基于CDIO的《物联网医疗开发与实训》项目教学法研究

王家琦 李家良 王江徽 柳玉婷

摘要：针对《物联网医疗开发与实训》课程知识面广，综合性较强，学习难度大等特点，引入CDIO项目教学法改革教学模式。为了让学生掌握多种技术的交叉运用，体验医疗应用场景下物联网工程项目的具体实施过程，将CDIO项目教学法的构思、设计、实现和运作过程等理念引入教学。实践证明，有利于提高学生独立发现问题、解决问题的工程应用能力。

关键词：物联网医疗;CDIO项目教学法;物联网工程

中图分类号：G642 文献标识码：A

《物联网医疗开发与实训》课程是我校医学信息工程专业的专业必修课，是前期先修课程，如：《单片机原理与应用》《无线传感器网络》《物联网RFID原理与技术》等课程的实践应用和总结。物联网是融合传感技术，计算机技术，网络技术和电子技术等诸多技术为一体的综合性技术。课程旨在探讨物联网发展的社会背景与关键技术，阐明物联网在医学领域中的应用，分析物联网、传感网与互联网的区别与联系，说明物联网医疗建设的预期目标。

《物联网医疗开发与实训》课程涵盖的知识面广，综合性较强，学习难度大，旨在培养医学信息工程专业学生医疗物联网系统开发与应用的能力。因此，如何通过该课程的理论教学与实践环节，增强学生的工程实践意识，培养学生灵活运用已学的知识分析问题、解决问题的能力，培养学生的创新意识，提高毕业生的岗位能力和就业竞争力，成为任课教师重要的研究内容。

本文针对智能设备日新月异的市场发展与相对传统的教学方法，探索适合医学本科院校医学信息工程专业的《物联网医疗开发与实训》课程改革方案，提出一种CDIO项目教学法。新型教学方法能培养满足医院信息化发展的医疗物联网系统开发人才，让学校教育与企业和医院岗位需求对接。

1教学模式改革

侧重培养学生系统组织能力和系统开发设计能力。教师授课时采用CDIO项目教学法，摆脱以讲授为主的传统模式，灵活教学。将CDIO应用于教学改革，主要从三个方面进行改革和创新，具体内容如表1所示。

2教学内容重构

充分调研相关企业和医院，优化设计，整合课程资源，着重教学与生产联结。例如，结合企业和医院的实际工程案例和教师科研项目，将理论联系实际、教学结合实践，整理成与医疗领域相关的工程项目实例。《物联网医疗开发与实训》是包含感知单元、智能对象单元、网络单元三层架构的综合应用课程。整个实训课程按架构可分解为多个任务。具体项目内容如表2所示。

课程从CDIO教学理念出发，以项目化进行授课，每个项目均细分为几个子任务，覆盖不同的知识点，实施流程见图1。

2.1项目构思，培养“C”能力（构思能力）

提前布置一些应用于医疗场景的实训项目（如：基于WIFI的医院病房环境监控系统），学生根据选择的实训项目组成3人的团队。项目主要目标是，让学生利用传感器技术、WIFI无线传感网络技术、单片机下位机系统和远程终端管理系统（安卓APP），模拟完成医院病房环境监控系统设计和仿真实现。这个阶段能提高学生自主学习和分析问题的能力。

2.2项目设计，培养“D”能力（设计能力）

对每一个模块进行分析，提出方案设计思路。学生可结合各硬件模块电路通信说明，完成医院病房环境监控系统整体方案设计、硬件设备原理图设计，上位机软件设计等三个部分的设计。这个阶段，学生要会用Proteus等仿真软件设计硬件电路，鼓励学生多思考多做创意设计。小组内的成员共同讨论模块间的集成与调试，在此过程中提高设计开发及团队合作能力。

2.3项目实施，培养“I”能力（实现能力）

项目实施阶段要验证方案是否可行。设计的仿真电路运行通过后，教师提供传感器模块、无线传感网络协议、模拟病房环境监控系统的单片机等条件。学生则按小组分模块完成传感器组装、无线通信联通测试、通信协议有效性测试、单片机和通信网关与终端设备管理软件的简单通信接口开发和最终系统模块间的集成。在此阶段，能提高学生工程实践能力，另外能检验是否真正理解知识点。

2.4项目运行与评价，培养“0”能力（运作能力）

项目的运行与评价阶段能帮助学生巩固及更深入理解知识点。最后以小组为单位，推选主讲人，以PPT形式汇报本小组的项目具体实施过程，共同参与项目演示。在此阶段，教师可设置故障及发散性问题，鼓励拓宽思路解决问题，能培养学生工程技术思维，提高学生综合运用能力和解决技术问题的能力。

3教学实施效果

《物联网医疗开发与实训》教学中，引入企业和医院的实际案例，对系统进行理论分析，再利用实例来具体化设计过程。例如，课程以合作企业的“智能家居”为例，从系统功能需求分析开始，到具体每个功能模块的硬件选型、設计，以及软件的实现、验证，将案例分模块展开教学，贯穿整个课程教学过程，培养学生利用模块化的思想对系统展开分析设计的能力。

学生学习“智能家居”案例后，自主研发应用于医院场景的“基于WIFI的病房环境监控系统”作品如图2所示，该作品同时获得2019年全国计算机设计大赛省级三等奖（物联网组）。说明新型教学方法能提高学生的工程项目应用能力，学生作品通过竞赛反馈也能激发学生学习兴趣，最终形成良性循环。

4结束语

基于CDIO的《物联网医疗开发与实训》项目教学法，能打破传统知识体系的束缚，设置新型教学模式;能结合医学背景知识整合教学内容，并在实际教学中形成良性的“教师一学生一项目”三者互动模式。旨在培养医学信息工程专业学生医疗物联网系统开发与应用的能力。