唐云祁, 郭 威

(中国人民公安大学 刑事科学技术学院，北京 100083)

案例教学法在模式识别导论中的探索与实践

唐云祁, 郭 威

(中国人民公安大学 刑事科学技术学院，北京 100083)

模式识别是信息技术领域的一项新兴技术，是公安信息化建设的重要基础，有必要在公安院校中开设“模式识别导论”课程。然而，“模式识别”是一门综合性和理论性极强的学科，相关理论和方法晦涩难懂。在教学实践的基础上，融合案例教学法和传统教学法的优点，设计“模式识别导论”课堂教学模式。教学实践表明，融合案例教学法和传统教学法来讲解模式识别导论，学生的积极性明显提高，课堂气氛明显活跃，学习效果明显改善。

案例教学法； 模式识别； 公安信息化； 教学模式与改革

0 引 言

模式识别是人工智能领域的一门新兴学科，兴起于20世纪60年代，其目标是让计算机具备人类的某些智能，实现对数据中存在的事物、行为、关系等模式的自动理解。例如，指纹识别技术是一种常见模式识别技术，它能够模拟专家鉴定指纹的过程实现指纹的自动比对与检索。模式识别技术在公安工作中的应用，不仅能够大大提高公安执法效率，还能完成许多原本不可能完成的任务，模式识别系统是公安信息化建设的重要内容。因此，在公安院校中开设“模式识别导论”课程，有利于提高学生公安信息化应用能力，助力我国公安机关四项建设的实施。我校刑事科学技专业顺应技术发展潮流，在2013本科培养方案中新增设了“模式识别导论”课程。

然而，模式识别是一门综合性和理论性极强的学科[1]，它一方面涉及高等数学、概率论与数理统计、线性代数、矩阵论等多种数学知识，另一方面还涉及数字信号处理、数字图像处理等学科知识，相关理论和方法晦涩难懂。如何激发学生兴趣，是开展“模式识别导论”教学工作的关键和难点所在。

1 可行性分析

案例教学法是一种通过对一个具体教育情境的描述，引导学生对这些特殊情境进行讨论的教学方法[2]。具体来说，就是通过对一个来源真实生活典型案例的解析，让学生在听故事中弄清案例的论题所在，分析问题根源，设计解决问题方案，最终通过问题的解决丰富对相关方法和理论理解及应用。与其他教学方法相比，案例教学法的最大特点在于能够让学生积极参与课堂讨论交流，激发学生兴趣，更为重要的是，它能够避免单纯理论教学所带来的空泛和脱离实际之弊端[3-4]。

但是，案例教学法也是有适用范围的[5-6]，一般地，案例教学在教学内容上适用于专业性强、知识复杂的教学活动，在教学目标上适宜于旨在培养学生能力的教学，在授课对象上适宜于已进入形式运算阶段的学生。从上述几个角度来看，在“模式识别导论”课程中采用案例教学是可行的，这是因为：“模式识别导论”课程的主要目标是提高公安院校学生的信息化应用能力，同时“模式识别导论”是一门综合性和理论性极强的学科，其相关知识复杂而专业。此外，“模式识别导论”的授课对象是大学本科生，他们都已进入形式运算阶段。

2 难点分析

(1) 授课对象基础薄。模式识别技术通过在数据和结果间构建映射关系来实现对数据的“理解”，常见的数据形式有文本、音频、图像、视频等。要想在输入数据与输出结果间构建映射关系模型，就必须具备数据处理及数学建模的基础，其中数据处理方面的知识包括数字信号处理和数字图像处理等，数学建模方面的知识包括高等数学、概率论与数理统计、线性代数、矩阵论等。这就要求学生在学习模式识别导论前必须掌握上述数据处理及数学知识。公安院校是以培养公安职业特色人才为目标的，在学生培养方案的设计上偏重实践应用，大多本科培养方案仅仅涵盖高等数学这一门前序课程。案例教学中，学生就是一名“演员”，要积极参与课堂讨论，如果基础过于薄弱，势必会影响案例教学的实施效果。

(2) 合适案例难选择。案例教学中，教学内容始终以案例为中心组织与展开，案例与教学内容的匹配融合程度直接影响案例教学效果的好坏[7]。因此，将案例教学法应用于模式识别导论课程教学的第二个难点就在于合适案例的选择。一个高质量模式识别导论教学案例应该来自公安实战，且需要经过多次、长时间修改提炼。模式识别技术在公安工作中具有广泛的应用空间，实战中的成功案例成千上万，但是大部分集中在指纹识别和人脸识别方面。另外具体到某一个知识点来讲，能够既符合教学的系统性要求，又符合学生基础的案例不是太多，可供选择的面很窄[6]。

(3) 理论深度难把握。模式识别是一门理论性较强的学科，而公安院校教学的重点在于培养学生实战应用能力，学生相关理论基础薄。如何把握理论教学深度是模式识别导论案例教学中需要解决的另一个难题。

3 案例教学法在模式识别导论课程中的应用

笔者在模式识别导论的教学实践中，根据授课对象特点，研究符合公安院校教育教学特色的模式识别导论案例教学方法，主要注意了以下两点。

(1) 选择案例要科学。案例选择是案例教学的基础环节，也是关键环节，案例质量的与案例教学效果直接相关。要想案例教学在模式识别导论课程中取得好的效果，就必须在案例的选择上下功夫。一个高质量模式识别导论教学案例至少满足：① 真实性。真实性是案例教学的最大特点，它让学生置身于真实案件的情景中，有利于学习和理解案例所涉及的理论知识。模式识别导论课程的教学案例必须来源于公安实战，不可主观虚构而作。② 趣味性。模式识别导论教学案例虽然来源于公安实践工作，但不应是已发生事情的简单罗列。趣味性是案例教学的另一大特点，案例的编写应该要源于生活而又高于生活，可采用一些文学手法来增添案例的趣味性。③ 系统性。案例教学展现的是现实生活中发生某一具体问题的解决过程，其中往往涉及众多手段和知识。依据案例来组织教学内容时，应该保证知识的系统性，让学生全面掌握解决某一问题的各种手段和知识。④ 典型性。研究表明：学习情景与日后运用所学内容的实际情况相类似，有助于学习的迁移[8]。因此，模式识别导论课程的案例应具有较强的典型性，能够代表公安实际工作的某一类情况，使得学生能够顺利迁移，举一反三。

(2) 教学设计要精心。一个典型的案例教学过程应包含案例准备、小组讨论、班级讨论和评价总结4个阶段。在案例准备阶段，教师将编写好的案例分发给学生，让学生了解案例，分析案例中所展现的问题，借助各种手段和工具查阅资料及文献，提出自己的观点或者解决方案；在小组讨论阶段，学生按组分别进行交流研讨，细化方案；在班级讨论阶段，各组分别展示自己的方案及研讨成果，体现班级集体智慧；最后在评价总结阶段，教师对案例所涉及的知识点进行归纳，对各组学生的学习研讨情况进行评价。模式识别导论课程存在授课对象基础薄，课程理论性、综合性强的特点，学生难以独立完成案例准备阶段的任务。如果按照典型案例教学的方法设计模式识别导论课堂教学，教师仅仅担任“导演”角色，让学生们自主“表演”，那么课堂讨论必将难以组织实施。

在模式识别导论教学实践的基础上，吸取教训，总结已有成功经验[9-16]，融合案例教学法和传统教学方法的优点，来设计模式识别导论课堂教学模式。

在教学内容上，以公安实战案例故事情节为主线有效组织模式识别导论课程内容。面对模式识别导论中的案例，学生虽然难以独立完成案例分析，提出自己的解决方案。但是案例中的真实情节往往能够勾起学生好奇，激发学生探根究底的兴趣。基于此，以案例中的故事情节为主线组织课堂内容，实施理论教学，必能起到较好的效果。例如，在指纹自动识别技术的讲解上，我们围绕“17年前电梯杀人凶手终现形”这一案例(见图1)，紧紧扣住“17年前电梯杀人凶手是怎样现出原形的？”这一悬念，组织了指纹自动识别技术原理(包括指纹特征表达模型和指纹特征匹配模型)、指纹自动识别系统框架和警用指纹自动识别系统三个方面的内容。学生在听故事、解悬念中学习相关理论知识，轻松而又愉快。

图1 “17年前电梯杀人凶手终现形”案例

在教学手段上，采用讲授、探究、情景等多种手段，活跃课堂气氛，引导学生思考。一个案件从报案到最终告破，这中间一般会涉及若干关键环节。在这些关键点位上，向学生发起提问和讨论，给予学生思考空间，让学生化身刑侦专家，尝试探秘案件过程，有利于活跃课堂气氛，加深相关知识的理解。

4 结 语

教学实践表明，融合案例教学法和传统教学法来讲解模式识别导论，学生的积极性明显提高，课堂气氛明显活跃，学习效果明显改善。笔者围绕“17年前电梯杀人凶手终现形”这一案例设计的“指纹自动识别系统原理”一课，在2015年中国人民公安大学教师课堂教学比赛中取得了中职组第二名的成绩。

[1] 刘 雨，孙即祥，余 莉.“模式识别”课程开放式案例教学设计[J].电气电子教学学报，2011(3):103-105.

[2] 钱大海.对基于Web的案例教学设计的思考[C]//第六届教育技术国际论坛，2007.

[3] 郑金州.案例教学指南[M].上海:华东师范大学出版社，2000：12-16.

[4] 熊思思.《高等教育管理学》课程的案例教学应用研究[D].南昌:江西师范大学，2011.

[5] 徐延宇.案列教学及其应用[D].长沙:湖南师范大学，2002.

[6] 张新平, 冯晓敏. 重思案例教学的知识观、师生观与教学观[J]. 高等教育研究, 2015(11):64-68.

[7] 马海民. 案例教学的难点及对策思考[J].科技视界，2014(31):117.

[8] 韩进之.教育心理学纲要[M].北京:人民教育出版社，1989：230.

[9] 张 芳，肖志涛，韩晓军，等. 模式识别课程教学改革思考[J]. 计算机教育, 2012(4):45-47.

[10] 戚玉涛, 刘 芳, 焦李成. 模式识别教学实践与课程改革[J]. 计算机教育, 2010(19):24-26.

[11] 高 贵, 周石琳, 孙即祥,等. “模式识别”课程教学改革探索[J]. 电气电子教学学报, 2014, 36(6):35-36.

[12] 王函石, 刘丽珍, 宋 巍,等. 结合模式识别课程建设,探索人才培养改革模式[J]. 计算机教育, 2014(19):54-56.

[13] 王 兵, 王培珍. 模式识别课程教学的探索与实践[J]. 安徽工业大学学报(社会科学版), 2013, 30(3):102-103.

[14] 余 莉, 唐 波, 韩方剑. 模式识别课程建设之多维改革方式初探[J]. 电气电子教学学报, 2009(B11):97-99.

[15] 张灿龙, 唐艳平. 地方高校研究生模式识别课程教改实践[J]. 计算机时代, 2014(9):60-62.

[16] 谭咏梅, 王小捷, 钟义信. 模式识别课程的教学探索[J]. 计算机教育, 2011(15):76-79.

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

国家自然科学基金青年基金项目(NSFC61503387)

唐云祁(1983-)，男，湖南衡阳人，博士，讲师，主要研究方向：生物特征识别、模式识别。

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

G 642.45

A

1006-7167(2017)08-0176-03