生物醫(yī)學工程專業(yè)程序設計類課程信息化與案例化聯(lián)合教學實踐

喬 梁，鐘 華，劉 晶，粘永健，王 莉，邱明國

（陸軍軍醫(yī)大學生物醫(yī)學工程與影像醫(yī)學系，重慶 400038）

0 引言

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”在社會各領域的不斷延伸，信息化教學輔助手段在豐富高校教學方法和提升教學質(zhì)量方面發(fā)揮著越來越重要的作用。將信息化手段更好地融入課程體系建設成為當前教研改革的重要一環(huán)[1-2]。然而，在醫(yī)學院校的師生認知層面，信息化教學改革的主體往往是醫(yī)學類和專業(yè)類課程，極少重點支持涵蓋信息技術(shù)知識點的程序設計類基礎課程。但程序課程對培養(yǎng)計算思維能力和適應信息時代的專業(yè)素養(yǎng)極為重要[3]。以強調(diào)醫(yī)工結(jié)合的生物醫(yī)學工程專業(yè)為例，良好的程序設計基礎對學員未來從事智能設備、移動醫(yī)療與醫(yī)療信息系統(tǒng)的研發(fā)和運維工作有著重要意義[4]。在我校，生物醫(yī)學工程專業(yè)的程序設計課程主要由C++程序設計必修課完成，涵蓋語法基礎、面向過程和面向?qū)ο缶幊趟枷胍约俺跫壍捻椖繉嵺`[5]。但由于該課程是定位于大一階段的基礎性學習，新生的專業(yè)認知模糊，在校園創(chuàng)新、求新和社會熱點的沖擊下，容易對相對抽象和乏味的程序課程重視不足。而程序設計課程特別強調(diào)課下實踐性學習，如果學員的主觀能動性不夠強，不利于打牢編程基礎，更不利于后續(xù)課程的深入開展。

如果能將教學過程中使用的典型信息化教學手段進行案例化的教學設計，不但有利于體現(xiàn)課程價值，還能加強學員的實踐參與度與趣味性，由傳統(tǒng)的教員介紹學習目的向?qū)W員主動求解知識內(nèi)容轉(zhuǎn)變。基于這一思路，本文重點對2018 級生物醫(yī)學工程專業(yè)程序設計課程中所使用的信息化手段進行案例化設計，并進行課程信息化與案例化聯(lián)合教學實踐。

1 課程信息化與案例化聯(lián)合教學實踐設計思路

不同于目前主流的單純將信息化手段輔助于教學過程的單向研究思路[6]，教學組力圖將信息化手段與教學案例建設緊耦合，提出教學案例的一體化建設模式。具體流程如下：

通常將1～2 個章節(jié)設定為一個教學目標（或稱“專題”），以“信息化教學輔助手段的篩選/設計”為起點和終點，形成一個案例化教學的閉環(huán)。教學開始前，首先由教員根據(jù)教學目標要求梳理出章節(jié)和知識點的關(guān)系，依據(jù)知識點的難易和授課順序，與目前的經(jīng)典信息化手段進行對接，并根據(jù)課程特點和學員特點對信息化手段進行篩選和創(chuàng)新設計，形成對應的教學案例；在教學過程中，利用信息化手段輔助教學、活躍氣氛的同時，通過對應教學案例的導入引導學員主動拆解知識點，引入新知識點的學習，提升學習興趣；隨后，通過課后知識點的實踐，要求學員分模塊完成教學案例，增強實踐參與度；最后，通過綜合實踐，在師生合力重現(xiàn)信息化手段輔助功能的同時，由學員主導主動完善現(xiàn)有的信息化手段的設計并充實教學案例。即在教員引導下以學員為中心完成“使用案例—學習案例—設計案例—完善案例（師生共同）”的閉環(huán)學習過程，并反作用于信息化教學手段與教學案例的完善。

需要說明的是，信息化手段的不斷完善和創(chuàng)新由師生共同完成，而對應的教學案例，考慮到知識點的連貫性和教學的可開展性，根據(jù)學員反饋情況仍由教員主導完善。

2 信息化輔助手段與知識點對接的典型教學案例

教學組以在線學習網(wǎng)站為載體[7]，通過對信息化教學手段的篩選和創(chuàng)新設計，不斷新增具有趣味性和實用性的教學案例，利用問題卡交互、課堂在線投票、測試情況匯總、電子白板等手段，在方便師生教學互動的同時，也作為案例給予學員明確的階段性學習目的，引導學員對知識點的發(fā)掘，從而激發(fā)學員的主觀能動性。以下重點介紹與醫(yī)工結(jié)合聯(lián)系緊密的電子白板案例。

電子白板是遠程醫(yī)療中常用的遠端手對手互動工具。如圖1 所示，當多名醫(yī)生在線會診時，電子白板可以實現(xiàn)基于同一影像的同步移動、縮放、勾畫、注釋和文字交流，從而方便異地人員之間針對圖像細節(jié)的交流[8]。教學組將電子白板引入程序設計課程，改造為信息化教學輔助工具來豐富教學手段，并拆解為覆蓋圖形圖像處理章節(jié)多個知識點的教學案例。

圖1 遠程醫(yī)療電子白板使用示例（同步瀏覽、勾畫、文字交流）

圖2 展示了師生之間在教學活動中進行細節(jié)交流的在線白板互動實例。學員首先對不理解的PPT內(nèi)容截屏上傳至白板工具，并將鏈接推送給教員；然后，學員依托白板工具將不明白的地方用線條勾出，同時發(fā)送諸如“標記處為什么輸出2？”的文字信息，教員在相同視角的截圖上用矩形框勾畫出關(guān)鍵代碼的位置，文字回復“注意構(gòu)造函數(shù)……”；學員同步瀏覽即可進行直觀、準確、簡潔的在線互動。不同于微信、QQ 或電話互動，白板工具更強調(diào)“面對面”的細節(jié)討論，討論內(nèi)容可上傳至教學網(wǎng)上形成歷史問答庫，方便所有師生瀏覽。該白板工具同樣可以用于課堂現(xiàn)場教學，在教員講授不便打斷的時候，學員可通過掃碼進入公共白板場景，將想討論的內(nèi)容拍照或截屏上傳，在圖片上進行在線提問，方便教員在講授間隙歸納補充。

圖2 方便細節(jié)交流的在線白板互動實例（截取PPT 內(nèi)容進行在線“手對手”討論）

作為教學案例，在使用白板豐富互動手段的同時，將繪圖、鼠標事件功能拆分出來即形成適合現(xiàn)場教學的簡化案例，如圖3 所示。該案例主要涉及第十章圖形圖像處理基礎章節(jié)，覆蓋GDI+繪圖基本要素和窗體鼠標事件兩大核心知識點，以及對圖片控件（PictureBox）等既往知識點進行強化練習。

圖3 電子白板的知識點拆解與案例建設

圖形處理基礎專題重點介紹GDI+中的Graphics類和坐標系統(tǒng)，并結(jié)合坐標系統(tǒng)深入學習窗體鼠標事件；在舉一反三利用現(xiàn)有圖片控件達到圖像縮放、變形、灰度變換目的的同時，重點介紹GDI+的Bitmap類，并以此深入圖像處理原理。圖2 中有關(guān)師生之間在線互動功能的整合可以在完成第十一章數(shù)據(jù)庫技術(shù)的學習后作為課終大綜合設計的選題。

詳細的教學實施過程如下：

（1）案例的使用——學員視角下的直觀應用體驗。

白板工具作為課堂內(nèi)外師生在線互動的便利工具貫穿整門課程的教學始終，使學員印象深刻，展示了遠程會診常見手段以及生物醫(yī)學工程專業(yè)在醫(yī)療信息化建設方面的作用。

（2）案例的引入與拆解——教員引導下課堂知識點的學習。

當課程進入第十章圖形圖像處理基礎時，教員將白板工具轉(zhuǎn)為教學案例引入課堂。

第一步，引導學員主動挖掘?qū)W習內(nèi)容：教員以“白板工具應用體驗”為主題與學員交流該工具的優(yōu)缺點，重點討論人機交互的體驗與優(yōu)化。由于白板已經(jīng)是每個教學周期師生互動必用的工具，與介紹一個全新的教學案例相比，學員能夠迅速進入狀態(tài)，想法更多，討論也更深入。

第二步，引導學員拆解知識點，明確學習任務：根據(jù)學員對人機交互體驗提出優(yōu)化的話題，一起梳理白板工具涵蓋了哪些交互手段，梳理出窗體設計、鼠標事件、圖片控件、時間控件GDI+等新舊知識點，介紹學習計劃。

第三步，以案例的功能實現(xiàn)貫穿課堂始終：拆解出自由曲線繪制（圖形）和圖片的縮放（圖像）兩大專題，一邊講解知識點，一邊引導學員一起完成相關(guān)功能的知識點實踐，分2 次理論和2 次實訓課完成。

第四步，知識點歸納總結(jié)：在課堂共同完成案例的學習基礎上進一步梳理窗體、控件和GDI+圖形庫中對象、事件、屬性、方法的特點，并根據(jù)討論交流中的“酷炫”話題，引導學習面向?qū)ο蟮木C合設計思想，布置課下擴展性自主設計任務。

（3）學員自主設計與問題反饋。

每一個教學周期內(nèi)不僅只有理論課堂，還有匹配的實訓課、課下實踐練習的環(huán)節(jié)。通過實踐環(huán)節(jié)由學員自主完成課堂討論時各自提出的改進計劃，要求學員至少能夠獨立編寫類似白板工具的基本交互功能。并鼓勵學員隨時隨地將不明白的地方截圖或拍照，通過白板工具與教員在線互動。

（4）案例的完善和專業(yè)背景延伸。

在教學案例的引導下，學員不僅完成了學習任務，更重要的是明確了學習目標，增強了主觀能動性，最終反作用于信息化手段與教學案例的完善。該案例在教員設計之初僅是將教學組正在承擔的移動醫(yī)療項目應用于教學的嘗試，將醫(yī)學中常用的遠程會診功能應用于針對細節(jié)的“手對手”在線交流。隨著案例的使用和案例化教學的引入，學員提出了一系列的改進建議，尤其有學員提到了保留歷次圖文交流鏈接形成歷史問答題庫的想法，能夠為其他學員遇見類似問題時提供直觀參考。歷史問答題庫最終成為了本課程在信息化教改評比中的一個亮點。同時，案例完善的過程也向?qū)W員展示了生物醫(yī)學工程專業(yè)在醫(yī)療信息化建設中的應用方向。

上述基于信息化手段的教學案例的特色在于既貼近課堂教學實際應用，又覆蓋了具體的課程知識點和專業(yè)背景，并且程序復雜度適中，適宜1～2 次課程的知識點銜接。作為課堂案例導入后，便于師生一起制訂階段性學習任務，共同拆解知識點，提高學習趣味性、目的性和主觀能動性，真正形成了教員引導下以學員為中心的“使用案例—學習案例—設計案例—完善案例（師生共同）”閉環(huán)學習過程。

3 生物醫(yī)學工程專業(yè)程序設計課程的階段性實踐效果

教學組首先從2018 級生物醫(yī)學工程專業(yè)的C++程序設計課程入手，推行信息化輔助手段與教學案例的一體化建設與實踐，在學員評教、學校評價等方面都取得了良好效果。

在學員評教方面，根據(jù)大學教務處下發(fā)的《2018—2019 學年春季評教結(jié)果統(tǒng)計》中的學員評教顯示，全校473 名承擔主講任務的教員中，該門課程主講教員的教學督導及學員評教的綜合評分排名全校第23 名，位列全校前10%，說明這種教學手段改革得到了學員們很好的認同。此外，教學組在課程結(jié)束后發(fā)起了在線匿名問卷，問卷內(nèi)容主要是信息化手段的案例化應用體驗，包括作業(yè)發(fā)布、習題反饋、掃碼反饋、在線互動、具體效果等方面，每個方面包含2～4 個細分問題，認同的勾選，不認同的備注理由。共收集到75 份在線問卷，反饋結(jié)果見表1。

表1 C++程序設計課程信息化手段的案例化應用體驗反饋結(jié)果

從表1 可以看出，在總體評價中，100%的學員認為此方式有價值，96%的學員認為非常有價值。在具體效果方面，100%的學員愿意用此方式學習，認為有助于提高學習興趣和參與度。比較有意思的是習題反饋、掃碼反饋、在線互動3 項中的“如無此形式，課程中的有些疑惑可能不會向教員反饋”的問題，接近一半的學員表示認同，而另一半附屬的理由主要是本課程比較活躍的課堂討論氣氛和課下學習氛圍有助于他們直接與教員溝通。無論如何，此方式均達到了讓學員主動學習的目的。該問卷調(diào)查是在課程結(jié)束上報成績之后，且為匿名問卷，有很強的可信度。

在學校評價方面，教學組以信息化手段與教學案例一體化建設為核心的課程改革在經(jīng)過與全校各院系選送的27 門完整課程評比之后，獲得了全校2019 年度首屆信息化教學專項改革評比的前三名，教學組長榮獲信息化教學專項改革標兵。該門課程同時被教務處評定為大學優(yōu)質(zhì)課程。

4 結(jié)語

案例化教學一直是高校課程建設的重要環(huán)節(jié)，但要形成一個知識點集中、有一定實用性和趣味性，又能讓學員直觀理解的優(yōu)質(zhì)教學案例并不簡單。本文提出將信息化教學手段與教學案例建設緊耦合的一體化建設模式，通過直觀性和趣味性來引導學員對知識點求解的主觀能動性，并反作用于案例的完善和信息化手段的改進，從而迭代完善出高質(zhì)量的教學案例。

從學員的反饋證實本文提出的信息化手段的案例化建設與應用在方便教員掌控學習狀態(tài)的同時，有利于提升學員的學習熱情和課程價值認同感，能夠很好地幫助師生共同實現(xiàn)課程知識點的梳理和開展，在課中和課后不斷有學員參與到教學信息化手段的設計和完善中來，大大助力了學員動手實踐和思考能力的培養(yǎng)。而且課程結(jié)束后收到了全體學員以及所屬學員隊要求增開第二課堂和選修課的請求。

綜上，本文在契合新時代信息化教學的發(fā)展方向[9-10]，積極推進信息化手段輔助教學的基礎上，著力于發(fā)揮程序設計課程本身在信息化建設中的知識點優(yōu)勢，所形成的實踐效果和案例化建設思路可以為醫(yī)學工程專業(yè)的程序設計類課程以及醫(yī)學專業(yè)的程序設計基礎課程提供參考。