生物醫(yī)學工程學導論中開放性問題教學方法研究

張 松，楊益民，艾海明

（1.北京工業(yè)大學環(huán)境與生命學部生命科學與化學學院，北京 100124；2.北京開放大學科學技術(shù)學院，北京 1000081）

引言

生物醫(yī)學工程是綜合數(shù)學、物理、化學、電子信息、材料和工程理論方法，研究生物學、醫(yī)學、行為科學以及人類健康的交叉性學科[1]。生物醫(yī)學工程專業(yè)人才培養(yǎng)在國家戰(zhàn)略和經(jīng)濟發(fā)展中具有顯著的影響地位，是醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)發(fā)展的核心保障和推動力量，也是國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級的重要支柱[2,3]。生物醫(yī)學工程學導論是生物醫(yī)學工程專業(yè)的核心課程，該課程在專業(yè)人才培養(yǎng)和教學體系構(gòu)建中發(fā)揮重要作用，課程設(shè)計與教學輔導質(zhì)量更是直接關(guān)系本專業(yè)教學計劃的整體推進和學生實踐能力的培養(yǎng)[4]。

生物醫(yī)學工程導論在實際教學過程中主要存在兩大難題[5]：（1）課程理論性太強，學生理解過于抽象，個別重難點知識很難理解透徹；（2）教師并不能及時準確地評價每個學生的學習效果，很難做到個性化教學指導，不能有效地采取相應措施提高學生學習積極性。近年來，開放性問題教學方法已成為我國教學改革研究熱點，它一方面要從理論上反思、探討教法，另一方面要從實踐摸索，助力學生創(chuàng)新思維培養(yǎng)[6-8]。本文基于生物醫(yī)學工程學導論教學難題，提出了該課程開放性問題教學方法中相關(guān)研究要點。

1 開放性問題內(nèi)涵界定

開放性問題通常被視為與封閉性問題相反的問題。封閉式問題可能是一個知識問題，它要求基本的、有限的、事實性信息，有一個正確的答案，并包含在提交給被告的備選方案列表中。它也可能指沒有正確答案的態(tài)度問題。開放式問題應能捕捉到封閉式問題所不能捕捉的信息，開放式問題答案應該屬于陳述性描述。因此，開放性問題可指結(jié)構(gòu)不嚴謹?shù)膯栴}，沒有唯一正確答案或簡單解釋[9]。

現(xiàn)代課程教學要求培養(yǎng)學生解決問題的技能和學習小組協(xié)作談判技能，開放性問題教學方法為這兩種技能創(chuàng)造了最好的條件，但這也要求教師放棄對學生學習活動某種程度的控制。開放性問題教學給學生提供了實現(xiàn)其學習意圖的機會，而不僅僅只是教師的教學意圖，在很大程度上激發(fā)學生學習興趣和參與度，從而有助于培養(yǎng)學生創(chuàng)新性思維以及實現(xiàn)個性化學習。

2 開放性問題設(shè)計原則

2.1 問題設(shè)計符合學生專業(yè)水平

生物醫(yī)學工程學導論教學設(shè)計應以學生專業(yè)水平為起點，開放性問題設(shè)計應體現(xiàn)出學生的主體地位，無論是開放性問題邏輯結(jié)構(gòu)、內(nèi)容新穎程度，還是問題解答的難易程度均應符合學生的專業(yè)水平和專業(yè)認知度。教師要把控開放性問題設(shè)計時的難易度和命題范圍廣度，不能脫離學生的專業(yè)水平和專業(yè)背景，無限制地放大開放性問題的解答范圍和廣度。課堂教學引導學生討論分析開放性問題時，也不應讓學生毫無目的無限制地聯(lián)想展開，教師應做好問題思考引導工作，掌握好問題解答的節(jié)奏，從而更好地實現(xiàn)預定的教學目標。

2.2 問題設(shè)計區(qū)分出“開放性”與“隨意性”

生物醫(yī)學工程學導論中開放性問題的表述方式使其具有一些甚至許多的正確答案結(jié)果，并可通過多種途徑進行的解答。當向?qū)W生提供開放性問題時，對于專業(yè)能力低的學生應該也可以給出答案。此外，開放性問題也要求學生通過推理來解釋他們的思維模式，這可以成為教師觀察學生能力的信息來源之一。但提出開放性問題時應防止無意義和枯燥的學習，需要考慮的一個重要因素是問題本身的內(nèi)容，即提出的問題應與學生文化基礎(chǔ)相適應，問題內(nèi)容應突出“開放性”而不是“隨意性”，從而保證開放性問題教學能夠吸引學生積極參與。

2.3 問題設(shè)計立足于“問題解決”為中心

問題解決是眾多醫(yī)療器械領(lǐng)域企業(yè)人才招聘所需要的核心技能。大量調(diào)研報告指出，生物醫(yī)學工程專業(yè)畢業(yè)生進入職場時缺乏必要的問題解決技能。成功的問題解決者能夠很好地掌握解決問題所需的知識，構(gòu)建適當?shù)谋硎拘问?，使用連接問題元素的邏輯策略，并評估其解決方案。教師要求學生解決開放性問題的目的是培養(yǎng)他們解決問題的技能，使其超出在本課程所遇到的知識點或概念問題范圍。有效的開放性問題解決應側(cè)重于學生解答多次修改迭代，激發(fā)和鼓勵學生創(chuàng)造性思維進行協(xié)作分工，教師可通過提供結(jié)構(gòu)化知識框架作為腳手架，從而為學生合作問題解決行為創(chuàng)造有利條件。

3 開放性問題設(shè)計策略

3.1 問題結(jié)構(gòu)特征分析

開放性問題設(shè)計應注重問題結(jié)構(gòu)特征分析，通常，良好的問題結(jié)構(gòu)特征應包括三個要素，即問題結(jié)構(gòu)、問題情境和認知沖突。問題結(jié)構(gòu)是指形成問題要素之間穩(wěn)定的相互關(guān)系，問題要素包含主觀性要素和客觀性要素。主觀性要素是學生對于問題的主觀能動性認識，表現(xiàn)在對問題已知和未知的理解把握上，可細分為已知要素和未知要素。客觀性要素是指問題的方向和解答域，或者說問題具有明確的目的性。問題的“開放性”依賴于新穎的情境，并通過問題解決的實現(xiàn)，才能夠?qū)崿F(xiàn)其開放性潛能。教師在設(shè)計問題情境時，應能引起學生認知層次不平衡甚至沖突，從而激發(fā)學生求知欲望，促使他們積極思考問題。

3.2 問題設(shè)計方法

生物醫(yī)學工程學導論在開放性問題設(shè)計時，教師可采取下列三種方法進行編制：（1）逆向分析設(shè)計，由問題結(jié)論推導出問題解答的條件，將封閉性問題轉(zhuǎn)化為開放性問題，如“生物材料區(qū)別其他材料的顯著特征是什么？”（2）弱化或隱藏部分條件，開放性問題就需要分類討論其成立的前提條件，便構(gòu)建出由結(jié)論反演推理條件的開放性問題，如“PET系統(tǒng)需要對數(shù)據(jù)進行多種校正，請列舉兩種以上校正方法，并分析該校正方法的原理過程？”（3）關(guān)聯(lián)性問題整合設(shè)計，可在某情境下，在原問題基礎(chǔ)上與其他問題進行合理、適當?shù)年P(guān)聯(lián)整合，從而形成開放性問題，并通過醫(yī)學工程情境或模型展開討論，可有效提升課堂教學效果，如“請簡述PET成像原理和過程，在這個過程中，如何從獲得的信號中去除散射事件和隨機事件”。

3.3 問題題型設(shè)計

生物醫(yī)學工程學導論中開放性問題可被設(shè)計為發(fā)散思維類問題和評價思維類問題兩大類，見表1所示。

表1 開放性問題題型設(shè)計

4 開放性問題教學與評價

4.1 問題教學引導

生物醫(yī)學工程學導論教學過程中，部分學生在選擇某個情境問題時往往不知如何下手，教師可從三個維度進行展開引導，即基本問題、單元問題和內(nèi)容問題?；締栴}側(cè)重于思考生物醫(yī)學工程學科本質(zhì)問題，單元問題側(cè)重于問題預設(shè)的情境進行思考，內(nèi)容問題側(cè)重于必要的事實性知識，是學生能力培養(yǎng)的知識積累前提。基本問題與單元是“上位”與“下位”關(guān)系，或可理解為“抽象”與“具體”的關(guān)系，“整體”與“部分”的關(guān)系等；而內(nèi)容問題又為單元問題和基本問題提供了知識支撐。在開放性問題教學方法中，教師應正確引導學生理解開放性問題三個維度的內(nèi)涵與外延，從而幫助學生完成開放性問題思考解答。

4.2 問題教學評價

課程教學評價可包含三個要素即評價對象（如學習者、學生等）、評價指標體系、評判者（如課程主講教師、課程輔導教師等）見圖1所示。生物醫(yī)學工程學導論評價指標體系可包含內(nèi)容評價、準確度、協(xié)作能力和創(chuàng)新能力。內(nèi)容評價要考慮開放性問題解答符合探究主題、定性定量分析結(jié)果合理以及高質(zhì)量論述過程；準確度評價要考慮信息正確、完整、有用和有意義；協(xié)作能力評價要考慮同學間互相尊重、組內(nèi)成員交流協(xié)作好；創(chuàng)新能力評價要考慮開放性問題整體解答具有個人獨到見解。開放性問題教學評價也應避免過于注重評價結(jié)果而忽略評價過程，以及利用動態(tài)評價結(jié)果代替一次性靜態(tài)評價。

圖1 教學評價三要素相互關(guān)系

5 結(jié)語

開放性問題具有內(nèi)容新穎、問題形式多樣生動、解題思維發(fā)散等特點。開放性問題教學方法可引領(lǐng)學生快速消化課程內(nèi)容，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，提高學生的創(chuàng)新能力。采用這種教學方法，可讓學生成為學習的主人，從而積極主動地參與到學習活動中來，有利于師生之間的交流互動，并促成了生物醫(yī)學工程專業(yè)課程之間無縫銜接，幫助學生理解掌握醫(yī)療器械行業(yè)最新知識結(jié)構(gòu)，使得醫(yī)工專業(yè)教學真正成為一個不斷創(chuàng)新的有機整體，特別對于貼近醫(yī)工職業(yè)發(fā)展需求的應用型人才培養(yǎng)具有重要的探討價值。