磁共振成像设备学逆向教学设计模式研究

，，

上海理工大学 医疗器械与食品学院(上海，200093)

0 引言

近年来，我国医疗事业发展迅速，涌现出一大批新技术﹑新设备，其中磁共振成像设备以其优异的软组织分辨力﹑无电离辐射损伤﹑多方位多参数成像等优点在各大医院中应用普遍。为适应医疗行业的发展潮流，各大高校纷纷制定相应的课程以培养相关专业人才。磁共振成像设备学是影像专业学生的必修基础课程，教学内容主要涉及磁共振设备的发展历史﹑成像原理﹑机械结构﹑设备功能以及临床应用等，内容繁杂且枯燥难懂，常规的教学模式难以达到预期的教学效果，进而影响所培养人才的专业素质。因此，针对磁共振成像设备学教学模式的探索﹑创新和改革一直是高校教师的关心之处，并在探索中略有成效，如早期的问题式教学(Problem-Based Learning, PBL)[1-3]﹑案例式教学(Case-Based Learning, CBL)[4]﹑情景式教学[5]﹑实践式教学[6]﹑启发式教学[7]等。在前人探索的基础上，本文提出一种逆向教学设计模式，一定条件下将师生进行角色互换，鼓励学生提前学习专题知识并根据自身理解进行讲述，而教师对其讲述内容进行补充与修正。该教学模式不仅能够培养学生的独立思考能力，极大地调动学生参与课堂的主动性和积极性，更有利于学生对知识的理解和掌握。在逆向教学设计模式下，学生不再被动地接受知识，而是更多地参与到教学活动中，与教师互换思维，主动发现问题-分析问题-解决问题，提高自身能力，巩固所学知识，进一步提高教学质量。

1 磁共振成像设备学学科特点与普通高校教学模式现状

1.1 磁共振成像设备学学科特点

磁共振成像设备学是一门讲述磁共振设备的学科，包括设备的发展历史、成像原理、基本的系统结构组成、各部分的功能、主要的性能指标、临床应用及应用禁忌、新技术新设备的发展趋势等。该学科内容涉及范围广，涵盖了设备发展的过去、现在和未来； 理论知识抽象难懂，知识点零散且略显古板[8]； 学科交叉多，内容与物理学、电子电路、机械基础及计算机科学等学科相渗透； 各专业的课程设置各有不同，部分专业基础课与实验课的课时较少，这都在一定程度上影响了授课质量[9]。

1.2 普通高校教学模式现状

早在1969年，美国的神经病学教授Barrows便提出一种以问题为基础的教学法，即PBL教学法。PBL教学法强调以学生为中心[10]，重视学生学习的主动性和积极性，旨在提高学生发现问题并解决问题的能力。该法因其创新性和启发式等特点广为高校接受，但在实施过程中常因受限于课时设置不够合理﹑数据库资源有限等因素而未能较好地发挥作用。

现阶段大多数高校的授课方式是以教科书为基础﹑配合幻灯片的方式进行讲解，大部分课时都是教师在讲﹑学生在听，加之磁共振设备学与多门学科交叉联系，理论知识繁多，不免略显枯燥。在没有主动复习前期课程并对磁共振设备学内容不甚了解的情况下，学生难以集中注意力，学习积极性和主动性容易受到挫伤。另外，与基础课程相对应的实验实践课较少，在讲述较为抽象的理论知识，如弛豫现象﹑K空间填充﹑弥散成像等，内容讲解费时费力，而学生收益甚微。此外，磁共振设备一般难以实现拆装和操作，使得理论与实际稍有脱节，学生无法较为直观地理解教学内容。针对以上问题有不少高校教师都致力于讲课风格的改变[11-12]，如将理论知识与日常生活中的某些现象联系起来，或是以幽默而又通俗的表达方式将授课内容传授给学生，令枯燥难懂的理论知识变得生动有趣[13]； 或是从实验课程上入手加以改进[14-15]，尽量增加学生自己动手操作的机会，让学生在实际操作中习得知识，这些举措都取得了一定的效果。

2 逆向教学设计模式

2.1 逆向教学设计理念

所谓逆向教学设计模式，就是改变以往教师单向授课、学生被动接受的模式，将教师和学生的角色进行一定程度上的互换，取而代之以学生为主体、教师为指导的模式。该种模式下学生作为知识传播的主动方，需要着力培养自身的知识素养，在师生角色互换的过程中正确把握重点与难点，并用简单易懂的方式表达出来，这样不仅有利于学生交流互鉴，更能促进自身对知识的有效吸收； 而教师则作为裁判和听众及时给予指点、纠正和补充，正确引导学生获取知识。角色互换不但能发现以往教学中可能存在的问题，如教师的授课深度和学生的接受能力不等同问题、学生理论知识与实践能力不匹配问题，有助于教师教学方案的改进； 同时也能增进师生之间的交流，减少教师和学生的身份隔阂，有利于师生在学术自由的氛围中相互学习。

逆向教学并不是将课堂全盘撒手给学生，而是将教学内容中部分的重点内容有选择地放手给学生。教师应在充分考量学生所学知识结构和课程内容难易度的基础上，做出合理的规划。如在教授磁共振成像设备学重点内容“磁共振的系统结构”时，可引导学生在课前查阅资料了解磁共振设备的分类及结构等方面的知识，教师可以在有条件的情况下合理安排学生到医院﹑企业或实验室进行实地参观演示，在理论结合实践中深化学生所学知识。由学生讨论磁共振设备的分类依据及总体结构，教师进行指正和补充。磁共振成像系统可分为磁体﹑射频﹑梯度﹑谱仪与计算机五大子系统，可以设置分组研究任务，由学生对每一子系统的作用及关键参数进行讨论研究和汇报。教师进行知识拓展，并结合具体实例，深入浅出地将抽象理论形象化，加深学生对相关知识的记忆。此外，重难点和安全性问题需要教师进一步强调，在传授知识的同时牢固树立学生的安全意识。如磁场均匀性如何影响空间分辨率这一难点，可以给出具体设备参数进行计算，讨论计算结果对图像的影响； 超导磁体的励磁和退磁﹑失超及失超保护等知识，需要加深学生对设备安全性问题的认识。由此可见，逆向教学设计模式对教师的授课方式和分配内容的把握有更加严格的要求。

逆向教学模式的成功实施，首先能够培养学生主动获取知识的能力，包括资料的查询与整合﹑自主学习独立思考﹑动手操作实践﹑团体的分工与合作等能力； 其次，能够培养学生的演讲能力，包括幻灯片的制作﹑教学工具的选取﹑公共场合发言的礼仪等； 此外，还能够发挥学生的创造性和自主性，变被动接受为主动学习，改变传统模式下教师一人主导课堂的教学方式，给课堂带来新活力。由此可见，逆向教学模式的成功开展，需要学生﹑教师﹑学校之间协调配合，三者之间的关系见图1。

图1 逆向教学模式下学生﹑教师﹑学校三者的关系图Fig.1 Relationship diagram between students, teachers and schools in the converse teaching model

2.2 学生的主要角色

逆向教学模式下，学生有时会扮演授课者的角色，这就需要学生尽可能发挥“教师”的作用，如在授课前做好知识点的整合，注意授课方式和讲解思路的规划等。在获取知识方面，学生可以选择个体单独完成或几个同学自成一组研读教材，充分利用学校的图书馆和数据库等资源，在最大程度上理解基础知识； 学有余力的同学还可以继续深入拓展，比如对设备的临床应用或是生产厂家等方面进一步了解。在授课内容上，学生需要根据教师分配讲授的内容提前做好准备工作。教师需要做好分配并提出研究专题，学生可就专题进行重点研究。如“梯度场的作用”这一知识点，可以提出如下问题由学生思考： (1)无梯度场的核磁共振信号频率是怎样的； (2)如何分辨不同空间位置或不同体积大小的样品信号； (3)有哪些改变磁场的方式； (4)选择怎样的方法改变磁场，为什么。学生在已有知识的基础上可以完成以上问题的思考，可以充分发挥自己的学习能力﹑创造性和自主性，结合幻灯片的制作，利用其强大的编辑功能，适当配以动画或视频，以生动又不失严谨的方式展现知识内容，集中听者的注意力以达到良好的效果。可以适当提醒学生在汇报中需要注意基本的演讲技巧，口齿清晰声音响亮，表达准确流利，同时需要控制时间以及活跃课堂气氛等。此外，教师还可以结合学生的特点，把握学生易对与自身联系较为紧密的知识点产生兴趣的心理，进行专题设置，如学生可结合自己的实习或实验经验更加形象具体地讲述设备操作方面的问题。

此种教学模式下，学生是主角，需要积极投入认真对待自己的专题，并仔细听取他人对专题的理解，以多种多样的交流方式汲取知识。在课时有限的情况下学生应加强自己的责任感，充分利用各方面的资源，合理安排演讲时间，避免影响课堂的时间进程。

2.3 教师的指导作用

逆向教学模式下，教师是听众也是评论家，还是指导者。磁共振成像设备学发展时间虽不长但十分迅速，作为影像等专业学生的必修课也有一段时间，这期间市面流传有多种不同版本的教材。在课堂参考书的选择上教师需要斟酌慎重，教材不能过于陈旧跟不上时代发展，也不能内容过于宽泛把握不好重点。有条件的影像专业教研室也可以根据自身的教学特点自行编排教材。

在正式授课之前，教师需提前拟好任务分配并适时予以指导，让学生自由分组自选专题； 针对每个专题设置若干问题来引导和启发学生，比如讲述磁共振在临床应用上的优势及局限性时，教师可以提前安排学生归纳整理X线机﹑CT﹑B超等影像设备的优势及局限性，通过对比加深学生对医学影像设备的总体认知； 教师需要准备好讲课内容以备补充学生的疏漏，比如讲述磁共振成像的三种主要质量控制参数： 信噪比﹑空间分辨率及对比度，学生往往会根据课本知识体系分别讲述三种质量控制参数对成像的影响，而忽略三者在成像时的平衡补偿关系； 另外教师还需要仔细听讲做好学生讲解记录，以便对错误部分及时指正，比如讲述回波权重像中TR﹑TE对T1﹑T2及信噪比的影响，由于学生对原理知识理解有限而不能准确理解，这就需要教师由因溯果进行讲解。教师的个人知识素养也要不断提高，时时跟进行业的前沿发展方向，及时更新知识。教师的讲课风格也要更具体更有趣，可以将生硬的理论知识类比为日常生活中常见的事物或行为，如曾有教师提出在讲授横向弛豫过程时可类比为一个班级的学生在操场上跑步。横向弛豫过程发生在去掉射频脉冲激励后，不同自旋核的进动失去同步﹑同速，即失去相位一致性。学生很难理解散相问题，可类比学生们在跑步开始时虽然在同一起跑线，但由于速度不同，逐渐拉开差距。这样的类比更有利于学生的理解和记忆。若有条件的教师也可以聘请行业专家来授课，不仅能够将理论与实践结合起来，还可以将前沿发展动态实时传递给学生，激发学生的求知欲。

高校里主修磁共振成像设备学的学生往往不局限于某一个专业，生物医学工程专业或是影像专业的学生都有可能参与。侧重于设备运行﹑维护﹑修理等专业的学生，可能需要对设备的结构组成重点掌握； 侧重于读片﹑分析病例专业的学生可能需要对设备的功能和性能指标重点掌握，这就需要教师在任务分配或实验课时有不同的专业侧重点。

2.4 教学资源的配置

学校要根据自身的教学情况合理设置教学和实践课，帮助学生在实践中领会理论知识； 完善相应学科的数据库和管理系统并拓宽资源渠道，方便学生查询和自学； 根据学科要求配备所需的教学设备[16]，为教学的顺利进行提供更好的教学条件； 创建良好的实验环境，包括性能良好的实验设备﹑相关的实验指导教师和全天候开放的实验室使用权限，便于学生随时到实验室进行实践，遇到问题有老师从旁指导交流，提高实验室设备的使用率； 实现校企合作和校医合作，提供更多参观和实践机会，为学生及时了解行业需求和发展动态提供帮助。

3 可能存在的弊端及应对对策

3.1 逆向教学设计中“适度”的把握

逆向教学并不是百分之百的逆向，学生毕竟不是有专业背景的教师，且自身也处于学习的阶段，将知识全部理解领悟并清楚讲解出来还是会有一定难度，如磁场强度﹑均匀性等一类性能指标都是抽象概念，学生没有实际的操作经验无法真切体会它们对成像质量的影响。另外，磁共振设备的硬件结构较为复杂，还与信号采集﹑图像处理等知识紧密结合，而学生掌握的基础知识程度不同，对教学进度的感知也不同。因此，教师需要根据多年的教学经验和对学生知识水平的把握程度尽可能把课堂交给学生，并在实际授课的过程中与学生沟通，更改任务难易程度并及时做好调整，避免学生因负担较重而草草准备应付，浪费自己与其他同学教师的时间，耽误课堂进展。通过教师对学生的评估以及课后的交流调整，使逆向教学成效达到最好。

3.2 学生的积极参与程度问题

逆向教学设计模式的成功开启，离不开学生的积极参与和老师的悉心指导。开设专题的难易程度会影响学生的积极性，其他专题负责学生准备的充分程度也会影响学生的积极性，另外可能出现学生对自己的专题很认真而对其他专题不甚上心的情况，这些都不利于教学的成功开展。若工作量过大或难度较高，学生应主动与教师沟通，以便教师及时调整教学计划，避免出现学生因任务难度大而消极懈怠的状况； 若是学生积极性不高，教师也可采取传统的测验方式，提问或是课堂小测验，在反映学生听课情况的同时吸引学生的注意力。

4 结论

逆向教学设计模式，可为传统教学模式注入一股新活力。学生成为授课主力的一部分，不再处于被动接受知识的地位，通过自主学习-研究讨论-主动思考的形式充分培养锻炼学生获取知识的能力； 而教师在此教学模式中同样具有举足轻重的地位，合理安排学生授课专题并及时纠正和补充，在逆向教学模式中扮演好听众﹑评论家和指导者的角色； 学校则要尽可能提供更多的资源和学习条件，使得学生最大程度上理解掌握基础的专业知识，并在实践中逐步完善教学计划，促进磁共振设备学课程逆向教学模式的建设与发展。