基于虛擬教研室的雙線融合教學(xué)模式的構(gòu)建

張 昊 王 欣 靳瑞霞

新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院三全學(xué)院 河南新鄉(xiāng) 453003

1 概述

1.1 背景

醫(yī)學(xué)發(fā)展經(jīng)歷了經(jīng)驗(yàn)醫(yī)學(xué)時(shí)代、科學(xué)醫(yī)學(xué)時(shí)代，當(dāng)前醫(yī)學(xué)進(jìn)入整合醫(yī)學(xué)時(shí)代。科學(xué)技術(shù)正在從信息時(shí)代進(jìn)入人工智能時(shí)代。隨著大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)融入醫(yī)療領(lǐng)域，醫(yī)學(xué)逐漸形成全新的知識(shí)體系和圖譜，以及全新的思考模式和處理方案。在新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)和新模式不斷涌現(xiàn)的背景下，迫切需要發(fā)展新醫(yī)科+新工科教學(xué)理念，建立符合時(shí)代發(fā)展的人才培養(yǎng)體系[1]，這要求醫(yī)學(xué)高等教育從理念、內(nèi)容、標(biāo)準(zhǔn)和方法進(jìn)行創(chuàng)新[2]。

“醫(yī)學(xué)影像工程學(xué)”除了涉及醫(yī)學(xué)，還涉及信息、計(jì)算機(jī)、電子等工學(xué)學(xué)科以及互聯(lián)網(wǎng)、人工智能和大數(shù)據(jù)等新興學(xué)科，是典型的新生交叉學(xué)科[3]。為適應(yīng)多學(xué)科、新技術(shù)融合的發(fā)展趨勢(shì)，本文在不改變、不影響原有教研室、教學(xué)團(tuán)隊(duì)格局的基礎(chǔ)上，以信息技術(shù)為依托，建設(shè)動(dòng)態(tài)開(kāi)放的虛擬教研室。基于虛擬教研室，通過(guò)跨學(xué)科師資隊(duì)伍構(gòu)建雙線融合式教學(xué)模式。通過(guò)探索推進(jìn)新型教學(xué)組織和培養(yǎng)模式，為“智能醫(yī)學(xué)影像”課程的高質(zhì)量教學(xué)提供有力支撐，培養(yǎng)具有基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、醫(yī)學(xué)影像學(xué)和信息技術(shù)、智能技術(shù)的基本理論和技能的醫(yī)學(xué)影像工程人才，為從事智能醫(yī)學(xué)影像工作打好基礎(chǔ)[3]。

1.2 概念

1.2.1 虛擬教研室

以教研室為主的基層教學(xué)組織，是我國(guó)高等教育發(fā)展的基石。高校教研室在20世紀(jì)50年代形成，經(jīng)歷過(guò)初創(chuàng)期、定型期、恢復(fù)和轉(zhuǎn)型期、虛化期四個(gè)階段[4]，具有教學(xué)、科研職能和基層管理職能。20世紀(jì)90年代，隨著科研評(píng)價(jià)導(dǎo)向日盛，教研室的管理功能增強(qiáng)，而教學(xué)從有組織的交流、研討和有指導(dǎo)的集體活動(dòng)回歸到個(gè)人活動(dòng)，削弱了教學(xué)質(zhì)量[5]。在新醫(yī)科背景下建立教學(xué)學(xué)術(shù)交叉、融合和創(chuàng)新發(fā)展的機(jī)制，教研室再次扮演重要角色。2020年，教育部高等教育司要求“全面加強(qiáng)基層教學(xué)組織建設(shè)”，要求恢復(fù)、完善和提升教研室功能，探索基層教研組織的新形態(tài)、新形式，并于2021年7月發(fā)布了《關(guān)于開(kāi)展虛擬教研室試點(diǎn)建設(shè)工作的通知》。

虛擬教研室利用現(xiàn)代信息技術(shù)手段將學(xué)科領(lǐng)域涉及的資源進(jìn)行整合，成員可以是跨學(xué)科、跨校、跨單位、跨國(guó)際的教研工作者，以網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)作為載體，就相關(guān)科研、教研課題共同商討和活動(dòng)，承擔(dān)著教學(xué)學(xué)術(shù)研究、教學(xué)改革先行先試等教研功能和教學(xué)理念技能示范推廣、基層教學(xué)組織創(chuàng)新等職能[6]。虛擬教研室的建設(shè)遵循問(wèn)題導(dǎo)向、交叉融合、前瞻研究和動(dòng)態(tài)建設(shè)等原則，具有一般科研學(xué)術(shù)共同體的自主性、自覺(jué)性和自律性等特點(diǎn)。同時(shí)破解了地理局限、學(xué)科專業(yè)局限、行政隸屬局限等短板，使具有共同目標(biāo)的教師聯(lián)合致力于教學(xué)學(xué)術(shù)研究[7]。

虛擬教研室將學(xué)科領(lǐng)域涉及的人才資源進(jìn)行整合，共同組織教學(xué)研討活動(dòng)。一方面，推動(dòng)教師“新醫(yī)科”背景下加強(qiáng)對(duì)學(xué)科融合、專業(yè)建設(shè)、課程實(shí)施、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)評(píng)價(jià)等方面的研究探索。另一方面，運(yùn)用信息技術(shù)手段，探索突破時(shí)空限制、高效便捷、“線上+線下”結(jié)合的教研模式，形成基層教學(xué)組織建設(shè)管理的新思路、新方法、新范式。

1.2.2 “智能醫(yī)學(xué)影像”課程

新工科、新醫(yī)科是國(guó)家為應(yīng)對(duì)新科技革命和產(chǎn)業(yè)變革提出的“四新”中的重要組成部分。新工科專業(yè)主要指針對(duì)新興產(chǎn)業(yè)的專業(yè)，以互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)智能為核心，包括大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、區(qū)塊鏈、虛擬現(xiàn)實(shí)、智能科學(xué)與技術(shù)等相關(guān)工科專業(yè)。2017年國(guó)務(wù)院發(fā)布《關(guān)于開(kāi)展新工科研究與實(shí)踐的通知》，2018年教育部辦公廳發(fā)布《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》的通知，要求推進(jìn)“新工科”建設(shè)。新醫(yī)科是以人工智能為代表的新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命對(duì)醫(yī)學(xué)產(chǎn)生影響后的產(chǎn)物，與新工科交互推動(dòng)。從新工科、新醫(yī)科的建設(shè)內(nèi)涵上來(lái)看，兩者存在天然的契合性及學(xué)科交叉性。新醫(yī)科教育體系的目的是培養(yǎng)能適應(yīng)以人工智能為代表的新技術(shù)革命，能運(yùn)用交叉學(xué)科知識(shí)解決未來(lái)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域前沿問(wèn)題的創(chuàng)新人才，是新工科、新醫(yī)科融合發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是人才市場(chǎng)需求的必然結(jié)果。

在醫(yī)學(xué)院校實(shí)現(xiàn)“新醫(yī)科”建設(shè)，必須以醫(yī)工融合為抓手。醫(yī)學(xué)影像工程是典型的醫(yī)工融合學(xué)科，該學(xué)科綜合了醫(yī)學(xué)、工學(xué)、理學(xué)，又在人工智能等新興技術(shù)的推動(dòng)下，催生了智能醫(yī)學(xué)影像工程。該學(xué)科是新科技革命在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中落地的核心和重心，也是新興技術(shù)最先嘗試的試驗(yàn)田。智能醫(yī)學(xué)影像工程是醫(yī)學(xué)、工程、智能技術(shù)融合的學(xué)科。其核心課程是“智能醫(yī)學(xué)影像”，主要內(nèi)容是介紹用人工智能技術(shù)解決醫(yī)學(xué)影像在生成、處理、分析輔助診斷中產(chǎn)生的問(wèn)題。

1.2.3 雙線融合教學(xué)

雙線融合教學(xué)指師資的兩個(gè)雙線融合和教學(xué)過(guò)程的兩個(gè)雙線融合。

師資的兩個(gè)雙線融合指的是在院系層面和校企層面的融合師資和教學(xué)資源。(1)在校內(nèi)，智能醫(yī)學(xué)工程學(xué)院提供成像原理、影像設(shè)備學(xué)的師資和教學(xué)資源；醫(yī)學(xué)影像學(xué)院提供檢查技術(shù)、影像診斷相關(guān)的師資和教學(xué)資源。(2)在校企層面，醫(yī)院影像科提供醫(yī)學(xué)影像解讀的師資和教學(xué)資源；醫(yī)學(xué)影像企業(yè)提供影像設(shè)備學(xué)、智能圖像處理相關(guān)的師資和教學(xué)資源。基于以上融合組建虛擬教研室。

教學(xué)過(guò)程中的兩個(gè)雙線融合指的是融合課堂授課、融合授課對(duì)象。(1)融合課堂教學(xué)，即雙師進(jìn)課堂，根據(jù)課程的內(nèi)容需求和師資的優(yōu)勢(shì)差異，將兩個(gè)學(xué)院的教師、臨床影像醫(yī)師和影像工程師兩兩結(jié)合。每堂課都會(huì)有兩個(gè)不同來(lái)源的教師，負(fù)責(zé)成像原理、影像設(shè)備學(xué)、檢查技術(shù)、影像診斷、智能圖像處理等模塊的教學(xué)。(2)授課對(duì)象的融合，融合教學(xué)可對(duì)智能影像工程專業(yè)、醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)、智能醫(yī)學(xué)工程專業(yè)醫(yī)學(xué)影像處理方向進(jìn)行教學(xué)，還可為影像學(xué)、臨床專業(yè)提供具有“新醫(yī)科+新工科”思維的課程。

1.3 研究狀況

2016年，國(guó)家發(fā)改委、科技部、工信部制定《促進(jìn)新一代人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃(2018—2020年)》，提出要助推人工智能應(yīng)用場(chǎng)景落地，特別是在智慧醫(yī)療領(lǐng)域，支持開(kāi)發(fā)數(shù)字化醫(yī)療影像設(shè)備、分析系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)、健康檢測(cè)系統(tǒng)等智能醫(yī)療設(shè)備的研制及產(chǎn)業(yè)化。

為落實(shí)該計(jì)劃，國(guó)家教育部批準(zhǔn)上海大學(xué)開(kāi)設(shè)智能醫(yī)學(xué)診療專業(yè)，上海健康醫(yī)學(xué)院開(kāi)設(shè)智能影像工程專業(yè)。上海大學(xué)與上海全景醫(yī)學(xué)影像診斷中心合作建立“上海大學(xué)醫(yī)學(xué)影像教學(xué)科研基地”，相關(guān)專業(yè)學(xué)生在該基地實(shí)習(xí)、科研，實(shí)現(xiàn)企業(yè)與高校間的人才培養(yǎng)[8]。上海健康醫(yī)學(xué)院選送教師赴各大院校、醫(yī)療機(jī)構(gòu)和醫(yī)療器械公司深造。同時(shí)引入醫(yī)療機(jī)構(gòu)和行業(yè)企業(yè)的優(yōu)質(zhì)資源，聘任醫(yī)師和工程師作為外聘教師，共同完成專業(yè)定位、培養(yǎng)方案制訂、專業(yè)課程授課等教學(xué)行為。復(fù)旦大學(xué)與華為聯(lián)合開(kāi)設(shè)醫(yī)學(xué)人工智能課程，涵蓋人工智能在醫(yī)學(xué)影像學(xué)數(shù)據(jù)、組學(xué)數(shù)據(jù)、電子病歷數(shù)據(jù)、醫(yī)學(xué)場(chǎng)景中的運(yùn)用[3]。校企通過(guò)共建教學(xué)合作機(jī)制，融合優(yōu)勢(shì)資源，開(kāi)發(fā)課程體系，實(shí)現(xiàn)雙贏。

目前，校企的合作停留在院校或院系層面，并沒(méi)有融入教研室的日常教學(xué)工作中。同時(shí)，校內(nèi)的師資和教學(xué)資源也并沒(méi)有得到最優(yōu)化的配置，重復(fù)建設(shè)、信息孤島的現(xiàn)象仍是制約教學(xué)效果的主要因素。另外，醫(yī)學(xué)影像人才的培養(yǎng)沒(méi)有很好地將大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等學(xué)科融合到教學(xué)活動(dòng)中，沒(méi)有解決好基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)與智能醫(yī)學(xué)的關(guān)系[3]。

2 研究過(guò)程

通過(guò)配置各方資源，建設(shè)虛擬教研室，實(shí)施雙線融合教學(xué)模式，將教學(xué)與能力需求聯(lián)系起來(lái)，將綜合素質(zhì)和專業(yè)技能結(jié)合，旨在培養(yǎng)具有醫(yī)學(xué)背景、掌握人工智能相關(guān)理論和技能、工程能力強(qiáng)的應(yīng)用型智能醫(yī)學(xué)影像人才，以適應(yīng)社會(huì)、企業(yè)和行業(yè)的實(shí)際需要。還可為醫(yī)學(xué)影像學(xué)專業(yè)、臨床專業(yè)、其他專業(yè)提供具有“新醫(yī)科+新工科”思維的選修課程。

2.1 研究對(duì)象

本課題的研究對(duì)象為智能影像工程類專業(yè)，包括智能影像工程專業(yè)、醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)、智能醫(yī)學(xué)工程專業(yè)影像處理方向。該類專業(yè)人才既要具有醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)和臨床實(shí)踐能力，也要掌握工學(xué)和智能類知識(shí)，能運(yùn)用前沿工程技術(shù)破解醫(yī)學(xué)問(wèn)題[9]，可從事醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的智能化研究、開(kāi)發(fā)、管理與使用，解決我國(guó)醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域創(chuàng)新能力不足、影像診斷治療水平發(fā)展不均衡等問(wèn)題。

2.2 研究步驟

2.2.1 搭建虛擬教研室

智能醫(yī)學(xué)影像虛擬教研室由本校的智能醫(yī)學(xué)工程學(xué)院、醫(yī)學(xué)影像學(xué)院與附屬醫(yī)院影像科、醫(yī)學(xué)影像儀器生產(chǎn)企業(yè)、智能影像處理企業(yè)共同組建，成員包括教學(xué)院長(zhǎng)、科室主任、項(xiàng)目經(jīng)理、工程師、專業(yè)負(fù)責(zé)人、專業(yè)教師、實(shí)驗(yàn)教師。

發(fā)起人負(fù)責(zé)組織教學(xué)實(shí)施及管理工作，明確成員及工作職責(zé)。成員共建人才培養(yǎng)計(jì)劃、教學(xué)大綱、課程建設(shè)規(guī)劃；通過(guò)“云端”建設(shè)優(yōu)質(zhì)共享的教學(xué)資源庫(kù)：知識(shí)圖譜、教學(xué)視頻、電子課件、習(xí)題試題、教學(xué)案例、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、影像數(shù)據(jù)集等；開(kāi)展教研和教學(xué)活動(dòng)，落實(shí)課程建設(shè)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)雙線融合教學(xué)模式的目標(biāo)。教研活動(dòng)包括專業(yè)需求討論、專業(yè)知識(shí)講座、技術(shù)講座、行業(yè)講座、企業(yè)走訪。教學(xué)活動(dòng)包括課程教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、教改研究、教學(xué)交流、學(xué)生評(píng)獎(jiǎng)、質(zhì)量評(píng)價(jià)等。教研、教學(xué)的方式以項(xiàng)目、課題形式呈現(xiàn)，以研討、分享、交流和培訓(xùn)等方法實(shí)施。載體以線上為主，線上線下混合。線上活動(dòng)選擇直播教學(xué)平臺(tái)、會(huì)議平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行資源儲(chǔ)備、課程建設(shè)、案例積累、成果固化等。教研活動(dòng)所需場(chǎng)所、辦公設(shè)施、經(jīng)費(fèi)等由教務(wù)部門(mén)提供，保障教學(xué)研究等活動(dòng)順利開(kāi)展。

2.2.2 建設(shè)融合授課模式

為保證人才培養(yǎng)質(zhì)量，銜接不同的學(xué)科，更好地搭建知識(shí)體系，虛擬教研室采用“共同上課、共同科研、共同學(xué)習(xí)”的雙師進(jìn)課堂的融合授課模式。一方面，由于智能醫(yī)學(xué)影像學(xué)科的前沿性和交叉學(xué)科性質(zhì)，教學(xué)活動(dòng)要根據(jù)課程內(nèi)容匹配相應(yīng)的師資組合進(jìn)行授課，同一次課由不同專業(yè)背景的教師從不同角度對(duì)學(xué)科知識(shí)進(jìn)行解讀和傳授。智能醫(yī)學(xué)工程學(xué)院的教師、影像工程師和影像技師負(fù)責(zé)成像原理、影像設(shè)備學(xué)、智能圖像處理的教學(xué)；醫(yī)學(xué)影像學(xué)院的教師和影像醫(yī)師負(fù)責(zé)檢查技術(shù)、影像診斷的教學(xué)。另一方面，由于虛擬教研室所屬成員其學(xué)科的特殊性、交叉性，不僅對(duì)智能影像工程類專業(yè)授課，還可通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)，承擔(dān)影像學(xué)和臨床專業(yè)的相關(guān)課程。

2.2.3 建立考核體系

考核體系分兩類，一類是對(duì)教研室成員的考核：針對(duì)跨單位的特點(diǎn)，構(gòu)建專業(yè)教學(xué)督導(dǎo)組的教學(xué)質(zhì)量管理體制，開(kāi)展教學(xué)評(píng)價(jià)。定期組織教學(xué)檢查、教師聽(tīng)課、學(xué)生座談會(huì)、調(diào)查問(wèn)卷，將問(wèn)題反饋給教師，督促其改進(jìn)，保證虛擬教研室教學(xué)質(zhì)量；開(kāi)展集體備課，消除不同專業(yè)背景教師的教學(xué)盲點(diǎn)。一類是對(duì)授課對(duì)象進(jìn)行的考核，根據(jù)不同專業(yè)的學(xué)情和培養(yǎng)目標(biāo)的不同，制定相適應(yīng)的考核模式和標(biāo)準(zhǔn)。要求智能影像工程類專業(yè)掌握醫(yī)學(xué)影像的成像原理、設(shè)備構(gòu)成、影像處理技術(shù)，熟練操作、維護(hù)、檢修醫(yī)學(xué)影像設(shè)備，運(yùn)用智能技術(shù)處理醫(yī)學(xué)影像問(wèn)題。影像學(xué)專業(yè)、臨床專業(yè)和其他專業(yè)的要求達(dá)到了解、簡(jiǎn)單操作、處理的程度即可。

新醫(yī)科背景下的醫(yī)學(xué)影像人才培養(yǎng)評(píng)價(jià)體系不僅局限于醫(yī)學(xué)知識(shí)和臨床技能的關(guān)注，還增加了對(duì)人工智能相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)、人工智能新技術(shù)的考核。

2.2.4 實(shí)驗(yàn)階段

以本校智能影像工程專業(yè)的兩個(gè)班和醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)的兩個(gè)班作為研究對(duì)象，兩個(gè)專業(yè)中各取一個(gè)班為實(shí)驗(yàn)組，另外兩個(gè)班為對(duì)照組。在實(shí)驗(yàn)組，用本文提出的虛擬教研室教學(xué)共享資源以及雙線融合體系進(jìn)行人才培養(yǎng)，對(duì)照組采用傳統(tǒng)教學(xué)方法進(jìn)行人才培養(yǎng)。經(jīng)過(guò)一個(gè)完整教學(xué)周期后，對(duì)兩組學(xué)生進(jìn)行統(tǒng)一考試，考試內(nèi)容涉及醫(yī)學(xué)影像知識(shí)鏈上不同學(xué)科的知識(shí)，對(duì)成績(jī)做數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理。

3 數(shù)據(jù)記錄與分析

3.1 教學(xué)效果評(píng)價(jià)

考核科目為成像原理及設(shè)備學(xué)、影像檢查技術(shù)及診斷學(xué)、智能圖像處理等，教學(xué)效果評(píng)價(jià)的指標(biāo)為上述考試科目的成績(jī)。

3.2 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組各科成績(jī)比較表

3.3 結(jié)果分析

本文設(shè)計(jì)的基于虛擬教研室的雙線融合教學(xué)提供了豐富的教學(xué)案例，串聯(lián)了不同課程知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系，豐富了教學(xué)的實(shí)踐形式，有利于促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成和參與課堂的積極性，教學(xué)效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)模式。

4 討論

本設(shè)計(jì)聯(lián)合高校、行業(yè)、企業(yè)組建智能醫(yī)學(xué)影像虛擬教研室，構(gòu)建涉及成像原理、設(shè)備、檢查技術(shù)和影像處理的雙線融合式教學(xué)模式。此次教學(xué)模式的改革調(diào)動(dòng)了參與方的優(yōu)勢(shì)資源和師資，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，筑牢知識(shí)體系。未來(lái)在虛擬教研室的基礎(chǔ)上，建立醫(yī)學(xué)影像實(shí)訓(xùn)教學(xué)中心，使醫(yī)學(xué)影像實(shí)訓(xùn)室能夠與直屬附屬醫(yī)院放射科、影像核醫(yī)學(xué)科的診斷工作站聯(lián)網(wǎng)，使實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)更貼近臨床真實(shí)情景。