基于CDIO理论的医学信息学专业课改革探索*

王 凯，朱文婕

(蚌埠医学院 卫生管理系，安徽 蚌埠 233000)

基于CDIO理论的医学信息学专业课改革探索*

王 凯，朱文婕

(蚌埠医学院 卫生管理系，安徽 蚌埠 233000)

以CDIO(conceive,design,implement,operate)工程为内容的教育改革理念，能够将传统的教育活动转变为以服务性工程生产为核心的工业制造过程，通过形式化、规范化的组织架构来指导师生间的互动.医学院校的卫生信息管理专业由于其专业背景呈现出领域相关性强、应用背景专一等特征，迫切需要在专业教学中引入CDIO理论，并依照相关教学大纲，制定基于实践驱动的理论与实践教学内容，引导学生开展多角度、多层次的互动学习，并结合CDIO的教学培养大纲开展多元化的课程评价体系.

课程改革；CDIO；医学信息

1 相关概念及研究现状

1.1 CDIO相关概念

CDIO[1]模式最早是由美国MIT学院、瑞典皇家工学院等大学于2004年建立的国际教育合作组织所提出的工程教育理念.该教育模式提倡以构想(Conceive)、设计(Design)、运作(Implement)、实践(Operate)为核心的过程控制思想，参考产品研发过程中的运行周期过程，发挥学生的主观能动性，实现学生主动学习与课程实践间的紧密联系，着眼于培养以团队为单位的各自治组织间的协同交互能力，通过以工业产品存在的运行周期为载体的团队培养与实践教学，完成新型化的工程师培养计划.具体能力要求如图1所示.

1.2 CDIO教育流程

CDIO提出的教育模式[2]需要学生具备主观性、实践驱动性、课程目标导向性等要求.而上述目标的实现需要学生在学习过程中，有意识地培养自己的专业技术知识和推理解决问题的能力，使得团队合作、人际交往、沟通能力得到锻炼，该模式从工程设计的角度初始化学生思维模式，设计角度，实施过程，效果评价等步骤全方位、立体化地跟踪学生学习过程.

图1 基于CDIO的教育模式

基于CDIO的课程改革需要结合相关课程的教学大纲进行[3]，医学院校的信息管理专业的学生在掌握必要的医学知识的前提下，需要将所学的计算机学与信息学的相关知识运用到医学背景下，从基于分析问题、解决问题的主线，将学生的理论与实践相结合，从实际应用背景出发，找寻问题的求解方法，然后上升到所学的理论层面，最终回到实践中去，从而加深对所学知识的理解.

笔者认为，教学实践活动设计的优劣将直接影响课程教学的效果，参考基于CDIO的工程教育方法，将相关实践课程划分为四个层次：基础性实践、设计性实践、综合性实践、创新性实践，各层次的关系如图2所示.

图2 基于CDIO的医学信息学实践课程模型

2 医学信息专业课程教学研究现状

医学信息专业课程教学呈现出课程覆盖面广、课时数有限等特点，基础课程涵盖了计算机科学、医学，以及信息管理学方面的内容.其中，计算机课程所存在的理论抽象、学生学习积极性不高等问题表现得尤为突出，严重影响和制约了本专业学科建设的可持续发展.故本文以计算机专业的核心课程——操作系统为例，分析和解决所存在的主要问题.

在计算机系统中，操作系统扮演着底层核心的角色，为各种应用软件，如应用程序、服务器管理系统等提供支持.由于操作系统在整个教学体系中所扮演的重要角色，结合教学大纲所要求的目标：深刻理解操作系统的基本概念和运行机理；具备维护和使用操作系统的基本能力；使学生系统科学地受到分析问题和解决问题的训练，提高运用理论知识解决实际问题的能力，从而为今后在相关领域开展工作打下坚实的基础.现就目前医学院校操作系统教学活动的现状做如下分析：

(1)原理复杂，讲解难度高.由于操作系统的背景知识相对较杂，需要许多前序课程(高级语言程序设计、数据结构、计算机体系结构等)作为知识储备，使得许多学生在基础不扎实、缺乏系统性学习习惯的前提下，很难深刻理解操作系统的原理 ，因此，教学质量难以保证.学生在课堂教学，以及自立学习时缺乏必要认知能力，故引起学习效率和质量下降.

(2)技术剖析困难，应用约束性强.操作系统课程包含了很多重要关键的设计策略、处理机制和实现算法，在计算机科学领域的真实发展过程中，各种策略与方法的出现都受到了当时技术发展条件、应用需求趋势的约束.主观割裂这些背景信息，使得操作系统技术细节的讲授变成了算法和代码的简单灌输，既不能激发学习的主动性，也无助于提升学生的系统分析设计能力.

(3)知识更新快，与实践结合度较高.操作系统随着各项技术的快速发展，无论在系统的种类上、理论的创新上，均有了迅速的提升，伴随着难度的增加，以及广度的扩大，在教与学的两端都日益呈现出全新的发展趋势：作为医学院校的信息管理与信息系统专业教师，必须时刻关注国内外操作系统技术的前沿，不断提高知识的更新频率，结合教学大纲，适时地调整课堂与实践教学内容；而学生在课程难度增加的情况下，必然会产生为难情绪，学习态度懈怠，进而缺乏学习的主观能动性，影响教学效果.

3 基于CDIO的操作系统课程改革基本框架

医学院校的卫生管理类课程呈现出管理学、医学、工学(计算机方向)等学科交叉度高、融合性强等特点，学生在相关课程的学习中容易产生畏难情绪，表现出学习动力不足、创造力匮乏，学习动机不端正等问题.在计算机类课程的学习方面表现得更为明显.这就需要在重视学生专业知识教育的基础上，着力端正学生的学习动机，强化学习的主观意愿，培养学生在学习的过程中发现问题、分析问题、解决问题的能力，突出实践与理论相结合的教学理念.

针对操作系统的问题抽象、理论性较强的课程特征，引入基于CDIO的工程教育培养模式，通过CDIO的可操作性强、课程体系健全、知识反馈系统完善的特征，将学生的设计、实验、运作作为课程学习的主线，融合教学大纲所强调的专业基础知识、个人基本课程学习目标、团队协作等方面的要求.课程实践内容的编排需要体现出以小组为单位的特点.

3.1 抽象与具象维度结合模块

引入工程设计中的“抽象指导具象”准则，不断地运用抽象规则来创建与修正具象的产品，将课程知识中原本抽象、晦涩的理论浓缩成简单的指导方法.文献[4]将数学工具Galois连接引入知识工程领域，通过代数之间的偏序集关系，建立对象之间的有序映射，该理论的核心是将核心算子(希腊字母)作为映射工具，对相关领域的任意维度的信息结构做映射，目的是扩充或是减缩原有的信息系统，使之成为一个相对完备的知识系统.

本文合理利用该理论中的核心算子，建立起课程教学过程元素的四维抽象模型R(D，O，C，I)，分别代表了课程设计、课程实践、课程构思，以及课程评价与完善四个元素.具体过程为：教师从已有的教学经验出发，结合自身教学体会，设计出与被课程密切相关的设计理念，在具体的教学实践中将上述抽象出的理论规则，重新排列组合，形成多维度的教学方案，产生不断更新的具象经验，不断重复上述过程，指导形成相对稳定的课程构思，最终在课程的考核与评价方面强调多元化、层次化，不断地联系抽象理论与具象要求，修正已有的教学评价体系，从而达到以评价促教学，以教学改评价的目标.

3.2 理论知识与应用结合模块

本文将课程实践部分与软件工程的开发生命周期相结合，将计算机操作系统的课程实验细分为四类：基础理论性实验、创新设计性实验、综合应用型实验，以及领域专业性实验.

其中，第一个层次基础理论性实验，重点培养学生的课程学习兴趣，强调基本知识的掌握，以及实验操作的规范流程，强化实验动手意识，加深对课程理论知识的理解；第二个层次突出学生的问题设计能力，培养全面性思维，系统分析与设计的一般流程；第三个层次则是站在专业学科的角度，从基于就业市场驱动的技术需求角度，着力加强学科知识推理和解决实际问题的能力；最后一个层次是设定实验场景，注重团队协作的能力培养，强调个体创造与团队协作，突出理论与实践协调统一的综合能力.

3.3 个人能力与团队沟通结合模块

采取任务型驱动的形式，将学生以小组为单位划分为若干个任务单元.使用“整合与划分”的基本理念，给每个小组分配不同类型的实践任务，如磁盘调度算法的实现、存储器管理的页面淘汰算法的改进、文件管理的优化等理论性较强的实践内容.由各小组将任务层层分解，小组成员在领取任务之后，需要在规定时间内完成，实践内容的划分体现了层次交叉的特点，故每位成员需要与其他组员积极沟通，协同操作.

任务的完成需要各成员的分解任务都并发地执行，这种组织架构就会形成彼此之间相互联系、互相督促、协同合作的良好习惯，从而为建立起有序、可持续的学习氛围打下坚实的基础.

3.4 教师的“教”与学生的“学”融合模块

教师在教学方法上要体现以学生为本的新的教学观念，摒弃重视科研、轻视教学，重视研究、轻视实践的观念，有针对性地根据本专业学生特点，以及前序知识结构，合理地设定课程教学方法与评价手段；同时在传授基本知识的前提下，引导学生进行探索式研究与创新性实验，让学生在自主性思维的驱动下，完成相关实验内容.

学生要通过课程的设计及实践操作环节，了解与掌握基本的理论知识，熟悉所学知识的使用背景，强调发现问题、解决问题的能力.

3.5 评价与动态修正结合模块

教学评价标准的好坏会直接影响实际的教学效果，必须纠正错误的学习观念，树立学生不断追求卓越，提升自我的意识.教学评价应该是一个多次循环、不断修正的动态过程.需要建立从分数导向型教育转向能力导向型的科学课程评价体系.通过教学实践发现，相比于以往的教学准则，提供个体学生的成功例子能够有效地调动学生对于课程学习的主观能动性，提高学习的兴趣.

本文提出多元化的课程考核方法，力图客观地从学生理论学习、实践动手能力、团队协作与创新等角度评价学生的学习效果，结合医学院校学生的客观实际，从以下角度评价.

①实践动手能力.考察学生的实验课基本验证类实验与课程综合类实验的完成情况.②课程设计能力.课程设计着重考察学生的课程整体认知水平，包括课程学习目标、原理性验证、关键技术实验、课程总结等方面.③课程再表述能力.课程设计中设有课程项目验收与答辩环节.④团队小组协作能力.有意识地对具有不同学习能力的学生分组，通过设计具体的问题，着重考察学生之间的沟通与协作能力.⑤创新能力.鼓励学生在学习的过程中提出自己的想法，在完成基本实验的前提下，加以创新性地拓展.

为了更好地实现高校的社会服务职能，提高医疗卫生信息领域的发展速度，本文有效地借鉴了CDIO工程的教改理念，对我校卫生信息管理专业的计算机类课程(操作系统)做了详细的课程改革方案设计，为后续探索性解决理论性课程提供了有益的建议.但作为一个完整的教学体系改革，需要做的工作还有很多.本文的后续工作是将本理念拓展到卫生信息管理的整个课程体系中，同时利用反馈评价不断地加以修正.

[1]康全礼,陆小华.CDIO大纲与工程创新型人才培养[J].高等教育研究学报,2008,31(4):15-18.

[2]Stephen R.The 7 Habits of Highly Effective People[M].Simon & Schuster New York,2004.

[3]顾学雍.联结理论与实践的CDIO:清华大学创新工程教育的探索[J].高等工程教育研究,2009(1):11-22.

[4]徐兵,孙海泉.T-CDIO课程体系的构建于实践[J].高等工程教育研究,2009(2):35-38.

(责任编辑:王前)

10.13877/j.cnki.cn22-1284.2015.04.028

2014-10-15

蚌埠医学院校级项目“基于计算思维的医学院校大学计算机基础教学改革研究”(byjy0392)

王凯,男，安徽蚌埠人,教师.

G642.0

A

1008-7974(2015)02-0084-03