基于CDIO的《物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療開發(fā)與實(shí)訓(xùn)》項目教學(xué)法研究

王家琦 李家良 王江徽 柳玉婷

摘要：針對《物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療開發(fā)與實(shí)訓(xùn)》課程知識面廣，綜合性較強(qiáng)，學(xué)習(xí)難度大等特點(diǎn)，引入CDIO項目教學(xué)法改革教學(xué)模式。為了讓學(xué)生掌握多種技術(shù)的交叉運(yùn)用，體驗(yàn)醫(yī)療應(yīng)用場景下物聯(lián)網(wǎng)工程項目的具體實(shí)施過程，將CDIO項目教學(xué)法的構(gòu)思、設(shè)計、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作過程等理念引入教學(xué)。實(shí)踐證明，有利于提高學(xué)生獨(dú)立發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的工程應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療;CDIO項目教學(xué)法;物聯(lián)網(wǎng)工程

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

《物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療開發(fā)與實(shí)訓(xùn)》課程是我校醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)的專業(yè)必修課，是前期先修課程，如：《單片機(jī)原理與應(yīng)用》《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》《物聯(lián)網(wǎng)RFID原理與技術(shù)》等課程的實(shí)踐應(yīng)用和總結(jié)。物聯(lián)網(wǎng)是融合傳感技術(shù)，計算機(jī)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和電子技術(shù)等諸多技術(shù)為一體的綜合性技術(shù)。課程旨在探討物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的社會背景與關(guān)鍵技術(shù)，闡明物聯(lián)網(wǎng)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用，分析物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的區(qū)別與聯(lián)系，說明物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療建設(shè)的預(yù)期目標(biāo)。

《物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療開發(fā)與實(shí)訓(xùn)》課程涵蓋的知識面廣，綜合性較強(qiáng)，學(xué)習(xí)難度大，旨在培養(yǎng)醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)學(xué)生醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用的能力。因此，如何通過該課程的理論教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)，增強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐意識，培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用已學(xué)的知識分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高畢業(yè)生的崗位能力和就業(yè)競爭力，成為任課教師重要的研究內(nèi)容。

本文針對智能設(shè)備日新月異的市場發(fā)展與相對傳統(tǒng)的教學(xué)方法，探索適合醫(yī)學(xué)本科院校醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)的《物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療開發(fā)與實(shí)訓(xùn)》課程改革方案，提出一種CDIO項目教學(xué)法。新型教學(xué)方法能培養(yǎng)滿足醫(yī)院信息化發(fā)展的醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)人才，讓學(xué)校教育與企業(yè)和醫(yī)院崗位需求對接。

1教學(xué)模式改革

側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)組織能力和系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計能力。教師授課時采用CDIO項目教學(xué)法，擺脫以講授為主的傳統(tǒng)模式，靈活教學(xué)。將CDIO應(yīng)用于教學(xué)改革，主要從三個方面進(jìn)行改革和創(chuàng)新，具體內(nèi)容如表1所示。

2教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)

充分調(diào)研相關(guān)企業(yè)和醫(yī)院，優(yōu)化設(shè)計，整合課程資源，著重教學(xué)與生產(chǎn)聯(lián)結(jié)。例如，結(jié)合企業(yè)和醫(yī)院的實(shí)際工程案例和教師科研項目，將理論聯(lián)系實(shí)際、教學(xué)結(jié)合實(shí)踐，整理成與醫(yī)療領(lǐng)域相關(guān)的工程項目實(shí)例。《物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療開發(fā)與實(shí)訓(xùn)》是包含感知單元、智能對象單元、網(wǎng)絡(luò)單元三層架構(gòu)的綜合應(yīng)用課程。整個實(shí)訓(xùn)課程按架構(gòu)可分解為多個任務(wù)。具體項目內(nèi)容如表2所示。

課程從CDIO教學(xué)理念出發(fā)，以項目化進(jìn)行授課，每個項目均細(xì)分為幾個子任務(wù)，覆蓋不同的知識點(diǎn)，實(shí)施流程見圖1。

2.1項目構(gòu)思，培養(yǎng)“C”能力（構(gòu)思能力）

提前布置一些應(yīng)用于醫(yī)療場景的實(shí)訓(xùn)項目（如：基于WIFI的醫(yī)院病房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)），學(xué)生根據(jù)選擇的實(shí)訓(xùn)項目組成3人的團(tuán)隊。項目主要目標(biāo)是，讓學(xué)生利用傳感器技術(shù)、WIFI無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、單片機(jī)下位機(jī)系統(tǒng)和遠(yuǎn)程終端管理系統(tǒng)（安卓APP），模擬完成醫(yī)院病房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計和仿真實(shí)現(xiàn)。這個階段能提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和分析問題的能力。

2.2項目設(shè)計，培養(yǎng)“D”能力（設(shè)計能力）

對每一個模塊進(jìn)行分析，提出方案設(shè)計思路。學(xué)生可結(jié)合各硬件模塊電路通信說明，完成醫(yī)院病房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)整體方案設(shè)計、硬件設(shè)備原理圖設(shè)計，上位機(jī)軟件設(shè)計等三個部分的設(shè)計。這個階段，學(xué)生要會用Proteus等仿真軟件設(shè)計硬件電路，鼓勵學(xué)生多思考多做創(chuàng)意設(shè)計。小組內(nèi)的成員共同討論模塊間的集成與調(diào)試，在此過程中提高設(shè)計開發(fā)及團(tuán)隊合作能力。

2.3項目實(shí)施，培養(yǎng)“I”能力（實(shí)現(xiàn)能力）

項目實(shí)施階段要驗(yàn)證方案是否可行。設(shè)計的仿真電路運(yùn)行通過后，教師提供傳感器模塊、無線傳感網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、模擬病房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的單片機(jī)等條件。學(xué)生則按小組分模塊完成傳感器組裝、無線通信聯(lián)通測試、通信協(xié)議有效性測試、單片機(jī)和通信網(wǎng)關(guān)與終端設(shè)備管理軟件的簡單通信接口開發(fā)和最終系統(tǒng)模塊間的集成。在此階段，能提高學(xué)生工程實(shí)踐能力，另外能檢驗(yàn)是否真正理解知識點(diǎn)。

2.4項目運(yùn)行與評價，培養(yǎng)“0”能力（運(yùn)作能力）

項目的運(yùn)行與評價階段能幫助學(xué)生鞏固及更深入理解知識點(diǎn)。最后以小組為單位，推選主講人，以PPT形式匯報本小組的項目具體實(shí)施過程，共同參與項目演示。在此階段，教師可設(shè)置故障及發(fā)散性問題，鼓勵拓寬思路解決問題，能培養(yǎng)學(xué)生工程技術(shù)思維，提高學(xué)生綜合運(yùn)用能力和解決技術(shù)問題的能力。

3教學(xué)實(shí)施效果

《物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療開發(fā)與實(shí)訓(xùn)》教學(xué)中，引入企業(yè)和醫(yī)院的實(shí)際案例，對系統(tǒng)進(jìn)行理論分析，再利用實(shí)例來具體化設(shè)計過程。例如，課程以合作企業(yè)的“智能家居”為例，從系統(tǒng)功能需求分析開始，到具體每個功能模塊的硬件選型、設(shè)計，以及軟件的實(shí)現(xiàn)、驗(yàn)證，將案例分模塊展開教學(xué)，貫穿整個課程教學(xué)過程，培養(yǎng)學(xué)生利用模塊化的思想對系統(tǒng)展開分析設(shè)計的能力。

學(xué)生學(xué)習(xí)“智能家居”案例后，自主研發(fā)應(yīng)用于醫(yī)院場景的“基于WIFI的病房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)”作品如圖2所示，該作品同時獲得2019年全國計算機(jī)設(shè)計大賽省級三等獎（物聯(lián)網(wǎng)組）。說明新型教學(xué)方法能提高學(xué)生的工程項目應(yīng)用能力，學(xué)生作品通過競賽反饋也能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，最終形成良性循環(huán)。

4結(jié)束語

基于CDIO的《物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療開發(fā)與實(shí)訓(xùn)》項目教學(xué)法，能打破傳統(tǒng)知識體系的束縛，設(shè)置新型教學(xué)模式;能結(jié)合醫(yī)學(xué)背景知識整合教學(xué)內(nèi)容，并在實(shí)際教學(xué)中形成良性的“教師一學(xué)生一項目”三者互動模式。旨在培養(yǎng)醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)學(xué)生醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用的能力。