“模式識別”課程教學改革探索

高 貴，周石琳，孫即祥，何 鵑

(國防科學技術大學電子科學與工程學院，湖南長沙410073)

“模式識別”是國內外計算機技術、信息與通信工程、電子科學與技術、控制科學與技術等學科的專業基礎課程，受到了廣泛地重視[1，2]。目前，國內外眾多具有相關專業的高校和研究單位都開設了此課程，并開展了面向研究生的授課。

1 國內外“模式識別”教學的差異

對比國內外高校研究生“模式識別”課程的教學情況，我們發現存在如下差異。

(1)創新能力的培養上存在差異:國外教師始終把學生作為教學主體，鼓勵學生參與教學過程，甚至向學術權威提出挑戰，并把難度適中的課程設計作為課程設置的一個重點，以培養學生運用所學知識解決實際問題的能力。這種寬松、自由的氣氛以及動手能力培養兼顧的方式是激發學生發揮想象力、培養創新思維的重要源泉。而國內很多高校的教學仍以教師為主體，學生習慣依賴教師安排。

(2)教學內容安排上存在差異:國內“模式識別”課程中數學內容的教學時長占整個授課時長的比例大，過于偏重基礎知識點的講授，導致學生對本課程的學習重點多集中在數學分析上，而對應用的理解不夠深入[4]。

國外高校在系統講授基礎知識點的基礎上，在教學內容上輔以豐富的教學案例、知名專家的講座和一定課時的新技術研討等，幫助學生對于技術的理解和應用。

(3)教學方法和模式上存在差異:國外普遍采用研究型教學模式，綜合利用網絡等資源，側重引導興趣和強調自學;指導學生通過課前預習、課堂研討和課后作業等環節，使感性認識轉化為知識，進而激發創造力。而國內則直接灌輸知識點，學生難以真正理解“模式識別”課程涉及問題的關鍵。

(4)評價學生方式上存在差異:國外對學生的培養重在經驗、過程、體驗和應用，教師評價學生十分注重學生課堂發言、綜合實踐應用能力的表現。而國內的教學往往只注意教師知識的傳授，忽略了學生能力和全面素質的培養[4]。

綜上所述，國內原有的“模式識別”教學模式和內容已經不符合創新性人才培養的要求，需要充分借鑒國際高水平大學在“模式識別”教學中的經驗，探索該課程的教學改革，以促進其課程體系的完善及課程教學質量的提高，進一步強化培養創新人才的理論基礎與實踐能力。

2 教學改革目標與思路

模式識別是研究分類識別理論和方法的學科，綜合性、交叉性強，涉及的數學知識多，應用廣。針對其特點，采用如下的教學改革目標和思路。

(1)堅持當代教育發展的新理念，瞄準研究型大學的課程體系建設，采用先進合理的教學和工具和手段，設置合理的教學內容;

(2)面向研究型教學，改革現有教學模式;

(3)建立完善教學和實驗平臺，進一步提高教學和實驗質量;

(4)有效提高學生的動手能力、創新意識、自主學習的欲望及解決問題的能力和方法。

3 教學改革內容與具體措施

3.1 教學內容改革

(1)我校研究生“模式識別”課程的授課對象主要是碩士研究生，每年度安排的教學量為54課時。我們的教學內容安排是保持與本科生、博士生課程縱向的連續性，這樣有利于學生由淺入深系統掌握相關知識;同時又在橫向注重與同一層次相關課程(如數字圖像處理、統計信號處理)的關聯性，課程間互相補充。從深度和廣度兩個方面覆蓋了模式識別和相關學科領域內的所有知識點;

(2)對學科發展、科研需求深入調研分析，對教學內容進行篩選，保留重要經典知識。具體措施為以三類重要的模式識別技術:統計模式識別、模糊模式識別和智能模式識別為主線，對基礎知識點進行模塊化劃分，確定每一類別技術的模塊組成，設計合理的教學課時數:①統計模式識別按其基礎知識點劃分為聚類技術、統計判決準則、參數學習與錯誤率估計、小樣本學習理論等四大技術模塊，安排12個課時講授;②模糊模式識別劃分為模糊理論與隸屬度函數、模糊方法兩大技術模塊，安排6個課時講授;③智能模式識別劃分為神經網絡、組合優化方法、專家系統等三大技術模塊，安排8-11課時講授;

(3)引入最新代表性科技成果，在整體的教學內容中安排20%左右的課時數，約11個課時，用于介紹最新的發展前沿;

(4)設置約4個教學案例講解，每個案例2個課時，共需8個課時，占總課時數的約15%;

(5)聘請名師開設講座，約6-9課時，占總課時數的比例在11%-17%之間;

(6)修改完善與教學內容相配套的教學大綱、教學案例和課件等內容;

3.2 教學模式改革

(1)探索研究型教學模式:開展問題驅動的分層次研究型教學方式。我們在每講之前通過網站發布資料指導學生課前預習，增大課堂發言研討的環節，在教師授課方式上采用精講多練的模式;

(2)采用2+1的教學模式:教師講授部分每次課前兩個課時進行基礎知識點的教授，后一個課時對講授的知識點進行程序編寫分析、效果展示、應用舉例以及研討分析，以加深學生的理解;

(3)聘請從事模式識別領域前沿研究的高年級博士生就幾個專題系統介紹模式識別的新技術和原理，課時數約11課時;

(4)設置4個左右典型教學案例:如生物識別系統、手勢識別系統、紙幣識別系統以及目標識別系統等，教學案例涵蓋所講授的基礎知識;

(5)加大實踐環節的比重:通過設立5個左右競賽式項目，以設計一個完整的識別系統(如手寫體字符識別系統)為目標。學生4-5人為一組，以團隊合作的方式實現資料查找、方案確立、編程實現以及報告撰寫等，項目完成后，每組口頭需作1學時報告，由全體學生對其完成情況進行打分;

(6)學生成績考核:按筆試1/4，實驗作業1/2，課堂表現1/4的比例綜合評定;

(7)以問卷調查的形式反饋教師授課情況、學生理解情況，籍此改進教學方法。

3.3 教學隊伍建設

(1)制訂明確的隊伍建設規劃，不斷優化教師隊伍的年齡結構和知識結構。

(2)重點突出青年教師的培養計劃，實施青年教師科學、合理、有序的培養和引進，嚴格把好青年教師的首次授課關。教師首次開課前，必須至少跟班聽課一輪，參加系統的教學理論和教學心理學培訓、觀摩骨干教師的現場教學，最后組織相關教師進行試講驗收。

(3)加強教師與國內外同行間的合作與交流，鼓勵教師特別是青年教師積極參與國內外的教學研討和學術交流會議。

(4)力爭外聘1名國外名師，每年授課量18學時左右。

3.4 教材方面建設

(1)引進國外經典教材兩部(文獻[5]和[6])。

(2)我們在吸取國內外優秀教材的基礎上，結合現有教材《現代模式識別》，以新的教學大綱為指導，根據多年的教學實踐和科研成果，充分融入大量習題和案例，編寫新教材一本(文獻[7])。

4 結語

模式識別是研究分類識別理論和方法的學科，綜合性、交叉性強，涉及的數學知識多，應用廣。為提升“模式識別”課程教學質量，加強創新性人才培養，開展教學改革是必然的選擇。目前，我們依照本文中思路和措施初步進行的教學改革，取得了比較明顯的教學效果。

[1]劉雨，孫即祥，余莉.“模式識別”課程開放式案例教學設計[J].南京:電氣電子教學學報，2011(3):105-107.

[2]馬曉巖，秦江敏.《模式識別》課程中的交融互動教學法[J].武漢:空軍雷達學院學報，2001(1):72-73.

[3]譚詠梅，王小捷，鐘義信.模式識別課程的教學探索[J].北京:計算機教育，2011(15):80-83.

[4]張芳，肖志濤，韓曉軍，等.模式識別課程教學改革思考[J].北京:計算機教育，2012(4):49-51.

[5]R.O.Duda.《Pattern Classification》，Wiley，2000.11.

[6]S.Theodoridis.《Pattern Recognition》，Academic Press，2008.10.

[7]孫即祥.《現代模式識別》(第二版)[M].北京:高等教育出版社，2008:1-10.