中醫(yī)藥類院校智能控制課程教學(xué)改革探討

彭熒熒，肖曉霞，丁長松，梁 楊

（湖南中醫(yī)藥大學(xué)，湖南 長沙 410001）

1 研究背景

根據(jù)教育部網(wǎng)站公布信息統(tǒng)計(jì)，目前國內(nèi)的中醫(yī)藥院校開設(shè)了醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)占比66.7%，其中很多專業(yè)都以培養(yǎng)中醫(yī)藥領(lǐng)域軟硬件信息化專業(yè)人才為目標(biāo)。但長期以來,國內(nèi)中醫(yī)藥院校醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)大多從計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)演變而來，且以軟件教學(xué)為主，從而形成了“重軟輕硬”的教學(xué)氛圍[1]。且硬件類課程具有理論復(fù)雜，實(shí)踐過程對學(xué)生的動(dòng)手能力要求較高[2]；硬件項(xiàng)目開發(fā)周期長，課程建設(shè)周期也長[3]；硬件類的實(shí)驗(yàn)課時(shí)課時(shí)較少[4]，存在學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手機(jī)會(huì)不夠等問題[5]。

《智能控制》課程是人工智能技術(shù)和自動(dòng)控制領(lǐng)域緊密結(jié)合的一門課程，其誕生之初就決定了這門課程是一門綜合理論研究和工程實(shí)踐于一體的綜合性課程。近年來，國家在不同層面出臺(tái)政策鼓勵(lì)人工智能與各行各業(yè)融合，最近在2018年4月教育部印發(fā)《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》的通知中，又提出了加快實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（2.0版）[6]，要求根據(jù)人工智能理論和技術(shù)具有普適性、遷移性和滲透性的特點(diǎn)，主動(dòng)結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和社會(huì)需求，積極開展人工智能與計(jì)算機(jī)、控制、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科專業(yè)教育的交叉融合，加快重點(diǎn)領(lǐng)域緊缺人才的培養(yǎng)。由此可見，在《智能控制》課程的內(nèi)容中，將先進(jìn)的人工智能技術(shù)引入到《智能控制》的實(shí)踐體系中去，可提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力。從2015年開始，國務(wù)院、教育部都在全國高校推進(jìn)雙一流建設(shè)，發(fā)布了一系列文件，在最近的〔2018〕5號《關(guān)于高等學(xué)校加快“雙一流”建設(shè)的指導(dǎo)意見》的通知中明確指出，雙一流大學(xué)、學(xué)科的建設(shè)應(yīng)該結(jié)合本校實(shí)際情況和行業(yè)優(yōu)勢[7]，在后續(xù)的文獻(xiàn)中，也有學(xué)者指出，聚焦人才培養(yǎng)，建設(shè)一流本科教育，一流學(xué)科建設(shè)必須反哺人才培養(yǎng)，建設(shè)一流專業(yè)[8]，《智能控制》這門課程作為我校電子學(xué)科下醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)核心必修課程，抓住歷史機(jī)遇，建設(shè)具有中醫(yī)藥特色的《智能控制》課程內(nèi)容建設(shè)，可提高學(xué)生的工程設(shè)計(jì)、創(chuàng)新能力。據(jù)李曉東,肖鵬飛學(xué)者研究表明智能控制課程是學(xué)習(xí)智能交通、智能駕駛、智能制造、服務(wù)機(jī)器人等智能技術(shù)的基礎(chǔ)[9]。研究醫(yī)藥案例《智能控制》課程教學(xué)內(nèi)容，使課程內(nèi)容更具創(chuàng)新性。還可激發(fā)學(xué)生將所獲取的知識和技能應(yīng)用于中醫(yī)藥智能系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，提升學(xué)生對中醫(yī)藥智能系統(tǒng)的應(yīng)用、實(shí)現(xiàn)能力。同時(shí)《智能控制》課程是專業(yè)必修核心課程，加快《智能控制》課程混合式教學(xué)模式的研究，提高課程質(zhì)量[10]，可提高學(xué)生的工程應(yīng)用、設(shè)計(jì)、創(chuàng)新能力[11-12]，助推專業(yè)的特色化建設(shè)。

2 研究《智能控制》課程立體化教學(xué)模式

構(gòu)建智能控制課程立體化式教學(xué)模式，主要通過加強(qiáng)智能控制控制課程的內(nèi)涵和外延建設(shè)，具體措施是引入課程的混合式教學(xué)模式、實(shí)訓(xùn)課程拓展、中醫(yī)藥類嵌入式項(xiàng)目孵化、學(xué)科競賽助力等措施。

2.1 建立《智能控制》課程線上線下資源

至今引入線上線下結(jié)合的教學(xué)模式已經(jīng)有4屆學(xué)生，但在實(shí)施的過程中發(fā)現(xiàn)還需進(jìn)一步對課程的線上線下教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)內(nèi)容，考核評價(jià)體系做更深入、全面的設(shè)計(jì)和研究，具體內(nèi)容如下。

（1）“新工科”背景下研究符合醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，細(xì)化《智能控制》課程線上線下教學(xué)目標(biāo)。研究符合醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，細(xì)化《智能控制》課程線上線下教學(xué)目標(biāo)，在于準(zhǔn)確掌握市場對人才需求中，涉及智能控制技術(shù)的要求，筆者通過大量的企業(yè)走訪，案例調(diào)查，掌握所需的智能控制細(xì)節(jié)需求。

在線課程不是簡單的“課堂搬家”，而是在空間換時(shí)間的過程中，課堂教學(xué)需要發(fā)生實(shí)質(zhì)的變化，因此更需了解在線課程與課堂教學(xué)的差異，在實(shí)際的教學(xué)過程中不斷調(diào)整并細(xì)分線上教學(xué)目標(biāo)和課堂教學(xué)目標(biāo)。研究路徑如圖1所示。

圖1 細(xì)化《智能控制》課程線上線下教學(xué)目標(biāo)路徑

（2）“新工科”背景下研究以市場需求和產(chǎn)業(yè)變革方向?yàn)閷?dǎo)向，優(yōu)化《智能控制》線上線下教學(xué)內(nèi)容。因線上教學(xué)和線下教學(xué)的差異，同一門課程，也不是課程的所有部分都適合線上教學(xué)，本項(xiàng)目對課程中一些基本概念、基本原理等基礎(chǔ)性知識部分，建設(shè)微課視頻案例，語音課件，練習(xí)等課程資源。同時(shí)，圍繞立德樹人這個(gè)主線不變，立足醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，依托中醫(yī)藥大學(xué)中豐富的實(shí)踐場景和需求，成立嵌入式項(xiàng)目組，編寫符合中醫(yī)藥院校特色的教學(xué)案例庫，精煉教學(xué)內(nèi)容。以強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用和解決實(shí)際問題的能力為中心，改革實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，針對工程生產(chǎn)中各種實(shí)際問題確定課程設(shè)計(jì)內(nèi)容，讓學(xué)生在日后參與智能控制課程相關(guān)的實(shí)踐或?qū)嵙?xí)中能與企業(yè)無縫對接。具體按照查閱文獻(xiàn)→設(shè)計(jì)總體方案→系統(tǒng)工作原理分析→智能控制算法研究→智能控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與軟件實(shí)現(xiàn)→Matlab仿真及仿真結(jié)果分析這一技術(shù)路線進(jìn)行實(shí)際智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真與調(diào)試。充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性，全面系統(tǒng)地培養(yǎng)、鍛煉學(xué)生應(yīng)用智能控制基本理論知識分析和解決工程生產(chǎn)中各種實(shí)際問題的能力，為學(xué)生參加各種形式的智能競賽、參與教師的科研項(xiàng)目、畢業(yè)設(shè)計(jì)乃至走上工作崗位后分析、處理各種智能控制問題打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（3）“新工科”背景下研究以學(xué)生為主體，構(gòu)建《智能控制》課程過程性的考核評價(jià)體系。增加測試挑戰(zhàn)度，讓學(xué)生在課余活動(dòng)中能夠“跳一跳”。同時(shí)更注重過程性評價(jià)結(jié)果。用好在線平臺(tái)中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能可實(shí)時(shí)反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，圍繞學(xué)生的“學(xué)”，微調(diào)教學(xué)設(shè)計(jì)和內(nèi)容，促進(jìn)教學(xué)相長，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式變革。定期發(fā)布合理的調(diào)查問卷，實(shí)時(shí)了解學(xué)生的真實(shí)感受。根據(jù)課程建設(shè)需要，擬從考核內(nèi)容、參與考核的人員上改革傳統(tǒng)的考核機(jī)制，具體的成績構(gòu)成改革方案如表1所示。值得一提的是，在此方案中，當(dāng)評定人為學(xué)生時(shí)，采取自愿和推薦的原則組成學(xué)生評定小組，最后會(huì)根據(jù)學(xué)生評委給出的考核成績與最終綜合成績作對比，根據(jù)打分偏差對學(xué)生評委的鑒賞力進(jìn)行賦分，并計(jì)入個(gè)人總成績。若考核形式為規(guī)定選題或可選課題時(shí)，學(xué)生可自行組隊(duì)，并將個(gè)人成績和小組成績掛鉤，這種考核不僅解決對知識的靜態(tài)記憶考核，同時(shí)可考核學(xué)生實(shí)踐能力，且可同時(shí)考核學(xué)生個(gè)人能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

表1 智能控制課程最終成績構(gòu)成方案

2.2 建設(shè)杏林IT眾創(chuàng)空間，打造提升學(xué)生工程能力的第二加油站

建設(shè)杏林IT眾創(chuàng)空間，該平臺(tái)致力于成為新型的醫(yī)工交叉領(lǐng)域的創(chuàng)新教育、科研實(shí)踐、創(chuàng)新交流和創(chuàng)業(yè)孵化空間，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新技能實(shí)戰(zhàn)，讓學(xué)生全方位了解和掌握企業(yè)級的項(xiàng)目開發(fā)技能，并結(jié)合企業(yè)的智慧醫(yī)療技術(shù)資源，輔助學(xué)生順利完成項(xiàng)目開發(fā)等。提升學(xué)生的創(chuàng)新思維、實(shí)踐能力、交流溝通能力、團(tuán)隊(duì)合作等工程能力和就業(yè)能力。

2.3 構(gòu)建了“醫(yī)工融合、軟硬結(jié)合、賽訓(xùn)結(jié)合、以賽促學(xué)”的模式

學(xué)科競賽、實(shí)訓(xùn)是高校培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、實(shí)踐能力、工程能力，提高學(xué)生綜合素質(zhì)以及推動(dòng)教學(xué)改革的有效途徑。針對學(xué)科競賽中的競賽項(xiàng)目類型發(fā)展不平衡、實(shí)訓(xùn)與學(xué)科競賽環(huán)節(jié)融合不充分等問題進(jìn)行研究。

（1）賽訓(xùn)結(jié)合、以賽強(qiáng)訓(xùn)，解決學(xué)科競賽中的從眾問題。學(xué)科競賽中學(xué)生傾向選擇相對容易獲獎(jiǎng)的傳統(tǒng)賽事，不利于多方面人才的培養(yǎng)和專業(yè)區(qū)分度的建設(shè)，本團(tuán)隊(duì)鼓勵(lì)不同學(xué)科競賽教師團(tuán)隊(duì)敢于擔(dān)當(dāng)，勇于突破。同時(shí)建立學(xué)科競賽和實(shí)訓(xùn)課時(shí)互換的制度，鼓勵(lì)學(xué)生參與不同的競賽。以培養(yǎng)學(xué)生能力為目的，鼓勵(lì)學(xué)生在參加政府部門組織的賽事的同時(shí)還參加學(xué)會(huì)、企業(yè)組織的賽事，使單一培養(yǎng)發(fā)展到立體化空間培養(yǎng)。

（2）以賽促教、以賽促學(xué)，解決實(shí)訓(xùn)與學(xué)科競賽環(huán)節(jié)脫節(jié)問題。實(shí)訓(xùn)是集中培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，不同的學(xué)科競賽往往包含一些趣味性、挑戰(zhàn)性的實(shí)踐內(nèi)容。在專業(yè)中增設(shè)不同類別的實(shí)訓(xùn)課程，教師可以在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中吸收學(xué)科競賽中的一些新穎的實(shí)踐內(nèi)容、項(xiàng)目案例，讓學(xué)生在潛移默化中積累學(xué)科競賽所需的知識和技能。可讓“賽、訓(xùn)、教”有機(jī)融合，解決實(shí)訓(xùn)與學(xué)科競賽環(huán)節(jié)脫節(jié)問題。

3 總結(jié)

通過對課程的教學(xué)改革、建設(shè)杏林IT眾創(chuàng)空間、學(xué)科競賽等措施，學(xué)生工程實(shí)踐能力得以提升，學(xué)科競賽成績斐然。學(xué)生積極參加服務(wù)外包等學(xué)科競賽，2019年至今，學(xué)生參加各類學(xué)科競賽，成績優(yōu)異，獲國家級一等獎(jiǎng)5項(xiàng)，三等獎(jiǎng)25項(xiàng)以上，獲省級各項(xiàng)競賽獎(jiǎng)項(xiàng)84項(xiàng)等。學(xué)生創(chuàng)新能力有提升，成績有突破。獲批大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃等項(xiàng)目的人數(shù)逐年增加，截至目前醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)學(xué)生獲得國家級創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目2項(xiàng)、省級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目5項(xiàng)，獲批專利4項(xiàng)、軟著12項(xiàng)等。一部分學(xué)生已任職大疆、百度等國內(nèi)的知名企業(yè)。