生物医学工程专业程序设计类课程信息化与案例化联合教学实践

乔 梁，钟 华，刘 晶，粘永健，王 莉，邱明国

（陆军军医大学生物医学工程与影像医学系，重庆 400038）

0 引言

随着“互联网+”在社会各领域的不断延伸，信息化教学辅助手段在丰富高校教学方法和提升教学质量方面发挥着越来越重要的作用。将信息化手段更好地融入课程体系建设成为当前教研改革的重要一环[1-2]。然而，在医学院校的师生认知层面，信息化教学改革的主体往往是医学类和专业类课程，极少重点支持涵盖信息技术知识点的程序设计类基础课程。但程序课程对培养计算思维能力和适应信息时代的专业素养极为重要[3]。以强调医工结合的生物医学工程专业为例，良好的程序设计基础对学员未来从事智能设备、移动医疗与医疗信息系统的研发和运维工作有着重要意义[4]。在我校，生物医学工程专业的程序设计课程主要由C++程序设计必修课完成，涵盖语法基础、面向过程和面向对象编程思想以及初级的项目实践[5]。但由于该课程是定位于大一阶段的基础性学习，新生的专业认知模糊，在校园创新、求新和社会热点的冲击下，容易对相对抽象和乏味的程序课程重视不足。而程序设计课程特别强调课下实践性学习，如果学员的主观能动性不够强，不利于打牢编程基础，更不利于后续课程的深入开展。

如果能将教学过程中使用的典型信息化教学手段进行案例化的教学设计，不但有利于体现课程价值，还能加强学员的实践参与度与趣味性，由传统的教员介绍学习目的向学员主动求解知识内容转变。基于这一思路，本文重点对2018 级生物医学工程专业程序设计课程中所使用的信息化手段进行案例化设计，并进行课程信息化与案例化联合教学实践。

1 课程信息化与案例化联合教学实践设计思路

不同于目前主流的单纯将信息化手段辅助于教学过程的单向研究思路[6]，教学组力图将信息化手段与教学案例建设紧耦合，提出教学案例的一体化建设模式。具体流程如下：

通常将1～2 个章节设定为一个教学目标（或称“专题”），以“信息化教学辅助手段的筛选/设计”为起点和终点，形成一个案例化教学的闭环。教学开始前，首先由教员根据教学目标要求梳理出章节和知识点的关系，依据知识点的难易和授课顺序，与目前的经典信息化手段进行对接，并根据课程特点和学员特点对信息化手段进行筛选和创新设计，形成对应的教学案例；在教学过程中，利用信息化手段辅助教学、活跃气氛的同时，通过对应教学案例的导入引导学员主动拆解知识点，引入新知识点的学习，提升学习兴趣；随后，通过课后知识点的实践，要求学员分模块完成教学案例，增强实践参与度；最后，通过综合实践，在师生合力重现信息化手段辅助功能的同时，由学员主导主动完善现有的信息化手段的设计并充实教学案例。即在教员引导下以学员为中心完成“使用案例—学习案例—设计案例—完善案例（师生共同）”的闭环学习过程，并反作用于信息化教学手段与教学案例的完善。

需要说明的是，信息化手段的不断完善和创新由师生共同完成，而对应的教学案例，考虑到知识点的连贯性和教学的可开展性，根据学员反馈情况仍由教员主导完善。

2 信息化辅助手段与知识点对接的典型教学案例

教学组以在线学习网站为载体[7]，通过对信息化教学手段的筛选和创新设计，不断新增具有趣味性和实用性的教学案例，利用问题卡交互、课堂在线投票、测试情况汇总、电子白板等手段，在方便师生教学互动的同时，也作为案例给予学员明确的阶段性学习目的，引导学员对知识点的发掘，从而激发学员的主观能动性。以下重点介绍与医工结合联系紧密的电子白板案例。

电子白板是远程医疗中常用的远端手对手互动工具。如图1 所示，当多名医生在线会诊时，电子白板可以实现基于同一影像的同步移动、缩放、勾画、注释和文字交流，从而方便异地人员之间针对图像细节的交流[8]。教学组将电子白板引入程序设计课程，改造为信息化教学辅助工具来丰富教学手段，并拆解为覆盖图形图像处理章节多个知识点的教学案例。

图1 远程医疗电子白板使用示例（同步浏览、勾画、文字交流）

图2 展示了师生之间在教学活动中进行细节交流的在线白板互动实例。学员首先对不理解的PPT内容截屏上传至白板工具，并将链接推送给教员；然后，学员依托白板工具将不明白的地方用线条勾出，同时发送诸如“标记处为什么输出2？”的文字信息，教员在相同视角的截图上用矩形框勾画出关键代码的位置，文字回复“注意构造函数……”；学员同步浏览即可进行直观、准确、简洁的在线互动。不同于微信、QQ 或电话互动，白板工具更强调“面对面”的细节讨论，讨论内容可上传至教学网上形成历史问答库，方便所有师生浏览。该白板工具同样可以用于课堂现场教学，在教员讲授不便打断的时候，学员可通过扫码进入公共白板场景，将想讨论的内容拍照或截屏上传，在图片上进行在线提问，方便教员在讲授间隙归纳补充。

图2 方便细节交流的在线白板互动实例（截取PPT 内容进行在线“手对手”讨论）

作为教学案例，在使用白板丰富互动手段的同时，将绘图、鼠标事件功能拆分出来即形成适合现场教学的简化案例，如图3 所示。该案例主要涉及第十章图形图像处理基础章节，覆盖GDI+绘图基本要素和窗体鼠标事件两大核心知识点，以及对图片控件（PictureBox）等既往知识点进行强化练习。

图3 电子白板的知识点拆解与案例建设

图形处理基础专题重点介绍GDI+中的Graphics类和坐标系统，并结合坐标系统深入学习窗体鼠标事件；在举一反三利用现有图片控件达到图像缩放、变形、灰度变换目的的同时，重点介绍GDI+的Bitmap类，并以此深入图像处理原理。图2 中有关师生之间在线互动功能的整合可以在完成第十一章数据库技术的学习后作为课终大综合设计的选题。

详细的教学实施过程如下：

（1）案例的使用——学员视角下的直观应用体验。

白板工具作为课堂内外师生在线互动的便利工具贯穿整门课程的教学始终，使学员印象深刻，展示了远程会诊常见手段以及生物医学工程专业在医疗信息化建设方面的作用。

（2）案例的引入与拆解——教员引导下课堂知识点的学习。

当课程进入第十章图形图像处理基础时，教员将白板工具转为教学案例引入课堂。

第一步，引导学员主动挖掘学习内容：教员以“白板工具应用体验”为主题与学员交流该工具的优缺点，重点讨论人机交互的体验与优化。由于白板已经是每个教学周期师生互动必用的工具，与介绍一个全新的教学案例相比，学员能够迅速进入状态，想法更多，讨论也更深入。

第二步，引导学员拆解知识点，明确学习任务：根据学员对人机交互体验提出优化的话题，一起梳理白板工具涵盖了哪些交互手段，梳理出窗体设计、鼠标事件、图片控件、时间控件GDI+等新旧知识点，介绍学习计划。

第三步，以案例的功能实现贯穿课堂始终：拆解出自由曲线绘制（图形）和图片的缩放（图像）两大专题，一边讲解知识点，一边引导学员一起完成相关功能的知识点实践，分2 次理论和2 次实训课完成。

第四步，知识点归纳总结：在课堂共同完成案例的学习基础上进一步梳理窗体、控件和GDI+图形库中对象、事件、属性、方法的特点，并根据讨论交流中的“酷炫”话题，引导学习面向对象的综合设计思想，布置课下扩展性自主设计任务。

（3）学员自主设计与问题反馈。

每一个教学周期内不仅只有理论课堂，还有匹配的实训课、课下实践练习的环节。通过实践环节由学员自主完成课堂讨论时各自提出的改进计划，要求学员至少能够独立编写类似白板工具的基本交互功能。并鼓励学员随时随地将不明白的地方截图或拍照，通过白板工具与教员在线互动。

（4）案例的完善和专业背景延伸。

在教学案例的引导下，学员不仅完成了学习任务，更重要的是明确了学习目标，增强了主观能动性，最终反作用于信息化手段与教学案例的完善。该案例在教员设计之初仅是将教学组正在承担的移动医疗项目应用于教学的尝试，将医学中常用的远程会诊功能应用于针对细节的“手对手”在线交流。随着案例的使用和案例化教学的引入，学员提出了一系列的改进建议，尤其有学员提到了保留历次图文交流链接形成历史问答题库的想法，能够为其他学员遇见类似问题时提供直观参考。历史问答题库最终成为了本课程在信息化教改评比中的一个亮点。同时，案例完善的过程也向学员展示了生物医学工程专业在医疗信息化建设中的应用方向。

上述基于信息化手段的教学案例的特色在于既贴近课堂教学实际应用，又覆盖了具体的课程知识点和专业背景，并且程序复杂度适中，适宜1～2 次课程的知识点衔接。作为课堂案例导入后，便于师生一起制订阶段性学习任务，共同拆解知识点，提高学习趣味性、目的性和主观能动性，真正形成了教员引导下以学员为中心的“使用案例—学习案例—设计案例—完善案例（师生共同）”闭环学习过程。

3 生物医学工程专业程序设计课程的阶段性实践效果

教学组首先从2018 级生物医学工程专业的C++程序设计课程入手，推行信息化辅助手段与教学案例的一体化建设与实践，在学员评教、学校评价等方面都取得了良好效果。

在学员评教方面，根据大学教务处下发的《2018—2019 学年春季评教结果统计》中的学员评教显示，全校473 名承担主讲任务的教员中，该门课程主讲教员的教学督导及学员评教的综合评分排名全校第23 名，位列全校前10%，说明这种教学手段改革得到了学员们很好的认同。此外，教学组在课程结束后发起了在线匿名问卷，问卷内容主要是信息化手段的案例化应用体验，包括作业发布、习题反馈、扫码反馈、在线互动、具体效果等方面，每个方面包含2～4 个细分问题，认同的勾选，不认同的备注理由。共收集到75 份在线问卷，反馈结果见表1。

表1 C++程序设计课程信息化手段的案例化应用体验反馈结果

从表1 可以看出，在总体评价中，100%的学员认为此方式有价值，96%的学员认为非常有价值。在具体效果方面，100%的学员愿意用此方式学习，认为有助于提高学习兴趣和参与度。比较有意思的是习题反馈、扫码反馈、在线互动3 项中的“如无此形式，课程中的有些疑惑可能不会向教员反馈”的问题，接近一半的学员表示认同，而另一半附属的理由主要是本课程比较活跃的课堂讨论气氛和课下学习氛围有助于他们直接与教员沟通。无论如何，此方式均达到了让学员主动学习的目的。该问卷调查是在课程结束上报成绩之后，且为匿名问卷，有很强的可信度。

在学校评价方面，教学组以信息化手段与教学案例一体化建设为核心的课程改革在经过与全校各院系选送的27 门完整课程评比之后，获得了全校2019 年度首届信息化教学专项改革评比的前三名，教学组长荣获信息化教学专项改革标兵。该门课程同时被教务处评定为大学优质课程。

4 结语

案例化教学一直是高校课程建设的重要环节，但要形成一个知识点集中、有一定实用性和趣味性，又能让学员直观理解的优质教学案例并不简单。本文提出将信息化教学手段与教学案例建设紧耦合的一体化建设模式，通过直观性和趣味性来引导学员对知识点求解的主观能动性，并反作用于案例的完善和信息化手段的改进，从而迭代完善出高质量的教学案例。

从学员的反馈证实本文提出的信息化手段的案例化建设与应用在方便教员掌控学习状态的同时，有利于提升学员的学习热情和课程价值认同感，能够很好地帮助师生共同实现课程知识点的梳理和开展，在课中和课后不断有学员参与到教学信息化手段的设计和完善中来，大大助力了学员动手实践和思考能力的培养。而且课程结束后收到了全体学员以及所属学员队要求增开第二课堂和选修课的请求。

综上，本文在契合新时代信息化教学的发展方向[9-10]，积极推进信息化手段辅助教学的基础上，着力于发挥程序设计课程本身在信息化建设中的知识点优势，所形成的实践效果和案例化建设思路可以为医学工程专业的程序设计类课程以及医学专业的程序设计基础课程提供参考。