疫情期間《醫(yī)學圖像處理》和《醫(yī)學影像系統(tǒng)原理》在線課程的實踐與思考

丁明躍 岳 征

（華中科技大學生命科學與技術(shù)學院生物醫(yī)學工程系 湖北·武漢 430074）

0 引言

2020年春季，因受到百年不遇新冠疫情影響，學生無法正常開學上課。對此，教育部發(fā)布了《指導(dǎo)意見》要求各高?！巴Ｕn不停教、停課不停學”，將各種教學活動從教室轉(zhuǎn)移到線上，并努力保證疫情期間的教學進度和質(zhì)量[1]。在線教學作為疫情背景的教學應(yīng)急手段，對于以往在現(xiàn)場教室開展授課的教師而言，是一個新的挑戰(zhàn)。因為大多數(shù)的老師都是第一次采用在線教學的形式進行授課。尤其是如此大密度、高強度的應(yīng)用在線教學方式，應(yīng)該在古今中外尚屬首次。

在線教育實踐方式可以簡單地被分為三個時代。其中，在線教育1.0，又稱之為“錄播課”時代。它主要通過播放老師事先錄制好的講課視頻來上課。優(yōu)點是可以反復(fù)錄制或請專業(yè)人員做后期的加工處理，缺點是方式陳舊，對學生吸引力低，教學效果差。在疫情期間，我們系有少數(shù)老師采用這種方式，但是結(jié)果表明其效果不佳。在線教育2.0時代是所謂的“在線教學”時代。老師通過現(xiàn)場直播方式進行課程講授，學生感受較好，有較大的吸引力。但要求老師前期做好充分準備，不僅要提前熟悉講課內(nèi)容，還必須做好網(wǎng)絡(luò)準備，保證網(wǎng)絡(luò)連接的暢通，熟悉所使用的授課軟件等，以避免在直播在線課程過程中出現(xiàn)死機、掉線、找不到需要的功能鍵等一些影響教學效果極端情況的出現(xiàn)。在線教育3.0時代則在2.0時代基礎(chǔ)上進一步考慮到了人機社群形成、能力價值塑造、身份認同提升等更廣泛而深刻的教育目標，從而達到師生交融、有機互動的一種新的教學方式[2]。

此次大規(guī)模的在線教學活動，大多數(shù)老師都是采用了在線教育2.0時代方式，同時也有部分老師也在對于在線教育2.0時代步入3.0時代做了一些探索與嘗試。在疫情期間，當前的在線教育2.0時代在線教學還存在著諸多問題，也吸引了眾多學者在一些層面上所進行的討論。比如付衛(wèi)東、周洪宇認為在線教育面臨“不同地區(qū)和學校網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和硬件設(shè)備存在嚴重‘苦樂不均’、教師信息技術(shù)水平和應(yīng)變能力‘心有余而力不足’、居家在線學習家長學生和學?！鞔蹈髡{(diào)’；家長學生個性化、優(yōu)質(zhì)化在線教育需求強烈但‘眾口難調(diào)’”等困境[3]。也有學者從實證分析角度思考，認為教學過程中存在“學生學習自主性偏低，難以適應(yīng)居家學習的要求”[4]，“優(yōu)質(zhì)線上資源得不到有效利用，教學和管理策略落后”[5]等。作為一名高校教師，在線教育在不斷的發(fā)展、普及，在發(fā)展的過程中，更加關(guān)注于在線教學形式下的授課效果。就某一門課程開展的教學活動而言，在線教學的教學效果與線下課堂授課相比較，還欠缺什么？又有哪些是在線教學的獨特優(yōu)勢？隨著科學技術(shù)的發(fā)展，在線教育課堂是變成在線形式的線下課堂，還是要獨樹一幟做出更大的創(chuàng)新與改革等等問題都值得我們?nèi)ニ伎己吞剿鳌?/p>

本文結(jié)合作者在疫情期間承擔的華中科技大學生物醫(yī)學工程專業(yè)本科生專業(yè)課程《醫(yī)學圖像處理》與《醫(yī)學影像系統(tǒng)原理》的教學詳情，分析與回答我們上面提出的問題。后文行文結(jié)構(gòu)如下：第2節(jié)重點介紹了兩門課程的實際教學計劃和具體的教學情況；第3節(jié)比較了此次在線教學與之前非在線的現(xiàn)場教學之間的差異性；最后，第4節(jié)將對如何更好地改進在線課堂教學效果給出了意見與建議。

1 《醫(yī)學圖像處理》和《醫(yī)學影像系統(tǒng)原理》在線教學的情況介紹

2020年春季學期，《醫(yī)學圖像處理》和《醫(yī)學影像系統(tǒng)原理》面向生物醫(yī)學工程專業(yè)大三學生開課。這兩門課程是我校生物醫(yī)學工程專業(yè)本科生非常重要的專業(yè)課程，每年都吸引了大約該年級70%-80%的學生選課。其中《醫(yī)學圖像處理》課程不僅講授了圖像處理的基本理論與方法，而且還兼顧了理論學習與算法編程實踐。《醫(yī)學影像系統(tǒng)原理》是從事醫(yī)學影像相關(guān)研究的基礎(chǔ)課程，不僅注重理論教學并在一定程度上要求鍛煉提高學生信息檢索能力。在2020年春季的在線教學過程中，首先通過騰訊QQ軟件分別給兩門課程建立了相應(yīng)的班級QQ群，并通過QQ群應(yīng)用“群課堂”進行線上的實時授課（圖1）。該應(yīng)用在進行教學時，由教師在其電腦上開啟攝像頭現(xiàn)場直播，結(jié)合播放授課PPT來為大家進行講解。在授課過程中，還可以穿插提問，學生可以通過在群課堂的聊天框可以實時的進行提問或者討論，通過“舉手”功能和申請發(fā)言來示意教師要提問、回答問題或者發(fā)表言論，教師可以指定同學進行視頻互動來回答問題和闡述看法。本次在線教學的課時、上課日期安排由學校制定，與往年在校課程安排完全一致；每周兩次課，一次兩個學時。一堂課45分鐘，兩堂課中間休息5分鐘，也基本與線下授課一致。上課時由教師開啟自動錄制功能，課后學生還能夠通過群課堂觀看回放上節(jié)課的內(nèi)容。

圖1：課堂截屏

課程考核按照平時成績（40%）與考試成績（60%）進行評分（2019年為平時成績（30%）與考試成績（70%）），其中平時成績包括考勤、作業(yè)、課上表現(xiàn)加分，《醫(yī)學圖像處理》的作業(yè)形式為醫(yī)學圖像處理的算法編程實現(xiàn)，《醫(yī)學影像系統(tǒng)原理》作業(yè)形式為思考題作答。考勤由助教負責，通過對群課堂的上課人員列表進行核對來記錄考勤情況；作業(yè)由各個專業(yè)班級的班委負責收集并提交給助教，同時報告作業(yè)提交情況；最終考試使用QQ群來發(fā)放試題的電子文檔，由學生在無監(jiān)考的情況下在文檔上進行作答并在最后通過QQ或者郵件提交試卷，試卷提交時間以文件發(fā)送與郵件發(fā)送時間為準。如圖2、3所示，左側(cè)從上到下三張圖分別為2019年春季學期的平時、考試和綜合成績分布直方圖，右側(cè)從上到下三張圖分別為2020年春季學期對應(yīng)的成績分布直方圖（其中2019與2020綜合成績0～59分段的一人均為因個人原因缺考）。這種考試缺失監(jiān)考手段，但根據(jù)對圖2、圖3中的考試成績分布直方圖可知，本次考試與2019年監(jiān)考的線下考試相比，《醫(yī)學圖像處理》在各個分段的分布變化不大，《醫(yī)學影像系統(tǒng)原理》在90-100分段的人數(shù)比例有較大幅度提高。

圖2：《醫(yī)學圖像處理》課程成績分布直方圖

圖3：《醫(yī)學影像系統(tǒng)原理》課程成績分布直方圖

2 在線教學與線下教學對比

根據(jù)第2章節(jié)中對本次在線教學活動的介紹，本章節(jié)將對照此前的線下教學工作經(jīng)驗，總結(jié)本次教學活動的特點。

線上教學使學生和教師擺脫了上課時的“空間束縛”，學生和教師只需要擁有教學和上課設(shè)備并在滿足條件的場景就能夠開展教學活動，而不需要集中到固定教室進行上課，提高了教學的便捷性，降低了教學成本。

本次教學活動從整體安排和設(shè)計上來看，可以簡單地認為是把教室“搬”到了QQ群的群課堂應(yīng)用上，由此直接造成的影響是，教師獲取學生上課狀態(tài)的第一道途徑從教師在講臺上直接觀察學生的表現(xiàn)變成了聊天框中的文字，并且減少了學生與教師之間的信息交互渠道。本次在線上授課時，教師無法隨時查看學生們聽課的狀態(tài)，只能通過軟件提供的聊天框、“舉手”功能、學生回答問題時的音視頻連線來被動獲取學生的聽課反饋，這對教師、學生均提出了更高的要求。教師必須更加主動地與學生展開交流、提問和討論，把握學生對教授知識的掌握狀態(tài)，從而能夠為班級開展個性化的教學活動；而學生必須更加主動地對教師進行反饋，積極地根據(jù)自己掌握知識的程度對教師提出教學進度、方式等的建議，為教師開展班級個性化教學提供依據(jù)。

本次線上教學活動中還存在一個重大的缺陷，即在使用電子試卷答題時線上考試無法完全通過平臺進行嚴格的監(jiān)考。根據(jù)調(diào)研，現(xiàn)有的在線教學軟件或者在線考試平臺在實現(xiàn)考試監(jiān)考方面均具有一定的局限性，一般包括下面幾種情況：

（1）無法進行監(jiān)考。如我們在第二章節(jié)介紹的情況一般，很多在線教學平臺并沒有提供進行監(jiān)考考試的功能，僅僅在書面規(guī)則上提出考試要求而缺失監(jiān)督的手段，作弊情況無法被發(fā)現(xiàn)和懲戒，由此極大增加了考試不公平問題的發(fā)生概率。

表1：2020年課程考勤情況

（2）進行有限的監(jiān)考。部分軟件通過單獨開啟考生攝像頭或者監(jiān)督電腦屏幕來進行監(jiān)考。雖然這比上一種情況而言能夠減少作弊的發(fā)生，但是這樣明顯無法進行充分的監(jiān)督，還是存在很多漏洞。上面兩種方法單獨進行都會存在監(jiān)督范圍不全面的問題，而同時進行時，監(jiān)考教師從每個考生獲取到的畫面是獨立的，因此對于人數(shù)較多的考試而言，無論是開啟攝像頭還是監(jiān)督屏幕，執(zhí)行監(jiān)考都很困難。

（3）監(jiān)考過于嚴格。根據(jù)調(diào)查，有些平臺通過自動監(jiān)督考生電腦操作以及攝像頭監(jiān)督相結(jié)合的方式來提供監(jiān)考服務(wù)，能夠解決情況（2）中的部分問題。但是當前監(jiān)督考生電腦的操作這種方式由寫好的程序來執(zhí)行，實現(xiàn)功能過于死板，容錯率較低，容易導(dǎo)致誤判。

3 在線教學的未來發(fā)展思考

這次全國大、中、小學校開展大規(guī)模的全面在線教學是其面對疫情所做出應(yīng)對方法，然而有學者認為疫情后的教育教學將發(fā)展為一種“新常態(tài)”，走向“線上+線下”結(jié)合的混合教學模式，在線教育是時代發(fā)展的一個必然趨勢，在線教學可能會成為線下教學的補充手段，彌補線下教育的不足[6]。教育是在不斷地創(chuàng)新—實踐的循環(huán)中不斷發(fā)展的，對于在線教育這一形式，它是在其支撐的技術(shù)滿足的前提下而發(fā)展的，但是技術(shù)不能作為引導(dǎo)教育改變的根本驅(qū)動力。僅僅把線下課堂搬到互聯(lián)網(wǎng)上是在線教育的一種技術(shù)引領(lǐng)的方式，通過技術(shù)克服了疫情帶來的教學問題，但是在后續(xù)的在線教學發(fā)展中，應(yīng)當做出更加多樣性的改變。教育學家應(yīng)該靈活設(shè)計在線教學方案，用超前的技術(shù)眼光把教學思路打開，充分挖掘在線教學的各種可能形式，進行有效的創(chuàng)新。對于教師而言，在線教學的潛力也應(yīng)該得到更多的重視，而非僅僅當作線下教學的應(yīng)急替代方案，充分利用教師身處教學一線的地位，積極整理在線教學的經(jīng)驗，探索意義更加豐富的在線教學應(yīng)用。