基于人工智能的卫生化学教学改革探讨

曹园园，卢羿同，郭雨婷，邱于荟，陈 钰

(1首都医科大学公共卫生学院卫生毒理与卫生化学学系， 北京 100069； 2首都医科大学公共卫生学院； 3廊坊师范学院化学与材料科学学院)

21世纪以来，全世界开始进入信息化与大数据时代，人工智能在医疗、计算机科学、金融贸易、通讯、法律、游戏及周边产品开发等诸多方面应用广泛[1-3]。由于教育本身的独特性，人工智能在教育中的应用尚处于起步阶段。然而课程改革必须要适应时代潮流，将先进的信息技术与教学紧密结合，进而培养时代所需的高科技全方位人才。

应急型公共卫生人才极度缺乏，因此加快培养高水平应急型公共卫生人才十分必要。卫生化学是预防医学专业学生必修的专业基础课，主要教授分析化学相关知识与实验技能。时代在不断变化，预防医学要求不断更新研究手段及新兴技术，为及时迅速的发现、控制和预防疾病流行提供科学可靠的数据、信息和方法。因此，卫生化学课程的不断更新发展是十分必要的。人工智能时代的到来，卫生化学课程随之变革，这样方能培养时代所需的人才。本文基于当今人工智能的发展趋势，从理论教学、实验教学、教学评价、教学反思四个方面对卫生化学课程进行改革，顺应时代变革，改变学生的学习方式及教师的教学方法，培养应急型、全方位、高层次的公共卫生人才，助力“互联网+”全民预防新时代的到来。

1 理论教学

1.1 教学资料

在新时代科技迅速发展的背景之下，预防医学专业学生不再要求只学习理论知识，还要求掌握新兴科学技术与高科技信息。为推进现代化高科技复合型人才的培养进程，教师必须在卫生化学教材中增添人工智能相关知识，如在分析数据处理与分析工作质量保证章节中加入人工智能知识。当今时代人工智能主要包括图像识别、语言识别等新型科学技术。该技术可更高效、智能地进行样品及数据处理工作，将该方面内容加入教材中，既可填补卫生化学教材中人工智能方面的空白，也为课程改革中教材改革迈出重要一步。

教师将其他课外教学材料加入人工智能技术，如微信小程序和在线辅导平台，利用人工智能技术检测教学材料的不足并实时检测学生掌握情况，精确掌握学生的学习与复习情况。比如Content Technologies, Inc(以下简称CTI)是一家根据人工智能技术开发定制教科书的公司，可根据教案及教学大纲的内容，发现更加适合教学的教科书及教学材料。CTI根据这项技术为多个中、高等教育机构提供教学材料。同时，为弥补预防医学学生应急知识及能力的缺乏，课外知识平台精准设置应急处理知识课程，使学生在课外智能平台学习知识，增强专业能力与预防应急能力，成为全方位、高层次的公共卫生人才。

1.2 课堂

课堂教学是理论教学的重要一环。近年来，线上线下混合式教学成为常态，这样也加快了智能课堂的发展进程[4]。教师应顺应形势变化，提高智能化教学能力[5]。线上教学离不开人工智能技术，语音识别和图文识别功能的快速发展给教师和学生带来便利。教师应合理利用这种发展趋势，在线上教学过程中利用大数据人工智能技术了解学生对知识的理解程度。在线教育平台属于智能课堂的应用范围，例如iTutorGroup全球在线教育平台拥有全球最佳教学顾问，并根据人工智能技术分析适合学生个性的学习方式，学生从各个设备随时咨询最适合自身的教学顾问。线上人工智能技术实施因材施教，对于培养个性化预防医学人才发挥着重要作用。

如今卫生化学线下课堂主要采用班级授课制。教师面对几十个人，根据多数学生对于卫生化学课程的掌握情况进行教学，因此会忽视了学生的独立性与自主性，对于学生的独立发展不利。而人工智能更加适合于个别教学，让因材施教的可行性极大提高。教师根据不同学生的个性，利用人工智能技术了解某一学生的学习情况，利用高科技数据采集技术收集学生疑问与难题，并在线上平台录制微课视频解答疑惑。课堂中，教师根据大数据调整教学计划，满足多数学生的课堂要求，并采用大数据手段收集学生疑惑，利于学生个性化的培养，更加助力卫生化学的课程改革。

2 实验教学

实验教学在卫生化学教学中占有重要地位。卫生化学是一门以实验为基础的学科，实验原理和步骤的预习至关重要。现阶段学生对于实验的预习重视度不足，而网络上很少有完整流畅的实验教学视频，学生的实验预习效果不尽人意。如今人工智能与虚拟现实(virtual reality，VR)技术相辅相成，正好解决了这一问题[6，7]。部分实验采用人工智能与VR相结合技术。在正式实验开始前，学生作为模拟实验的主体先进行预习实验，将实验预先进行一遍，并用人工智能技术对预习实验部分进行数据收集和评价。这样不仅可以降低实验教学成本，还能让教师更加了解学生预习情况，提高实验教学课堂效率，利于学生创新能力的发展[8，9]。此外，卫生化学实验药品大多含有毒性及腐蚀性[10]，采用人工智能和VR技术有望避免实验过程中存在的安全问题，同时还能增强学生对于实验学习的兴趣，极大提高学生对实验学习的积极性。人工智能与VR技术结合参与卫生化学实验教学，有利于激发学生对于实验的兴趣，使学生在掌握理论知识的同时拥有扎实的实验操作能力，提高学生科研能力[11，12]，加快卫生化学的改革进程。

3 课程评价

3.1 过程评价

过程评价主要是通过描述实际过程来确定或预测课程计划本身或实施过程中存在的问题，需要对计划实施情况不断加以检查。当前大多院校采用人工评价的方式进行卫生化学课程评价，这种方法存在信息误差大、耗时长、评价标准不够规范、评价结果不够准确等问题[13]。基于当今评价方式与大数据时代的快速发展现状，以人工智能技术助力过程性评价，在卫生化学课程评价时对学生学习过程进行全程监测，各高校可以采用人工智能采集学生学习全程数据、课堂学习表现以及教师授课全程数据，高效进行课程统计，并采用智能科技进行数据统计，利于学生的个性化发展，培养高科技复合型人才[14]。改变传统方式，采用人工智能技术进行过程评价，不仅有效解决传统“唯分数”的倾向，提高课程评价的智能化、信息化，更进一步提高卫生化学的教学质量，加速推进卫生化学课程改革。

3.2 成果评价

现今，成果评价大多是评价学生和教师的教学效果，即考试与测验。期末测试一般占据成果评价的70%，因此学生对于期末测试重视程度很高。学生在复习过程中利用人工智能技术中的图像识别和语音识别功能解决疑难问题，人工智能技术与成果评价结合，可以扩大人工智能技术在学生中的影响力，并且极大缩短复习时间，提高复习效率。同时，人工智能的图形识别功能与光学字符识别(optical character recognition，OCR)功能相结合，帮助教师进行平时作业批改等繁杂琐碎的任务。因此，人工智能技术在成果评价方面应用范围广泛，增强学生和教师测试的效率，减少不必要的时间浪费，利于培养高科技预防医学人才，更在卫生化学的课程改革过程中发挥着重要作用。

4 课程反思

课程反思是指教师对教育教学实践的重新认识与思考，并总结经验教训，进一步提高教育教学水平的过程[15]。传统卫生化学课程反思大多是教师根据教学过程中自身感受进行分析、反思。这种反思方式是主观的，很难真正提升课程水平，对于课程改革进程效果甚微。21世纪以来，人工智能技术发展愈加迅速，教师进行课程反思时不再局限于传统，应加以创新理念。教师可以利用人工智能技术记录卫生化学教学过程中学生学习过程的所有数据，包括理论课堂上学生的签到次数、听课记录、测验分数、课堂讨论程度以及实验课堂中的学生预习情况、实验过程、实验数据等。通过现代化智能处理数据，教师直观地了解到课程教学过程中的各项数据以及学生的学习情况。人工智能技术可将教育目标与教育成果进行对比，使教师直观感受成果的完成情况。对于未达到的目标，教师可在数据库内查询数据、分析原因，然后在记录于数据库内，以便于后期进行对比反馈。人工智能技术应用于课程反思过程中，使得教师以他人评价的方式进行回顾反思，利于教师教学水平的提高，更能显著增进卫生化学课程改革进程，利于培养公共卫生人才。

总之，人工智能时代已经来临，卫生化学课程应跟随时代步伐，加快进行课程改革。本文从理论教学、实验教学、课程评价、课程反思四个方面改变学生和教师的传统思维，对卫生化学课程进行改革，使之成为高科技智能化的卫生化学课程，力争培养出全方位、高科技的预防医学人才。