生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)程序設(shè)計(jì)類課程信息化與案例化聯(lián)合教學(xué)實(shí)踐

喬 梁，鐘 華，劉 晶，粘永健，王 莉，邱明國(guó)

（陸軍軍醫(yī)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程與影像醫(yī)學(xué)系，重慶 400038）

0 引言

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”在社會(huì)各領(lǐng)域的不斷延伸，信息化教學(xué)輔助手段在豐富高校教學(xué)方法和提升教學(xué)質(zhì)量方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。將信息化手段更好地融入課程體系建設(shè)成為當(dāng)前教研改革的重要一環(huán)[1-2]。然而，在醫(yī)學(xué)院校的師生認(rèn)知層面，信息化教學(xué)改革的主體往往是醫(yī)學(xué)類和專業(yè)類課程，極少重點(diǎn)支持涵蓋信息技術(shù)知識(shí)點(diǎn)的程序設(shè)計(jì)類基礎(chǔ)課程。但程序課程對(duì)培養(yǎng)計(jì)算思維能力和適應(yīng)信息時(shí)代的專業(yè)素養(yǎng)極為重要[3]。以強(qiáng)調(diào)醫(yī)工結(jié)合的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)為例，良好的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)對(duì)學(xué)員未來(lái)從事智能設(shè)備、移動(dòng)醫(yī)療與醫(yī)療信息系統(tǒng)的研發(fā)和運(yùn)維工作有著重要意義[4]。在我校，生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的程序設(shè)計(jì)課程主要由C++程序設(shè)計(jì)必修課完成，涵蓋語(yǔ)法基礎(chǔ)、面向過(guò)程和面向?qū)ο缶幊趟枷胍约俺跫?jí)的項(xiàng)目實(shí)踐[5]。但由于該課程是定位于大一階段的基礎(chǔ)性學(xué)習(xí)，新生的專業(yè)認(rèn)知模糊，在校園創(chuàng)新、求新和社會(huì)熱點(diǎn)的沖擊下，容易對(duì)相對(duì)抽象和乏味的程序課程重視不足。而程序設(shè)計(jì)課程特別強(qiáng)調(diào)課下實(shí)踐性學(xué)習(xí)，如果學(xué)員的主觀能動(dòng)性不夠強(qiáng)，不利于打牢編程基礎(chǔ)，更不利于后續(xù)課程的深入開展。

如果能將教學(xué)過(guò)程中使用的典型信息化教學(xué)手段進(jìn)行案例化的教學(xué)設(shè)計(jì)，不但有利于體現(xiàn)課程價(jià)值，還能加強(qiáng)學(xué)員的實(shí)踐參與度與趣味性，由傳統(tǒng)的教員介紹學(xué)習(xí)目的向?qū)W員主動(dòng)求解知識(shí)內(nèi)容轉(zhuǎn)變。基于這一思路，本文重點(diǎn)對(duì)2018 級(jí)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)程序設(shè)計(jì)課程中所使用的信息化手段進(jìn)行案例化設(shè)計(jì)，并進(jìn)行課程信息化與案例化聯(lián)合教學(xué)實(shí)踐。

1 課程信息化與案例化聯(lián)合教學(xué)實(shí)踐設(shè)計(jì)思路

不同于目前主流的單純將信息化手段輔助于教學(xué)過(guò)程的單向研究思路[6]，教學(xué)組力圖將信息化手段與教學(xué)案例建設(shè)緊耦合，提出教學(xué)案例的一體化建設(shè)模式。具體流程如下：

通常將1～2 個(gè)章節(jié)設(shè)定為一個(gè)教學(xué)目標(biāo)（或稱“專題”），以“信息化教學(xué)輔助手段的篩選/設(shè)計(jì)”為起點(diǎn)和終點(diǎn)，形成一個(gè)案例化教學(xué)的閉環(huán)。教學(xué)開始前，首先由教員根據(jù)教學(xué)目標(biāo)要求梳理出章節(jié)和知識(shí)點(diǎn)的關(guān)系，依據(jù)知識(shí)點(diǎn)的難易和授課順序，與目前的經(jīng)典信息化手段進(jìn)行對(duì)接，并根據(jù)課程特點(diǎn)和學(xué)員特點(diǎn)對(duì)信息化手段進(jìn)行篩選和創(chuàng)新設(shè)計(jì)，形成對(duì)應(yīng)的教學(xué)案例；在教學(xué)過(guò)程中，利用信息化手段輔助教學(xué)、活躍氣氛的同時(shí)，通過(guò)對(duì)應(yīng)教學(xué)案例的導(dǎo)入引導(dǎo)學(xué)員主動(dòng)拆解知識(shí)點(diǎn)，引入新知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，提升學(xué)習(xí)興趣；隨后，通過(guò)課后知識(shí)點(diǎn)的實(shí)踐，要求學(xué)員分模塊完成教學(xué)案例，增強(qiáng)實(shí)踐參與度；最后，通過(guò)綜合實(shí)踐，在師生合力重現(xiàn)信息化手段輔助功能的同時(shí)，由學(xué)員主導(dǎo)主動(dòng)完善現(xiàn)有的信息化手段的設(shè)計(jì)并充實(shí)教學(xué)案例。即在教員引導(dǎo)下以學(xué)員為中心完成“使用案例—學(xué)習(xí)案例—設(shè)計(jì)案例—完善案例（師生共同）”的閉環(huán)學(xué)習(xí)過(guò)程，并反作用于信息化教學(xué)手段與教學(xué)案例的完善。

需要說(shuō)明的是，信息化手段的不斷完善和創(chuàng)新由師生共同完成，而對(duì)應(yīng)的教學(xué)案例，考慮到知識(shí)點(diǎn)的連貫性和教學(xué)的可開展性，根據(jù)學(xué)員反饋情況仍由教員主導(dǎo)完善。

2 信息化輔助手段與知識(shí)點(diǎn)對(duì)接的典型教學(xué)案例

教學(xué)組以在線學(xué)習(xí)網(wǎng)站為載體[7]，通過(guò)對(duì)信息化教學(xué)手段的篩選和創(chuàng)新設(shè)計(jì)，不斷新增具有趣味性和實(shí)用性的教學(xué)案例，利用問(wèn)題卡交互、課堂在線投票、測(cè)試情況匯總、電子白板等手段，在方便師生教學(xué)互動(dòng)的同時(shí)，也作為案例給予學(xué)員明確的階段性學(xué)習(xí)目的，引導(dǎo)學(xué)員對(duì)知識(shí)點(diǎn)的發(fā)掘，從而激發(fā)學(xué)員的主觀能動(dòng)性。以下重點(diǎn)介紹與醫(yī)工結(jié)合聯(lián)系緊密的電子白板案例。

電子白板是遠(yuǎn)程醫(yī)療中常用的遠(yuǎn)端手對(duì)手互動(dòng)工具。如圖1 所示，當(dāng)多名醫(yī)生在線會(huì)診時(shí)，電子白板可以實(shí)現(xiàn)基于同一影像的同步移動(dòng)、縮放、勾畫、注釋和文字交流，從而方便異地人員之間針對(duì)圖像細(xì)節(jié)的交流[8]。教學(xué)組將電子白板引入程序設(shè)計(jì)課程，改造為信息化教學(xué)輔助工具來(lái)豐富教學(xué)手段，并拆解為覆蓋圖形圖像處理章節(jié)多個(gè)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)案例。

圖1 遠(yuǎn)程醫(yī)療電子白板使用示例（同步瀏覽、勾畫、文字交流）

圖2 展示了師生之間在教學(xué)活動(dòng)中進(jìn)行細(xì)節(jié)交流的在線白板互動(dòng)實(shí)例。學(xué)員首先對(duì)不理解的PPT內(nèi)容截屏上傳至白板工具，并將鏈接推送給教員；然后，學(xué)員依托白板工具將不明白的地方用線條勾出，同時(shí)發(fā)送諸如“標(biāo)記處為什么輸出2？”的文字信息，教員在相同視角的截圖上用矩形框勾畫出關(guān)鍵代碼的位置，文字回復(fù)“注意構(gòu)造函數(shù)……”；學(xué)員同步瀏覽即可進(jìn)行直觀、準(zhǔn)確、簡(jiǎn)潔的在線互動(dòng)。不同于微信、QQ 或電話互動(dòng)，白板工具更強(qiáng)調(diào)“面對(duì)面”的細(xì)節(jié)討論，討論內(nèi)容可上傳至教學(xué)網(wǎng)上形成歷史問(wèn)答庫(kù)，方便所有師生瀏覽。該白板工具同樣可以用于課堂現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，在教員講授不便打斷的時(shí)候，學(xué)員可通過(guò)掃碼進(jìn)入公共白板場(chǎng)景，將想討論的內(nèi)容拍照或截屏上傳，在圖片上進(jìn)行在線提問(wèn)，方便教員在講授間隙歸納補(bǔ)充。

圖2 方便細(xì)節(jié)交流的在線白板互動(dòng)實(shí)例（截取PPT 內(nèi)容進(jìn)行在線“手對(duì)手”討論）

作為教學(xué)案例，在使用白板豐富互動(dòng)手段的同時(shí)，將繪圖、鼠標(biāo)事件功能拆分出來(lái)即形成適合現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)的簡(jiǎn)化案例，如圖3 所示。該案例主要涉及第十章圖形圖像處理基礎(chǔ)章節(jié)，覆蓋GDI+繪圖基本要素和窗體鼠標(biāo)事件兩大核心知識(shí)點(diǎn)，以及對(duì)圖片控件（PictureBox）等既往知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)化練習(xí)。

圖3 電子白板的知識(shí)點(diǎn)拆解與案例建設(shè)

圖形處理基礎(chǔ)專題重點(diǎn)介紹GDI+中的Graphics類和坐標(biāo)系統(tǒng)，并結(jié)合坐標(biāo)系統(tǒng)深入學(xué)習(xí)窗體鼠標(biāo)事件；在舉一反三利用現(xiàn)有圖片控件達(dá)到圖像縮放、變形、灰度變換目的的同時(shí)，重點(diǎn)介紹GDI+的Bitmap類，并以此深入圖像處理原理。圖2 中有關(guān)師生之間在線互動(dòng)功能的整合可以在完成第十一章數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的學(xué)習(xí)后作為課終大綜合設(shè)計(jì)的選題。

詳細(xì)的教學(xué)實(shí)施過(guò)程如下：

（1）案例的使用——學(xué)員視角下的直觀應(yīng)用體驗(yàn)。

白板工具作為課堂內(nèi)外師生在線互動(dòng)的便利工具貫穿整門課程的教學(xué)始終，使學(xué)員印象深刻，展示了遠(yuǎn)程會(huì)診常見(jiàn)手段以及生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)在醫(yī)療信息化建設(shè)方面的作用。

（2）案例的引入與拆解——教員引導(dǎo)下課堂知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)。

當(dāng)課程進(jìn)入第十章圖形圖像處理基礎(chǔ)時(shí)，教員將白板工具轉(zhuǎn)為教學(xué)案例引入課堂。

第一步，引導(dǎo)學(xué)員主動(dòng)挖掘?qū)W習(xí)內(nèi)容：教員以“白板工具應(yīng)用體驗(yàn)”為主題與學(xué)員交流該工具的優(yōu)缺點(diǎn)，重點(diǎn)討論人機(jī)交互的體驗(yàn)與優(yōu)化。由于白板已經(jīng)是每個(gè)教學(xué)周期師生互動(dòng)必用的工具，與介紹一個(gè)全新的教學(xué)案例相比，學(xué)員能夠迅速進(jìn)入狀態(tài)，想法更多，討論也更深入。

第二步，引導(dǎo)學(xué)員拆解知識(shí)點(diǎn)，明確學(xué)習(xí)任務(wù)：根據(jù)學(xué)員對(duì)人機(jī)交互體驗(yàn)提出優(yōu)化的話題，一起梳理白板工具涵蓋了哪些交互手段，梳理出窗體設(shè)計(jì)、鼠標(biāo)事件、圖片控件、時(shí)間控件GDI+等新舊知識(shí)點(diǎn)，介紹學(xué)習(xí)計(jì)劃。

第三步，以案例的功能實(shí)現(xiàn)貫穿課堂始終：拆解出自由曲線繪制（圖形）和圖片的縮放（圖像）兩大專題，一邊講解知識(shí)點(diǎn)，一邊引導(dǎo)學(xué)員一起完成相關(guān)功能的知識(shí)點(diǎn)實(shí)踐，分2 次理論和2 次實(shí)訓(xùn)課完成。

第四步，知識(shí)點(diǎn)歸納總結(jié)：在課堂共同完成案例的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上進(jìn)一步梳理窗體、控件和GDI+圖形庫(kù)中對(duì)象、事件、屬性、方法的特點(diǎn)，并根據(jù)討論交流中的“酷炫”話題，引導(dǎo)學(xué)習(xí)面向?qū)ο蟮木C合設(shè)計(jì)思想，布置課下擴(kuò)展性自主設(shè)計(jì)任務(wù)。

（3）學(xué)員自主設(shè)計(jì)與問(wèn)題反饋。

每一個(gè)教學(xué)周期內(nèi)不僅只有理論課堂，還有匹配的實(shí)訓(xùn)課、課下實(shí)踐練習(xí)的環(huán)節(jié)。通過(guò)實(shí)踐環(huán)節(jié)由學(xué)員自主完成課堂討論時(shí)各自提出的改進(jìn)計(jì)劃，要求學(xué)員至少能夠獨(dú)立編寫類似白板工具的基本交互功能。并鼓勵(lì)學(xué)員隨時(shí)隨地將不明白的地方截圖或拍照，通過(guò)白板工具與教員在線互動(dòng)。

（4）案例的完善和專業(yè)背景延伸。

在教學(xué)案例的引導(dǎo)下，學(xué)員不僅完成了學(xué)習(xí)任務(wù)，更重要的是明確了學(xué)習(xí)目標(biāo)，增強(qiáng)了主觀能動(dòng)性，最終反作用于信息化手段與教學(xué)案例的完善。該案例在教員設(shè)計(jì)之初僅是將教學(xué)組正在承擔(dān)的移動(dòng)醫(yī)療項(xiàng)目應(yīng)用于教學(xué)的嘗試，將醫(yī)學(xué)中常用的遠(yuǎn)程會(huì)診功能應(yīng)用于針對(duì)細(xì)節(jié)的“手對(duì)手”在線交流。隨著案例的使用和案例化教學(xué)的引入，學(xué)員提出了一系列的改進(jìn)建議，尤其有學(xué)員提到了保留歷次圖文交流鏈接形成歷史問(wèn)答題庫(kù)的想法，能夠?yàn)槠渌麑W(xué)員遇見(jiàn)類似問(wèn)題時(shí)提供直觀參考。歷史問(wèn)答題庫(kù)最終成為了本課程在信息化教改評(píng)比中的一個(gè)亮點(diǎn)。同時(shí)，案例完善的過(guò)程也向?qū)W員展示了生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)在醫(yī)療信息化建設(shè)中的應(yīng)用方向。

上述基于信息化手段的教學(xué)案例的特色在于既貼近課堂教學(xué)實(shí)際應(yīng)用，又覆蓋了具體的課程知識(shí)點(diǎn)和專業(yè)背景，并且程序復(fù)雜度適中，適宜1～2 次課程的知識(shí)點(diǎn)銜接。作為課堂案例導(dǎo)入后，便于師生一起制訂階段性學(xué)習(xí)任務(wù)，共同拆解知識(shí)點(diǎn)，提高學(xué)習(xí)趣味性、目的性和主觀能動(dòng)性，真正形成了教員引導(dǎo)下以學(xué)員為中心的“使用案例—學(xué)習(xí)案例—設(shè)計(jì)案例—完善案例（師生共同）”閉環(huán)學(xué)習(xí)過(guò)程。

3 生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)程序設(shè)計(jì)課程的階段性實(shí)踐效果

教學(xué)組首先從2018 級(jí)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的C++程序設(shè)計(jì)課程入手，推行信息化輔助手段與教學(xué)案例的一體化建設(shè)與實(shí)踐，在學(xué)員評(píng)教、學(xué)校評(píng)價(jià)等方面都取得了良好效果。

在學(xué)員評(píng)教方面，根據(jù)大學(xué)教務(wù)處下發(fā)的《2018—2019 學(xué)年春季評(píng)教結(jié)果統(tǒng)計(jì)》中的學(xué)員評(píng)教顯示，全校473 名承擔(dān)主講任務(wù)的教員中，該門課程主講教員的教學(xué)督導(dǎo)及學(xué)員評(píng)教的綜合評(píng)分排名全校第23 名，位列全校前10%，說(shuō)明這種教學(xué)手段改革得到了學(xué)員們很好的認(rèn)同。此外，教學(xué)組在課程結(jié)束后發(fā)起了在線匿名問(wèn)卷，問(wèn)卷內(nèi)容主要是信息化手段的案例化應(yīng)用體驗(yàn)，包括作業(yè)發(fā)布、習(xí)題反饋、掃碼反饋、在線互動(dòng)、具體效果等方面，每個(gè)方面包含2～4 個(gè)細(xì)分問(wèn)題，認(rèn)同的勾選，不認(rèn)同的備注理由。共收集到75 份在線問(wèn)卷，反饋結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 C++程序設(shè)計(jì)課程信息化手段的案例化應(yīng)用體驗(yàn)反饋結(jié)果

從表1 可以看出，在總體評(píng)價(jià)中，100%的學(xué)員認(rèn)為此方式有價(jià)值，96%的學(xué)員認(rèn)為非常有價(jià)值。在具體效果方面，100%的學(xué)員愿意用此方式學(xué)習(xí)，認(rèn)為有助于提高學(xué)習(xí)興趣和參與度。比較有意思的是習(xí)題反饋、掃碼反饋、在線互動(dòng)3 項(xiàng)中的“如無(wú)此形式，課程中的有些疑惑可能不會(huì)向教員反饋”的問(wèn)題，接近一半的學(xué)員表示認(rèn)同，而另一半附屬的理由主要是本課程比較活躍的課堂討論氣氛和課下學(xué)習(xí)氛圍有助于他們直接與教員溝通。無(wú)論如何，此方式均達(dá)到了讓學(xué)員主動(dòng)學(xué)習(xí)的目的。該問(wèn)卷調(diào)查是在課程結(jié)束上報(bào)成績(jī)之后，且為匿名問(wèn)卷，有很強(qiáng)的可信度。

在學(xué)校評(píng)價(jià)方面，教學(xué)組以信息化手段與教學(xué)案例一體化建設(shè)為核心的課程改革在經(jīng)過(guò)與全校各院系選送的27 門完整課程評(píng)比之后，獲得了全校2019 年度首屆信息化教學(xué)專項(xiàng)改革評(píng)比的前三名，教學(xué)組長(zhǎng)榮獲信息化教學(xué)專項(xiàng)改革標(biāo)兵。該門課程同時(shí)被教務(wù)處評(píng)定為大學(xué)優(yōu)質(zhì)課程。

4 結(jié)語(yǔ)

案例化教學(xué)一直是高校課程建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，但要形成一個(gè)知識(shí)點(diǎn)集中、有一定實(shí)用性和趣味性，又能讓學(xué)員直觀理解的優(yōu)質(zhì)教學(xué)案例并不簡(jiǎn)單。本文提出將信息化教學(xué)手段與教學(xué)案例建設(shè)緊耦合的一體化建設(shè)模式，通過(guò)直觀性和趣味性來(lái)引導(dǎo)學(xué)員對(duì)知識(shí)點(diǎn)求解的主觀能動(dòng)性，并反作用于案例的完善和信息化手段的改進(jìn)，從而迭代完善出高質(zhì)量的教學(xué)案例。

從學(xué)員的反饋?zhàn)C實(shí)本文提出的信息化手段的案例化建設(shè)與應(yīng)用在方便教員掌控學(xué)習(xí)狀態(tài)的同時(shí)，有利于提升學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情和課程價(jià)值認(rèn)同感，能夠很好地幫助師生共同實(shí)現(xiàn)課程知識(shí)點(diǎn)的梳理和開展，在課中和課后不斷有學(xué)員參與到教學(xué)信息化手段的設(shè)計(jì)和完善中來(lái)，大大助力了學(xué)員動(dòng)手實(shí)踐和思考能力的培養(yǎng)。而且課程結(jié)束后收到了全體學(xué)員以及所屬學(xué)員隊(duì)要求增開第二課堂和選修課的請(qǐng)求。

綜上，本文在契合新時(shí)代信息化教學(xué)的發(fā)展方向[9-10]，積極推進(jìn)信息化手段輔助教學(xué)的基礎(chǔ)上，著力于發(fā)揮程序設(shè)計(jì)課程本身在信息化建設(shè)中的知識(shí)點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，所形成的實(shí)踐效果和案例化建設(shè)思路可以為醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的程序設(shè)計(jì)類課程以及醫(yī)學(xué)專業(yè)的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程提供參考。