案例教學法在模式識別導論中的探索與實踐

唐云祁, 郭 威

(中國人民公安大學 刑事科學技術學院，北京 100083)

案例教學法在模式識別導論中的探索與實踐

唐云祁, 郭 威

(中國人民公安大學 刑事科學技術學院，北京 100083)

模式識別是信息技術領域的一項新興技術，是公安信息化建設的重要基礎，有必要在公安院校中開設“模式識別導論”課程。然而，“模式識別”是一門綜合性和理論性極強的學科，相關理論和方法晦澀難懂。在教學實踐的基礎上，融合案例教學法和傳統教學法的優點，設計“模式識別導論”課堂教學模式。教學實踐表明，融合案例教學法和傳統教學法來講解模式識別導論，學生的積極性明顯提高，課堂氣氛明顯活躍，學習效果明顯改善。

案例教學法； 模式識別； 公安信息化； 教學模式與改革

0 引 言

模式識別是人工智能領域的一門新興學科，興起于20世紀60年代，其目標是讓計算機具備人類的某些智能，實現對數據中存在的事物、行為、關系等模式的自動理解。例如，指紋識別技術是一種常見模式識別技術，它能夠模擬專家鑒定指紋的過程實現指紋的自動比對與檢索。模式識別技術在公安工作中的應用，不僅能夠大大提高公安執法效率，還能完成許多原本不可能完成的任務，模式識別系統是公安信息化建設的重要內容。因此，在公安院校中開設“模式識別導論”課程，有利于提高學生公安信息化應用能力，助力我國公安機關四項建設的實施。我校刑事科學技專業順應技術發展潮流，在2013本科培養方案中新增設了“模式識別導論”課程。

然而，模式識別是一門綜合性和理論性極強的學科[1]，它一方面涉及高等數學、概率論與數理統計、線性代數、矩陣論等多種數學知識，另一方面還涉及數字信號處理、數字圖像處理等學科知識，相關理論和方法晦澀難懂。如何激發學生興趣，是開展“模式識別導論”教學工作的關鍵和難點所在。

1 可行性分析

案例教學法是一種通過對一個具體教育情境的描述，引導學生對這些特殊情境進行討論的教學方法[2]。具體來說，就是通過對一個來源真實生活典型案例的解析，讓學生在聽故事中弄清案例的論題所在，分析問題根源，設計解決問題方案，最終通過問題的解決豐富對相關方法和理論理解及應用。與其他教學方法相比，案例教學法的最大特點在于能夠讓學生積極參與課堂討論交流，激發學生興趣，更為重要的是，它能夠避免單純理論教學所帶來的空泛和脫離實際之弊端[3-4]。

但是，案例教學法也是有適用范圍的[5-6]，一般地，案例教學在教學內容上適用于專業性強、知識復雜的教學活動，在教學目標上適宜于旨在培養學生能力的教學，在授課對象上適宜于已進入形式運算階段的學生。從上述幾個角度來看，在“模式識別導論”課程中采用案例教學是可行的，這是因為：“模式識別導論”課程的主要目標是提高公安院校學生的信息化應用能力，同時“模式識別導論”是一門綜合性和理論性極強的學科，其相關知識復雜而專業。此外，“模式識別導論”的授課對象是大學本科生，他們都已進入形式運算階段。

2 難點分析

(1) 授課對象基礎薄。模式識別技術通過在數據和結果間構建映射關系來實現對數據的“理解”，常見的數據形式有文本、音頻、圖像、視頻等。要想在輸入數據與輸出結果間構建映射關系模型，就必須具備數據處理及數學建模的基礎，其中數據處理方面的知識包括數字信號處理和數字圖像處理等，數學建模方面的知識包括高等數學、概率論與數理統計、線性代數、矩陣論等。這就要求學生在學習模式識別導論前必須掌握上述數據處理及數學知識。公安院校是以培養公安職業特色人才為目標的，在學生培養方案的設計上偏重實踐應用，大多本科培養方案僅僅涵蓋高等數學這一門前序課程。案例教學中，學生就是一名“演員”，要積極參與課堂討論，如果基礎過于薄弱，勢必會影響案例教學的實施效果。

(2) 合適案例難選擇。案例教學中，教學內容始終以案例為中心組織與展開，案例與教學內容的匹配融合程度直接影響案例教學效果的好壞[7]。因此，將案例教學法應用于模式識別導論課程教學的第二個難點就在于合適案例的選擇。一個高質量模式識別導論教學案例應該來自公安實戰，且需要經過多次、長時間修改提煉。模式識別技術在公安工作中具有廣泛的應用空間，實戰中的成功案例成千上萬，但是大部分集中在指紋識別和人臉識別方面。另外具體到某一個知識點來講，能夠既符合教學的系統性要求，又符合學生基礎的案例不是太多，可供選擇的面很窄[6]。

(3) 理論深度難把握。模式識別是一門理論性較強的學科，而公安院校教學的重點在于培養學生實戰應用能力，學生相關理論基礎薄。如何把握理論教學深度是模式識別導論案例教學中需要解決的另一個難題。

3 案例教學法在模式識別導論課程中的應用

筆者在模式識別導論的教學實踐中，根據授課對象特點，研究符合公安院校教育教學特色的模式識別導論案例教學方法，主要注意了以下兩點。

(1) 選擇案例要科學。案例選擇是案例教學的基礎環節，也是關鍵環節，案例質量的與案例教學效果直接相關。要想案例教學在模式識別導論課程中取得好的效果，就必須在案例的選擇上下功夫。一個高質量模式識別導論教學案例至少滿足：① 真實性。真實性是案例教學的最大特點，它讓學生置身于真實案件的情景中，有利于學習和理解案例所涉及的理論知識。模式識別導論課程的教學案例必須來源于公安實戰，不可主觀虛構而作。② 趣味性。模式識別導論教學案例雖然來源于公安實踐工作，但不應是已發生事情的簡單羅列。趣味性是案例教學的另一大特點，案例的編寫應該要源于生活而又高于生活，可采用一些文學手法來增添案例的趣味性。③ 系統性。案例教學展現的是現實生活中發生某一具體問題的解決過程，其中往往涉及眾多手段和知識。依據案例來組織教學內容時，應該保證知識的系統性，讓學生全面掌握解決某一問題的各種手段和知識。④ 典型性。研究表明：學習情景與日后運用所學內容的實際情況相類似，有助于學習的遷移[8]。因此，模式識別導論課程的案例應具有較強的典型性，能夠代表公安實際工作的某一類情況，使得學生能夠順利遷移，舉一反三。

(2) 教學設計要精心。一個典型的案例教學過程應包含案例準備、小組討論、班級討論和評價總結4個階段。在案例準備階段，教師將編寫好的案例分發給學生，讓學生了解案例，分析案例中所展現的問題，借助各種手段和工具查閱資料及文獻，提出自己的觀點或者解決方案；在小組討論階段，學生按組分別進行交流研討，細化方案；在班級討論階段，各組分別展示自己的方案及研討成果，體現班級集體智慧；最后在評價總結階段，教師對案例所涉及的知識點進行歸納，對各組學生的學習研討情況進行評價。模式識別導論課程存在授課對象基礎薄，課程理論性、綜合性強的特點，學生難以獨立完成案例準備階段的任務。如果按照典型案例教學的方法設計模式識別導論課堂教學，教師僅僅擔任“導演”角色，讓學生們自主“表演”，那么課堂討論必將難以組織實施。

在模式識別導論教學實踐的基礎上，吸取教訓，總結已有成功經驗[9-16]，融合案例教學法和傳統教學方法的優點，來設計模式識別導論課堂教學模式。

在教學內容上，以公安實戰案例故事情節為主線有效組織模式識別導論課程內容。面對模式識別導論中的案例，學生雖然難以獨立完成案例分析，提出自己的解決方案。但是案例中的真實情節往往能夠勾起學生好奇，激發學生探根究底的興趣。基于此，以案例中的故事情節為主線組織課堂內容，實施理論教學，必能起到較好的效果。例如，在指紋自動識別技術的講解上，我們圍繞“17年前電梯殺人兇手終現形”這一案例(見圖1)，緊緊扣住“17年前電梯殺人兇手是怎樣現出原形的？”這一懸念，組織了指紋自動識別技術原理(包括指紋特征表達模型和指紋特征匹配模型)、指紋自動識別系統框架和警用指紋自動識別系統三個方面的內容。學生在聽故事、解懸念中學習相關理論知識，輕松而又愉快。

圖1 “17年前電梯殺人兇手終現形”案例

在教學手段上，采用講授、探究、情景等多種手段，活躍課堂氣氛，引導學生思考。一個案件從報案到最終告破，這中間一般會涉及若干關鍵環節。在這些關鍵點位上，向學生發起提問和討論，給予學生思考空間，讓學生化身刑偵專家，嘗試探秘案件過程，有利于活躍課堂氣氛，加深相關知識的理解。

4 結 語

教學實踐表明，融合案例教學法和傳統教學法來講解模式識別導論，學生的積極性明顯提高，課堂氣氛明顯活躍，學習效果明顯改善。筆者圍繞“17年前電梯殺人兇手終現形”這一案例設計的“指紋自動識別系統原理”一課，在2015年中國人民公安大學教師課堂教學比賽中取得了中職組第二名的成績。

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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

國家自然科學基金青年基金項目(NSFC61503387)

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

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

G 642.45

A

1006-7167(2017)08-0176-03