大數(shù)據(jù)背景下醫(yī)學(xué)生數(shù)據(jù)素養(yǎng)培養(yǎng)研究*

胡珊珊 范懷玉

(濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)信息工程學(xué)院 日照 276826)

1 引言

隨著我國(guó)醫(yī)療信息化的深入發(fā)展，醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代[1]。借助于大數(shù)據(jù)分析和挖掘技術(shù)，發(fā)現(xiàn)其隱藏的規(guī)律，將促進(jìn)基礎(chǔ)研究、藥物研發(fā)、健康服務(wù)以及臨床診療等領(lǐng)域的重大變革[2]。數(shù)據(jù)素養(yǎng)正是一種通過(guò)數(shù)據(jù)分析和挖掘發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)價(jià)值的重要素養(yǎng)[2]，醫(yī)學(xué)生應(yīng)具備基本的數(shù)據(jù)素養(yǎng)來(lái)應(yīng)對(duì)大數(shù)據(jù)時(shí)代的醫(yī)療環(huán)境。目前醫(yī)學(xué)生數(shù)據(jù)分析和挖掘能力比較弱，數(shù)據(jù)素養(yǎng)難以達(dá)到理想水平。因此應(yīng)采取有效措施來(lái)提升醫(yī)學(xué)生數(shù)據(jù)素養(yǎng)水平[3]。數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育是培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)素養(yǎng)的重要途徑，高校在其中發(fā)揮著重要作用[4]。數(shù)據(jù)素養(yǎng)涉及數(shù)據(jù)意識(shí)、數(shù)據(jù)能力和數(shù)據(jù)倫理等多方面內(nèi)容，其核心是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、挖掘的能力，數(shù)據(jù)挖掘課程是高校培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)素養(yǎng)的重要課程[5]。本文在分析數(shù)據(jù)素養(yǎng)概念和構(gòu)成要素的基礎(chǔ)上，以數(shù)據(jù)挖掘課程為載體，探討醫(yī)學(xué)生數(shù)據(jù)素養(yǎng)培養(yǎng)模式。

2 數(shù)據(jù)素養(yǎng)概念

數(shù)據(jù)素養(yǎng)是指人們正當(dāng)、有效地發(fā)現(xiàn)、評(píng)估和使用數(shù)據(jù)信息的意識(shí)和能力,主要包括數(shù)據(jù)意識(shí)、數(shù)據(jù)能力和數(shù)據(jù)倫理3方面內(nèi)容。其中數(shù)據(jù)意識(shí)是指對(duì)數(shù)據(jù)敏感，具備判斷力和辯證思維，能夠充分感知數(shù)據(jù)價(jià)值；數(shù)據(jù)能力是指利用工具對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘的技能；數(shù)據(jù)倫理是指在獲取、使用與發(fā)布數(shù)據(jù)的過(guò)程中遵守法律法規(guī)和道德規(guī)范[3,6]。數(shù)據(jù)能力是數(shù)據(jù)素養(yǎng)的核心組成部分，按照數(shù)據(jù)挖掘和分析流程可分為數(shù)據(jù)獲取、整理、分析、呈現(xiàn)、應(yīng)用能力[7]。數(shù)據(jù)挖掘是一門(mén)綜合型交叉學(xué)科，其內(nèi)容涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能、模式識(shí)別、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域，是數(shù)據(jù)分析和挖掘的技術(shù)支撐，是學(xué)生數(shù)據(jù)素養(yǎng)培養(yǎng)的優(yōu)質(zhì)載體課程[5,8]。

3 醫(yī)學(xué)生數(shù)據(jù)素養(yǎng)培養(yǎng)模式

3.1 教學(xué)目標(biāo)

3.1.1 問(wèn)題分析 數(shù)據(jù)挖掘通常以概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、計(jì)算機(jī)算法等為前導(dǎo)課程，包含大量公式推導(dǎo)和算法分析，理論性較強(qiáng)[9]。醫(yī)學(xué)生由于其專業(yè)背景，在計(jì)算機(jī)和統(tǒng)計(jì)學(xué)等方面知識(shí)儲(chǔ)備比較薄弱，學(xué)習(xí)難度大，難以理解數(shù)據(jù)挖掘算法，更難以將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)療大數(shù)據(jù)中。醫(yī)學(xué)生數(shù)據(jù)分析和挖掘能力與職業(yè)需求之間存在巨大差距。

3.1.2 教學(xué)目標(biāo) 醫(yī)學(xué)生是數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用人員，課程教學(xué)目標(biāo)應(yīng)側(cè)重于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用，讓學(xué)生借助所學(xué)知識(shí)和方法，運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，獲取隱藏的有價(jià)值信息，從而指導(dǎo)決策。同時(shí)在教學(xué)過(guò)程中注重學(xué)生數(shù)據(jù)素養(yǎng)培養(yǎng)，包括培養(yǎng)數(shù)據(jù)意識(shí)、提高數(shù)據(jù)能力和樹(shù)立數(shù)據(jù)倫理。結(jié)合醫(yī)學(xué)生專業(yè)特點(diǎn)與培養(yǎng)目標(biāo)，數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)應(yīng)重思想，輕細(xì)節(jié)，弱化公式和原理推導(dǎo)，注重挖掘算法實(shí)際應(yīng)用。教師在講授數(shù)據(jù)挖掘算法基本思想基礎(chǔ)上，重點(diǎn)講授如何實(shí)施一個(gè)完整的數(shù)據(jù)挖掘項(xiàng)目，使學(xué)生掌握數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用。同時(shí)學(xué)生在執(zhí)行項(xiàng)目過(guò)程中學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)挖掘方法和步驟，在利用挖掘結(jié)果輔助決策時(shí)感受數(shù)據(jù)價(jià)值，在潛移默化中提升自身數(shù)據(jù)素養(yǎng)。需要注意的是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘流程中各個(gè)模塊對(duì)于醫(yī)學(xué)生較為困難。因此數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)應(yīng)借助某一種數(shù)據(jù)挖掘工具，通過(guò)調(diào)用已開(kāi)發(fā)好的包和函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊，使學(xué)生能夠從抽象的原理、算法以及復(fù)雜的算法實(shí)現(xiàn)中脫離出來(lái)，將關(guān)注點(diǎn)更多地集中在數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用層面上。

3.1.3 數(shù)據(jù)挖掘工具選擇 目前常用的數(shù)據(jù)挖掘工具一般有 WEKA、RapidMiner、KNIME、Orange以及R等[10]。其中R作為一款開(kāi)源免費(fèi)軟件，在統(tǒng)計(jì)和制圖方面有顯著優(yōu)勢(shì)，同時(shí)提供大量第3方數(shù)據(jù)挖掘功能包[11]，可以被數(shù)據(jù)挖掘流程各個(gè)模塊無(wú)縫調(diào)用，學(xué)生只需調(diào)用函數(shù)并指定參數(shù)即可。R是數(shù)據(jù)挖掘的理想工具，本文以R語(yǔ)言為基礎(chǔ)開(kāi)展數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)。

3.2 教學(xué)方法

3.2.1 概述 數(shù)據(jù)挖掘課程內(nèi)容比較抽象，醫(yī)學(xué)生不容易理解，學(xué)習(xí)興趣不高，因此在課堂教學(xué)過(guò)程中引入案例教學(xué)。教師依據(jù)教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)設(shè)計(jì)案例，將相關(guān)知識(shí)點(diǎn)融入到案例中。案例選擇既要有針對(duì)性，又要考慮醫(yī)學(xué)生專業(yè)特點(diǎn)，選取生活中真實(shí)發(fā)生的事件作為案例，如垃圾郵件分類、藥品推薦等，讓學(xué)生感受到數(shù)據(jù)挖掘的現(xiàn)實(shí)意義，激發(fā)對(duì)理論知識(shí)探究的積極性。教學(xué)形式上，案例教學(xué)過(guò)程采用現(xiàn)場(chǎng)編寫(xiě)代碼的方式。教師利用R語(yǔ)言對(duì)數(shù)據(jù)挖掘過(guò)程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)編碼和調(diào)試，將每階段的處理結(jié)果以最直觀的形式展示給學(xué)生，讓學(xué)生體驗(yàn)數(shù)據(jù)挖掘中數(shù)據(jù)變換的流程。這種現(xiàn)場(chǎng)編碼的教學(xué)形式能夠充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高其分析解決問(wèn)題能力，提升數(shù)據(jù)素養(yǎng)。

3.2.2 案例討論 以對(duì)案例的數(shù)據(jù)挖掘過(guò)程為主線組織教學(xué)。數(shù)據(jù)挖掘流程可分為數(shù)據(jù)收集、預(yù)處理、挖掘、挖掘結(jié)果評(píng)價(jià)和分析決策等階段[12]。教師要對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合與重構(gòu)，將知識(shí)點(diǎn)嵌入到數(shù)據(jù)挖掘流程各個(gè)模塊中。案例討論過(guò)程以數(shù)據(jù)挖掘流程貫穿其中，重點(diǎn)講述怎樣調(diào)用R語(yǔ)言中的函數(shù)進(jìn)行案例數(shù)據(jù)收集、預(yù)處理、挖掘以及利用挖掘結(jié)果進(jìn)行分析決策，將各模塊前后銜接成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)處理過(guò)程，讓學(xué)生在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中提升自身數(shù)據(jù)素養(yǎng)。例如以藥品推薦為案例，講授數(shù)據(jù)挖掘中經(jīng)典的關(guān)聯(lián)規(guī)則Apriori算法，見(jiàn)表1。

表1 “藥品推薦”案例教學(xué)過(guò)程

3.2.3 案例分析 案例教學(xué)將數(shù)據(jù)素養(yǎng)培養(yǎng)融入到案例分析的整個(gè)過(guò)程，圍繞數(shù)據(jù)獲取、整理、分析、呈現(xiàn)、應(yīng)用5種能力展開(kāi)，這恰好與數(shù)據(jù)素養(yǎng)的5個(gè)能力維度相對(duì)應(yīng)。教師在分析案例的過(guò)程中幫助學(xué)生樹(shù)立數(shù)據(jù)意識(shí)和數(shù)據(jù)倫理。例如對(duì)用藥數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，可以獲得治療某種疾病的高頻用藥以及藥品間的關(guān)聯(lián)規(guī)則，在分析決策階段，教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)挖掘結(jié)果進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)醫(yī)生用藥特點(diǎn)和規(guī)律，從而指導(dǎo)臨床用藥決策。此外醫(yī)療數(shù)據(jù)中可能含有涉及患者隱私的信息，如姓名、聯(lián)系方式、家族病史等，在數(shù)據(jù)預(yù)處理階段要對(duì)這些信息進(jìn)行屏蔽，保護(hù)患者隱私，讓學(xué)生懂得在法律和道德允許的范圍內(nèi)正確使用數(shù)據(jù)。

3.3 教學(xué)過(guò)程

3.3.1 理論教學(xué) 由于數(shù)據(jù)挖掘課程課時(shí)有限且涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，僅利用課堂時(shí)間難以有效開(kāi)展案例教學(xué)，因此在課程教學(xué)中引入翻轉(zhuǎn)課堂。課前，教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容布置任務(wù)，學(xué)生利用線上教學(xué)資源學(xué)習(xí)相關(guān)課程內(nèi)容。例如在講解關(guān)聯(lián)規(guī)則Apriori算法時(shí)，學(xué)生可提前學(xué)習(xí)頻繁項(xiàng)集、關(guān)聯(lián)規(guī)則、支持度、置信度、興趣度等概念以及R語(yǔ)言中的相關(guān)函數(shù)等。課中，以案例分析為基礎(chǔ)開(kāi)展課堂教學(xué)，師生圍繞案例問(wèn)題展開(kāi)討論交流和合作探究，共同完成數(shù)據(jù)挖掘的完整流程，使學(xué)生在分析和解決問(wèn)題的過(guò)程中理解和掌握數(shù)據(jù)挖掘算法在實(shí)際中的應(yīng)用，從而提高數(shù)據(jù)處理能力以及數(shù)據(jù)素養(yǎng)。課后，學(xué)生結(jié)合個(gè)人課堂學(xué)習(xí)情況，自主地對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)鞏固和拓展延伸，例如利用教師發(fā)布的測(cè)試題進(jìn)行在線知識(shí)測(cè)評(píng)，或通過(guò)教學(xué)平臺(tái)學(xué)習(xí)更多的數(shù)據(jù)挖掘案例，進(jìn)一步拓展思維、提升能力。這種翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式使學(xué)生在課下進(jìn)行知識(shí)學(xué)習(xí)，課堂上在教師引導(dǎo)下針對(duì)案例問(wèn)題展開(kāi)討論，在分析和解決問(wèn)題的過(guò)程中完成知識(shí)的內(nèi)化，不僅提高課堂效率，更激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，促使教學(xué)主體由教師逐步向?qū)W生過(guò)渡，真正實(shí)現(xiàn)學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的教學(xué)理念。

3.3.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 數(shù)據(jù)挖掘是一門(mén)實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，實(shí)驗(yàn)教學(xué)必不可少。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)使學(xué)生利用課堂所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，使學(xué)生在掌握數(shù)據(jù)挖掘理論和方法的基礎(chǔ)上提高利用、分析數(shù)據(jù)的能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用項(xiàng)目教學(xué)法，學(xué)生圍繞具體項(xiàng)目展開(kāi)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，教師以理論教學(xué)內(nèi)容為依據(jù)，在充分考慮醫(yī)學(xué)生專業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如疾病風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)、臨床輔助診斷等，以真實(shí)案例激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的主動(dòng)性。確定項(xiàng)目后，學(xué)生自由分組，每組3～4人，通過(guò)分工合作完成項(xiàng)目挖掘，要求學(xué)生實(shí)施數(shù)據(jù)挖掘的整個(gè)流程并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中掌握數(shù)據(jù)挖掘各種算法以及這些算法在實(shí)際中的應(yīng)用。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅提高學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行分析和挖掘的技能，提升數(shù)據(jù)素養(yǎng)，也鍛煉團(tuán)隊(duì)協(xié)作、溝通交流能力。

3.3.3 考核方式 課程考核是教學(xué)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，是評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的有效手段。傳統(tǒng)考核方式通常以期末考試為主，側(cè)重于考查學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握情況，忽視對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的評(píng)價(jià)，更難以反映醫(yī)學(xué)生真實(shí)的數(shù)據(jù)素養(yǎng)和數(shù)據(jù)能力水平。因此采用多元化的考核方式，開(kāi)展過(guò)程性評(píng)價(jià)，將期末考試、實(shí)驗(yàn)、平時(shí)成績(jī)綜合起來(lái)作為學(xué)生最終課程成績(jī)。期末考試主要考查學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)挖掘原理和算法的掌握情況；實(shí)驗(yàn)成績(jī)主要評(píng)價(jià)小組完成項(xiàng)目質(zhì)量、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和成員參與及表現(xiàn)等情況，反映學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)的數(shù)據(jù)分析處理能力；平時(shí)成績(jī)以學(xué)生課堂討論問(wèn)題的參與度為主要依據(jù)，同時(shí)結(jié)合考勤和作業(yè)等多個(gè)方面的表現(xiàn)。多元化的過(guò)程考核方式不僅對(duì)學(xué)生理論知識(shí)、動(dòng)手能力和數(shù)據(jù)技能進(jìn)行考核，也對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中展現(xiàn)的學(xué)習(xí)態(tài)度、方法和主動(dòng)性等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，能夠有效促進(jìn)學(xué)生發(fā)展以及數(shù)據(jù)素養(yǎng)提升。

4 結(jié)語(yǔ)

大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)對(duì)醫(yī)學(xué)生數(shù)據(jù)素養(yǎng)提出更高要求，掌握必備的數(shù)據(jù)技能可使學(xué)生更好地適應(yīng)當(dāng)前大數(shù)據(jù)醫(yī)療環(huán)境。對(duì)醫(yī)學(xué)院校而言，不僅要培養(yǎng)學(xué)生醫(yī)學(xué)專業(yè)素養(yǎng)，還應(yīng)培養(yǎng)數(shù)據(jù)素養(yǎng)，使其成為綜合型醫(yī)學(xué)人才。目前我國(guó)醫(yī)學(xué)生數(shù)據(jù)素養(yǎng)難以達(dá)到理想水平，必須構(gòu)建科學(xué)合理的課程體系，積極探索數(shù)據(jù)素養(yǎng)培養(yǎng)新模式，不斷提升醫(yī)學(xué)生數(shù)據(jù)素養(yǎng)。在培養(yǎng)過(guò)程中，重點(diǎn)培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生在數(shù)據(jù)獲取、整理、分析、呈現(xiàn)和應(yīng)用等方面的能力，同時(shí)使醫(yī)學(xué)生樹(shù)立數(shù)據(jù)意識(shí)和數(shù)據(jù)倫理，能夠認(rèn)識(shí)到數(shù)據(jù)價(jià)值并在法律和道德規(guī)范的約束下正確使用數(shù)據(jù)。醫(yī)學(xué)生數(shù)據(jù)素養(yǎng)培養(yǎng)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要醫(yī)科院校、教師和醫(yī)學(xué)生多方共同參與合作。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)校和教師要互相配合，開(kāi)發(fā)、整合多種教學(xué)資源，為學(xué)生提供豐富多樣的學(xué)習(xí)資源和完善的學(xué)習(xí)環(huán)境；醫(yī)學(xué)生要充分發(fā)揮主動(dòng)性，探索適合自身的學(xué)習(xí)方式，在學(xué)校和教師引導(dǎo)下不斷提升數(shù)據(jù)素養(yǎng)。