不同類型翻轉(zhuǎn)課堂在醫(yī)學(xué)信息學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用探索*

饒家聲

(北京航空航天大學(xué)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院生物材料與神經(jīng)再生北京市重點實驗室 北京100191)

1 引言

醫(yī)學(xué)信息學(xué)是醫(yī)學(xué)與信息科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物[1]。隨著信息技術(shù)不斷普及與深度應(yīng)用，健康醫(yī)療領(lǐng)域?qū)︶t(yī)學(xué)信息學(xué)相關(guān)人才的需求與日俱增[2]，迫切需要具有醫(yī)學(xué)信息知識基礎(chǔ)，掌握信息化技術(shù)并能運(yùn)用其解決醫(yī)學(xué)臨床實踐或科學(xué)研究問題的人才。因此，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用醫(yī)學(xué)信息專業(yè)知識解決臨床、醫(yī)學(xué)、工程問題的能力是醫(yī)學(xué)信息學(xué)課程的主要教學(xué)目標(biāo)之一。醫(yī)學(xué)信息學(xué)作為一門交叉學(xué)科，涉及計算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、決策科學(xué)、信息管理科學(xué)以及醫(yī)學(xué)等[3]。醫(yī)學(xué)信息學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容知識面廣、交叉性強(qiáng)，國內(nèi)多采用傳統(tǒng)授課模式[4]。這種被動學(xué)習(xí)模式難以提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，同時也不利于知識掌握和應(yīng)用能力培養(yǎng)。

翻轉(zhuǎn)課堂能夠增強(qiáng)學(xué)生高階認(rèn)知能力，其課堂主體從教師轉(zhuǎn)向?qū)W生，形成促進(jìn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的環(huán)境，以此增加知識內(nèi)化程度[5]，達(dá)成對知識的深度理解和應(yīng)用[6]。醫(yī)學(xué)信息學(xué)課程主要教學(xué)目標(biāo)之一是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用信息化技術(shù)解決醫(yī)學(xué)問題的能力，因此，翻轉(zhuǎn)課堂在醫(yī)學(xué)信息學(xué)課程教學(xué)中具有應(yīng)用潛力。翻轉(zhuǎn)課堂主要有兩種模式[6]：一種是常規(guī)模式(即翻轉(zhuǎn)課堂1.0)，以顛覆性地改變課堂組織形式為表現(xiàn)，但是其核心仍從知識記憶和理解著手，向應(yīng)用與創(chuàng)造發(fā)展；另一種是創(chuàng)造驅(qū)動型模式(即翻轉(zhuǎn)課堂2.0)，從創(chuàng)造與應(yīng)用著手，最終完成對知識的理解和記憶。本研究將兩種翻轉(zhuǎn)課堂模式引入醫(yī)學(xué)信息學(xué)課程教學(xué)中，探索不同類型翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果，為教學(xué)方式改進(jìn)提供依據(jù)。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

選取北京航空航天大學(xué)2018級、2019級生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)67名學(xué)生作為實驗組，其中2018級學(xué)生36名采用翻轉(zhuǎn)課堂1.0模式(實驗組1)，2019級學(xué)生31名采用翻轉(zhuǎn)課堂2.0模式(實驗組2)。另外以2017級生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)31名學(xué)生作為對照組，采用傳統(tǒng)授課模式。實驗組和對照組學(xué)生專業(yè)相同，招生方式相同，入學(xué)年齡和成績均不存在明顯差異。

2.2 研究方法

2.2.1 教學(xué)內(nèi)容安排 實驗組和對照組均學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)信息學(xué)課程，以其中“信息系統(tǒng)開發(fā)”和“臨床決策支持系統(tǒng)”單元為主要教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行實驗。這兩個單元學(xué)習(xí)目標(biāo)是掌握醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)開發(fā)的原則和方法，培養(yǎng)運(yùn)用所學(xué)知識構(gòu)建決策支持信息系統(tǒng)的能力。

2.2.2 教學(xué)實施過程 (1)翻轉(zhuǎn)課堂2.0。課前準(zhǔn)備：根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)，創(chuàng)設(shè)患者初次就診前線上注冊掛號分診情境，要求學(xué)生設(shè)計并初步開發(fā)帶有臨床決策功能的醫(yī)院掛號系統(tǒng)。學(xué)生隨機(jī)分組(每組5～6人)并組建微信群，教師通過微信群發(fā)布教學(xué)資料，明確本部分課程學(xué)習(xí)范圍。同時，發(fā)布前述任務(wù)，指導(dǎo)學(xué)生理解相關(guān)醫(yī)療情境，明確所需開發(fā)的醫(yī)院掛號系統(tǒng)應(yīng)具備的功能及所需提交的資料。學(xué)生以小組為單位分析任務(wù)，有針對性地查看教學(xué)資料或查找其他相關(guān)資料。課堂教學(xué)：首先講授重點內(nèi)容、解答疑問，幫助學(xué)生深入理解醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)開發(fā)的原則和步驟、臨床決策的策略與方法。隨后請各組代表就系統(tǒng)設(shè)計情況進(jìn)行匯報，利用演示文稿陳述擬開發(fā)系統(tǒng)的需求分析、設(shè)計思路、功能考量、決策方法等內(nèi)容。在每組陳述過程中，鼓勵其他組提問，組織深入討論，教師適當(dāng)進(jìn)行總結(jié)但不對具體設(shè)計方案進(jìn)行評判。課后擴(kuò)展：各組優(yōu)化和完善設(shè)計方案。在MATLAB軟件平臺開發(fā)掛號系統(tǒng)，實現(xiàn)線上注冊、掛號，初步實現(xiàn)依據(jù)患者癥狀描述進(jìn)行分診。最后以小組為單位提交系統(tǒng)需求分析數(shù)據(jù)流圖、軟件代碼及功能設(shè)置說明文檔。(2)翻轉(zhuǎn)課堂1.0。課前準(zhǔn)備：學(xué)生隨機(jī)分組(每組6人)并組建微信群；教師梳理課程知識點并通過微信群發(fā)布教學(xué)資料、指導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。安排課堂講解工作，每組由1名學(xué)生代表負(fù)責(zé)課程講解，其他學(xué)生參與討論，共同完成課程講解設(shè)計；由教師對每組課程講解內(nèi)容、方式和風(fēng)格進(jìn)行指導(dǎo)。課堂教學(xué)：組織各組學(xué)生代表講解知識點，鼓勵其他組提問，組織討論和總結(jié)，點評各組講解情況。隨后，針對重點內(nèi)容進(jìn)行二次講授，闡述醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)開發(fā)的原則和步驟、多種臨床決策方法的原理及應(yīng)用策略等，解答學(xué)生詢問較多的問題。課后拓展：每組提交醫(yī)院線上注冊掛號分診系統(tǒng)的需求分析數(shù)據(jù)流圖、軟件代碼及功能設(shè)置說明文檔。(3)傳統(tǒng)授課模式。課前準(zhǔn)備：學(xué)生隨機(jī)分組(每組5～6人)并組建微信群；教師梳理知識點，準(zhǔn)備多媒體教學(xué)課件，通過微信群發(fā)布教學(xué)資料。課堂教學(xué)：采用傳統(tǒng)板書結(jié)合多媒體課件，面對面講授課程知識并進(jìn)行1～2項案例分析。在課程中進(jìn)行2～3次提問，根據(jù)學(xué)生回答情況，對錯誤率較高的知識點進(jìn)行二次講授，反復(fù)鞏固知識點。課后拓展：每組提交醫(yī)院線上注冊掛號分診系統(tǒng)的需求分析數(shù)據(jù)流圖、軟件代碼及功能設(shè)置說明文檔。

2.2.3 考核方案與評價 (1)課程考核方案。實驗組1、實驗組2和對照組學(xué)生均在課后完成醫(yī)院線上注冊掛號分診系統(tǒng)開發(fā)。由兩名教師對系統(tǒng)需求分析數(shù)據(jù)流圖、系統(tǒng)軟件代碼以及功能設(shè)置說明文檔進(jìn)行審閱，考核數(shù)據(jù)流圖的邏輯性(10分)和規(guī)范性(10分)、系統(tǒng)代碼規(guī)范性(10分)和穩(wěn)定性(10分)以及功能設(shè)置完整性(10分)，以兩名教師評分的平均分作為各項最終成績，各項求和為總成績。(2)課程評價方案。兩單元教學(xué)結(jié)束后向所有學(xué)生發(fā)放匿名調(diào)查問卷，從掌握知識的難易程度、運(yùn)用知識的能力、學(xué)習(xí)興趣以及團(tuán)隊合作能力4方面進(jìn)行評價，其中團(tuán)隊合作能力僅針對實驗組1和實驗組2，不涉及對照組。學(xué)生需根據(jù)問題從“符合” “不符合”和“不確定”3個選項中任選一個作為回答。

2.2.4 統(tǒng)計學(xué)分析 統(tǒng)計分析應(yīng)用SPSS 20.0軟件。采用柯爾莫可洛夫-斯米洛夫(Kolmogorov-Smirnov，K-S)檢驗對各項成績和總成績進(jìn)行正態(tài)性檢驗，結(jié)果顯示數(shù)據(jù)均符合正態(tài)分布。3組學(xué)生成績使用單因素方差分析(one-way analysis of variance，ANOVA)進(jìn)行組間比較，并采用邦弗朗尼檢驗(Bonferroni)(方差齊性)或新復(fù)極差法檢驗(Dunnett T3)(方差不齊性)進(jìn)行多重比較校正，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式呈現(xiàn)。問卷評價結(jié)果采用χ2檢驗進(jìn)行分析，結(jié)果以頻數(shù)(N)和百分比(%)呈現(xiàn)。統(tǒng)計學(xué)顯著性設(shè)置為P<0.05。

3 結(jié)果

3.1 課程考核成績比較

比較3組學(xué)生的課程考核成績，數(shù)據(jù)流圖規(guī)范性、系統(tǒng)代碼穩(wěn)定性、功能設(shè)置完整性和總成績4項內(nèi)容存在顯著組間差異(P<0.05)。進(jìn)一步分析顯示，對照組僅數(shù)據(jù)流圖規(guī)范性得分顯著高于實驗組2(P=0.028)；而實驗組2在系統(tǒng)代碼穩(wěn)定性、系統(tǒng)功能設(shè)置完整性及總成績方面的得分均為最高(P<0.019)，見表1。

表1 3組學(xué)生課程考核成績比較

3.2 課程評價結(jié)果比較

實驗共涉及學(xué)生98名，回收有效問卷94份，回收率為95.92%。其中實驗組2、實驗組1和對照組分別回收有效問卷30份、36份、28份。比較3組學(xué)生課程評價結(jié)果，其中運(yùn)用知識能力、學(xué)習(xí)興趣和團(tuán)隊合作能力3項評價存在顯著組間差異(P<0.05)。實驗組2認(rèn)為運(yùn)用知識能力有提升和學(xué)習(xí)興趣有增加的學(xué)生比例顯著高于另外兩組(P<0.05)；而實驗組1認(rèn)為學(xué)習(xí)興趣有增加的學(xué)生比例也高于對照組(P=0.019)，見表2。

表2 三組學(xué)生課程評價結(jié)果比較(人，%)

4 討論

4.1 傳統(tǒng)授課模式的不足

板書與多媒體課件相結(jié)合的傳統(tǒng)授課模式為醫(yī)學(xué)信息學(xué)課程廣泛采用。然而，由于醫(yī)學(xué)信息學(xué)課程知識體系內(nèi)容繁雜[7]，傳統(tǒng)授課模式的知識點密集緊湊，學(xué)生需將大部分精力用于知識的記憶與理解，較難有額外精力運(yùn)用知識，更難以觸類旁通。因此，對照組顯現(xiàn)出知識靈活運(yùn)用能力明顯不足，在軟件系統(tǒng)穩(wěn)定性、軟件功能全面性和綜合表現(xiàn)方面均落后于實驗組。

4.2 不同翻轉(zhuǎn)課堂效果差異

4.2.1 實驗組1 翻轉(zhuǎn)課堂打破傳統(tǒng)授課模式，將學(xué)生對知識的記憶與理解移到課前，在課堂上則提供知識內(nèi)化機(jī)會[8]。理論上，翻轉(zhuǎn)課堂能夠極大提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果。然而，根據(jù)考核和評價結(jié)果，實驗組1大部分指標(biāo)得分沒有明顯提升，僅在激發(fā)學(xué)習(xí)興趣方面表現(xiàn)更好。翻轉(zhuǎn)課堂1.0在課前布置分組講解任務(wù)，要求學(xué)生提前完成“信息系統(tǒng)開發(fā)”和“臨床決策支持系統(tǒng)”單元的學(xué)習(xí)并理解相關(guān)知識，但是學(xué)生僅需完成“記憶”與“理解”兩個低級認(rèn)知階段，缺乏對“應(yīng)用”與“創(chuàng)造”等高階認(rèn)知活動能力的培養(yǎng)，難以將所學(xué)知識轉(zhuǎn)化為應(yīng)用能力。此外，醫(yī)學(xué)信息學(xué)課程知識點的廣泛交叉性與多學(xué)科深度融合性對學(xué)生自覺學(xué)習(xí)態(tài)度和自主學(xué)習(xí)能力有較高要求，可能影響學(xué)生課前自學(xué)效果，進(jìn)而降低考評指標(biāo)得分[9]。

4.2.2 實驗組2 與對照組和實驗組1相比，采用翻轉(zhuǎn)課堂2.0的實驗組2大多數(shù)指標(biāo)得分表現(xiàn)優(yōu)異。翻轉(zhuǎn)課堂2.0采用創(chuàng)造驅(qū)動模式，在任務(wù)規(guī)劃階段設(shè)置貼合實際的醫(yī)療情境，課前布置對應(yīng)的醫(yī)院掛號系統(tǒng)開發(fā)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生理解系統(tǒng)應(yīng)用場景與功能。隨后，以問題為導(dǎo)向引導(dǎo)學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)不斷解決問題，最終完成相關(guān)系統(tǒng)開發(fā)。在這一過程中，學(xué)生首先面對的是“創(chuàng)造”階段。為了完成創(chuàng)造過程，自發(fā)學(xué)習(xí)或查閱相關(guān)書籍和資料，通過分析、探究問題，最終理解和掌握相關(guān)知識。創(chuàng)造驅(qū)動的翻轉(zhuǎn)課堂2.0增加了培養(yǎng)學(xué)生高級思維能力的機(jī)會，因此多項指標(biāo)取得較好成績[6]。而系統(tǒng)開發(fā)的實際操作也給學(xué)生提供了不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的機(jī)會，由此產(chǎn)生的成就感與滿足感能夠更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，形成自主學(xué)習(xí)的內(nèi)生驅(qū)動力[10]。這也是實驗組2具有最高學(xué)習(xí)興趣的主要原因之一。

4.3 翻轉(zhuǎn)課堂的局限性

需要注意的是，創(chuàng)造驅(qū)動模式的翻轉(zhuǎn)課堂在獲取知識的全面性和系統(tǒng)性方面可能存在一定局限性。在實際學(xué)習(xí)過程中，實驗組2的學(xué)生更重視通過數(shù)據(jù)流圖描繪系統(tǒng)的具體需求，而較少關(guān)注符號、圖形是否正確規(guī)范。與之相反，在傳統(tǒng)授課模式中，由于教師通過板書繪制數(shù)據(jù)流圖，學(xué)生對符號的使用規(guī)則更加了解，繪圖過程也更加規(guī)范。

5 結(jié)語

本研究證明采用創(chuàng)造驅(qū)動模式的翻轉(zhuǎn)課堂能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用知識的能力，有效提升醫(yī)學(xué)信息學(xué)課程學(xué)習(xí)效果。通過創(chuàng)造驅(qū)動模式，使學(xué)生完成貼合現(xiàn)實場景的任務(wù)，能夠較好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新素質(zhì)，有利于實現(xiàn)醫(yī)學(xué)信息學(xué)課程教學(xué)目標(biāo)。但是在此過程中需要重點關(guān)注學(xué)生自學(xué)知識的全面性和系統(tǒng)性，幫助其構(gòu)建完備的知識體系。