基于虛擬教研室的雙線融合教學模式的構(gòu)建

張 昊 王 欣 靳瑞霞

新鄉(xiāng)醫(yī)學院三全學院 河南新鄉(xiāng) 453003

1 概述

1.1 背景

醫(yī)學發(fā)展經(jīng)歷了經(jīng)驗醫(yī)學時代、科學醫(yī)學時代，當前醫(yī)學進入整合醫(yī)學時代?？茖W技術(shù)正在從信息時代進入人工智能時代。隨著大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)融入醫(yī)療領域，醫(yī)學逐漸形成全新的知識體系和圖譜，以及全新的思考模式和處理方案。在新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)和新模式不斷涌現(xiàn)的背景下，迫切需要發(fā)展新醫(yī)科+新工科教學理念，建立符合時代發(fā)展的人才培養(yǎng)體系[1]，這要求醫(yī)學高等教育從理念、內(nèi)容、標準和方法進行創(chuàng)新[2]。

“醫(yī)學影像工程學”除了涉及醫(yī)學，還涉及信息、計算機、電子等工學學科以及互聯(lián)網(wǎng)、人工智能和大數(shù)據(jù)等新興學科，是典型的新生交叉學科[3]。為適應多學科、新技術(shù)融合的發(fā)展趨勢，本文在不改變、不影響原有教研室、教學團隊格局的基礎上，以信息技術(shù)為依托，建設動態(tài)開放的虛擬教研室?；谔摂M教研室，通過跨學科師資隊伍構(gòu)建雙線融合式教學模式。通過探索推進新型教學組織和培養(yǎng)模式，為“智能醫(yī)學影像”課程的高質(zhì)量教學提供有力支撐，培養(yǎng)具有基礎醫(yī)學、醫(yī)學影像學和信息技術(shù)、智能技術(shù)的基本理論和技能的醫(yī)學影像工程人才，為從事智能醫(yī)學影像工作打好基礎[3]。

1.2 概念

1.2.1 虛擬教研室

以教研室為主的基層教學組織，是我國高等教育發(fā)展的基石。高校教研室在20世紀50年代形成，經(jīng)歷過初創(chuàng)期、定型期、恢復和轉(zhuǎn)型期、虛化期四個階段[4]，具有教學、科研職能和基層管理職能。20世紀90年代，隨著科研評價導向日盛，教研室的管理功能增強，而教學從有組織的交流、研討和有指導的集體活動回歸到個人活動，削弱了教學質(zhì)量[5]。在新醫(yī)科背景下建立教學學術(shù)交叉、融合和創(chuàng)新發(fā)展的機制，教研室再次扮演重要角色。2020年，教育部高等教育司要求“全面加強基層教學組織建設”，要求恢復、完善和提升教研室功能，探索基層教研組織的新形態(tài)、新形式，并于2021年7月發(fā)布了《關于開展虛擬教研室試點建設工作的通知》。

虛擬教研室利用現(xiàn)代信息技術(shù)手段將學科領域涉及的資源進行整合，成員可以是跨學科、跨校、跨單位、跨國際的教研工作者，以網(wǎng)絡教學平臺作為載體，就相關科研、教研課題共同商討和活動，承擔著教學學術(shù)研究、教學改革先行先試等教研功能和教學理念技能示范推廣、基層教學組織創(chuàng)新等職能[6]。虛擬教研室的建設遵循問題導向、交叉融合、前瞻研究和動態(tài)建設等原則，具有一般科研學術(shù)共同體的自主性、自覺性和自律性等特點。同時破解了地理局限、學科專業(yè)局限、行政隸屬局限等短板，使具有共同目標的教師聯(lián)合致力于教學學術(shù)研究[7]。

虛擬教研室將學科領域涉及的人才資源進行整合，共同組織教學研討活動。一方面，推動教師“新醫(yī)科”背景下加強對學科融合、專業(yè)建設、課程實施、教學內(nèi)容、教學方法、教學手段、教學評價等方面的研究探索。另一方面，運用信息技術(shù)手段，探索突破時空限制、高效便捷、“線上+線下”結(jié)合的教研模式，形成基層教學組織建設管理的新思路、新方法、新范式。

1.2.2 “智能醫(yī)學影像”課程

新工科、新醫(yī)科是國家為應對新科技革命和產(chǎn)業(yè)變革提出的“四新”中的重要組成部分。新工科專業(yè)主要指針對新興產(chǎn)業(yè)的專業(yè)，以互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)智能為核心，包括大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、區(qū)塊鏈、虛擬現(xiàn)實、智能科學與技術(shù)等相關工科專業(yè)。2017年國務院發(fā)布《關于開展新工科研究與實踐的通知》，2018年教育部辦公廳發(fā)布《高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃》的通知，要求推進“新工科”建設。新醫(yī)科是以人工智能為代表的新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命對醫(yī)學產(chǎn)生影響后的產(chǎn)物，與新工科交互推動。從新工科、新醫(yī)科的建設內(nèi)涵上來看，兩者存在天然的契合性及學科交叉性。新醫(yī)科教育體系的目的是培養(yǎng)能適應以人工智能為代表的新技術(shù)革命，能運用交叉學科知識解決未來醫(yī)學領域前沿問題的創(chuàng)新人才，是新工科、新醫(yī)科融合發(fā)展的必然趨勢，也是人才市場需求的必然結(jié)果。

在醫(yī)學院校實現(xiàn)“新醫(yī)科”建設，必須以醫(yī)工融合為抓手。醫(yī)學影像工程是典型的醫(yī)工融合學科，該學科綜合了醫(yī)學、工學、理學，又在人工智能等新興技術(shù)的推動下，催生了智能醫(yī)學影像工程。該學科是新科技革命在醫(yī)學領域中落地的核心和重心，也是新興技術(shù)最先嘗試的試驗田。智能醫(yī)學影像工程是醫(yī)學、工程、智能技術(shù)融合的學科。其核心課程是“智能醫(yī)學影像”，主要內(nèi)容是介紹用人工智能技術(shù)解決醫(yī)學影像在生成、處理、分析輔助診斷中產(chǎn)生的問題。

1.2.3 雙線融合教學

雙線融合教學指師資的兩個雙線融合和教學過程的兩個雙線融合。

師資的兩個雙線融合指的是在院系層面和校企層面的融合師資和教學資源。(1)在校內(nèi)，智能醫(yī)學工程學院提供成像原理、影像設備學的師資和教學資源；醫(yī)學影像學院提供檢查技術(shù)、影像診斷相關的師資和教學資源。(2)在校企層面，醫(yī)院影像科提供醫(yī)學影像解讀的師資和教學資源；醫(yī)學影像企業(yè)提供影像設備學、智能圖像處理相關的師資和教學資源?；谝陨先诤辖M建虛擬教研室。

教學過程中的兩個雙線融合指的是融合課堂授課、融合授課對象。(1)融合課堂教學，即雙師進課堂，根據(jù)課程的內(nèi)容需求和師資的優(yōu)勢差異，將兩個學院的教師、臨床影像醫(yī)師和影像工程師兩兩結(jié)合。每堂課都會有兩個不同來源的教師，負責成像原理、影像設備學、檢查技術(shù)、影像診斷、智能圖像處理等模塊的教學。(2)授課對象的融合，融合教學可對智能影像工程專業(yè)、醫(yī)學影像技術(shù)專業(yè)、智能醫(yī)學工程專業(yè)醫(yī)學影像處理方向進行教學，還可為影像學、臨床專業(yè)提供具有“新醫(yī)科+新工科”思維的課程。

1.3 研究狀況

2016年，國家發(fā)改委、科技部、工信部制定《促進新一代人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動計劃(2018—2020年)》，提出要助推人工智能應用場景落地，特別是在智慧醫(yī)療領域，支持開發(fā)數(shù)字化醫(yī)療影像設備、分析系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)、健康檢測系統(tǒng)等智能醫(yī)療設備的研制及產(chǎn)業(yè)化。

為落實該計劃，國家教育部批準上海大學開設智能醫(yī)學診療專業(yè)，上海健康醫(yī)學院開設智能影像工程專業(yè)。上海大學與上海全景醫(yī)學影像診斷中心合作建立“上海大學醫(yī)學影像教學科研基地”，相關專業(yè)學生在該基地實習、科研，實現(xiàn)企業(yè)與高校間的人才培養(yǎng)[8]。上海健康醫(yī)學院選送教師赴各大院校、醫(yī)療機構(gòu)和醫(yī)療器械公司深造。同時引入醫(yī)療機構(gòu)和行業(yè)企業(yè)的優(yōu)質(zhì)資源，聘任醫(yī)師和工程師作為外聘教師，共同完成專業(yè)定位、培養(yǎng)方案制訂、專業(yè)課程授課等教學行為。復旦大學與華為聯(lián)合開設醫(yī)學人工智能課程，涵蓋人工智能在醫(yī)學影像學數(shù)據(jù)、組學數(shù)據(jù)、電子病歷數(shù)據(jù)、醫(yī)學場景中的運用[3]。校企通過共建教學合作機制，融合優(yōu)勢資源，開發(fā)課程體系，實現(xiàn)雙贏。

目前，校企的合作停留在院校或院系層面，并沒有融入教研室的日常教學工作中。同時，校內(nèi)的師資和教學資源也并沒有得到最優(yōu)化的配置，重復建設、信息孤島的現(xiàn)象仍是制約教學效果的主要因素。另外，醫(yī)學影像人才的培養(yǎng)沒有很好地將大數(shù)據(jù)、云計算、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等學科融合到教學活動中，沒有解決好基礎醫(yī)學、臨床醫(yī)學與智能醫(yī)學的關系[3]。

2 研究過程

通過配置各方資源，建設虛擬教研室，實施雙線融合教學模式，將教學與能力需求聯(lián)系起來，將綜合素質(zhì)和專業(yè)技能結(jié)合，旨在培養(yǎng)具有醫(yī)學背景、掌握人工智能相關理論和技能、工程能力強的應用型智能醫(yī)學影像人才，以適應社會、企業(yè)和行業(yè)的實際需要。還可為醫(yī)學影像學專業(yè)、臨床專業(yè)、其他專業(yè)提供具有“新醫(yī)科+新工科”思維的選修課程。

2.1 研究對象

本課題的研究對象為智能影像工程類專業(yè)，包括智能影像工程專業(yè)、醫(yī)學影像技術(shù)專業(yè)、智能醫(yī)學工程專業(yè)影像處理方向。該類專業(yè)人才既要具有醫(yī)學基礎和臨床實踐能力，也要掌握工學和智能類知識，能運用前沿工程技術(shù)破解醫(yī)學問題[9]，可從事醫(yī)學影像設備的智能化研究、開發(fā)、管理與使用，解決我國醫(yī)學影像領域創(chuàng)新能力不足、影像診斷治療水平發(fā)展不均衡等問題。

2.2 研究步驟

2.2.1 搭建虛擬教研室

智能醫(yī)學影像虛擬教研室由本校的智能醫(yī)學工程學院、醫(yī)學影像學院與附屬醫(yī)院影像科、醫(yī)學影像儀器生產(chǎn)企業(yè)、智能影像處理企業(yè)共同組建，成員包括教學院長、科室主任、項目經(jīng)理、工程師、專業(yè)負責人、專業(yè)教師、實驗教師。

發(fā)起人負責組織教學實施及管理工作，明確成員及工作職責。成員共建人才培養(yǎng)計劃、教學大綱、課程建設規(guī)劃；通過“云端”建設優(yōu)質(zhì)共享的教學資源庫：知識圖譜、教學視頻、電子課件、習題試題、教學案例、實訓項目、影像數(shù)據(jù)集等；開展教研和教學活動，落實課程建設任務，實現(xiàn)雙線融合教學模式的目標。教研活動包括專業(yè)需求討論、專業(yè)知識講座、技術(shù)講座、行業(yè)講座、企業(yè)走訪。教學活動包括課程教學、實踐教學、教改研究、教學交流、學生評獎、質(zhì)量評價等。教研、教學的方式以項目、課題形式呈現(xiàn)，以研討、分享、交流和培訓等方法實施。載體以線上為主，線上線下混合。線上活動選擇直播教學平臺、會議平臺實現(xiàn)，進行資源儲備、課程建設、案例積累、成果固化等。教研活動所需場所、辦公設施、經(jīng)費等由教務部門提供，保障教學研究等活動順利開展。

2.2.2 建設融合授課模式

為保證人才培養(yǎng)質(zhì)量，銜接不同的學科，更好地搭建知識體系，虛擬教研室采用“共同上課、共同科研、共同學習”的雙師進課堂的融合授課模式。一方面，由于智能醫(yī)學影像學科的前沿性和交叉學科性質(zhì)，教學活動要根據(jù)課程內(nèi)容匹配相應的師資組合進行授課，同一次課由不同專業(yè)背景的教師從不同角度對學科知識進行解讀和傳授。智能醫(yī)學工程學院的教師、影像工程師和影像技師負責成像原理、影像設備學、智能圖像處理的教學；醫(yī)學影像學院的教師和影像醫(yī)師負責檢查技術(shù)、影像診斷的教學。另一方面，由于虛擬教研室所屬成員其學科的特殊性、交叉性，不僅對智能影像工程類專業(yè)授課，還可通過模塊化設計，承擔影像學和臨床專業(yè)的相關課程。

2.2.3 建立考核體系

考核體系分兩類，一類是對教研室成員的考核：針對跨單位的特點，構(gòu)建專業(yè)教學督導組的教學質(zhì)量管理體制，開展教學評價。定期組織教學檢查、教師聽課、學生座談會、調(diào)查問卷，將問題反饋給教師，督促其改進，保證虛擬教研室教學質(zhì)量；開展集體備課，消除不同專業(yè)背景教師的教學盲點。一類是對授課對象進行的考核，根據(jù)不同專業(yè)的學情和培養(yǎng)目標的不同，制定相適應的考核模式和標準。要求智能影像工程類專業(yè)掌握醫(yī)學影像的成像原理、設備構(gòu)成、影像處理技術(shù)，熟練操作、維護、檢修醫(yī)學影像設備，運用智能技術(shù)處理醫(yī)學影像問題。影像學專業(yè)、臨床專業(yè)和其他專業(yè)的要求達到了解、簡單操作、處理的程度即可。

新醫(yī)科背景下的醫(yī)學影像人才培養(yǎng)評價體系不僅局限于醫(yī)學知識和臨床技能的關注，還增加了對人工智能相關學科的基礎知識、人工智能新技術(shù)的考核。

2.2.4 實驗階段

以本校智能影像工程專業(yè)的兩個班和醫(yī)學影像技術(shù)專業(yè)的兩個班作為研究對象，兩個專業(yè)中各取一個班為實驗組，另外兩個班為對照組。在實驗組，用本文提出的虛擬教研室教學共享資源以及雙線融合體系進行人才培養(yǎng)，對照組采用傳統(tǒng)教學方法進行人才培養(yǎng)。經(jīng)過一個完整教學周期后，對兩組學生進行統(tǒng)一考試，考試內(nèi)容涉及醫(yī)學影像知識鏈上不同學科的知識，對成績做數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理。

3 數(shù)據(jù)記錄與分析

3.1 教學效果評價

考核科目為成像原理及設備學、影像檢查技術(shù)及診斷學、智能圖像處理等，教學效果評價的指標為上述考試科目的成績。

3.2 統(tǒng)計學處理

實驗組和對照組各科成績比較表

3.3 結(jié)果分析

本文設計的基于虛擬教研室的雙線融合教學提供了豐富的教學案例，串聯(lián)了不同課程知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，豐富了教學的實踐形式，有利于促進學生認知結(jié)構(gòu)的形成和參與課堂的積極性，教學效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)教學模式。

4 討論

本設計聯(lián)合高校、行業(yè)、企業(yè)組建智能醫(yī)學影像虛擬教研室，構(gòu)建涉及成像原理、設備、檢查技術(shù)和影像處理的雙線融合式教學模式。此次教學模式的改革調(diào)動了參與方的優(yōu)勢資源和師資，發(fā)揮網(wǎng)絡教學平臺的優(yōu)勢，激發(fā)學生學習積極性，筑牢知識體系。未來在虛擬教研室的基礎上，建立醫(yī)學影像實訓教學中心，使醫(yī)學影像實訓室能夠與直屬附屬醫(yī)院放射科、影像核醫(yī)學科的診斷工作站聯(lián)網(wǎng)，使實踐教學環(huán)節(jié)更貼近臨床真實情景。