云平台创新医学院校计算机类课程教学模式
2022-06-21郝丽俊司博宇王艳严加勇
郝丽俊 司博宇 王艳 严加勇
生物医学工程(以下简称BME)是理、工、医等学科交叉渗透的新兴学科。一名合格的BME 专业人才应该既要通晓医学知识,也要会用工程技术(包括计算机知识),解决实际问题[1]。随着人工智能在医疗器械的应用,医学与工程技术的结合越来越密切,计算机技术及应用的学习越来越迫切。云平台的兴起,以及大数据和移动互联等技术的发展,给教育注入了新的活力,推动着教育向网络化、数字化、智能化和全民化方向发展[2]。云平台技术为搭建云端教学平台提供技术支持[3]。而云端教学平台的应用,可助力教学突破时空界限,便于学生最大程度地利用课堂外的时间,最大程度地调用学生的积极性,为BME 专业的课程教育增加助力。以下,文章以《微机原理及应用》课程为实例,基于云平台,构建线上教学平台,探索创新计算机类课程的教学模式改革。
1 云平台助力计算机课程教学模式改革
1.1 现状与问题
我国已有的BME 专业大致可以分为两大类:一类是理工科大学的BME 专业,另一类是医学院校的BME专业。其中,医学院校BME 专业对学生的培养定位是能将工程技术与医学密切结合,能为医疗和医学研究部门进行工程技术服务的应用型人才。实践教学在整个培养过程中发挥着重要的作用。
我校作为一所2015 年成立的比较年轻的医学院校,由于学科背景缘故,工程实践资源相对缺乏。另外,普遍学生理论知识基础较为薄弱。因此,计算机类课程的教学面临着多重挑战和困境[4]。传统的“填鸭式”的教学方法,在计算机类课程中的教学效果很不理想,不利于应用型人才的培养。如何提升学生的自主学习能力和实践综合能力,已经成为很多医学院校BME 专业开设计算机类课程时都会思考的一个问题。
在此,我们尝试结合学生的特点和兴趣,基于“互联网+”,应用云平台,积极创新改革教学模式和方法,构建立体化、多层次、开放式的可适用于BME 专业的教学平台[5]。
1.2 计算机课程教学模式改革思路
近年来,线上教学平台的应用越来越广泛,在知识传授中发挥着越来越重要的作用。跨越空间的大规模有组织的学习发生在我们每个人身边。而智能化手机、平板等的普及,也同步促进了网络教学模式的推广。
实践教学是工科教学中非常重要的环节。实践教学,有助于激发学生自主学习热情,提升学习效果,培养高质量的适应时代要求的人才。但课时和实践条件限制了实践教学内容的增加和强化[6]。为此,各院校都在积极探索计算机类课程的实践教学改革[7-8]。其中,实验室的开放已成为新时期高校实验教学改革中的重要内容[9]。在传统的观念中,实验室的开放是物理空间上的开放,需要学生到实验室或机房来进行练习。但是这种做法在加大实验老师工作量的同时,还受限于老师和学生的时间匹配,无法做到真正意义上的开放。
云平台也称为云计算平台,是指基于硬件资源和软件资源的服务。云平台可以提供计算、网络和存储云端的服务。使用者可在云平台上开放课程,开展实践教学。云平台的应用,为医学院校BME 本科专业创新计算机类课程教学模式提供了新思路[10],为解决“课时有限,教学难”问题提供了突破口。
如图1 所示,本文以云平台为基础,设计构建了一种新的课程教学模式。该模式充分利用时空资源[10],整合线上线下教学优点,可实现集网络课程、课堂教学、虚拟实训和实践课程四位一体的课程教学。在整个过程中,学生为主体,老师是组织者和引导者。老师负责组织教学、传授知识和答疑解惑。在时间约束下,学生主动完成定期分布的任务。从被动到主动,学生的积极性逐渐得到调动,自主学习能力不断提高。
图1 基于云平台的计算机课程教学模式改革
2 基于云平台的微机课程教学模式改革
医学院校的BME 专业,学生的工科基础普遍比较薄弱,实践教学条件有限,计算机类课程的开展存在着很多不易克服的困难。课程团队不断探索,形成了基于云平台,线上线下双联动的教学模式。
2.1 线上线下结合,深化巩固理论知识
如图2 所示,基于云平台,实现理论教学资料线上共享,学生随取随学。老师结合教学目标,将知识点分解成任务点,在线上平台定期分布给学生。学生在上课前自主学习,完成相关内容的预习,并通过一定的理论测试,达到以考促学的目的。学生在线上平台,预习并巩固理论知识,可有效提升自主学习能力[11]。在线下课堂中,老师讲解重点并答疑解惑,以学生的普遍问题为核心,进行针对性辅导。同时,在课程教学中,学生也可以积极上台分享知识学习情况,大家参与讨论,通过多视角分析,将理论知识学得更加扎实。
图2 线上线下相结合有效提升理论学习效果
该种“线上线下”混合式教学方式的推行,有利于将有限的课堂活起来,在讨论中精准有效传授知识,提升“面对面”授课的效率。学生带着问题来到课堂,在课堂收获答案,加深知识的理解。学生学有所获,对课程的认同感不断提升[12]。
2.2 基于云平台,实现在线实践教学
学习计算机语言类课程,勤加练习是必须的。而我校《微机原理及应用》课程,实践课时数只有16 学时,学生要掌握并利用汇编语言完成接口电路设计,是比较困难的。
如图3 所示,该实践教学平台建立于云端平台上,资源存储于云端,由管理控制模块统一调度分配;学生访问则采用虚拟机技术和云桌面模块实现。平台采用服务器虚拟化技术,首先将客户端的操作系统、应用程序和用户数据(如实训内容、实训任务、系统资源等)都集中到数据中心的服务器上;接着将一台物理服务器虚拟成多台虚拟服务器,用于同时运行多个不同的操作系统;最后基于云桌面模块,为学生在个人PC 端开启虚拟机提供接口。学生通过远程访问,开启虚拟机,自主完成教学实践编程任务[13]。
图3 基于云平台的微机原理实践教学平台
在每学期的课程教学中,授课老师定期发布一学期的实践教学内容,规定实践项目完成时间,查看所有学生的实验完成情况,并发布实验成绩。选了该课程的同学,其名单将会出现在学生名单中,授课老师会给他们一定的权限。学生可在规定时间内查看指导书并完成实践项目。
在平时的学习中,学生只需通过PC 机登陆账号,即可进入云端实践教学平台。根据实践任务的不同,学生可申请获得一个长期或临时虚拟机。不同的虚拟机镜像对应不同的实验内容。虚拟机特性则决定了虚拟机的性能以及资源消耗。通过该线上实践教学平台,学生不必考虑PC 的配置,不必经历安装软件的繁琐过程,不必担心下课了来不及完成实验。学生学习更加弹性。不局限于课表安排,学生实践练习的时间大大延伸。随着学生实践练习频度和深度的增加,教学实践效果可显著提高。
在构建线上教学内容中,我们也可尝试游戏化教学,增加一些动画游戏任务;或在学习某些项目时,设置几个通关障碍(如观看视频时,跳出几个问题,回答好才能继续观看;实训项目中,只有完成一定项目,才能拿到打开下一个实训项目的密钥或者得到更多的提示等)。完成实践项目,变成了“升级打怪物”这样有趣、有吸引力的事情。
在这样的教学模式中,老师更多的角色是一名答疑解惑者,学生要想拿到学分,必须不断完成任务,为了完成任务,必须主动学习。学生在“逼迫中”主动学习,等学到一定程度,兴趣有了,学习的动力自然就足了。这样的教学模式,无疑能够有效提升学习效果。
3 云平台“线上线下双联动”教学模式在医学院校本科生中的应用
基于图1,课程团队创新设计了“理实一体+线上线下双联动”的教学模式。理论知识通过线上导入,线下答疑,线上回顾三个环节有序推进。实践教学通过线上实践(基本编程练习)为主,线下实践为辅(典型项目)的方式开展。
3.1 新教学模式的优势与劣势
基于云平台的新教学模式,通过线上线下双联动,打破了传统教学模式过分依赖有限课堂资源的壁垒,从时间和空间上扩大了课程学习的力度,便于增加学习内容的深度和广度。此外,基于云平台实践教学平台的应用,有助于实现真正意义上的实验室开放,有利于锻炼并提升学生的实践编程能力。同时,在有序的引导下,学生自主学习能力不断提升,为终身学习奠定基础。
但是,基于云平台教学模式的推广,教师需要做好更多的准备工作,需要动态跟踪并了解学生的学习情况,并据此定期发布新的学习内容,安排线下课堂教学内容[14]。在这一过程中,相比传统的课堂教学,不确定因素较多,可控性较差。同时,基于云平台的实践教学平台,没有外围接口电路设计相关内容,无法也不能完全替代线下的实践教学。另外,新教学模式的应用,学生需要发挥主体作用,能够自己合理安排时间和主动学习,这就要求学生有较好的自律性和主观能动性。而这并不是每一位学生能够做到的。因此,该教学模式更适合应用于便于管理的小班化教学。
3.2 新教学模式的推广及应用
目前,基于云平台的线上线上双联动教学模式在《微机原理及应用》课程中还在探索应用阶段。从目前的情况来看,线上教学平台的应用,在一定程度上帮助部分学生奠定了更加扎实的理论基础。实践教学平台的应用,更多的是为部分自主学习能力强的同学提供练习平台,为学生实践项目提供预习平台。但由于学生水平能力层次不齐,学生对线上资源接受程度不同等因素,传统的课堂教学仍然占主导[14]。基于此,该教学模式在本课程中的应用还需进一步的完善与推广[15]。
4 结论
BME 是理、工、医等学科交叉渗透的新兴学科,是应用最先进的理工科的理论与方法研究人的生命现象与规律。本文就目前医学院校BME 专业计算机类基础课程开展过程中遇到的困境,基于云平台技术,探索提出了一种新的课程教学模式。该课程模式,通过线上线下相结合,网络学习和课堂学习相驱动,充分打破时空界限,理论实践全方位实现在线教学。该教学模式的推广,有力于学生有效利用碎片化时间,提升学习效果。鉴于网络课程已经较为成熟,本文着重就实践教学的线上教学进行了思考,构建了了一种基于云平台的微机原理实践教学平台。在此平台上,基于远程托管的专用虚拟桌面,学生可随时随地访问云端服务器,完成实践练习。