學(xué)的另一大特點(diǎn)，案例的編寫(xiě)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(lái)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(shí)生活中發(fā)生某一具體問(wèn)題的解決過(guò)程，其中往往涉及眾多手段和知識(shí)。依據(jù)案例來(lái)組織教學(xué)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)該保證知識(shí)的系統(tǒng)性，讓學(xué)生全面掌握解決某一問(wèn)題的各種手段和知識(shí)。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(shí)際情況相類似，有助于學(xué)習(xí)的遷移[8]。因此，模式識(shí)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(shí)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(jì)要精心。一個(gè)典型的案例教學(xué)過(guò)程應(yīng)包含案例準(zhǔn)備、小組討論、班級(jí)討論和評(píng)價(jià)總結(jié)4個(gè)階段。在案例準(zhǔn)備階段，教師將編寫(xiě)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(wèn)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(diǎn)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(jí)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(jí)集體智慧；最后在評(píng)價(jià)總結(jié)階段，教師對(duì)案例所涉及的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行歸納，對(duì)各組學(xué)生的學(xué)習(xí)研討情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。模式識(shí)別導(dǎo)論課程存在授課對(duì)象基礎(chǔ)薄，課程理論性、綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)，學(xué)生難以獨(dú)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(jì)模式識(shí)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(shí)施。

在模式識(shí)別導(dǎo)論教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，吸取教訓(xùn)，總結(jié)已有成功經(jīng)驗(yàn)[9-16]，融合案例教學(xué)法和傳統(tǒng)教學(xué)方法的優(yōu)點(diǎn)，來(lái)設(shè)計(jì)模式識(shí)別導(dǎo)論課堂教學(xué)模式。

在教學(xué)內(nèi)容上，以公安實(shí)戰(zhàn)案例故事情節(jié)為主線有效組織模式識(shí)別導(dǎo)論課程內(nèi)容。面對(duì)模式識(shí)別導(dǎo)論中的案例，學(xué)生雖然難以獨(dú)立完成案例分析，提出自己的解決方案。但是案例中的真實(shí)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。基于此，以案例中的故事情節(jié)為主線組織課堂內(nèi)容，實(shí)施理論教學(xué)，必能起到較好的效果。例如，在指紋自動(dòng)識(shí)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(jiàn)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(dòng)識(shí)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(dòng)識(shí)別系統(tǒng)框架和警用指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)三個(gè)方面的內(nèi)容。學(xué)生在聽(tīng)故事、解懸念中學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識(shí)，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(gè)案件從報(bào)案到最終告破，這中間一般會(huì)涉及若干關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在這些關(guān)鍵點(diǎn)位上，向?qū)W生發(fā)起提問(wèn)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(guò)程，有利于活躍課堂氣氛，加深相關(guān)知識(shí)的理解。

4 結(jié) 語(yǔ)

教學(xué)實(shí)踐表明，融合案例教學(xué)法和傳統(tǒng)教學(xué)法來(lái)講解模式識(shí)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(jì)的“指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)原理”一課，在2015年中國(guó)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(jī)。

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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(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目(NSFC61503387)

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

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

G 642.45

A

1006-7167(2017)08-0176-03