“模式识别”课程中的“智慧启迪”与“情怀教育”

李 潍， 张 震

(东南大学 仪器科学与工程学院，江苏 南京210096)

0 引言

智慧启迪、素质教育与人文教育本应该是春风化雨的过程，而不是量化成升级打怪，集满卡数，就能通关。而能够从根本上改变这一现象的，只有从课程本身进行变革，甚至每一个课程进行改变，让工科课程变得具有温度、具有人文情怀。理工与文史，相距甚远，实施起来并不容易，甚至任重而道远，然而，千里之行始于足下，九层之台始于垒土。路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。

“模式识别”这门课虽隶属工科，但课程所讲授的方法与技术，所蕴含的思想与哲理却十分的深刻。它们不但包含了对天地万物的思考，而且能启迪学生的智慧，也包含着爱的教育。通过挖掘这些思想与哲理，不但可以让学生对技术本身有着深刻的领悟，而且在思想修、格局视野上得到一定的提升。希望“模式识别”这门课，能够启迪学生智慧，培养学生情怀。杯水车薪虽不足扭转乾坤，然而星星之火可以 燎原。申请这门课程作为教改项目的初衷是，这门课程能影响越来越多的东大内开设的其他课程，让冰冷的工科教育，变成温暖的“爱的教育”。从学生进大学的第一天，在培养学生专业技能的同时，就开始注重培养学生的智慧启迪与情怀培养，将会为他们的人生，带来长远益处[1]。

1 课程中思政教育的特色及目标

1.1 融入思政教育的特色

在“模式识别”课程教学中，将“智慧启迪”“爱的教育”的理念贯彻到教学之中[2]，使学生在掌握先进的专业知识技能的同时，并逐步具有一定的人文情怀、以及爱与奉献精神。人之个体是渺小的，与天地相比犹如沧海一粟；人生数十寒暑，与历史长河相比犹如白驹过隙。尽管如此，人生会因为思想与精神而变得不平凡。人生的真正意义所在，并不在于功名利禄之得与失，而是在于爱与奉献。在爱与奉献的过程中，亦能返璞归真地熨帖人生本义，从而净化心灵、学会珍惜，并收获真正的快乐。这也是教书育人的初衷所在。

1.2 思政教育的目标

(1)打破固有的理工科冰冷的教学模式，使学生在掌握所学专业知识的同时，具备一定的人文情怀，并对人生、对万物有着深刻的哲思。

(2)在创新实践过程中帮助学生树立将所学知识与技能帮助他人，服务社会的理念，从而拓宽学生的视野与格局，使学生收获真正的快乐。

(3)突破学科的局限性，鼓励学生开悟，将所学知识与各门文理医史的核心精神融汇贯通。使学生所学为具体技术，而所知是世间万物，而所获则是大音希声。

2 思政在课程中的实施方案：

“模式识别”这门课使用文献[3]作为教材，课程的设置中以介绍各种经典的模式识别方法为主，其主要内容结构如下图1所示：

图1 课程中的主要内容框架

这些内容所涉及的不同技术中，蕴含了不同的思政精神与人文情怀。这些精神与情怀将在课堂上详细给学生讲述。模式识别课程中，几乎每章内容都可凝练出思政精神与人文情怀。这里，我们给出部分典型案例。

案例1：深度学习

深度学习的概念源于人工神经网络的研究。含多隐含层的多层感知器就是一种深度学习结构。深度学习通过组合低层特征形成更加抽象的高层表示属性类别或特征，以发现数据的分布式特征表示。人类大脑具有深度架构。深度学习也符合人类认知过程逐层进行、逐步抽象的规律。例如，人类通常层次化地组织思想和概念；人类往往先学习简单的概念，然后用他们去表示更抽象的概念；人们通常将任务分解成多个抽象层次去处理等等。这些思维方式都与深度学习具有异曲同工之处。

高阶思维能力是当代社会人才需求的一个重要导向，也是学习者为适应新时代所必需的技能。如何培养学习者的高阶思维能力，已成为当代社会关注的核心问题。与此同时，深度学习近年来引起了教育领域研究者的广泛关注。深度学习是学习者运用高阶思维能力的学习形式，深度学习的目标是发展学习者的高阶思维能力。深度学习往往会影响问题解决能力、元认知能力、团队协作能力。理解是深度认知的核心环节，理解的本质就是要求学生在深度学习中，抓住学习内容的本质属性去把握知识的内在联系，因此需要学生对学习内容进行深度加工，从纷繁的、非本质属性的干扰中，抓住根本，从现象中概括出规律，而不是掌握琐碎简单的知识点和陈述性知识。

案例2：主成分分析

主成分分析是一种分析、简化数据集的技术。主成分分析经常用于减少数据集的维数，同时保持数据集中的对方差贡献最大的特征。这是通过保留低阶主成分，忽略高阶主成分做到的。这样低阶成分往往能够保留住数据的最重要方面。

主成分分析启发学生抓住问题主要矛盾的思维方式。在复杂的事物发展过程中，存在着许许多多的矛盾，其中一定有一种矛盾它的存在和发展影响和决定着其他的矛盾。这种在事物发展过程中起支配地位对事物的发展起决定性作用的矛盾就是主要矛盾。其他属于从属地位，对事物的发展不起决定作用的则是次要矛盾。主要矛盾和次要矛盾相互依赖相互影响，并在一定条件下相互转化。这就要求我们抓重点，抓关键，抓中心。

主成分分析还教会学生简单思维。简单是一种艺术，一种境界，一种追求，是发现真我，自我实现的惟一道路选择。最好的东西永远都是最简单的。简单才是真实平淡，才能恒久，简单思维最简洁的方式就是坚决砍掉不必要的东西，正如奥卡姆剃刀理论。简单思维，就是用最简便的方式，直奔问题的实质，就是对原事物结构的简化设计，使其更能满足功能的要求，就是尽可能地撇开非主要因素，减少一些不必要的环节，使复杂问题的解决简单易行。科学发展的过程，实际上是一个不断简化的过程。不管任何一个产品，一项课题、一种技术，要发展要创新，简化便是一个进攻方向。只要我们敢于大刀阔斧，砍掉不必要的东西，把复杂事情简单化，就会发现人生其实好简单，成功其实离我们也并不远。

案例3：支持向量机

支持向量机是一类按监督学习方式对数据进行分类的广义线性分类器，其决策边界是对学习样本求解的最大边距超平面。支持向量机分界面的大间隔对偏差数据具有一定的包容性。这里就蕴含了关于包容的思政内涵。

包容的思维方式对学生的思政教育尤为重要。包容是指大度，心宽，理解人的难处，体谅人的苦衷，记住人的好处，忘记人的错误的胸襟。包容是一门学问，学会包容的人，就学会了生活.懂得包容的人，就懂得快乐。包容也是一门艺术，它是一种善良的结晶，是人性至善至美的沉淀。个人要想获得终身的幸福，就必须得净化自己，把那些困扰自己心灵的不健康心态赶出去，选择积极且正确的心态去包容。包容会带着人们克服困难，找到新生；包容是一种无声但又很强大的力量，只有包容的人，生命才会更加饱满，才会真正感觉到生活与工作的快乐。

案例4：组合模型

组合模型是指Adboost，Random Forest等模型。它们的核心思想是针对同一个训练集训练不同的分类器(弱分类器)，然后把这些弱分类器集合起来，构成一个更强的最终分类器(强分类器)。这里蕴含的人文情怀是教育学生团队协作的重要性。

团队协作能力，是指建立在团队的基础之上，发挥团队精神、互补互助以达到团队最大工作效率的能力。对于团队的成员来说，不仅要有个人能力，更需要有在不同的位置上各尽所能、与其他成员协调合作的能力。团队强调的是协同工作。团队中的个人能力取长补短，相互协作，即能造就出一个好的团队。因此，一个团队的力量往往远大于一个人的力量。团队协作的本质是共同奉献。这种共同奉献需要一个切实可行、具有挑战意义且让成员能够为之信服的目标。只有这样，才能激发团队的工作动力和奉献精神，不分彼此，共同奉献。三人行，必有我师焉。如果大家把团队里面每一份子的优点长处都变为自己的长处优点，灵活运用，不仅团队的力量日益强大，自己的能力，潜力也慢慢得到升华。

通过前期的备课和研究我们提出将课程讲授分为三个部分：方法模型、模型的核心思想和思政启迪。可以将以上四个案例可呈现在下表1中：

表1 四个案例分简化为三个部分

以上的总结仅仅只是整个课程的一小部分，因此授课方式也会不同于传统的填鸭式授课，授课过程分成三个部分，介绍先介绍模式识别中的重要方法模型，继而详细叙述其中的核心思想，最后在研讨课上和学生分享其思政启迪，具体流程如此下图2所示。

图2 结合思政教育后的授课流程图

3 结语

本文将“智慧启迪”“爱的教育”落实到基础的教学环节，在对学生专业技能以及实践创新能力培养的同时，增强学生的人文情怀，培育学生的爱与奉献精神。在这种有温度的教育下，进一步增加学生的学习积极性，从而改善学风。十年树木，百年树人。专业技能与人文情怀的结合的教育，将对学生的人生产生深远的影响，本文提到的思想启迪实施措施也可为后续其他课程提供借鉴[4]。