模式識別課課程思政案例設計研究

文杰　徐勇

摘? 要：結合課程實際的課程思政設計和實踐是“全程育人”和“全方位育人”的重要需要。工科專業課程的課程思政設計是一項需要深度思考和精細化考量的工作?；诒究颇Ｊ阶R別課程的教學實踐，提出擴展課程思政核心內涵和增強育人實效的理念，即結合課程特點在既宣揚黨的基本方針政策及成效，又宣講民族智慧、樹立民族自信的思路下進行課程設計。為達成高“平滑度”的“思政融合”和“寓教于學”，相應課程思政設計與課程內容本身應具有很好的可類比性和哲理脈絡一致性。該文闡釋模式識別課程思政設計的理念與若干案例，對一般工科課程開展個性化的思政設計具有不錯的啟發與借鑒意義。

關鍵詞：課程思政；模式識別課程；思政設計；工科課程；思政教育

中圖分類號：G641? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）12-0046-04

Abstract： Actual curriculum based curriculum ideological and political design plays an important role in "full education" and "all-round education". The ideological and political design of engineering professional courses needs in-depth thinking and refined consideration. In the teaching of the pattern recognition course for undergraduate students， the author puts forward the idea of extending the ideological and political connotation of the course and enhancing the effectiveness of education. Combining the characteristics of the course， the authors design the course with the consideration of the following two points： promoting the party's basic policies and effectiveness， and preaching national wisdom and establishing national self-confidence. In order to achieve a high degree of "smoothness" of "ideological and political integration" and realize the "education through learning"， the ideological and political design of the corresponding course and the course content itself should have a good analogy and philosophical consistency. This article explains the concept and several cases of ideological and political design of pattern recognition course， which provides a significant enlightenment and reference for the personalized ideological and political design of some general engineering courses.

Keywords： the ideological and political education in all courses; the course of Pattern Recognition; ideological and political design; engineering course; the ideological and political education

課程思政是新時期課堂教學的重要組成部分，對我們黨在新時代關于“培養什么樣的人、如何培養人以及為誰培養人”這個根本問題具有重要的作用[1-2]。課程思政十分有利于打破思政教師“孤島化”的窘境，具有讓每位教師都參與我國社會主義教育“全程育人”“全方位育人”的現實意義[3]。國家部委圍繞課程思政建設，已經下達了若干指導意見。例如，2021年12月2日，教育部專門下文，決定組建教育部高等學校課程思政教學指導委員會。文件中將“開展高校課程思政建設理論和教學實踐研究”“指導推動課程思政優質資源建設”作為主要工作內容。

專業課程的課程思政建設具有較大難度，其中課程思政的設計、教師思想政治素養和思想政治教育能力都是需要解決的關鍵問題[4]。專業課程教師如何在堅守專業定位和注重學科視野的基礎上進行課程思政實踐是一個值得深入探索的課題[5]。如何避免課程思政內容的生硬植入和刻板說教對教學設計提出了較高要求[6-7]。

模式識別課程是計算機科學與技術、人工智能、自動控制專業的一門重要專業基礎課程。我們在多年的模式識別課堂教學實踐的基礎上，進行了專門的課程思政研究與設計。課程設計以政治引領、增強愛國愛黨信念為基調，以潤物無聲和“課”與“政”緊密結合為特色，重點開展了宣揚黨的路線和政策、宣講改革開放成果和增強民族自信幾方面的案例研究與設計。相應設計采取將課程重要知識與思政內容緊密融合的方式，實現高“平滑度”的“思政融合”和“寓教于學”。

一? 結合課程內容宣傳黨的基本方針、政策及成效

宣傳黨的基本方針、政策及成效是我們進行思政案例設計的重點。經過研究和實踐，結合課程中的多處重要教學內容進行了合理而細致的思政案例設計。案例設計要點如圖1所示。具體地，對課程重要教學內容，我們會尋找與其匹配的、恰當的思政內容，并采取與課程教學內容可類比的方式進行課程思政的講解設計。

本文設計的幾個具有代表性的案例如下。

（一）? 案例1：基于K近鄰分類的思政設計

K近鄰分類是模式識別中最重要和應用最廣泛的分類器之一，其思想為從已知類別標簽的訓練樣本集中選取距離待分類樣本最近的K個訓練樣本，統計其各自所屬的類別，將待分類樣本歸類到樣本數最多的類別。

結合模式識別課程中K近鄰的分類理論，設計了如下思政教學內容：K近鄰分類的思想其實可以視為一種投票機制，假設某測試樣本的K個近鄰樣本分屬n個類別（n

（二）? 案例2：基于線鑒別分析方法的思政設計

線性鑒別分析是模式識別中重要和十分有代表性的特征抽取方法。該方法的主要思想構建一個模型，讓不同類別的樣本從高維空間變換到低維度鑒別子空間后，應遵循同類樣本集聚性強，而異類樣本分散度越大。從數學度量角度來看，就是讓經過變換后的同類樣本之間的距離非常小，讓變換后的異類樣本之間的距離非常大，以此來取得高的分類正確率。

線性鑒別分析可以說是模式識別課程中必講的關鍵知識點之一，針對該內容設計思政教學具有很重要的意義。針對該知識點，設計的思政教學內容簡述如下：通過分析線性鑒別分析理論能夠發現，線性鑒別分析能夠取好性能的關鍵因素之一在于其同類樣本間的集聚性。事實上，該集聚性是“團結”的體現，是“思想高度統一”的體現，也是“行動一致”的體現。中國共產黨的領導是中華民族歷史的選擇，人民群眾緊密團結在黨中央周圍是我國實現中華民族偉大復興的重要基礎，人民群眾的思想信念與黨中央保持得越一致、越緊密，國家和民族就越有凝聚力，就越容易發揮我國集中力量辦大事的社會主義制度的優越性，國家和社會發展的歷史經驗已經充分證明了此點。正如習近平總書記在中國共產黨第十九次全國代表大會上強調“不忘初心，方得始終。中國共產黨人的初心和使命，就是為中國人民謀幸福，為中華民族謀復興?！敝挥腥h同志永遠與人民同呼吸、心連心，堅持中國共產黨的領導，萬眾一心，才能實現中華民族的偉大復興。

（三）? 案例3：基于特征選擇方法的思政設計

模式識別任務的實施一般分為數據預處理、特征提取、分類器設計。在這三個步驟中，特征提取決定了后續分類正確率的上限，而一個好的分類器則會讓分類正確率無限逼近這個上限。因此，特征抽取可以說是模式分類領域的研究重點，也是模式分類課程不可遺漏的關鍵知識點之一。作為一類經典而重要的特征抽取方法，特征選擇的基本思想是從原始的多維特征中選擇出具有代表性的和重要的反映數據本質特性的特征。在分類任務中，好的特征選擇方法是能夠篩選出最具異類樣本區分性的特征。

結合模式識別課程中的特征選擇理論，我們設計了如下思政教學內容：我國全國人民代表大會和政治協商會議的制度設計與特征選擇方法有較好的一致性。這兩個會議的制度設計的出發點就是要選擇出具有廣泛代表性的公民成員，代表全國人民行使立法、政治協商和民主監督等國家權力。民主選舉和十分良好的群眾基礎使其明顯優越于美國的議員選舉制度。

人民代表大會制度是中國人民民主專政的政權組織形式，是中國的根本政治制度。全國人民代表大會是最高國家權力機關。全國人民代表大會和全國人民代表大會常務委員會行使國家立法權。全國人民代表大會由省、自治區、直轄市、特別行政區和軍隊選出的代表組成。各少數民族都應當有適當名額的代表。全國人民政治協商會議是中國人民愛國統一戰線的組織，是中國共產黨領導的多黨合作和政治協商的重要機構，是我國政治生活中發揚社會主義民主的重要形式。

在該案例中，將中國共產黨的人民代表大會制度與模式識別課程中的重要知識點特征選擇相結合，讓學生在掌握特征選擇這一重要知識點的同時進一步深刻體會到人民代表大會制度的先進性，提升學生對中國共產黨的向心力和凝聚力。

（四）? 案例4：基于模式識別理論與方法局限性的思政設計

“沒有免費的午餐”定理是模式識別中的一個著名定理。該定理告訴我們，課程所介紹的若干模式識別理論與方法各具優勢，但同時也有各自的局限性和缺陷。因此，不存在所謂最好的方法或算法，不能指望一勞永逸地找到一個對所有模式識別任務均具有最佳性能的方法或算法。與之相反，我們應該具體任務具體分析，結合任務本身的特點去挑選最適合的方法與算法。舉例來說，當今深度學習在計算機視覺等任務中表現出了優異的性能，但這并不意味著深度學習對所有任務都適合。例如，將深度學習應用于訓練樣例較少的任務時，反而會由于“過學習”造成其對訓練樣例之外的新樣例適用性差的問題。再如，理論上，如果概率值絕對準確，則與所有其他分類方法相比，貝葉斯最小錯誤決策可取得最低的錯誤率；但事實上，由于概率值的準確估計難之又難，實際應用中一般并非如此。

結合上述定理，我們設計了如下關于具體問題具體分析的思政教學內容：具體問題具體分析是指在矛盾普遍性原理的指導下，具體分析矛盾的特殊性，并找出解決矛盾的正確方法。毛澤東同志在《矛盾論》中指出：“馬克思主義最本質的東西，馬克思主義的活的靈魂，就在于具體地分析具體的情況?！蔽覀凕h在具體問題具體分析的指導下，取得了一系列勝利，并且結合我國實際探索出了中國特色社會主義道路。相反，歷史上，也曾出現違背具體問題具體分析方法學、思想僵化和保守而造成重大損失的情況，例如，第五次反“圍剿”失敗正是由于王明的“教條主義”和“左傾”冒險主義而造成的。

正所謂“以史為鏡、以史明志，知史愛黨、知史愛國”，在課堂中，將《矛盾論》與“沒有免費的午餐”定理進行關聯介紹，一方面可讓學生更好地理解該定理所體現的模式識別思想，培養學生的辯證思維；另一方面能夠讓學生更深刻了解中國共產黨的發展歷史，更加珍惜現在來之不易的生活，更加熱愛中國共產黨和我們的國家。

二? 結合課程內容宣講民族智慧、樹立民族自信

模式識別課程中一些教學內容的思想和哲理與中華民族傳統智慧具有較好的契合度，結合課程內容進行講解，不僅十分有助于樹立民族自信，而且會給學生留下形象生動的印記，有利于學生對知識進行多維度理解。為此，我們結合模式識別課程中的重要知識內容進行了系列樹立民族自信的案例設計。

案例設計要點如圖2所示。具體地，對課程重要教學內容，我們會尋找與其匹配的、恰當的、與民族智慧吻合度高的思政內容，并采取與課程教學內容的哲理脈絡相一致的方式進行課程思政的講解設計。

本文設計的幾個具有代表性的案例如下。

（一）? 案例1：基于最近鄰分類的民族智慧案例

最近鄰分類方法簡單而優美，其首先找出與待分類樣本距離最近的訓練樣本，然后將其所屬的類別作為待分類樣本的類別。該方法的核心分類思想之一是：兩個樣本的距離越近，說明這兩個樣本越相似，即這兩個樣本屬于同一類的概率較大。顯然，該思想與我國“近朱者赤，近墨者黑”的哲理歸納一脈相承。正是因為我們的祖輩認識到了在空間近距離接觸的人，越容易在品性方面相互影響，所以才有了家喻戶曉的“孟母三遷”的故事。

（二）? 案例2：基于最小風險貝葉斯決策的哲理案例

相比最小錯誤貝葉斯決策，最小風險貝葉斯決策合理性的理解有一定難度，其公式也相對晦澀。其中蘊含的基本哲理如下：做決策時應該做較全面的考慮。以投資為例，不僅應考慮到盡量追求較大的收益，而且應該考慮到潛在的風險。綜合起來說，應該是在盡量規避風險（即可能發生的損失）的前提下追求收益的最大化。相較而言，最小錯誤貝葉斯決策相當于是置風險于不顧、單純追求收益最大化的簡單決策，這種冒進型的決策在風險尤其是大風險來臨時，可能帶來難以承受的損失。

“防患于未然”是我們今天熟知的先人智慧，其意思是指在禍患發生之前就加以預防，出自《周易·既濟》?，F今在課堂上學習的最小風險貝葉斯決策的基本哲理，其實是祖先們在兩千多年前就已經提出，足見民族智慧之博大精深。

（三）? 案例3：基于主分量分析方法的哲理案例

主分量分析方法被引入到模式識別領域后，作為一個重要的特征抽取方法得到了廣泛的應用。其高效的數據維度縮減能力深受學者和工程師們的推崇。表面上看，主分量分析方法得出的每一個新變量均是已有的所有特征（每個特征均為一個變量）的加權和。事實上，主分量分析方法相當于對原變量進行抽絲剝繭的方法，其得到的新變量的數量可大大少于原變量，但卻能包含原變量中的絕大部分信息；因此，可譽為一個優異的“數據提純”方法。應用中常見由于數據經過主分量分析方法處理后，得到更優的分類結果的情況。這主要源于主分量分析方法能提取出原始數據中最重要、最具有代表性的信息；方法舍棄掉次要信息的同時，也有效避免了其會對樣本分類帶來的干擾。

主分量分析方法蘊含的哲理與我們現實生活中“去粗取精、去偽存真”的思想可謂“不謀而合”?！叭未嬲妗币辉~出自宋代的《續傳燈錄》，其中記載了“權衡在手，明鏡當臺，可以摧邪輔正，可以去偽存真?！?/p>

毛澤東同志在《實踐論》中指出，將豐富的感覺材料加以去粗取精、去偽存真、由此及彼、由表及里。習近平總書記也指出，“兼收并蓄不是囫圇吞棗、莫衷一是，而是要去粗取精、去偽存真”。在現實生活和工作中，其實我們的大腦也會對所掌握的信息進行分析與歸納，以提煉出其中最重要、最本質的“信息元素”。

三? 結束語

開展高校課程思政教學實踐研究、推動課程思政優質資源建設是一個重要的課題。如何結合具體課程，進行個性化的課程思政教學是其中一個關鍵問題。本文闡述了我們在模式識別教學中，緊密結合課程特點和內容進行課程思政設計的指導思想與代表性案例。課程思政設計既注重宣傳黨的基本方針、政策及成效，又適時宣講民族智慧、樹立民族自信，具有很好的 “思政融合”和“寓教于學”的特色。將來，我們會繼續開展模式識別課程思政的精細化設計，并重點研究如何引入圖示與動畫等手段，形象生動地實施與課程內容本身具有很好的可類比性和哲理脈絡一致性的課程思政課堂教學。

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基金項目：國家自然科學基金青年基金“面向大規模非完整多視角數據的魯棒聚類研究”（62006059）；國家自然科學基金面上項目“圖像目標檢測的深度特征提取方案設計與實驗”（61876051）；廣東省高等教育教學改革項目“多層次知識表達與傳授教學方法研究”（HITSZERP20004）

第一作者簡介：文杰（1991-），男，漢族，湖北荊州人，工學博士，助理教授，碩士研究生導師。研究方向為機器學習與模式識別。

*通信作者：徐勇（1972-），男，漢族，四川簡陽人，工學博士，教授，入選教育部長江學者特聘教授，博士研究生導師。研究方向為計算機視覺、模式識別。