PBL教學(xué)法在醫(yī)學(xué)《R語(yǔ)言入門》教學(xué)中的應(yīng)用探索

蔣 瀾

（皖南醫(yī)學(xué)院弋磯山醫(yī)院 中心實(shí)驗(yàn)室，安徽 蕪湖 241000）

隨著機(jī)器學(xué)習(xí)、測(cè)序技術(shù)與生物信息學(xué)等交叉學(xué)科的發(fā)展，大量臨床數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，醫(yī)學(xué)院校學(xué)生尤其是低年級(jí)學(xué)生迫切需要掌握一門數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，從而更好地統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。以格羅勒芒德編著、馮凌秉翻譯的《R語(yǔ)言入門與實(shí)踐》為教材，選取第二章R包與幫助文檔為教學(xué)內(nèi)容，研討PBL模式在《R語(yǔ)言入門》課程教學(xué)的具體應(yīng)用。

一、R語(yǔ)言及R語(yǔ)言入門課程簡(jiǎn)介

R語(yǔ)言是一個(gè)免費(fèi)開(kāi)源的軟件環(huán)境，最初由S語(yǔ)言發(fā)展而來(lái)，使用戶很容易遵循其算法。對(duì)于計(jì)算密集型任務(wù)，可以在運(yùn)行時(shí)鏈接和調(diào)用C，C++和python等代碼。高級(jí)用戶可以編寫C語(yǔ)言代碼來(lái)調(diào)用R操作對(duì)象。R是一個(gè)整合的軟件套件，其編譯與運(yùn)行范圍很廣，適用于多平臺(tái)，如unix平臺(tái)、windows操作系統(tǒng)和macOS操作系統(tǒng)，非常適合初學(xué)者使用各平臺(tái)去嘗試應(yīng)用，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、計(jì)算與繪圖可視化[1]。

R可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種統(tǒng)計(jì)技術(shù)環(huán)境，R通過(guò)各種R包進(jìn)行輕松拓展，R發(fā)行版提供了大約8種R包，并且在CRAN、Bioconductor、Github等互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)提供更多開(kāi)源R包，涵蓋了非常廣泛的現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。尤其是Bioconductor，提供很多專門為醫(yī)學(xué)生物科研工作者開(kāi)發(fā)的R包工具，去分析、理解高通量組學(xué)數(shù)據(jù)。Bioconductor使用R數(shù)據(jù)程序語(yǔ)言，是開(kāi)源與開(kāi)放的開(kāi)發(fā)者平臺(tái)，每年有2個(gè)版本更新，還有一個(gè)活躍的用戶社區(qū)供全世界Bioconductor用戶相互交流。Bioconductor也可以作為AMI鏡像和Docker鏡像使用。以格羅勒芒德編著、馮凌秉翻譯的《R語(yǔ)言入門與實(shí)踐》為教材，開(kāi)設(shè)選修課程《R語(yǔ)言入門》，使用PBL教學(xué)法，帶領(lǐng)我院2019級(jí)、2020級(jí)部分學(xué)生開(kāi)始R語(yǔ)言的學(xué)習(xí)。

二、PBL教學(xué)法應(yīng)用及發(fā)展

PBL（problem-based learning）教學(xué)法，近年來(lái)越來(lái)越被實(shí)驗(yàn)教學(xué)與臨床教學(xué)教育工作者廣泛關(guān)注與應(yīng)用，是以學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題為主[2]，教師輔助學(xué)生分析問(wèn)題并鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立解決問(wèn)題，從而達(dá)到知識(shí)的融會(huì)貫通。然而，在當(dāng)前的學(xué)生科研素養(yǎng)培養(yǎng)中，大都存在理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)相脫節(jié)的現(xiàn)象，學(xué)生往往盲目做實(shí)驗(yàn)，無(wú)法通過(guò)正確的數(shù)據(jù)挖掘方法，解決科學(xué)問(wèn)題。

與傳統(tǒng)的講授型教學(xué)法相比，PBL教學(xué)法更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的能動(dòng)性，培養(yǎng)與鍛煉他們分析與處理問(wèn)題的綜合能力，進(jìn)而提升教學(xué)效果，為醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)挖掘有效發(fā)展提供動(dòng)力源泉。PBL教學(xué)法具體方法如下：1.教師備課準(zhǔn)備。要求教師課前備課更具針對(duì)性，不僅要明確教綱重點(diǎn)和重點(diǎn)理論知識(shí)，還要設(shè)置啟發(fā)性探索性的問(wèn)題，讓學(xué)生帶著問(wèn)題，自行進(jìn)行資料尋找和相互幫助，進(jìn)而尋找解決問(wèn)題的1種甚至多種方法。2.學(xué)生主觀學(xué)習(xí)。PBL的重要教學(xué)環(huán)節(jié)就是學(xué)生能發(fā)揮自身的主觀能動(dòng)性，愿意主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出問(wèn)題，并自主查詢資料，收集問(wèn)題并歸納總結(jié)解決問(wèn)題的方法。3.分組討論問(wèn)題。在自主主觀能動(dòng)學(xué)習(xí)之后，學(xué)生會(huì)到小組內(nèi)部，互相交流討論，根據(jù)自己汲取知識(shí)的過(guò)程，提出自己的疑問(wèn)并給出自己的解決方案。這時(shí)教師要起到引導(dǎo)與輔助作用，及時(shí)糾正學(xué)生在自主交流過(guò)程中的錯(cuò)誤，同時(shí)對(duì)學(xué)生無(wú)法解決的問(wèn)題、提出的疑惑進(jìn)行必要的引導(dǎo)與糾錯(cuò)，給學(xué)生一個(gè)新的思路，繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生自主找到疑問(wèn)并解決。最后，教師就討論交流結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，強(qiáng)調(diào)與問(wèn)題相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)與理論知識(shí)，加深學(xué)生對(duì)理論的理解。

三、PBL教學(xué)法在醫(yī)學(xué)《R語(yǔ)言入門》教學(xué)中的應(yīng)用探索

醫(yī)學(xué)院校學(xué)生以面向臨床培養(yǎng)人才為主，科研入門訓(xùn)練也是以濕實(shí)驗(yàn)為主，但是在進(jìn)行濕實(shí)驗(yàn)之前，是有必要開(kāi)設(shè)與生物信息學(xué)與數(shù)據(jù)挖掘相關(guān)的課程，如R語(yǔ)言入門，讓學(xué)生在低年級(jí)就有個(gè)方向與思路，知道在開(kāi)展科研之前，需要掌握干濕實(shí)驗(yàn)技能。然而，醫(yī)學(xué)院校生物信息學(xué)、R語(yǔ)言等編程語(yǔ)言師資相對(duì)較少。R語(yǔ)言被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域解決生物醫(yī)學(xué)問(wèn)題，目前Bioconductor庫(kù)提供了1974個(gè)R包，融合了計(jì)算生物學(xué)、RNA基因組學(xué)、免疫腫瘤學(xué)、人類遺傳學(xué)、生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)和精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)等。隨著生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)與發(fā)展，機(jī)器學(xué)習(xí)與數(shù)據(jù)挖掘能力的掌握愈發(fā)重要，醫(yī)學(xué)院校需要配備更全的師資，全方位培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，以便學(xué)生更好地解決臨床問(wèn)題。

PBL教學(xué)法與醫(yī)學(xué)院校R語(yǔ)言入門相結(jié)合，可以有效提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、主動(dòng)學(xué)習(xí)、解決問(wèn)題的能力，比傳統(tǒng)填鴨式教學(xué)更精準(zhǔn)更高效地利用課堂。如在教授R包應(yīng)用這一章節(jié)時(shí)，創(chuàng)新性聯(lián)合PBL教學(xué)法，首先要求教師備課時(shí)要設(shè)置2個(gè)環(huán)節(jié)，既有上節(jié)課問(wèn)題的解答，又包括本節(jié)課內(nèi)容的提問(wèn)，讓學(xué)生當(dāng)即開(kāi)始思考。課下，學(xué)生會(huì)帶著教師的提問(wèn)，搜索學(xué)習(xí)資料以期解決R包的使用及報(bào)錯(cuò)問(wèn)題，同時(shí)也可以通過(guò)QQ、微信的方式聯(lián)系教師，及時(shí)糾錯(cuò)。在尋找R包如何使用的過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)，也發(fā)現(xiàn)了R語(yǔ)言在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的魅力，會(huì)更好地自主學(xué)習(xí)，也給后續(xù)課程帶來(lái)學(xué)習(xí)動(dòng)力。同時(shí)，在R包使用的交流分享中，也讓學(xué)生有了團(tuán)隊(duì)意識(shí)。在整個(gè)過(guò)程中，對(duì)教師的要求是極高的，需要教師仔細(xì)觀察學(xué)生的狀態(tài)，在他們不斷試錯(cuò)的時(shí)候給予鼓勵(lì)并且正向引導(dǎo)，幫助他們更快地解決問(wèn)題，給出多樣答案，同時(shí)也要理論結(jié)合實(shí)踐，幫助學(xué)生再?gòu)膶?shí)踐中理解理論知識(shí)。

結(jié)語(yǔ)

PBL教學(xué)法與醫(yī)學(xué)院校《R語(yǔ)言入門》相結(jié)合，可以有效提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、主動(dòng)學(xué)習(xí)、解決問(wèn)題的能力，與傳統(tǒng)的講授型教學(xué)法相比，PBL教學(xué)法更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的能動(dòng)性，需要教師仔細(xì)觀察學(xué)生的狀態(tài)，在他們不斷試錯(cuò)的時(shí)候給予鼓勵(lì)并且正向引導(dǎo)，幫助他們更快地解決問(wèn)題，給出多樣答案，同時(shí)也要理論結(jié)合實(shí)踐，幫助學(xué)生再?gòu)膶?shí)踐中理解理論知識(shí)。