基于信息加工理論的CDIO教育模式在醫(yī)藥信息學(xué)課程教學(xué)中的研究與實(shí)踐*

穆珺　　晏峻峰　　占艷　　韋昌法　　劉青萍（湖南中醫(yī)藥大學(xué) 管理與信息工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410208）

基于信息加工理論的CDIO教育模式在醫(yī)藥信息學(xué)課程教學(xué)中的研究與實(shí)踐*

穆珺晏峻峰占艷韋昌法劉青萍*
（湖南中醫(yī)藥大學(xué) 管理與信息工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410208）

醫(yī)藥信息學(xué)課程是高等醫(yī)藥院校醫(yī)學(xué)專業(yè)碩士研究生培養(yǎng)方案中不可或缺的部分。本研究結(jié)合醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域?qū)︶t(yī)學(xué)專業(yè)碩士研究生培養(yǎng)的需求，借鑒CDIO（Conceive Design Implement Operate）工程教育理念和信息加工理論，開展醫(yī)藥信息學(xué)課程教學(xué)改革，以團(tuán)隊(duì)合作的方式開展研究性學(xué)習(xí)，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)于所學(xué)知識(shí)的理解、掌握和應(yīng)用。

CDIO；醫(yī)藥信息學(xué)；支持向量機(jī)算法；教育模式；項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)

隨著計(jì)算機(jī)、通訊、網(wǎng)絡(luò)及信息處理技術(shù)的飛速發(fā)展，信息科學(xué)的原理和方法逐步滲透到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，形成了一個(gè)新興交叉學(xué)科領(lǐng)域醫(yī)學(xué)信息學(xué)。在此背景下，高等醫(yī)藥院校為非計(jì)算機(jī)專業(yè)碩士研究生開設(shè)了的一門必修課——醫(yī)藥信息學(xué)。醫(yī)藥信息學(xué)是非計(jì)算機(jī)專業(yè)碩士研究生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，了解信息時(shí)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域前沿發(fā)展動(dòng)態(tài)，運(yùn)用信息技術(shù)解決行業(yè)領(lǐng)域?qū)嶋H問題的基礎(chǔ)性課程。鑒于傳統(tǒng)的教育模式在學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)方面存在薄弱環(huán)節(jié)，已無法適應(yīng)醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域人才培養(yǎng)需求。本教學(xué)團(tuán)隊(duì)借鑒CDIO（Conceive Design Implement Operate）工程教育理念［1］，從行為主義和認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論的角度，結(jié)合醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域人才培養(yǎng)的要求和醫(yī)學(xué)專業(yè)碩士研究生科研的需求，開展醫(yī)藥信息學(xué)課程教學(xué)改革。

一、醫(yī)藥信息學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀

醫(yī)藥信息學(xué)是本科階段計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的延續(xù)和拓展，教學(xué)內(nèi)容主要包括醫(yī)藥信息學(xué)概述、醫(yī)藥信息學(xué)基礎(chǔ)、醫(yī)藥信息檢索、matlab入門和醫(yī)藥信息處理與分析案例，授課對(duì)象是醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、護(hù)理學(xué)等專業(yè)的碩士研究生。在傳統(tǒng)模式下，醫(yī)藥信息學(xué)課程教學(xué)的現(xiàn)狀和存在主要問題如下：

一是學(xué)生對(duì)于課程認(rèn)識(shí)不充分，缺乏學(xué)習(xí)積極性。授課對(duì)象為低年級(jí)碩士研究生，由于這些學(xué)生尚無深入進(jìn)行中醫(yī)藥科研的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)醫(yī)學(xué)信息技術(shù)在醫(yī)藥領(lǐng)域數(shù)據(jù)處理分析中的重要作用尚無切身體會(huì)，因此普遍存在誤解，認(rèn)為醫(yī)藥信息學(xué)課程對(duì)于專業(yè)的作用及其重要性并不大。針對(duì)該問題，在傳統(tǒng)模式下，教學(xué)團(tuán)隊(duì)也試圖通過介紹醫(yī)學(xué)信息技術(shù)在中醫(yī)藥科研中的應(yīng)用實(shí)例，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。但由于缺乏學(xué)生的切身參與和實(shí)踐，效果并不明顯。

二是學(xué)生的理工科思維缺乏、信息學(xué)基礎(chǔ)差，導(dǎo)致學(xué)習(xí)難度大。醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、護(hù)理學(xué)等專業(yè)的碩士研究生，在本科階段，數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)培養(yǎng)要求普遍較低，欠缺理工科思維，數(shù)學(xué)、信息學(xué)基礎(chǔ)薄弱。因此，對(duì)于理工科特色較為明顯的《醫(yī)藥信息學(xué)》課程，由于學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)、認(rèn)知特點(diǎn)與課程的內(nèi)容及學(xué)科特點(diǎn)不夠匹配，導(dǎo)致學(xué)習(xí)難度大。尤其在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，教師相對(duì)重視知識(shí)的講授而教學(xué)互動(dòng)相對(duì)欠充分，學(xué)生一旦有知識(shí)點(diǎn)未能及時(shí)掌握，極有可能影響后續(xù)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)、進(jìn)一步加劇學(xué)生的畏難情緒，影響學(xué)習(xí)效果。

三是學(xué)生通過學(xué)習(xí)，尚不能達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際的效果。為增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)團(tuán)隊(duì)在醫(yī)藥信息學(xué)課程內(nèi)容上包含了醫(yī)藥信息處理與分析案例的教學(xué)內(nèi)容，希望通過實(shí)際科研案例，讓學(xué)生對(duì)醫(yī)學(xué)信息技術(shù)在醫(yī)藥領(lǐng)域數(shù)據(jù)處理分析中的重要作用有深刻體會(huì)。但在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，教師以講授為主的方式對(duì)實(shí)際科研案例進(jìn)行講解、分析和演示，盡管也能激發(fā)學(xué)生興趣，但其教學(xué)效果往往很有限。課程學(xué)習(xí)結(jié)束后，能將所學(xué)方法其運(yùn)用到自己科研實(shí)踐中的學(xué)生并不多，大多數(shù)的學(xué)生尚不能達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際的效果。

由此可見，在醫(yī)藥信息學(xué)的課程教學(xué)中，普及信息學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，設(shè)計(jì)與學(xué)生專業(yè)相關(guān)的項(xiàng)目任務(wù)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用工程的思想解決科研中的實(shí)際問題，至關(guān)重要。

二、基于信息加工理論的CDIO教育模式研究

CDIO是由美國(guó)和瑞典四所工程大學(xué)發(fā)起，全球23所大學(xué)參與，合作共同建立的一種工程教育模式。CDIO模式以構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作為主線［2，3］，圍繞學(xué)生的專業(yè)知識(shí)和學(xué)習(xí)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)合理的項(xiàng)目任務(wù)，激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)機(jī)。

*基金項(xiàng)目：湖南省研究生精品課程建設(shè)項(xiàng)目“醫(yī)藥信息學(xué)-MATLAB應(yīng)用”（編號(hào)：KC2011B027）；湖南中醫(yī)藥大學(xué)教學(xué)改革研究項(xiàng)目“高等中醫(yī)藥院校醫(yī)學(xué)信息類人才培養(yǎng)模式研究”；湖南中醫(yī)藥大學(xué)教學(xué)改革研究項(xiàng)目“開放式醫(yī)學(xué)信息技術(shù)教育平臺(tái)構(gòu)建研究”。

作者簡(jiǎn)介：穆珺，女，助教，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用。

*通訊作者：劉青萍，女，講師，研究方向?yàn)樾畔⒓夹g(shù)教育。

美國(guó)著名教育心理學(xué)家加涅，借鑒行為主義和認(rèn)知主義兩大學(xué)習(xí)理論的優(yōu)點(diǎn)，提出通過合理安排教學(xué)活動(dòng)促進(jìn)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)，達(dá)到教與學(xué)的深度融合。加涅認(rèn)為，學(xué)習(xí)是一個(gè)有始有終的過程，學(xué)習(xí)過程可以分為若干階段，每個(gè)階段都需要對(duì)獲取或產(chǎn)生的信息進(jìn)行加工。從信息加工學(xué)習(xí)模型來看［4］，學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中是通過信息的獲取、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換、加工和利用，最終實(shí)現(xiàn)與教學(xué)活動(dòng)相互作用。引入信息加工理論到課程的教學(xué)設(shè)計(jì)中，能讓教學(xué)活動(dòng)與學(xué)習(xí)過程巧妙結(jié)合，進(jìn)一步提升課堂教學(xué)的效果。

基于信息加工理論的CDIO教育模式是對(duì)醫(yī)藥信息學(xué)課程傳統(tǒng)教學(xué)模式的一種改進(jìn)，該模式從認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論出發(fā)，結(jié)合學(xué)生原有的知識(shí)來設(shè)計(jì)項(xiàng)目任務(wù)，將工程教育思想和課程教學(xué)目標(biāo)貫穿到教學(xué)中，以團(tuán)隊(duì)合作的形式開展研究性學(xué)習(xí)，促使學(xué)生將學(xué)習(xí)內(nèi)容與知識(shí)背景相互關(guān)聯(lián)，主動(dòng)對(duì)學(xué)習(xí)情境中產(chǎn)生的信息進(jìn)行選擇性加工，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、綜合解決問題能力的培養(yǎng)。

三、基于信息加工理論的CDIO教育模式在醫(yī)藥信息學(xué)課程中的研究與實(shí)踐

通過分析傳統(tǒng)模式下，醫(yī)藥信息學(xué)課程教學(xué)的現(xiàn)狀和存在的主要問題，本教學(xué)團(tuán)隊(duì)借鑒CDIO工程教育理念，從行為主義和認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論的角度，引入信息加工理論到課程的教學(xué)設(shè)計(jì)中，以團(tuán)隊(duì)合作的形式開展研究性學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)于所學(xué)知識(shí)的理解、掌握和應(yīng)用，從而達(dá)到學(xué)生不僅能熟練掌握知識(shí)且能理論聯(lián)系實(shí)際的效果。接下來，以支持向量機(jī)（Support Vector Machine，SVM）［5］分類算法的原理與應(yīng)用為例，介紹基于信息加工理論的CDIO教育模式在醫(yī)藥信息學(xué)課程教學(xué)中的實(shí)施情況。

（一）根據(jù)學(xué)生專業(yè)特點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)

本章節(jié)主要是讓學(xué)生在理解SVM分類算法原理的基礎(chǔ)上，掌握SVM算法的應(yīng)用。這部分教學(xué)內(nèi)容的理論性和工程性較強(qiáng)，考慮到大部分學(xué)生缺乏理工科思維，數(shù)學(xué)、信息學(xué)基礎(chǔ)薄弱的現(xiàn)狀，本教學(xué)團(tuán)隊(duì)將教學(xué)目標(biāo)與學(xué)生專業(yè)相結(jié)合，把信息加工理論引入到CDIO教育模式中，以醫(yī)學(xué)研究中的實(shí)際問題作為項(xiàng)目任務(wù)，組織學(xué)生分組學(xué)習(xí)如何運(yùn)用SVM算法解決醫(yī)學(xué)研究中數(shù)據(jù)分類問題。這種“做中學(xué)”“信息再加工”“學(xué)中做”的教育模式不僅能促進(jìn)學(xué)生樹立工程的思想，還能將教學(xué)過程與學(xué)習(xí)過程有效結(jié)合，讓學(xué)生在教學(xué)實(shí)踐中加深對(duì)問題的理解，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生解決問題的思路，達(dá)到提升教學(xué)效果和培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的目標(biāo)。

（二）按照課程教學(xué)目標(biāo)，精心組織教學(xué)實(shí)施

結(jié)合學(xué)生的背景知識(shí)和醫(yī)藥信息學(xué)課程的特點(diǎn)，從行業(yè)發(fā)展的前沿問題入手，將學(xué)生熟悉的醫(yī)學(xué)問題與教學(xué)中的知識(shí)模塊相結(jié)合，轉(zhuǎn)化為運(yùn)用支持向量機(jī)分類算法解決醫(yī)學(xué)研究中數(shù)據(jù)分類的實(shí)際問題。以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生合作完成研究性學(xué)習(xí)任務(wù)。

1.設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目

以糖尿病公開數(shù)據(jù)集［6］作為原始數(shù)據(jù)，選擇與糖尿病有不同程度相關(guān)的8個(gè)指標(biāo)作為分類的屬性，如plasma glucose-血糖值、blood pressure-血壓值、insulin-胰島素濃度、pregnancy-妊娠次數(shù)（妊娠糖尿病發(fā)病率隨分娩次數(shù)而增加）、skin tags-皮贅數(shù)量（糖尿病患者的皮贅風(fēng)險(xiǎn)也升高［7］）、PEDIS［8］-糖尿病足分級(jí)、mass-體重、age-年齡，且按照順序給以上指標(biāo)編號(hào)，即A1-A8。要求各組學(xué)生將所有指標(biāo)進(jìn)行任意組合后，作為輸入SVM分類器的屬性，通過分析每組數(shù)據(jù)的結(jié)果，思考SVM分類正確性的問題。

2.采用分組教學(xué)

課程教學(xué)過程中，首先跟學(xué)生清楚描述本次課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)評(píng)價(jià)方法，強(qiáng)調(diào)分組開展研究性學(xué)習(xí)的目的和方案；按照班級(jí)學(xué)生人數(shù)制定分組規(guī)則，將40人分成6組，每組6-7名同學(xué)；以毛遂自薦的方式選取課代表和組長(zhǎng)，詳細(xì)說明他們各自的職責(zé)；上個(gè)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的組長(zhǎng)，按順序每輪依次為自己的團(tuán)隊(duì)選擇組員，以此類推，最終形成學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)。

3.合理安排任務(wù)

明確告知學(xué)生教學(xué)目標(biāo)和項(xiàng)目任務(wù)的要求，以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)引導(dǎo)各個(gè)學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)用工程的思想開展研究性學(xué)習(xí)，讓各組同學(xué)圍繞項(xiàng)目任務(wù)的要求，合理安排學(xué)習(xí)活動(dòng)，開展小組談?wù)?，將學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的分類結(jié)果進(jìn)行排序，求出分類結(jié)果中準(zhǔn)確率最高的10%、最低的10%對(duì)應(yīng)的指標(biāo)組合，以小組的為單位匯報(bào)。通過調(diào)用Matlab的SVM函數(shù)，思考輸入不同的SVM分類器屬性時(shí)，數(shù)據(jù)分類結(jié)果的差異性。結(jié)合本領(lǐng)域的醫(yī)學(xué)知識(shí)，分析最高、最低準(zhǔn)確率的指標(biāo)組合中的指標(biāo)分布規(guī)律，討論所選指標(biāo)與糖尿病的相關(guān)性對(duì)分類結(jié)果的影響。

教師隨機(jī)從各組選擇一名學(xué)生代表小組匯報(bào)。各組匯報(bào)完畢后，教師組織全班同學(xué)對(duì)各組研究性學(xué)習(xí)項(xiàng)目完成的情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，投票選出1個(gè)優(yōu)秀小組，每組評(píng)選1名對(duì)項(xiàng)目完成共享最大的優(yōu)秀組員，并給予相應(yīng)的平時(shí)成績(jī)加分。

（三）結(jié)合教學(xué)活動(dòng)過程，科學(xué)建立評(píng)價(jià)機(jī)制

基于信息加工理論的CDIO教育模式更注重問題解決能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、自主學(xué)習(xí)能力、溝通表達(dá)能力的評(píng)價(jià)。通常根據(jù)課程教學(xué)的設(shè)計(jì)，將教學(xué)過程中的形成性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合，綜合考慮每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中學(xué)生完成任務(wù)的情況，建立合理的評(píng)價(jià)體系。本章節(jié)學(xué)習(xí)效果的形成性評(píng)價(jià)，由教師、各小組成員對(duì)組內(nèi)學(xué)生在信息獲取、加工、處理和協(xié)商、討論等環(huán)節(jié)中的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，自評(píng)與他評(píng)相結(jié)合；總結(jié)性評(píng)價(jià)是由教師和其他小組成員對(duì)各組匯報(bào)環(huán)節(jié)的評(píng)價(jià)。同時(shí)，教師綜合考慮各小組任務(wù)完成情況，給出最終的評(píng)價(jià)結(jié)果。

四、結(jié)束語

基于信息加工理論的CDIO教育模式充分發(fā)揮了學(xué)生和學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)的主體地位，以學(xué)生專業(yè)領(lǐng)域的項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)，組織學(xué)生分組開展研究性學(xué)習(xí)。教學(xué)改革的實(shí)踐表明，該模式不僅能有效解決傳統(tǒng)模式下醫(yī)藥信息學(xué)課程教學(xué)中存在的問題，而且可以大幅度提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，使學(xué)生在工程思維方式的指導(dǎo)下，逐步掌握分析問題、解決問題能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和自主學(xué)習(xí)能力，教學(xué)效果顯著。

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Medical information is the indispensable part of training program for postgraduatesof Medicine.To meet the demand of training for postgraduates of medicine，using CDIO engineering education Idea and Information Processing theory for reference，carry out teaching reform of medical information course，through inquiry learning with team work，resulting in the promotion of students'understanding，mastering and applying of knowledge.

CDIO；medical informatics；support vector machinealgorithm；teaching model；project driven

2096-000X（2016）16-0179-03

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