新工科背景下醫(yī)學(xué)院校物聯(lián)網(wǎng)課程教學(xué)實踐創(chuàng)新探索*

孔曉榮 孔祥斌

(內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)計算機(jī)信息學(xué)院計算機(jī)技術(shù)教研室 (內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)圖書館 呼和浩特 010050)呼和浩特 010050)

1 引言

近年來國家頒布一系列政策指導(dǎo)文件支持物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)建設(shè)，教育部于2010年批準(zhǔn)開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)。2017年國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》等文件，探索工程教育的中國模式與經(jīng)驗，與著名大學(xué)共同探討新工科建設(shè)與發(fā)展方向、內(nèi)涵特征等[1]。李克強(qiáng)總理提出的“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”雙創(chuàng)精神進(jìn)一步推動加快新工科建設(shè)發(fā)展步伐。物聯(lián)網(wǎng)工程是一門交叉學(xué)科，涉及計算機(jī)技術(shù)、信息通信工程、電子技術(shù)等多學(xué)科知識，兼具計算機(jī)類專業(yè)和新工科專業(yè)的特點。因此不同類型高校設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)課程內(nèi)容應(yīng)結(jié)合本校重點專業(yè)特色，在理論與實踐教學(xué)中真正做到產(chǎn)學(xué)一體、學(xué)以致用。

2 醫(yī)學(xué)院校物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)課程設(shè)置情況

2.1 課程定位

2.1.1 課程設(shè)置 近10年來國內(nèi)高等院校尤其工科大學(xué)陸續(xù)開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，逐漸形成一套完整專業(yè)體系建設(shè)規(guī)劃，為社會培養(yǎng)優(yōu)秀應(yīng)用型創(chuàng)新人才[2]。目前大多數(shù)醫(yī)學(xué)院校尚未設(shè)立物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，只是在原有計算機(jī)技術(shù)專業(yè)或計算機(jī)類專業(yè)基礎(chǔ)上開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程。內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)、數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)均開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程，一方面借助計算機(jī)類專業(yè)技術(shù)知識，彌補(bǔ)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程缺乏專業(yè)體系建設(shè)的不足，另一方面以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程拓展計算機(jī)類專業(yè)學(xué)生的應(yīng)用實踐能力和就業(yè)發(fā)展方向[3]。

2.1.2 培養(yǎng)目標(biāo) 醫(yī)學(xué)院校計算機(jī)類專業(yè)學(xué)科培養(yǎng)目標(biāo)具有一定特殊性：課程內(nèi)容設(shè)置更注重培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用實踐能力與綜合實驗技能，并不過高要求專業(yè)理論課的知識深度。因此該校物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程設(shè)置注重交叉學(xué)科知識架構(gòu)合理搭配，在教學(xué)模式與課程體系建設(shè)方面有效融合多學(xué)科知識，尤其在課程實驗與實踐應(yīng)用方面更加切合實際、注重創(chuàng)新，例如指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實訓(xùn)，如醫(yī)學(xué)傳感器使用、ZigBee技術(shù)在醫(yī)院智能輸液中的應(yīng)用、射頻識別技術(shù)(Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)在醫(yī)療設(shè)備管理中的應(yīng)用等，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程內(nèi)容與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域密切聯(lián)系、有效配合，凸顯醫(yī)學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程實驗環(huán)節(jié)的獨特性。

2.2 理論教學(xué)

2.2.1 多種類型課程 醫(yī)學(xué)院校物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程往往直接設(shè)置在原有計算機(jī)技術(shù)專業(yè)或計算機(jī)類專業(yè)教學(xué)計劃中，而物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的主要課程如RFID原理、無線通訊網(wǎng)絡(luò)、云存儲與計算原理等，可設(shè)置在公共選修專業(yè)課中講授。以內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)為例，其信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)(以下簡稱信管專業(yè))開設(shè)計算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)等專業(yè)基礎(chǔ)課和必修課，其中Linux操作系統(tǒng)和無線技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)兩門課程直接與物聯(lián)網(wǎng)有關(guān)，除理論課外還配有實驗課和實訓(xùn)課。在大數(shù)據(jù)科學(xué)專業(yè)中，除上述兩門課程還設(shè)置了云計算與數(shù)據(jù)中心課程。在醫(yī)學(xué)院校計算機(jī)類專業(yè)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程要突出少而精、理論基礎(chǔ)完善、專業(yè)針對性強(qiáng)、實驗環(huán)節(jié)獨特等特點。專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)必修課主要課程設(shè)置，見表1。

表1 專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)必修課主要課程設(shè)置

2.2.2 課程設(shè)置范例 內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)開設(shè)的無線技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)是專業(yè)基礎(chǔ)課，涉及內(nèi)容范圍較廣，包括物聯(lián)網(wǎng)主要技術(shù)原理、3層構(gòu)架、關(guān)鍵技術(shù)等內(nèi)容，對物聯(lián)網(wǎng)主要技術(shù)形式、工作原理及核心技術(shù)進(jìn)行詳盡講解。感知與識別技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)4種核心技術(shù)中最重要的底層技術(shù)，課程詳盡介紹了傳感器的技術(shù)原理、類型及特性；磁卡、集成電路(Integrated Circuit，IC)卡識別技術(shù)等自動識別技術(shù)，光學(xué)字符和生物識別技術(shù)等原理及特性；條碼(一維、二維及三維條碼)識別技術(shù)、射頻識別技術(shù)的組成、工作原理和特點。在此基礎(chǔ)上課程對無線傳感網(wǎng)、通信與網(wǎng)絡(luò)、智能處理等技術(shù)也做了詳盡介紹。圍繞物聯(lián)網(wǎng)4種核心技術(shù)，課程涵蓋了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)從信息獲取、接入、傳輸、存儲、分析處理到應(yīng)用的全過程[4]。

2.2.3 教學(xué)方法 充分結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在醫(yī)療行業(yè)中應(yīng)用的典型案例闡述某一技術(shù)原理及特點，易于理解并能更好地激發(fā)學(xué)生的興趣?？赏ㄟ^在線慕課(Massive Open Online Course，MOOC)講座視頻實施翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，線下采用以問題為導(dǎo)向教學(xué)(Problem-Based Learning，PBL)等多種教學(xué)方法；可充分利用某線上學(xué)習(xí)平臺作為輔助教學(xué)手段，采用小規(guī)模在線課程(Small Private Online Course，SPOC)教學(xué)方法[5]，編輯和創(chuàng)造多種教學(xué)活動，引導(dǎo)學(xué)生積極參與，提高主觀能動性。

2.3 實驗教學(xué)

2.3.1 內(nèi)容 注重行業(yè)特殊性，與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域緊密結(jié)合。教師鼓勵并帶動學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)新意識，積極研究物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的醫(yī)療臨床實踐應(yīng)用，如采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)自動監(jiān)控輸液過程、反饋輸液信息，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療器械及藥品的物流追溯等。充分利用醫(yī)學(xué)行業(yè)特點，將技術(shù)理論應(yīng)用于實踐中，有效應(yīng)對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)理論課程單調(diào)乏味、學(xué)生不易理解等問題，從而提升課程實驗教學(xué)質(zhì)量。以實驗帶動教學(xué)充分體現(xiàn)新工科的發(fā)展特點[6]。

2.3.2 效果 在實踐教學(xué)過程中，內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)師生將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)有效運(yùn)用到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，取得較好教學(xué)效果和成績。例如該校信管專業(yè)學(xué)生作品《智能掃描監(jiān)控器》《以提高患者用藥依從性為導(dǎo)向的服藥跟蹤APP》分別獲得2018年第11屆中國大學(xué)生計算機(jī)設(shè)計大賽全國二等獎、三等獎；計算機(jī)信息學(xué)院學(xué)生作品《基于U-net模型的數(shù)字視網(wǎng)膜圖像血管的提取》獲得首屆全國大學(xué)生智能技術(shù)應(yīng)用大賽全國二等獎；學(xué)生作品《一種全自動靜脈輸液換液裝置的研制》榮獲2019年第五屆中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽高教銅獎。利用物聯(lián)網(wǎng)等前沿技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中實際應(yīng)用這一思路開展物聯(lián)網(wǎng)課程創(chuàng)新實踐教學(xué)活動具有重要性與必要性。鼓勵學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新實踐活動、培養(yǎng)雙創(chuàng)精神有助于提高物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程教學(xué)質(zhì)量。

3 新工科背景下物聯(lián)網(wǎng)課程教學(xué)實踐新特點

3.1 概述

自2017年國務(wù)院大力推進(jìn)新工科建設(shè)以來，在國家政策帶動下高等院校努力探索工程教育的中國模式與發(fā)展前景，賦予工科類專業(yè)新的內(nèi)涵，如何培養(yǎng)出復(fù)合型高素質(zhì)人才成為高等教育研究探索的重點內(nèi)容[7]。所謂復(fù)合型人才主要是指熟練掌握多學(xué)科知識，同時在技術(shù)與實踐技能方面表現(xiàn)優(yōu)秀的學(xué)生，其中創(chuàng)新能力是其應(yīng)具備的重要素質(zhì)。而創(chuàng)新能力培養(yǎng)很大程度上依靠提高學(xué)生實踐能力的教育模式和手段進(jìn)行實現(xiàn)。

3.2 多元協(xié)同教育培養(yǎng)模式

3.2.1 概述 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是匯集計算機(jī)、電子、通信技術(shù)等多種專業(yè)知識的交叉學(xué)科。以萬物互聯(lián)理論為基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)在各行業(yè)發(fā)揮著越來越重要的作用，許多工科專業(yè)陸續(xù)開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論課程[8]。

3.2.2 多元協(xié)同教育 協(xié)同教育是指社會某系統(tǒng)(行業(yè))資源要素和教育系統(tǒng)資源要素彼此聯(lián)系并相互作用而產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)的教育模式。多元協(xié)同教育是指社會各領(lǐng)域如企業(yè)、學(xué)校、教師與學(xué)生等多種社會元素協(xié)同參與人才培養(yǎng)過程的教育模式，其改變單一的學(xué)校培養(yǎng)模式，通過多元協(xié)同形式補(bǔ)充完善人才培養(yǎng)模式，例如通過校企協(xié)同合作、師生協(xié)同以及跨學(xué)科協(xié)同等方式，構(gòu)建一套提升學(xué)生實踐創(chuàng)新能力的教學(xué)機(jī)制[9]。

3.2.3 校企合作 職業(yè)院校培養(yǎng)技能型人才的主要手段之一，在推動新工科建設(shè)背景下，高等院校高度重視這種培養(yǎng)學(xué)生實踐能力的教學(xué)機(jī)制，有效彌補(bǔ)本科教育傳統(tǒng)上重理論、輕實踐的短板。以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)教學(xué)為例，學(xué)校與企業(yè)協(xié)同合作共同建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實驗基地，有效緩解學(xué)校物聯(lián)網(wǎng)實驗設(shè)備缺乏情況，解決普通高校實驗設(shè)施投入資金不足的困難。學(xué)校與企業(yè)共同制訂學(xué)生培養(yǎng)方案，企業(yè)可派技術(shù)人員指導(dǎo)學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實驗，鼓勵學(xué)生積極參與企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工程項目，從而激發(fā)學(xué)生主觀能動性，獲得開發(fā)項目經(jīng)驗。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程教學(xué)質(zhì)量得到提升。

3.2.4 師生協(xié)同與教科協(xié)同 建立導(dǎo)師制，促進(jìn)師生交流。內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)倡導(dǎo)項目驅(qū)動培養(yǎng)理念，啟動物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)創(chuàng)新項目，帶動學(xué)生積極參與其中；醫(yī)學(xué)專業(yè)教師聯(lián)手合作指導(dǎo)學(xué)生將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)充分應(yīng)用到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，在社會實踐中培養(yǎng)學(xué)生信息技術(shù)素養(yǎng)，推動跨學(xué)科協(xié)同教育，形成教學(xué)科研協(xié)同促進(jìn)的培養(yǎng)模式。

3.3 微型實驗室模式

3.3.1 實驗箱教學(xué)局限性 校企協(xié)同方式能夠在一定程度緩解高校物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備資金投入不足情況。但由于本科院校培養(yǎng)人才層次需求不同、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程實驗學(xué)時有限等原因，需要尋找更適合的創(chuàng)新實踐教學(xué)方法。目前物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)課程主要利用各類物聯(lián)網(wǎng)實驗箱完成教學(xué)實驗任務(wù)。此類實驗箱集成物聯(lián)網(wǎng)課程主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生僅需按照實驗說明設(shè)置參數(shù)并進(jìn)行操作即可觀測到實驗結(jié)果。但其應(yīng)用存在一定局限性：一是進(jìn)行二次開發(fā)時實驗箱提供的資源有限，學(xué)生無法進(jìn)行更多技術(shù)創(chuàng)新實踐活動；二是實驗箱僅限課堂使用，無法在課后繼續(xù)實驗；三是實驗箱體積較大、價格高，一般由學(xué)校配備，學(xué)生自主創(chuàng)新活動受到較大限制。

3.3.2 微型實驗室特點及應(yīng)用 隨著新工科建設(shè)發(fā)展，國外先進(jìn)教學(xué)實驗?zāi)Ｊ揭雵鴥?nèi)，如微型實驗室模式，其為美國德州儀器公司(Texas Instruments，TI)及賽靈思公司(Xilinx)在中國大學(xué)實驗計劃項目之一。微型實驗室使用的小型硬件開發(fā)模塊(Microduino)體積小、功能全、成本低且為開源，能夠提供不受空間、時間等限制的教學(xué)實驗?zāi)Ｊ?，學(xué)生可隨時隨地進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實踐活動，充分發(fā)揮主觀能動性，增強(qiáng)對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的創(chuàng)新開發(fā)意識[10]。如果微型實驗室與國內(nèi)著名的開源物聯(lián)網(wǎng)通用平臺Yeelink云服務(wù)資源密切配合進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與通訊控制，能夠有力擴(kuò)展以學(xué)生為主體的課外創(chuàng)新性教學(xué)實踐活動，從而引導(dǎo)學(xué)生深刻理解各種物聯(lián)網(wǎng)通訊協(xié)議與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，牢固掌握物聯(lián)網(wǎng)無線傳感網(wǎng)原理并應(yīng)用到創(chuàng)新實踐項目中。目前微型實驗室實驗教學(xué)模式正在多所高校逐步展開應(yīng)用。在醫(yī)學(xué)院校中，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備資金投入不足問題比工科大學(xué)較為明顯，更適合推廣應(yīng)用微型實驗室模式。

4 結(jié)語

國家大力推進(jìn)新工科建設(shè)以來，以物聯(lián)網(wǎng)、云存儲與計算以及大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)為代表的工科專業(yè)課程發(fā)展迅猛。醫(yī)學(xué)院校計算機(jī)類專業(yè)應(yīng)緊密配合國家發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，改革原有教學(xué)模式，引入先進(jìn)教學(xué)實踐模式。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程的理論內(nèi)容與實驗教學(xué)模式改革，能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興趣，提高創(chuàng)新實踐能力，大力推進(jìn)醫(yī)學(xué)院校培養(yǎng)與時俱進(jìn)的新工科復(fù)合型人才的教學(xué)發(fā)展步伐。