基于CDIO的《物聯網醫療開發與實訓》項目教學法研究

王家琦 李家良 王江徽 柳玉婷

摘要：針對《物聯網醫療開發與實訓》課程知識面廣，綜合性較強，學習難度大等特點，引入CDIO項目教學法改革教學模式。為了讓學生掌握多種技術的交叉運用，體驗醫療應用場景下物聯網工程項目的具體實施過程，將CDIO項目教學法的構思、設計、實現和運作過程等理念引入教學。實踐證明，有利于提高學生獨立發現問題、解決問題的工程應用能力。

關鍵詞：物聯網醫療;CDIO項目教學法;物聯網工程

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

《物聯網醫療開發與實訓》課程是我校醫學信息工程專業的專業必修課，是前期先修課程，如：《單片機原理與應用》《無線傳感器網絡》《物聯網RFID原理與技術》等課程的實踐應用和總結。物聯網是融合傳感技術，計算機技術，網絡技術和電子技術等諸多技術為一體的綜合性技術。課程旨在探討物聯網發展的社會背景與關鍵技術，闡明物聯網在醫學領域中的應用，分析物聯網、傳感網與互聯網的區別與聯系，說明物聯網醫療建設的預期目標。

《物聯網醫療開發與實訓》課程涵蓋的知識面廣，綜合性較強，學習難度大，旨在培養醫學信息工程專業學生醫療物聯網系統開發與應用的能力。因此，如何通過該課程的理論教學與實踐環節，增強學生的工程實踐意識，培養學生靈活運用已學的知識分析問題、解決問題的能力，培養學生的創新意識，提高畢業生的崗位能力和就業競爭力，成為任課教師重要的研究內容。

本文針對智能設備日新月異的市場發展與相對傳統的教學方法，探索適合醫學本科院校醫學信息工程專業的《物聯網醫療開發與實訓》課程改革方案，提出一種CDIO項目教學法。新型教學方法能培養滿足醫院信息化發展的醫療物聯網系統開發人才，讓學校教育與企業和醫院崗位需求對接。

1教學模式改革

側重培養學生系統組織能力和系統開發設計能力。教師授課時采用CDIO項目教學法，擺脫以講授為主的傳統模式，靈活教學。將CDIO應用于教學改革，主要從三個方面進行改革和創新，具體內容如表1所示。

2教學內容重構

充分調研相關企業和醫院，優化設計，整合課程資源，著重教學與生產聯結。例如，結合企業和醫院的實際工程案例和教師科研項目，將理論聯系實際、教學結合實踐，整理成與醫療領域相關的工程項目實例。《物聯網醫療開發與實訓》是包含感知單元、智能對象單元、網絡單元三層架構的綜合應用課程。整個實訓課程按架構可分解為多個任務。具體項目內容如表2所示。

課程從CDIO教學理念出發，以項目化進行授課，每個項目均細分為幾個子任務，覆蓋不同的知識點，實施流程見圖1。

2.1項目構思，培養“C”能力（構思能力）

提前布置一些應用于醫療場景的實訓項目（如：基于WIFI的醫院病房環境監控系統），學生根據選擇的實訓項目組成3人的團隊。項目主要目標是，讓學生利用傳感器技術、WIFI無線傳感網絡技術、單片機下位機系統和遠程終端管理系統（安卓APP），模擬完成醫院病房環境監控系統設計和仿真實現。這個階段能提高學生自主學習和分析問題的能力。

2.2項目設計，培養“D”能力（設計能力）

對每一個模塊進行分析，提出方案設計思路。學生可結合各硬件模塊電路通信說明，完成醫院病房環境監控系統整體方案設計、硬件設備原理圖設計，上位機軟件設計等三個部分的設計。這個階段，學生要會用Proteus等仿真軟件設計硬件電路，鼓勵學生多思考多做創意設計。小組內的成員共同討論模塊間的集成與調試，在此過程中提高設計開發及團隊合作能力。

2.3項目實施，培養“I”能力（實現能力）

項目實施階段要驗證方案是否可行。設計的仿真電路運行通過后，教師提供傳感器模塊、無線傳感網絡協議、模擬病房環境監控系統的單片機等條件。學生則按小組分模塊完成傳感器組裝、無線通信聯通測試、通信協議有效性測試、單片機和通信網關與終端設備管理軟件的簡單通信接口開發和最終系統模塊間的集成。在此階段，能提高學生工程實踐能力，另外能檢驗是否真正理解知識點。

2.4項目運行與評價，培養“0”能力（運作能力）

項目的運行與評價階段能幫助學生鞏固及更深入理解知識點。最后以小組為單位，推選主講人，以PPT形式匯報本小組的項目具體實施過程，共同參與項目演示。在此階段，教師可設置故障及發散性問題，鼓勵拓寬思路解決問題，能培養學生工程技術思維，提高學生綜合運用能力和解決技術問題的能力。

3教學實施效果

《物聯網醫療開發與實訓》教學中，引入企業和醫院的實際案例，對系統進行理論分析，再利用實例來具體化設計過程。例如，課程以合作企業的“智能家居”為例，從系統功能需求分析開始，到具體每個功能模塊的硬件選型、設計，以及軟件的實現、驗證，將案例分模塊展開教學，貫穿整個課程教學過程，培養學生利用模塊化的思想對系統展開分析設計的能力。

學生學習“智能家居”案例后，自主研發應用于醫院場景的“基于WIFI的病房環境監控系統”作品如圖2所示，該作品同時獲得2019年全國計算機設計大賽省級三等獎（物聯網組）。說明新型教學方法能提高學生的工程項目應用能力，學生作品通過競賽反饋也能激發學生學習興趣，最終形成良性循環。

4結束語

基于CDIO的《物聯網醫療開發與實訓》項目教學法，能打破傳統知識體系的束縛，設置新型教學模式;能結合醫學背景知識整合教學內容，并在實際教學中形成良性的“教師一學生一項目”三者互動模式。旨在培養醫學信息工程專業學生醫療物聯網系統開發與應用的能力。