Arduino開源硬件在中醫(yī)藥信息學實踐教學中的應用

祁興華+虞舜+王璐

摘要：本文簡述中醫(yī)藥信息學人才培養(yǎng)教學中存在的問題，針對學科人才培養(yǎng)實踐教學模式進行探討，提出將Arduino開源硬件引入中醫(yī)藥信息學教學中，嘗試對現(xiàn)有課堂和實驗教學進行實踐探索，并提出相應建議，激發(fā)學生的學習興趣，提升其應用能力，以冀進一步完善中醫(yī)藥信息學實踐教學模式，培養(yǎng)“中醫(yī)藥+信息學”的復合型、應用型人才，促進學科的長遠發(fā)展。

關鍵詞：開源硬件；中醫(yī)藥信息學；醫(yī)學教學；教學模式；Arduino

DOI：10.3969/j.issn.1005-5304.2018.02.031

中圖分類號：R2-04 文獻標識碼：A 文章編號：1005-5304（2018）02-0130-03

Application of Arduino Open Source Hardware in Practice Teaching of TCM Informatics

QI Xing-hua， YU Shun， WANG Lu

Nanjing University of Chinese Medicine， Nanjing 210023， China

Abstract： This article briefly described the existing problems in talent training of TCM informatics， conducted discussion according to discipline personnel training practice teaching mode， proposed to introduce Arduino open-source hardware into TCM informatics teaching， try to carry out practice exploration for existing classroom and experiment teaching， and proposed relevant suggestions to promote learning interest of students and improve their application ability， with a purpose to further improve the practice teaching mode of TCM informatics， cultivate “TCM+informatics” compound and application talents to promote long-term development of this discipline.

Keywords： open source hardware； TCM informatics； medical teaching； teaching mode； Arduino

中醫(yī)藥信息學學科教育旨在培養(yǎng)全面掌握中醫(yī)藥學與信息學知識與技能的跨學科復合型人才，由于其注重綜合性和應用性，圍繞學科專業(yè)培養(yǎng)目標，引導構建學生的實踐活動體系，因此實踐教學體系顯得至關重要。筆者探討將Arduino開源硬件引入中醫(yī)藥信息學實踐教學中，作為理論教學的有效補充，同時探索本學科實踐教學的改進方向，以期進一步完善學科實踐教學模式，實現(xiàn)培養(yǎng)“中醫(yī)藥+信息學”的復合型應用型人才的目標。

1 中醫(yī)藥信息學實踐教學中存在的問題

中醫(yī)藥信息學是中醫(yī)藥學與信息學結(jié)合產(chǎn)生的新興學科，自20世紀70年代計算機技術被用于處理中醫(yī)藥數(shù)據(jù)開始，中醫(yī)藥信息學經(jīng)過40余年的發(fā)展，在學科建立、人才教育和應用研究方面取得了豐碩成果，形成了較為清晰的中醫(yī)藥信息學學科體系和特色的中醫(yī)藥信息學人才培養(yǎng)模式，并在中醫(yī)藥基礎、臨床、教育、管理、科研和生產(chǎn)經(jīng)營等領域發(fā)揮著巨大作用。然而，相對其他新興學科，中醫(yī)藥信息學仍處于初步發(fā)展階段，學科體系和發(fā)展戰(zhàn)略尚不完善，其課程教學方面亦存在問題，主要集中在以下方面。

1.1 教學體系不完善

缺乏交叉學科應有的綜合性課程內(nèi)容體系、系統(tǒng)的交叉學科教學方法體系，且缺乏知識結(jié)構合理的中醫(yī)藥信息學師資隊伍[1]。同時亦缺乏交叉學科應有的專業(yè)性課程內(nèi)容體系。另外，由于中醫(yī)藥信息學的特殊性，對中醫(yī)藥知識和信息技術均有較高的要求，如何合理安排兩者的課程比例還缺乏標準[2]。目前各中醫(yī)藥院校開設與中醫(yī)藥信息相關的課程較為分散，大多為選修課，安排學時較少，實踐教學課時也難以得到保證。

1.2 教學內(nèi)容缺乏新意

中醫(yī)藥信息學是中醫(yī)藥學與信息學的交叉學科，需要學生在學習中醫(yī)藥和信息技術課程的同時，將兩個學科的知識融會貫通。大學生思維活躍，教學內(nèi)容生動有趣、與時俱進，方能引起他們的興趣，激發(fā)其學習動力和創(chuàng)造力，所以對教學內(nèi)容本身有更高要求。然而，現(xiàn)在中醫(yī)院校這類課程的內(nèi)容往往以鋪陳知識點為主，要么偏深偏難，要么面面俱到，缺乏新穎性，缺乏實踐性，無法激發(fā)其學生的興趣[3]。

1.3 教學方法陳舊

傳統(tǒng)的教學方法以課堂講授法為主，學生在完成課堂理論知識的學習后，再輔以少量的實驗驗證，或以教師演示為主，學生直接參與很少。然而，此種方法并不適合中醫(yī)藥信息學這類交叉學科的教學。中醫(yī)藥信息學的教學方法應結(jié)合學科自身特點，注重綜合性和應用性，圍繞學科專業(yè)培養(yǎng)目標，引導構建學生的實踐活動體系，引導學生參與科技創(chuàng)新活動，通過項目實訓的教學方法，以項目的形式將課堂教學與實踐學習相結(jié)合，給與學生更多的動手機會，讓學生真正融入到學習中，這樣才能更好地將教學內(nèi)容消化吸收，提升其創(chuàng)新和學習能力，從而促進學科的發(fā)展。

2 Arduino開源硬件的特點endprint

Arduino是目前較為流行的開源硬件平臺，2005年由米蘭交互設計學院的2位教授聯(lián)合創(chuàng)建，具有入門容易、使用簡單、功能多樣、價格低廉等優(yōu)點，廣泛應用于電子系統(tǒng)設計與互動產(chǎn)品開發(fā)。Arduino包括硬件部分（各種型號的Arduino板卡）和軟件部分（Arduino IDE），這兩部分都是開源的[4]。

Arduino能通過連接各種各樣的傳感器以感知環(huán)境，通過控制燈光、馬達和其他裝置反饋、影響環(huán)境。板卡上的微控制器可以通過Arduino的編程語言來編寫程序，編譯成二進制文件，燒錄進微控制器。對Arduino的編程是利用Arduino編程語言（基于Wiring）和Arduino開發(fā)環(huán)境（基于Processing）來實現(xiàn)的?；贏rduino的項目，可以只包含Arduino，也可包含Arduino和其他一些在PC上運行的軟件，他們之間進行通信來實現(xiàn)。

Arduino相較于以往單片機存在如下優(yōu)勢：①開放源代碼的電路圖設計，程序開發(fā)接口免費提供，也可依需求自己修改。②Arduino擴展性很強，硬件價格低廉，支持的傳感器和模塊很多，并且有大量成熟類庫和開源代碼可供使用。③學習Arduino不需要了解寄存器等硬件結(jié)構，只要懂簡單的C語言，便可快速搭建項目原型。④Arduino的IDE使用的C語言指令較少，程序可讀性很強，上手更快。⑤Arduino因其開源性，互聯(lián)網(wǎng)上資源很多，便于獲取學習。

Arduino開源平臺易學易用，降低了微電子學習的門檻，即便沒有電子電路專業(yè)經(jīng)驗和程序開發(fā)基礎的學生亦可輕松上手，非常適合中醫(yī)院校中醫(yī)藥信息學的教學與學習。

3 Arduino在中醫(yī)藥信息學實踐教學中的應用

3.1 課程設置引入Arduino課程

中醫(yī)藥信息學的課程設置應結(jié)合人才培養(yǎng)目標中的要求，科學安排課程，應當包括：①中醫(yī)藥信息學概論；②中醫(yī)藥信息處理技術；③中醫(yī)藥信息標準化及信息化語言系統(tǒng)；④中醫(yī)藥信息的獲取與利用；⑤中醫(yī)藥信息學的應用[5]。其中，中醫(yī)藥信息處理技術和中醫(yī)藥信息學的應用中可引入Arduino課程內(nèi)容，將Arduino開源平臺技術應用到中醫(yī)藥信息的處理與應用中。如中醫(yī)藥信息的輸入、輸出、存儲、轉(zhuǎn)換、處理、標引及檢索技術等，遠程醫(yī)療、在線醫(yī)療、移動醫(yī)療與物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴式醫(yī)療設備、中醫(yī)藥臨床診斷設備等。這種課程設置注重技術方法知識的與時俱進、與國際接軌，可加強課程實訓，提升技術實踐能力。

3.2 教學內(nèi)容引入Arduino開源內(nèi)容

中醫(yī)藥信息學的教學內(nèi)容應與國際接軌，使其富有新穎性，以激發(fā)學生的興趣。Arduino是目前最流行的開源硬件平臺，互聯(lián)網(wǎng)上有很多開源項目內(nèi)容可供學生獲取學習，且生動有趣，能夠激發(fā)學生的興趣。Arduino平臺對電子電路基礎要求不高，交叉學科的學生上手快，可以很容易搭建“中醫(yī)藥+信息學”的應用原型。如人體生命體征的采集，可使用現(xiàn)有的心電傳感器、脈搏傳感器、溫度濕度傳感器等結(jié)合其他擴展模塊，采用開源的類庫，無論是教師實驗演示，還是學生動手實踐，都可輕松實現(xiàn)。

3.3 教學方法引入Arduino互動教學

中醫(yī)藥信息學的教學方法應結(jié)合學科自身特點，注重綜合性和應用性，圍繞學科專業(yè)培養(yǎng)目標，構建學生的實踐活動體系，引導學生參與科技創(chuàng)新活動，通過項目實訓，將課堂教學與實踐學習相結(jié)合。Arduino由于其入門快，學生在項目實訓時能很快搭建各種原型，對于知識點的鞏固、理解和應用，均有幫助，因此在教學的各個環(huán)節(jié)中均能起到互動教學作用。

3.4 項目實訓引入開源硬件科技創(chuàng)新

中醫(yī)藥信息學的教學應制定中醫(yī)藥知識和計算機信息技術的課程比例標準。引入Arduino等開源硬件平臺，積極開設實訓性課程，建立實訓基地，重視實踐操作能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，制定科學的課程體系。結(jié)合自身學科培養(yǎng)目標，合理定位，通過項目實訓或其他科技創(chuàng)新活動，構建學生科技創(chuàng)新體系，通過每個具體項目的科技創(chuàng)新活動，使學科知識進一步得到鞏固和掌握，達到教學的效果。以南京中醫(yī)藥大學為例，在教學過程中將開源硬件引入項目實訓，項目開發(fā)貫穿學生學習和教師教學始終，鼓勵學生創(chuàng)新，如人體生命體征監(jiān)護、智能中藥保健干眼癥、智能三高監(jiān)護儀、急救無人機、便攜式心電隨身監(jiān)護儀、脈診儀、舌象儀、中醫(yī)專家診療儀、智能艾灸穴位貼等，這些項目都是學生在教師指導下，采用Arduino開源硬件平臺搭建，通過參與項目開發(fā)，使學生對中醫(yī)藥信息的獲取與處理有了很好的掌握。

4 結(jié)語

隨著醫(yī)藥衛(wèi)生信息化的發(fā)展，中醫(yī)藥信息學面臨良好的發(fā)展機遇，中醫(yī)院校在中醫(yī)藥信息學教學方法與模式上應貫徹中醫(yī)藥信息學的學科內(nèi)涵，立足當前社會人才需求，進一步優(yōu)化教育體系，合理設置課程體系，強化師資隊伍，引入Arduino開源硬件課程，有助于提高學生實踐能力，激發(fā)學生的學習興趣，使學生在理論知識學習、實踐能力鍛煉、創(chuàng)新精神培養(yǎng)等方面得到全面提升，從而提高中醫(yī)藥信息學專業(yè)人才的質(zhì)量，培養(yǎng)“中醫(yī)藥+信息學”的復合型、應用型專業(yè)人才，使其具有核心競爭力，適應新時期中醫(yī)藥信息化建設需求。

參考文獻：

[1] 晏峻峰.中醫(yī)藥信息學學科發(fā)展之思考[J].中國中醫(yī)藥信息雜志， 2013，20（3）：3-5.

[2] 高健，劉端勇，趙海梅.中醫(yī)藥信息學發(fā)展中的問題及對策分析[J].中國中醫(yī)藥信息雜志，2008，15（5）：106-107.

[3] 李一浩，裴旭明，李宏偉.Arduino開源硬件引入機電專業(yè)課程實踐教學[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2015（1）：61-63.

[4] 蔡睿妍.Arduino的原理及應用[J].電子設計工程，2012，20（16）：155-157.

[5] 劉軍鳳.中醫(yī)藥信息學教學內(nèi)容研究[J].遼寧中醫(yī)藥大學學報，2011， 13（9）：22-23.endprint