基于信息加工理論的CDIO教育模式在醫藥信息學課程教學中的研究與實踐*

穆珺　　晏峻峰　　占艷　　韋昌法　　劉青萍（湖南中醫藥大學 管理與信息工程學院，湖南 長沙 410208）

基于信息加工理論的CDIO教育模式在醫藥信息學課程教學中的研究與實踐*

穆珺晏峻峰占艷韋昌法劉青萍*
（湖南中醫藥大學 管理與信息工程學院，湖南 長沙 410208）

醫藥信息學課程是高等醫藥院校醫學專業碩士研究生培養方案中不可或缺的部分。本研究結合醫藥衛生領域對醫學專業碩士研究生培養的需求，借鑒CDIO（Conceive Design Implement Operate）工程教育理念和信息加工理論，開展醫藥信息學課程教學改革，以團隊合作的方式開展研究性學習，促進了學生對于所學知識的理解、掌握和應用。

CDIO；醫藥信息學；支持向量機算法；教育模式；項目驅動

隨著計算機、通訊、網絡及信息處理技術的飛速發展，信息科學的原理和方法逐步滲透到醫學領域，形成了一個新興交叉學科領域醫學信息學。在此背景下，高等醫藥院校為非計算機專業碩士研究生開設了的一門必修課——醫藥信息學。醫藥信息學是非計算機專業碩士研究生學習計算機基礎知識，了解信息時代醫學領域前沿發展動態，運用信息技術解決行業領域實際問題的基礎性課程。鑒于傳統的教育模式在學生實踐動手能力、團隊協作能力、自主學習能力的培養方面存在薄弱環節，已無法適應醫療衛生領域人才培養需求。本教學團隊借鑒CDIO（Conceive Design Implement Operate）工程教育理念［1］，從行為主義和認知主義學習理論的角度，結合醫藥衛生領域人才培養的要求和醫學專業碩士研究生科研的需求，開展醫藥信息學課程教學改革。

一、醫藥信息學課程教學現狀

醫藥信息學是本科階段計算機基礎教育的延續和拓展，教學內容主要包括醫藥信息學概述、醫藥信息學基礎、醫藥信息檢索、matlab入門和醫藥信息處理與分析案例，授課對象是醫學、藥學、護理學等專業的碩士研究生。在傳統模式下，醫藥信息學課程教學的現狀和存在主要問題如下：

一是學生對于課程認識不充分，缺乏學習積極性。授課對象為低年級碩士研究生，由于這些學生尚無深入進行中醫藥科研的經驗，對醫學信息技術在醫藥領域數據處理分析中的重要作用尚無切身體會，因此普遍存在誤解，認為醫藥信息學課程對于專業的作用及其重要性并不大。針對該問題，在傳統模式下，教學團隊也試圖通過介紹醫學信息技術在中醫藥科研中的應用實例，激發學生的學習興趣和積極性。但由于缺乏學生的切身參與和實踐，效果并不明顯。

二是學生的理工科思維缺乏、信息學基礎差，導致學習難度大。醫學、藥學、護理學等專業的碩士研究生，在本科階段，數學、計算機培養要求普遍較低，欠缺理工科思維，數學、信息學基礎薄弱。因此，對于理工科特色較為明顯的《醫藥信息學》課程，由于學生的知識結構、認知特點與課程的內容及學科特點不夠匹配，導致學習難度大。尤其在傳統教學模式下，教師相對重視知識的講授而教學互動相對欠充分，學生一旦有知識點未能及時掌握，極有可能影響后續知識點的學習、進一步加劇學生的畏難情緒，影響學習效果。

三是學生通過學習，尚不能達到理論聯系實際的效果。為增強學生學習興趣，教學團隊在醫藥信息學課程內容上包含了醫藥信息處理與分析案例的教學內容，希望通過實際科研案例，讓學生對醫學信息技術在醫藥領域數據處理分析中的重要作用有深刻體會。但在傳統教學模式下，教師以講授為主的方式對實際科研案例進行講解、分析和演示，盡管也能激發學生興趣，但其教學效果往往很有限。課程學習結束后，能將所學方法其運用到自己科研實踐中的學生并不多，大多數的學生尚不能達到理論聯系實際的效果。

由此可見，在醫藥信息學的課程教學中，普及信息學的基礎知識，設計與學生專業相關的項目任務激發學生學習興趣，引導學生運用工程的思想解決科研中的實際問題，至關重要。

二、基于信息加工理論的CDIO教育模式研究

CDIO是由美國和瑞典四所工程大學發起，全球23所大學參與，合作共同建立的一種工程教育模式。CDIO模式以構思、設計、實現和運作為主線［2，3］，圍繞學生的專業知識和學習基礎設計合理的項目任務，激發學習者的學習興趣和動機。

*基金項目：湖南省研究生精品課程建設項目“醫藥信息學-MATLAB應用”（編號：KC2011B027）；湖南中醫藥大學教學改革研究項目“高等中醫藥院校醫學信息類人才培養模式研究”；湖南中醫藥大學教學改革研究項目“開放式醫學信息技術教育平臺構建研究”。

作者簡介：穆珺，女，助教，研究方向為計算機應用。

*通訊作者：劉青萍，女，講師，研究方向為信息技術教育。

美國著名教育心理學家加涅，借鑒行為主義和認知主義兩大學習理論的優點，提出通過合理安排教學活動促進學習者學習，達到教與學的深度融合。加涅認為，學習是一個有始有終的過程，學習過程可以分為若干階段，每個階段都需要對獲取或產生的信息進行加工。從信息加工學習模型來看［4］，學習者在學習過程中是通過信息的獲取、存儲、轉換、加工和利用，最終實現與教學活動相互作用。引入信息加工理論到課程的教學設計中，能讓教學活動與學習過程巧妙結合，進一步提升課堂教學的效果。

基于信息加工理論的CDIO教育模式是對醫藥信息學課程傳統教學模式的一種改進，該模式從認知主義學習理論出發，結合學生原有的知識來設計項目任務，將工程教育思想和課程教學目標貫穿到教學中，以團隊合作的形式開展研究性學習，促使學生將學習內容與知識背景相互關聯，主動對學習情境中產生的信息進行選擇性加工，最終實現學生自主學習能力、團隊合作能力、綜合解決問題能力的培養。

三、基于信息加工理論的CDIO教育模式在醫藥信息學課程中的研究與實踐

通過分析傳統模式下，醫藥信息學課程教學的現狀和存在的主要問題，本教學團隊借鑒CDIO工程教育理念，從行為主義和認知主義學習理論的角度，引入信息加工理論到課程的教學設計中，以團隊合作的形式開展研究性學習，促進學生對于所學知識的理解、掌握和應用，從而達到學生不僅能熟練掌握知識且能理論聯系實際的效果。接下來，以支持向量機（Support Vector Machine，SVM）［5］分類算法的原理與應用為例，介紹基于信息加工理論的CDIO教育模式在醫藥信息學課程教學中的實施情況。

（一）根據學生專業特點，合理設計教學目標

本章節主要是讓學生在理解SVM分類算法原理的基礎上，掌握SVM算法的應用。這部分教學內容的理論性和工程性較強，考慮到大部分學生缺乏理工科思維，數學、信息學基礎薄弱的現狀，本教學團隊將教學目標與學生專業相結合，把信息加工理論引入到CDIO教育模式中，以醫學研究中的實際問題作為項目任務，組織學生分組學習如何運用SVM算法解決醫學研究中數據分類問題。這種“做中學”“信息再加工”“學中做”的教育模式不僅能促進學生樹立工程的思想，還能將教學過程與學習過程有效結合，讓學生在教學實踐中加深對問題的理解，進一步激發學生學習興趣，啟發學生解決問題的思路，達到提升教學效果和培養學生綜合能力的目標。

（二）按照課程教學目標，精心組織教學實施

結合學生的背景知識和醫藥信息學課程的特點，從行業發展的前沿問題入手，將學生熟悉的醫學問題與教學中的知識模塊相結合，轉化為運用支持向量機分類算法解決醫學研究中數據分類的實際問題。以項目為驅動，引導學生合作完成研究性學習任務。

1.設計教學項目

以糖尿病公開數據集［6］作為原始數據，選擇與糖尿病有不同程度相關的8個指標作為分類的屬性，如plasma glucose-血糖值、blood pressure-血壓值、insulin-胰島素濃度、pregnancy-妊娠次數（妊娠糖尿病發病率隨分娩次數而增加）、skin tags-皮贅數量（糖尿病患者的皮贅風險也升高［7］）、PEDIS［8］-糖尿病足分級、mass-體重、age-年齡，且按照順序給以上指標編號，即A1-A8。要求各組學生將所有指標進行任意組合后，作為輸入SVM分類器的屬性，通過分析每組數據的結果，思考SVM分類正確性的問題。

2.采用分組教學

課程教學過程中，首先跟學生清楚描述本次課程的教學目標、教學設計和教學評價方法，強調分組開展研究性學習的目的和方案；按照班級學生人數制定分組規則，將40人分成6組，每組6-7名同學；以毛遂自薦的方式選取課代表和組長，詳細說明他們各自的職責；上個環節中產生的組長，按順序每輪依次為自己的團隊選擇組員，以此類推，最終形成學習團隊。

3.合理安排任務

明確告知學生教學目標和項目任務的要求，以項目為驅動引導各個學習團隊用工程的思想開展研究性學習，讓各組同學圍繞項目任務的要求，合理安排學習活動，開展小組談論，將學習過程中產生的分類結果進行排序，求出分類結果中準確率最高的10%、最低的10%對應的指標組合，以小組的為單位匯報。通過調用Matlab的SVM函數，思考輸入不同的SVM分類器屬性時，數據分類結果的差異性。結合本領域的醫學知識，分析最高、最低準確率的指標組合中的指標分布規律，討論所選指標與糖尿病的相關性對分類結果的影響。

教師隨機從各組選擇一名學生代表小組匯報。各組匯報完畢后，教師組織全班同學對各組研究性學習項目完成的情況進行評價，投票選出1個優秀小組，每組評選1名對項目完成共享最大的優秀組員，并給予相應的平時成績加分。

（三）結合教學活動過程，科學建立評價機制

基于信息加工理論的CDIO教育模式更注重問題解決能力、團隊合作能力、自主學習能力、溝通表達能力的評價。通常根據課程教學的設計，將教學過程中的形成性評價和總結性評價相結合，綜合考慮每個教學環節中學生完成任務的情況，建立合理的評價體系。本章節學習效果的形成性評價，由教師、各小組成員對組內學生在信息獲取、加工、處理和協商、討論等環節中的表現進行評價，自評與他評相結合；總結性評價是由教師和其他小組成員對各組匯報環節的評價。同時，教師綜合考慮各小組任務完成情況，給出最終的評價結果。

四、結束語

基于信息加工理論的CDIO教育模式充分發揮了學生和學習團隊的主體地位，以學生專業領域的項目為驅動，組織學生分組開展研究性學習。教學改革的實踐表明，該模式不僅能有效解決傳統模式下醫藥信息學課程教學中存在的問題，而且可以大幅度提高學生學習的積極性和主動性，使學生在工程思維方式的指導下，逐步掌握分析問題、解決問題能力、團隊合作能力和自主學習能力，教學效果顯著。

［1］李彤，張璇，王旭，等.SE-CDIO工程教育模式的探索與實踐［J］.高等工程教育研究，2014（1）：52-57.

［2］劉青萍，周燃犀，晏峻峰，等.以元認知為導向的CDIO教育模式在高等醫藥院校計算.機基礎課程中的研究，高教學刊［J］2015（19）：3-4+7.

［3］邢素霞.基于CDIO教育理念的DSP課程教學設計與實踐［J］.實驗技術與管理，2014，31（6）：223-225.

［4］段紅娟.認知信息加工理論在應用軟件教學中的應用［J］.赤峰學院學報（自然科學版），2014，29（4）：156-157.

［5］陳封能.數據挖掘導論［M］.人民郵電出版社，2011.

［6］M.Mourya，P.Prasad.Analysisofapopulationofdiabetic patie nts databases in WEKA tool.International Journal of Computer Science and Information Technologies［J］.2013，4（5）：681-682.

［7］P.Shrestha，Y.Poudyal，S.L.Rajbhandari.Acrochordons and d iabetesmellitus：ACasecontrolstudy.NepalJournalof Dermatology，Venereology&Leprology［J］.2015，13（1）.

［8］黃瑤，錢培芬.糖尿病足分級系統及其評價［J］.中華燒傷雜志，2012，28（1）：47-50.

Medical information is the indispensable part of training program for postgraduatesof Medicine.To meet the demand of training for postgraduates of medicine，using CDIO engineering education Idea and Information Processing theory for reference，carry out teaching reform of medical information course，through inquiry learning with team work，resulting in the promotion of students'understanding，mastering and applying of knowledge.

CDIO；medical informatics；support vector machinealgorithm；teaching model；project driven

2096-000X（2016）16-0179-03

G642

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