基于智能云的医学类专业微机实验教学模式研究

唐懿文 陈珊珊 肖寒 谢银月

摘要应用智能云教学平台和虚拟仿真实验教学手段，对理实一体化SPOC课程缺失实验教学环节的问题进行了研究和实践。针对医学影像技术专业微机原理与接口技术实验课程，设计开发项目化虚拟仿真实验，解决了实验教学过程中，硬件资源有限、教学效率低、无法远程教学等问题，构建一个“以学习者为中心”的理论和虚拟仿真实验教学相结合的混合式教学模式。实践表明，该模式师生认可度高，对提升学生的学习积极性、自主学习能力、学习效率和创新实践能力起到良好的效果，为线上线下混合式教学提供了一种可行途径。

关键词智能云平台;虚拟仿真;微机原理与接口技术

中图分类号：G642文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.34.012

Research on Microcomputer Experiment Teaching Mode of Medical Specialty Based on Intelligent Cloud

TANG Yiwen，CHEN Shanshan，XIAO Han，XIE Yinyue

（School of Medical Imaging，Shanghai University of Medicine & Health Sciences，Shanghai 201318）

AbstractApplying smart cloud teaching platforms and virtual simulation experiment teaching methods，the problem of the lack of experimental teaching links in the integrated SPOC course has been studied and practiced. In response to the technical experimental course of microcomputer technology for medical imaging technology，design and development of project-related virtual simulation experiments，solve the problem of hardware resources，low teaching efficiency，low-tech teaching，and construct a hybrid teaching mode combining “learner-centered”theory and virtual simulation experiment teaching. Practice shows that the teacher-student recognition is high，and the ability to improve students' learning enthusiasm，autonomous learning ability，learning efficiency，and innovative practical ability，and provide a feasible way for online mixed teaching.

Keywordssmart cloud platform;virtual simulation;microcomputer principle and interface technology

醫学影像技术专业具有医工结合的特点，目标是培养复合型应用人才。学生不仅需要具备临床医学知识，还需要具备工程知识。因此，授课团队通过对智能云平台的应用，结合虚拟仿真实验，构建基于SPOC的混合式教学模式，对课程理实一体的实验教学方法进行改革创新与实践。

SPOC是线上线下混合式教学方案，采用在线教学功能辅助传统课堂，弥补MOOC对学生约束力不足、教学适应性不强等短板。[1]随着“互联网+教育”的推广，基于智能云的网络教学平台为混合式教学提供了技术手段，备受教育界关注户通过课程资源的深度挖掘，教师将课程的重难点贯穿到在线教学视频、互动答疑、讨论测试等形式中，通过寻求与传统课堂的结合点，实现线上线下的混合式教学。⑶通过教学设计，教学活动由传统“填鸭式”的知识传递转变为学习者自主的知识建构，教师则把更多的精力投入到教学设计与反思中。[4]

1在线课程中的实验需求

微机原理与接口技术课程第一学期共48学时，其中理论32学时，课内实验16学时，第二学期独立实验课32学时，开展设计性实验教学。课程采用理实一体化教学模式，教师引导学生从“学会”向“会学”过渡，培养学生独立思考和主动学习的能力，因学生个体差异导致教学效果参差。因此，授课团队采用SPOC混合教学的模式，使学生能够有更多的自主学习时间。

然而，多数应用SPOC的实验课程因缺乏配套虚拟仿真实验项目，往往采用线下实验实拍视频作为在线教学资源，[5-6]而线下学生无实验条件，使得该环节收效甚微。虚拟仿真实验应用计算机仿真和人机交互等技术，为SPOC在线课程的实验教学提供了可行方案，学生可以自主安排线上实验时间、把握进度，通过智能云平台实时反馈，实现自主学习和个性化学习。

2虚拟仿真实验方法

2.1线下实验器材的弊端

微机实验既要求学生掌握软硬件的设计方法，也要求具备联合调试能力。传统实验教学要求配备计算机、下载器和实验开发板等硬件设备，存在设备故障率高、损耗率高、型号更替等问题，增加实验室维护成本。[7]由于配备有计算机的实验室多为公用实验室，多门课程同时开展教学，即使通过合理化管理，面向学生的课后开放时间也不足，想要进行课后学习的学生很容易遇到时间冲突、缺乏专业指导等问题，得不到良好的效果。

2.2虚拟仿真技术在实验中的应用

在高校教学中，计算机虚拟仿真技术被普遍应用，借助仿真技术设计开发虚拟实验项目可以节约成本，增强实验便利性。在微机原理与接口技术课程实验中，仿真采用“Protues+ICC”软件结合的方式，其中Protues是硬件仿真首选软件，具有电路仿真、控制芯片及外围电路系统仿真等功能，且支持第三方软件的联合开发，ICC作为实验核心微控制器的编程环境。[7]教学团队结合医学影像设备特点，完成课程虚拟仿真实验项目的设计，解决了混合式课程中自主学习时间短、实验场地及设备资源紧张的难题，学生得以提高学习效率。

3基于“智能云”的虚拟仿真实验教学实践

3.1课程资源的构建

结合课程与专业特点，教学团队整合理论知识点、设计实验内容，结合课程思政元素，在线上教学资源中融入职业素养教育、创新意识培养、团队合作精神培养等内容。课程共包含课件60个、视频98个、任务点100个和在线题库300题，通过校内统一智能云课程平台——超星“学习通”发布课程。

课内实验部分，教学团队设计了8个验证性实验，结合医学影像系统的应用场景，将专业设备的介绍融入项目中去，为后续医学影像设备学等课程教学做好铺垫。独立实验部分，我们设计了2个与专业相关的综合性实验，供学生自由选择，鼓励学生自主创新设计附加功能。第一，“磁体温控系统设计”项目，由于环境温度变化会引起磁共振设备所采用的永磁体磁场漂移，导致设备不稳定，因此实验要求系统能够实现实时温度显示、温度上下限监测、异常报警和温度调节的功能;第二，“扫描床机电控制系统设计”项目，扫描床广泛应用于大型医学影像系统，主要作用是支撑患者及辅助设备、患者定位或上下扫描床，该实验要求控制扫描床的多轴运动，并具有位置显示、移动限位、紧急制动等功能。这两个项目均综合运用了通用I/O端口控制、中断控制和定时器原理等相关知识点。各实验项目详见表1，除了自编实验指导书外，每个实验均配备线上指导课件、操作视频和参考资料，为学生课前预习提供必要引导。

3.2实验课混合式教学设计

实验课的设计基于SPOC模式采用反转课堂的教学设计，有利于激发学生的学习兴趣、提高教学效果。每个实验任务均采用“任务驱动教学法”，以学生为中心，教师作为教学过程的主导，从任务发布到课堂活动再到课后评价反馈，环环紧扣，推动学生完成知识点的学习。[8]图1是本课程虚拟仿真实验混合式教学采用的教学过程模型图。

“课前学习”阶段，教师发布任务，学生预习。教师首先通过智能云平台上传实验相关学习资料并发布实验任务，通过指导课件和视频引导学生梳理知识点、合理安排实验步骤，通过在线互动，把握教学班的预习情况，并梳理学生的疑问及对应重难点。学生通过虚拟仿真软件预习实验，通过线上自测整理疑难问题，通过云平台反馈给教师。

“课堂活动”阶段，教师课内指导，学生实践。课堂活动中用到的实验报告、评价结果等都依托于云平台。课堂上教师根据课前预习阶段的反馈，针对性的进行个别指导或集中演示，强化教学效果。考虑到学生之间的个体差异，课堂内将发布多级别的思考题，鼓励学生向上“够一够”，培养学生探索精神。学生通过虚拟仿真软件完成实验步骤，解决预习时遇到的疑问，形成实验报告，特别对设计性实验，学生还需在课内完成成果展示与汇报。

“课后评价”阶段，教师评价反馈，学生讨论。教师对学生开展线上线下综合评价，发布讨论题，点拨升华。学生在智能云终端可实时了解自己的学习评价，查缺补漏，参与讨论。

3.3学习评价与教学效果

不同于MOOC教学，SPOC可以整合线上线下的学习情况综合评价，更客观更全面，因此在实验的混合教学实施过程中，各阶段的互动与反馈尤为重要，可以作为过程评价参考。对于本课程的实验教学评价包括过程评价与实验报告成绩，采用多维度评价体系，以求客观立体的评价学生的学习情况，具体分配如下：过程评价占70%（考勤占10%、课堂互动占15%、视频学习占35%、课件学习占5%、主题讨论占5%），实验报告占30%。

通过对比，实行线下教学模式的医学影像技术专业2016、2017级学生与实行混合教学模式的2018、2019级学生，验证性实验成绩提升约20%，设计性实验教学过程中混合模式教学下的学生积极性、课堂参与度、成果展示效果、实验报告情况等均有一定程度的提高。根据调研，91% 的学生认可混合式教学模式，通过学习通后台统计数据，以2018级某班学生为例，开课期间学生访问量41359次，生均689次，预习完成率100%，可见混合式教学中学生学习积极性与主动性得到提升。

4结语

基于智能云平台的微机原理与接口技术虚拟仿真实验混合式教学模式的设计，注重教育理论的指导作用，建立线上和线下教学活动的连接点，将虚拟仿真技术应用于SPOC教学，使高度依赖硬件设备的实验得以顺利开展，大大提高实验教学效率。根据专业特点和课程定位，设计虚拟仿真实验项目，建设优质实验教学资源，结合课程思政，提升学生专业认知和职业素养，采用多维度的评价体系，有效激励学生主动学习。该模式的推广实施获得了一定的成效，但存在一些值得思考的问题：（1）虚拟仿真实验无法完全替代硬件设备实验，考虑到学生实践能力的培养目标与实验条件的限制，在独立实验课程中合理安排课时，分组开展硬件实验;（2）教师工作量较传统模式增加，特别在课程资源建设方面，教学团队成员还需做好合理分配。

参考文献

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[2]严中萍.课程资源视野下的云课程探究[J].齐鲁师范学院学报，2019，34（5）：86-93.

[3]张兰莉，梁笑，卜艳玲，等.云课程在超声诊断学教学中的应用与效果评价[J].齐齐哈尔医学院学报，2019，40（9）：1152-1153.

[4]余胜泉“互联网+”时代的未来教育[J].人民教育，2018（1）：34-39.

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[6]余泰，李莉，李同明.浅析SPOC在高校实验教学中的应用[J].实验技术与管理，2018，35（9）：179-183.

[7]陈珊珊，唐懿文，凌荣华，等.虚拟仿真结合翻转课堂在医学类专业单片机课程中的应用[J].继续医學教育，2020，34（12）：9-11.

[8]王炳庭.线上线下混合教学在“微机原理与接口技术”课程中的探索与实践[J].滁州学院学报，2021，23（2）：114-117.