疫情期間《醫(yī)學(xué)圖像處理》和《醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)原理》在線(xiàn)課程的實(shí)踐與思考

丁明躍 岳 征

（華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系 湖北·武漢 430074）

0 引言

2020年春季，因受到百年不遇新冠疫情影響，學(xué)生無(wú)法正常開(kāi)學(xué)上課。對(duì)此，教育部發(fā)布了《指導(dǎo)意見(jiàn)》要求各高校“停課不停教、停課不停學(xué)”，將各種教學(xué)活動(dòng)從教室轉(zhuǎn)移到線(xiàn)上，并努力保證疫情期間的教學(xué)進(jìn)度和質(zhì)量[1]。在線(xiàn)教學(xué)作為疫情背景的教學(xué)應(yīng)急手段，對(duì)于以往在現(xiàn)場(chǎng)教室開(kāi)展授課的教師而言，是一個(gè)新的挑戰(zhàn)。因?yàn)榇蠖鄶?shù)的老師都是第一次采用在線(xiàn)教學(xué)的形式進(jìn)行授課。尤其是如此大密度、高強(qiáng)度的應(yīng)用在線(xiàn)教學(xué)方式，應(yīng)該在古今中外尚屬首次。

在線(xiàn)教育實(shí)踐方式可以簡(jiǎn)單地被分為三個(gè)時(shí)代。其中，在線(xiàn)教育1.0，又稱(chēng)之為“錄播課”時(shí)代。它主要通過(guò)播放老師事先錄制好的講課視頻來(lái)上課。優(yōu)點(diǎn)是可以反復(fù)錄制或請(qǐng)專(zhuān)業(yè)人員做后期的加工處理，缺點(diǎn)是方式陳舊，對(duì)學(xué)生吸引力低，教學(xué)效果差。在疫情期間，我們系有少數(shù)老師采用這種方式，但是結(jié)果表明其效果不佳。在線(xiàn)教育2.0時(shí)代是所謂的“在線(xiàn)教學(xué)”時(shí)代。老師通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)直播方式進(jìn)行課程講授，學(xué)生感受較好，有較大的吸引力。但要求老師前期做好充分準(zhǔn)備，不僅要提前熟悉講課內(nèi)容，還必須做好網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)備，保證網(wǎng)絡(luò)連接的暢通，熟悉所使用的授課軟件等，以避免在直播在線(xiàn)課程過(guò)程中出現(xiàn)死機(jī)、掉線(xiàn)、找不到需要的功能鍵等一些影響教學(xué)效果極端情況的出現(xiàn)。在線(xiàn)教育3.0時(shí)代則在2.0時(shí)代基礎(chǔ)上進(jìn)一步考慮到了人機(jī)社群形成、能力價(jià)值塑造、身份認(rèn)同提升等更廣泛而深刻的教育目標(biāo)，從而達(dá)到師生交融、有機(jī)互動(dòng)的一種新的教學(xué)方式[2]。

此次大規(guī)模的在線(xiàn)教學(xué)活動(dòng)，大多數(shù)老師都是采用了在線(xiàn)教育2.0時(shí)代方式，同時(shí)也有部分老師也在對(duì)于在線(xiàn)教育2.0時(shí)代步入3.0時(shí)代做了一些探索與嘗試。在疫情期間，當(dāng)前的在線(xiàn)教育2.0時(shí)代在線(xiàn)教學(xué)還存在著諸多問(wèn)題，也吸引了眾多學(xué)者在一些層面上所進(jìn)行的討論。比如付衛(wèi)東、周洪宇認(rèn)為在線(xiàn)教育面臨“不同地區(qū)和學(xué)校網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和硬件設(shè)備存在嚴(yán)重‘苦樂(lè)不均’、教師信息技術(shù)水平和應(yīng)變能力‘心有余而力不足’、居家在線(xiàn)學(xué)習(xí)家長(zhǎng)學(xué)生和學(xué)校‘各吹各調(diào)’；家長(zhǎng)學(xué)生個(gè)性化、優(yōu)質(zhì)化在線(xiàn)教育需求強(qiáng)烈但‘眾口難調(diào)’”等困境[3]。也有學(xué)者從實(shí)證分析角度思考，認(rèn)為教學(xué)過(guò)程中存在“學(xué)生學(xué)習(xí)自主性偏低，難以適應(yīng)居家學(xué)習(xí)的要求”[4]，“優(yōu)質(zhì)線(xiàn)上資源得不到有效利用，教學(xué)和管理策略落后”[5]等。作為一名高校教師，在線(xiàn)教育在不斷的發(fā)展、普及，在發(fā)展的過(guò)程中，更加關(guān)注于在線(xiàn)教學(xué)形式下的授課效果。就某一門(mén)課程開(kāi)展的教學(xué)活動(dòng)而言，在線(xiàn)教學(xué)的教學(xué)效果與線(xiàn)下課堂授課相比較，還欠缺什么？又有哪些是在線(xiàn)教學(xué)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)？隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在線(xiàn)教育課堂是變成在線(xiàn)形式的線(xiàn)下課堂，還是要獨(dú)樹(shù)一幟做出更大的創(chuàng)新與改革等等問(wèn)題都值得我們?nèi)ニ伎己吞剿鳌?/p>

本文結(jié)合作者在疫情期間承擔(dān)的華中科技大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專(zhuān)業(yè)本科生專(zhuān)業(yè)課程《醫(yī)學(xué)圖像處理》與《醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)原理》的教學(xué)詳情，分析與回答我們上面提出的問(wèn)題。后文行文結(jié)構(gòu)如下：第2節(jié)重點(diǎn)介紹了兩門(mén)課程的實(shí)際教學(xué)計(jì)劃和具體的教學(xué)情況；第3節(jié)比較了此次在線(xiàn)教學(xué)與之前非在線(xiàn)的現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)之間的差異性；最后，第4節(jié)將對(duì)如何更好地改進(jìn)在線(xiàn)課堂教學(xué)效果給出了意見(jiàn)與建議。

1 《醫(yī)學(xué)圖像處理》和《醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)原理》在線(xiàn)教學(xué)的情況介紹

2020年春季學(xué)期，《醫(yī)學(xué)圖像處理》和《醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)原理》面向生物醫(yī)學(xué)工程專(zhuān)業(yè)大三學(xué)生開(kāi)課。這兩門(mén)課程是我校生物醫(yī)學(xué)工程專(zhuān)業(yè)本科生非常重要的專(zhuān)業(yè)課程，每年都吸引了大約該年級(jí)70%-80%的學(xué)生選課。其中《醫(yī)學(xué)圖像處理》課程不僅講授了圖像處理的基本理論與方法，而且還兼顧了理論學(xué)習(xí)與算法編程實(shí)踐。《醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)原理》是從事醫(yī)學(xué)影像相關(guān)研究的基礎(chǔ)課程，不僅注重理論教學(xué)并在一定程度上要求鍛煉提高學(xué)生信息檢索能力。在2020年春季的在線(xiàn)教學(xué)過(guò)程中，首先通過(guò)騰訊QQ軟件分別給兩門(mén)課程建立了相應(yīng)的班級(jí)QQ群，并通過(guò)QQ群應(yīng)用“群課堂”進(jìn)行線(xiàn)上的實(shí)時(shí)授課（圖1）。該應(yīng)用在進(jìn)行教學(xué)時(shí)，由教師在其電腦上開(kāi)啟攝像頭現(xiàn)場(chǎng)直播，結(jié)合播放授課PPT來(lái)為大家進(jìn)行講解。在授課過(guò)程中，還可以穿插提問(wèn)，學(xué)生可以通過(guò)在群課堂的聊天框可以實(shí)時(shí)的進(jìn)行提問(wèn)或者討論，通過(guò)“舉手”功能和申請(qǐng)發(fā)言來(lái)示意教師要提問(wèn)、回答問(wèn)題或者發(fā)表言論，教師可以指定同學(xué)進(jìn)行視頻互動(dòng)來(lái)回答問(wèn)題和闡述看法。本次在線(xiàn)教學(xué)的課時(shí)、上課日期安排由學(xué)校制定，與往年在校課程安排完全一致；每周兩次課，一次兩個(gè)學(xué)時(shí)。一堂課45分鐘，兩堂課中間休息5分鐘，也基本與線(xiàn)下授課一致。上課時(shí)由教師開(kāi)啟自動(dòng)錄制功能，課后學(xué)生還能夠通過(guò)群課堂觀(guān)看回放上節(jié)課的內(nèi)容。

圖1：課堂截屏

課程考核按照平時(shí)成績(jī)（40%）與考試成績(jī)（60%）進(jìn)行評(píng)分（2019年為平時(shí)成績(jī)（30%）與考試成績(jī)（70%）），其中平時(shí)成績(jī)包括考勤、作業(yè)、課上表現(xiàn)加分，《醫(yī)學(xué)圖像處理》的作業(yè)形式為醫(yī)學(xué)圖像處理的算法編程實(shí)現(xiàn)，《醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)原理》作業(yè)形式為思考題作答。考勤由助教負(fù)責(zé)，通過(guò)對(duì)群課堂的上課人員列表進(jìn)行核對(duì)來(lái)記錄考勤情況；作業(yè)由各個(gè)專(zhuān)業(yè)班級(jí)的班委負(fù)責(zé)收集并提交給助教，同時(shí)報(bào)告作業(yè)提交情況；最終考試使用QQ群來(lái)發(fā)放試題的電子文檔，由學(xué)生在無(wú)監(jiān)考的情況下在文檔上進(jìn)行作答并在最后通過(guò)QQ或者郵件提交試卷，試卷提交時(shí)間以文件發(fā)送與郵件發(fā)送時(shí)間為準(zhǔn)。如圖2、3所示，左側(cè)從上到下三張圖分別為2019年春季學(xué)期的平時(shí)、考試和綜合成績(jī)分布直方圖，右側(cè)從上到下三張圖分別為2020年春季學(xué)期對(duì)應(yīng)的成績(jī)分布直方圖（其中2019與2020綜合成績(jī)0～59分段的一人均為因個(gè)人原因缺考）。這種考試缺失監(jiān)考手段，但根據(jù)對(duì)圖2、圖3中的考試成績(jī)分布直方圖可知，本次考試與2019年監(jiān)考的線(xiàn)下考試相比，《醫(yī)學(xué)圖像處理》在各個(gè)分段的分布變化不大，《醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)原理》在90-100分段的人數(shù)比例有較大幅度提高。

圖2：《醫(yī)學(xué)圖像處理》課程成績(jī)分布直方圖

圖3：《醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)原理》課程成績(jī)分布直方圖

2 在線(xiàn)教學(xué)與線(xiàn)下教學(xué)對(duì)比

根據(jù)第2章節(jié)中對(duì)本次在線(xiàn)教學(xué)活動(dòng)的介紹，本章節(jié)將對(duì)照此前的線(xiàn)下教學(xué)工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)本次教學(xué)活動(dòng)的特點(diǎn)。

線(xiàn)上教學(xué)使學(xué)生和教師擺脫了上課時(shí)的“空間束縛”，學(xué)生和教師只需要擁有教學(xué)和上課設(shè)備并在滿(mǎn)足條件的場(chǎng)景就能夠開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，而不需要集中到固定教室進(jìn)行上課，提高了教學(xué)的便捷性，降低了教學(xué)成本。

本次教學(xué)活動(dòng)從整體安排和設(shè)計(jì)上來(lái)看，可以簡(jiǎn)單地認(rèn)為是把教室“搬”到了QQ群的群課堂應(yīng)用上，由此直接造成的影響是，教師獲取學(xué)生上課狀態(tài)的第一道途徑從教師在講臺(tái)上直接觀(guān)察學(xué)生的表現(xiàn)變成了聊天框中的文字，并且減少了學(xué)生與教師之間的信息交互渠道。本次在線(xiàn)上授課時(shí)，教師無(wú)法隨時(shí)查看學(xué)生們聽(tīng)課的狀態(tài)，只能通過(guò)軟件提供的聊天框、“舉手”功能、學(xué)生回答問(wèn)題時(shí)的音視頻連線(xiàn)來(lái)被動(dòng)獲取學(xué)生的聽(tīng)課反饋，這對(duì)教師、學(xué)生均提出了更高的要求。教師必須更加主動(dòng)地與學(xué)生展開(kāi)交流、提問(wèn)和討論，把握學(xué)生對(duì)教授知識(shí)的掌握狀態(tài)，從而能夠?yàn)榘嗉?jí)開(kāi)展個(gè)性化的教學(xué)活動(dòng)；而學(xué)生必須更加主動(dòng)地對(duì)教師進(jìn)行反饋，積極地根據(jù)自己掌握知識(shí)的程度對(duì)教師提出教學(xué)進(jìn)度、方式等的建議，為教師開(kāi)展班級(jí)個(gè)性化教學(xué)提供依據(jù)。

本次線(xiàn)上教學(xué)活動(dòng)中還存在一個(gè)重大的缺陷，即在使用電子試卷答題時(shí)線(xiàn)上考試無(wú)法完全通過(guò)平臺(tái)進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)考。根據(jù)調(diào)研，現(xiàn)有的在線(xiàn)教學(xué)軟件或者在線(xiàn)考試平臺(tái)在實(shí)現(xiàn)考試監(jiān)考方面均具有一定的局限性，一般包括下面幾種情況：

（1）無(wú)法進(jìn)行監(jiān)考。如我們?cè)诘诙鹿?jié)介紹的情況一般，很多在線(xiàn)教學(xué)平臺(tái)并沒(méi)有提供進(jìn)行監(jiān)考考試的功能，僅僅在書(shū)面規(guī)則上提出考試要求而缺失監(jiān)督的手段，作弊情況無(wú)法被發(fā)現(xiàn)和懲戒，由此極大增加了考試不公平問(wèn)題的發(fā)生概率。

表1：2020年課程考勤情況

（2）進(jìn)行有限的監(jiān)考。部分軟件通過(guò)單獨(dú)開(kāi)啟考生攝像頭或者監(jiān)督電腦屏幕來(lái)進(jìn)行監(jiān)考。雖然這比上一種情況而言能夠減少作弊的發(fā)生，但是這樣明顯無(wú)法進(jìn)行充分的監(jiān)督，還是存在很多漏洞。上面兩種方法單獨(dú)進(jìn)行都會(huì)存在監(jiān)督范圍不全面的問(wèn)題，而同時(shí)進(jìn)行時(shí)，監(jiān)考教師從每個(gè)考生獲取到的畫(huà)面是獨(dú)立的，因此對(duì)于人數(shù)較多的考試而言，無(wú)論是開(kāi)啟攝像頭還是監(jiān)督屏幕，執(zhí)行監(jiān)考都很困難。

（3）監(jiān)考過(guò)于嚴(yán)格。根據(jù)調(diào)查，有些平臺(tái)通過(guò)自動(dòng)監(jiān)督考生電腦操作以及攝像頭監(jiān)督相結(jié)合的方式來(lái)提供監(jiān)考服務(wù)，能夠解決情況（2）中的部分問(wèn)題。但是當(dāng)前監(jiān)督考生電腦的操作這種方式由寫(xiě)好的程序來(lái)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)功能過(guò)于死板，容錯(cuò)率較低，容易導(dǎo)致誤判。

3 在線(xiàn)教學(xué)的未來(lái)發(fā)展思考

這次全國(guó)大、中、小學(xué)校開(kāi)展大規(guī)模的全面在線(xiàn)教學(xué)是其面對(duì)疫情所做出應(yīng)對(duì)方法，然而有學(xué)者認(rèn)為疫情后的教育教學(xué)將發(fā)展為一種“新常態(tài)”，走向“線(xiàn)上+線(xiàn)下”結(jié)合的混合教學(xué)模式，在線(xiàn)教育是時(shí)代發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)，在線(xiàn)教學(xué)可能會(huì)成為線(xiàn)下教學(xué)的補(bǔ)充手段，彌補(bǔ)線(xiàn)下教育的不足[6]。教育是在不斷地創(chuàng)新—實(shí)踐的循環(huán)中不斷發(fā)展的，對(duì)于在線(xiàn)教育這一形式，它是在其支撐的技術(shù)滿(mǎn)足的前提下而發(fā)展的，但是技術(shù)不能作為引導(dǎo)教育改變的根本驅(qū)動(dòng)力。僅僅把線(xiàn)下課堂搬到互聯(lián)網(wǎng)上是在線(xiàn)教育的一種技術(shù)引領(lǐng)的方式，通過(guò)技術(shù)克服了疫情帶來(lái)的教學(xué)問(wèn)題，但是在后續(xù)的在線(xiàn)教學(xué)發(fā)展中，應(yīng)當(dāng)做出更加多樣性的改變。教育學(xué)家應(yīng)該靈活設(shè)計(jì)在線(xiàn)教學(xué)方案，用超前的技術(shù)眼光把教學(xué)思路打開(kāi)，充分挖掘在線(xiàn)教學(xué)的各種可能形式，進(jìn)行有效的創(chuàng)新。對(duì)于教師而言，在線(xiàn)教學(xué)的潛力也應(yīng)該得到更多的重視，而非僅僅當(dāng)作線(xiàn)下教學(xué)的應(yīng)急替代方案，充分利用教師身處教學(xué)一線(xiàn)的地位，積極整理在線(xiàn)教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，探索意義更加豐富的在線(xiàn)教學(xué)應(yīng)用。