基于人機(jī)互融的智慧教學(xué)在組織學(xué)與胚胎學(xué)中的探索*

陳 晶 趙紫薇 楊美霞 程 云 韓曉敏

（包頭醫(yī)學(xué)院組織學(xué)與胚胎學(xué)教研室，包頭 014040）

隨著移動智能終端產(chǎn)品的普及，當(dāng)代大學(xué)生從小就生活在手機(jī)、電腦、平板、電視的4屏?xí)r代，而“云計算+移動互聯(lián)網(wǎng)+4屏”聯(lián)動的時代已經(jīng)來臨。2012年教育部印發(fā)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020）》提出了強(qiáng)化信息技術(shù)在高等教育中的應(yīng)用?；诋?dāng)代信息化技術(shù)如人工智能、互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、云平臺等的發(fā)展，智慧教育應(yīng)運而生[1]。人機(jī)互融的智慧教學(xué)是通過人工智能技術(shù)與教師教學(xué)相互融合。通過構(gòu)建技術(shù)融合的學(xué)習(xí)環(huán)境，改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，讓教師能夠施展高效的教學(xué)方法、管理制度，讓學(xué)習(xí)者能夠獲得適宜的個性化學(xué)習(xí)服務(wù)和美好的發(fā)展體驗，實現(xiàn)教學(xué)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、感知化、互聯(lián)化、信息化等[2]，使教師更為靈活多樣且高效地開展教學(xué)活動，使學(xué)生更為直接、便捷且積極主動地開展學(xué)習(xí)，以此實現(xiàn)創(chuàng)造型人才的培養(yǎng)[3]。如何能夠更加有效地利用人工智能、虛擬仿真等信息技術(shù)，更好地開展人機(jī)互融的智慧教學(xué)尚屬起步階段。如何在醫(yī)學(xué)課程中開展智慧教學(xué)，其相關(guān)研究較少?，F(xiàn)以基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)課程組織學(xué)與胚胎學(xué)為例，探討智慧教學(xué)的改革之路。

1 基于信息化工具的人機(jī)互融的智慧教學(xué)

基于各類信息化工具，構(gòu)建多角度、立體化的學(xué)習(xí)體系，使學(xué)習(xí)者能夠獲得感知、體驗、實踐為一體的學(xué)習(xí)體會，使學(xué)習(xí)者成為學(xué)習(xí)的主體。

1.1 基于優(yōu)慕課平臺和自建資源開展小規(guī)模限制性在線課程（small private online course，SPOC）教學(xué)

SPOC是由加州大學(xué)伯克利分校的阿曼德?？怂菇淌谔岢龅膮^(qū)別于MOOC（massive open online courses）的一種教學(xué)模式。與MOOC的完全開放性不同，SPOC可以對學(xué)生設(shè)置準(zhǔn)入條件，可以面向校內(nèi)學(xué)生，教師完全介入到學(xué)生的學(xué)習(xí)，開展線上師生交流、答疑和討論，甚至根據(jù)學(xué)生不同的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，在課堂上針對某些關(guān)鍵知識點主動要求部分學(xué)生做一些特殊的思考，開展“面對面”的輔導(dǎo)。SPOC的核心理念是實行私有的、定制的、高質(zhì)量的教學(xué)。

優(yōu)慕課平臺是我校引入的綜合智慧教育平臺，是教育部首批教育信息化試點平臺，可助力構(gòu)建院校信息化教學(xué)與管理支撐系統(tǒng)，為SPOC教學(xué)的開展提供信息技術(shù)和平臺支撐。自2018年開始，進(jìn)行了優(yōu)慕課平臺組織學(xué)與胚胎學(xué)資源建設(shè)與初步應(yīng)用。目前形成了包括課程簡介、學(xué)習(xí)園地、課程活動、課程資源四大板塊。其中學(xué)習(xí)園地板塊以章節(jié)進(jìn)行設(shè)置，比較符合學(xué)生的傳統(tǒng)認(rèn)知特點。每個學(xué)習(xí)單元下設(shè)導(dǎo)學(xué)、教學(xué)課件、微視頻、案例教學(xué)、擴(kuò)展知識和課外閱讀等欄目，學(xué)生可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行個性化自主學(xué)習(xí)。

課前通過優(yōu)慕課平臺發(fā)布學(xué)習(xí)要求，通過課件、微課、視頻等完成課前自主學(xué)習(xí)安排（圖1A）。課堂上，教師通過講解、討論、翻轉(zhuǎn)課堂等形式展開教學(xué)活動；課后，通過平臺上題庫組卷，進(jìn)行交互式習(xí)題單元測試（圖1B、1C），學(xué)生進(jìn)行自我評價，以練固學(xué)；學(xué)生根據(jù)自身學(xué)習(xí)情況進(jìn)行擴(kuò)展資源自主學(xué)習(xí)；通過討論區(qū)進(jìn)行疑難問題討論，教師和學(xué)生助教進(jìn)行答疑，通過平臺進(jìn)行課堂的延伸（圖1D、1E）。

圖1 基于優(yōu)慕課平臺的智慧教學(xué)。A：優(yōu)慕課平臺微課視頻訪問次數(shù)；B：優(yōu)慕課平臺各階段測試分?jǐn)?shù)；C：學(xué)生提交測試情況；D：優(yōu)慕課平臺學(xué)生論壇活躍情況；E：學(xué)生論壇發(fā)帖、回帖情況.

1.2 基于雨課堂工具輔助開展課堂教學(xué)

雨課堂是嵌入PPT的小插件，只要手機(jī)安裝微信，學(xué)生掃碼即可進(jìn)入“課堂”，非常便捷。隨著移動技術(shù)和智能手機(jī)的廣泛應(yīng)用，雨課堂成為課堂教學(xué)中有效的輔助工具。在課堂教學(xué)中，通過“長江雨課堂”可以實時推送課件、習(xí)題發(fā)布，并能及時得到習(xí)題反饋。而實時、客觀、全面地反映課堂教學(xué)狀態(tài)、學(xué)生學(xué)習(xí)情況，正是一線教師的迫切需求。通過在雨課堂上推送試題，教師可以及時了解學(xué)生某個知識點的掌握情況，學(xué)生可以及時了解自己的學(xué)習(xí)情況及其他學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計結(jié)果使得課堂上增加了很多“精密的儀表”，讓學(xué)生、教師一目了然。教師適時地開啟“彈幕”、“詞云”功能，讓更多的學(xué)生參與課堂討論，解決了大學(xué)課堂沉悶、教師唱獨角戲的問題，鼓勵學(xué)生表達(dá)自己的看法，讓學(xué)生積極參與課堂，讓學(xué)生成為課堂教學(xué)的主角。教師適時地啟用雨課堂“隨機(jī)點名”功能讓學(xué)生回答問題，使學(xué)生在課堂上緊起來、注意力集中起來、課堂活起來（圖2）。

圖2 基于雨課堂平臺的智慧教學(xué)。A：教學(xué)日志；B：基于雨課堂的隨堂練習(xí)；C：基于雨課堂的課件學(xué)習(xí)情況； D ：基于雨課堂的章節(jié)測試.

1.3 基于數(shù)碼網(wǎng)絡(luò)顯微互動教學(xué)系統(tǒng)的智慧實驗教學(xué)

高速發(fā)展的計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與顯微鏡深度融合，構(gòu)建了包括顯微鏡、教師計算機(jī)、學(xué)生計算機(jī)、教學(xué)攝像機(jī)、圖像處理軟件、網(wǎng)絡(luò)交換器等的數(shù)碼網(wǎng)絡(luò)顯微互動實驗教學(xué)系統(tǒng)。醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)智慧實驗教學(xué)系統(tǒng)的運用，使組織學(xué)與胚胎學(xué)實驗教學(xué)方式發(fā)生了變革，給學(xué)生提供了獲取知識的新手段和新途徑。不僅可以使顯微鏡上所看到的圖像顯示到計算機(jī)，而且可以實現(xiàn)教師和學(xué)生的交流和互動。解決了以前基于顯微鏡和切片的實驗教學(xué)中細(xì)胞定位難、演示難、交互難的問題，使實驗教學(xué)更具活力，更能調(diào)動學(xué)生的積極性。

1.4 基于虛擬仿真技術(shù)的虛擬實驗室輔助實驗教學(xué)

2013年啟動開展國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)工作，目前虛擬仿真技術(shù)已應(yīng)用于高校教學(xué)，可將原來玻片標(biāo)本經(jīng)過掃描形成數(shù)字化圖像，實現(xiàn)了“虛擬實驗室”。本校于 2016 年始陸續(xù)建設(shè)并升級了基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)平臺，在教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)虛擬實驗室的數(shù)字切片效果更好、結(jié)構(gòu)更典型，可以成為課堂實驗教學(xué)的有益補充，進(jìn)行線上、線下虛實結(jié)合的實驗教學(xué)。學(xué)生也可以不受時間、地點的限制，隨時隨地觀察數(shù)字切片。解決了實驗教學(xué)中玻片標(biāo)本易褪色、易破碎、補充難的問題，解決了學(xué)習(xí)的時間和空間局限性的問題。

1.5 基于各類平臺的直播教學(xué)

自2020年新冠疫情爆發(fā)以來，疫情在某種程度上得到有效控制，但疫情反復(fù)以及隨之而來的后疫情時代將會在一定時間內(nèi)繼續(xù)存在[4]。國務(wù)院新聞辦發(fā)布的《抗擊新冠肺炎疫情的中國行動》白皮書指出我國疫情防控進(jìn)入常態(tài)化階段。對于高校而言，基于直播平臺的智慧教學(xué)給高校教育、教學(xué)帶來了挑戰(zhàn)和機(jī)遇，也充分檢驗了我國高等教育應(yīng)急處理能力，充分展示了現(xiàn)代化信息技術(shù)的優(yōu)勢。借助于各種直播平臺如釘釘、雨課堂、騰訊會議等開啟線上直播課，啟動“空中課堂”，做到“停課不停學(xué)”。并且可以對學(xué)生的上課回答問題、提交作業(yè)等情況進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 基于信息化工具的人機(jī)互補的智慧考試

智慧考試評價體系的完善是智慧教育的一個重要組成。高速發(fā)展的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、云平臺等技術(shù)為教學(xué)考核提供了技術(shù)上的支持，為多元化、多層次智慧考試提供可能。本課程理論學(xué)時40學(xué)時，實驗學(xué)時32學(xué)時，課程總評成績包括20%平時考核，20%實驗考核，60%理論考核。其中平時考核主要基于優(yōu)慕課平臺自主學(xué)習(xí)情況和單元測試的數(shù)據(jù)統(tǒng)計、基于雨課堂平臺的課堂學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計、基于數(shù)碼網(wǎng)絡(luò)顯微互動教學(xué)系統(tǒng)的階段考試幾部分；實驗考核主要基于數(shù)碼網(wǎng)絡(luò)顯微互動教學(xué)系統(tǒng)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)機(jī)考、數(shù)據(jù)分析；期末考核基于考易題庫隨機(jī)組卷、數(shù)據(jù)分析。實現(xiàn)了考核形式多元化，考試過程智能化、試卷無紙化、數(shù)據(jù)分析自動化。

2.1 基于優(yōu)慕課平臺、雨課堂平臺的在線單元測試、課堂測試

基于本校在線綜合教育平臺優(yōu)慕課、雨課堂自建題庫約800題，能夠?qū)崿F(xiàn)隨機(jī)組卷，交互式答題，讓學(xué)生隨時進(jìn)行線上練習(xí)，隨時自我檢測，進(jìn)行形成性評價，也能讓教師能夠及時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)（圖1C，2D）。

2.2 基于數(shù)碼網(wǎng)絡(luò)顯微互動教學(xué)系統(tǒng)的階段考試、實驗考試

依托捷達(dá)科技 DML System“網(wǎng)絡(luò)顯微互動教學(xué)系統(tǒng)”，可以實現(xiàn)多功能、全開放的互動實驗室，通過考試模塊的加入可以實現(xiàn)在線考試，實現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)機(jī)考”。該考試模塊采用捷達(dá)公司合作開發(fā)的 B /S 架構(gòu)，使用 asp.net mvc 4 Entity Framework 5 技術(shù)框架，采用 Windows SQL 數(shù)據(jù)庫[5]，自建了組織學(xué)與胚胎學(xué)階段考試題庫；將圖片編輯成試題，自建了實驗考試題庫。實現(xiàn)了在實驗室局域網(wǎng)中的在線考試、網(wǎng)絡(luò)機(jī)考，實現(xiàn)了試題隨機(jī)組卷、交互答題，實現(xiàn)了考試數(shù)據(jù)的批量處理、數(shù)據(jù)分析等。

2.3 基于考易平臺的期末考試

“考易”系統(tǒng)是南方醫(yī)科大學(xué)推出的，涉及醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、英語等多個學(xué)科領(lǐng)域的綜合考試題庫[6]?？家紫到y(tǒng)較早地開展了題庫軟件的開發(fā)、題庫建設(shè)與應(yīng)用，實現(xiàn)了考、教分離，實現(xiàn)了無紙化考試。由考試系統(tǒng)可直接對試題難易程度進(jìn)行分析，對試題分布進(jìn)行分析，對學(xué)生答題情況進(jìn)行分析，并可以更新考試題庫。在原題庫基礎(chǔ)上，組織本教研室教師對試題庫進(jìn)行再建設(shè)，增加了一些應(yīng)用型、分析型、綜合性、案例型試題，并且在案例型試題中結(jié)合了本地多發(fā)病案例，使題庫更具特色，更有利于考核學(xué)生分析、比較、應(yīng)用能力。原題庫僅包括理論部分考試題庫，基于平臺框架，又增加了實驗考試題庫，考查學(xué)生的識圖、辨圖能力，在疫情線上教學(xué)期間，使用手機(jī)、電腦等終端設(shè)備可以實現(xiàn)實驗考試隨機(jī)組卷，實現(xiàn)實驗考試在線考試，讓考試更加智能化。

3 效果分析

以20級臨床本科4～6班、10～12班為教改組，以20級臨床本科1～3班、7～9班為對照組。教改組開展基于優(yōu)慕課平臺的SPOC教學(xué)，開展基于雨課堂平臺、虛擬仿真實驗教學(xué)平臺、數(shù)碼網(wǎng)絡(luò)顯微互動教學(xué)系統(tǒng)及考試題庫的人工互融的智慧教學(xué)，教改組與對照組師資配備相當(dāng)、考核方式相同。

通過對學(xué)生總評成績統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)教改組20級臨床本科4～6班平均分為74.73，20級臨床本科10～12班平均分為73.6，2個教改班平均分無統(tǒng)計學(xué)差異；對照組20級臨床本科1～3班平均分為68.21，20級臨床本科7～9班平均分為67.04，2個對照班間也無統(tǒng)計學(xué)差異。而教改組的班級平均分明顯高于對照組班級，具有顯著性差異（表1）。

表1 教改組與對照組各班平均分情況（±s）

表1 教改組與對照組各班平均分情況（±s）

*P＜0.05 vs 對照組

組別n平均分對照組217 67.67±10.09教改組22874.16±9.82*

進(jìn)一步分析教改組和對照組各分?jǐn)?shù)段人數(shù)比例，其中教改組的學(xué)生成績在優(yōu)秀和良好分?jǐn)?shù)段中的人數(shù)比例明顯高于對照組，差異具有顯著性；在及格與不及格分?jǐn)?shù)段中的人數(shù)比例明顯低于對照組，差異具有顯著性（表2）。而在中等分?jǐn)?shù)段人數(shù)比例無顯著性差異。說明教改組學(xué)生成績在高分?jǐn)?shù)段的比例更高，而不及格的學(xué)生比例更少。

表2 教改組與對照組各分?jǐn)?shù)段人數(shù)比例（%）

對教改組學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，回收有效問卷196份。其中認(rèn)可SPOC教學(xué)改革的學(xué)生達(dá)90.82%，也有9.18%的學(xué)生不太喜歡這種混合式教學(xué)，這部分學(xué)生覺得自主學(xué)習(xí)會占用大量時間，費時、費力。其中有90.31%的學(xué)生認(rèn)為通過智慧平臺線上資源自學(xué)，能提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

自2016年開始智慧題庫的建設(shè)和研究；自2018年，逐步開始優(yōu)慕課平臺、雨課堂平臺等智慧工具用于課程教學(xué)的研究；自2019年開展虛擬仿真實驗教學(xué)平臺智慧教學(xué)的研究與實踐?；谔摂M仿真實驗教學(xué)平臺的使用，對20級臨床本科學(xué)生回收的171份問卷調(diào)查顯示，96.49%的學(xué)生認(rèn)為虛擬仿真數(shù)字切片非常有助于理解微觀結(jié)構(gòu)，對學(xué)習(xí)有幫助；學(xué)生很喜歡這種虛擬數(shù)字切片的形式，感覺非常便捷，虛擬數(shù)字平臺隨時開放，使學(xué)生的學(xué)習(xí)不受時間、空間的限制。基于智慧平臺的題庫測試，回收的171份問卷顯示，84.80%的學(xué)生認(rèn)為階段考試可以督促學(xué)習(xí)，84.21%認(rèn)為從題庫中隨機(jī)組卷形式公平、公正，75.44%的學(xué)生認(rèn)為考試程序簡便、快捷，97.66%學(xué)生認(rèn)為基于智慧平臺的交互式習(xí)題對學(xué)習(xí)有幫助，愿意采用這種方式做練習(xí)。對19級臨床本科學(xué)生回收的336份問卷顯示，85.42%的學(xué)生喜歡這種基于智慧平臺的交互式測試題。對近6年本課程7 559份回收問卷顯示，本課程教師97.06%善于使用各種教學(xué)手段，特別是多媒體、網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代技術(shù)手段，學(xué)生對課程總體滿意度達(dá)99.31%。目前本校優(yōu)慕課平臺中，本課程總訪問量排名第二，累計課程訪問量255 920次，平臺資源建設(shè)也得到了學(xué)生的好評。多種智慧教學(xué)工具、智慧教學(xué)平臺助力教學(xué)，使教學(xué)更具活力。

實踐表明，多樣化的智慧教學(xué)能為教學(xué)帶來活力?；谥腔劢虒W(xué)平臺可使師生之間、生生之間隨時隨地進(jìn)行互動交流；基于智慧教學(xué)平臺可以通過各種題庫組卷，促進(jìn)人機(jī)對話；教師也可以從各類智慧教學(xué)平臺中獲得大數(shù)據(jù)，并進(jìn)行精準(zhǔn)分析，從而更好用于指導(dǎo)教學(xué)實踐。智慧教學(xué)場景中的互動不僅體現(xiàn)在教師和學(xué)生之間的互動，同時也體現(xiàn)在學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與平臺、教師與平臺之間的互動上，這種互動性更強(qiáng)、交互方式更多元化。智慧教學(xué)也能實現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)，從智慧平臺上可導(dǎo)出學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，如學(xué)生課堂小測驗參與情況；單元測試情況、階段考試情況；以及自主學(xué)習(xí)資源情況，根據(jù)智慧教學(xué)平臺數(shù)據(jù)分析，找到預(yù)警學(xué)生，對這部分學(xué)生進(jìn)行溝通、聯(lián)系、指導(dǎo)學(xué)習(xí)；也可以根據(jù)智慧教學(xué)平臺中呈現(xiàn)出的學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)偏好信息、學(xué)習(xí)風(fēng)格、學(xué)習(xí)水平等數(shù)據(jù)，指導(dǎo)不同專業(yè)學(xué)生做個性化學(xué)習(xí)。智慧教學(xué)的多元性評價體系更能準(zhǔn)確反映學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)，避免學(xué)生“臨時抱佛腳”，將課程學(xué)習(xí)作為常態(tài)化學(xué)習(xí)。

智能時代的到來顛覆了傳統(tǒng)教學(xué)方式，智慧教育也必將以其交互性強(qiáng)、診斷學(xué)習(xí)、個性指導(dǎo)、便捷學(xué)習(xí)改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，增強(qiáng)課堂活力。同時也需要教育工作者不斷加強(qiáng)信息化技術(shù)手段的學(xué)習(xí)，不斷探索適合本學(xué)科、本課程的智慧教學(xué)模式，讓學(xué)習(xí)者能夠獲得適宜的個性化學(xué)習(xí)服務(wù)和美好的發(fā)展體驗。