人工智能在公共卫生领域医学生教育中的应用与展望*

王嘉欣 张鸿渐 朱咏妍 余皓然 焦 斌 李 琛

天津医科大学公共卫生学院，天津市 300041

随着科技的发展，人工智能在很多学科领域都实现了广泛应用并取得相应成果。时代在不断发展，正步入智能时代的人类社会在面临新的挑战与机遇。人工智能已经经历了三次发展浪潮，目前人工智能正处于认知智能阶段，即人工智能发展进入机器学习的时代，计算机可以通过数据库和传感器收集到的信息进行深度处理和分析，通过大量的数据处理得出之间的逻辑关系和目的意图，从而形成类似于人类的思维和认知模式，并且给出自己的处理措施和方法。

新冠疫情暴发以后，培养一批能够服务于国家和社会的应急性、复合型的公共卫生人才大势所趋。作为21世纪三大尖端技术之一的人工智能也逐步在教育领域发挥作用，而公共卫生领域医学生教育也有望乘着此浪潮达到更高水平。公共卫生教育的智能化将为培养新时代医学人才提供指导方法和技术供给，从而提高教育的效率与质量。本文通过对相关文献进行总结、分析，以期为人工智能对于公共卫生教育发展在理论上提供依据，并对未来人工智能在公共卫生领域医学生教育的发展作出展望。

1 人工智能起源发展

1950年, 图灵测试由艾伦·图灵提出。6年后, 达特茅斯学院会议上提出“人工智能”(Artificial Intelligence)，指由人制造出来的机器所表现出来的智能[1]。研究人工智能技术目的主要在于利用计算机技术将人的某些思维过程和认知行为(如学习、思考、推理、规划等)模拟出来，其中包含利用计算机技术呈现能够类似于人脑智能的过程，得到更高程度的应用[2]。人工智能的出现可以作为人脑的迁延和替代，在短时间内处理大量的关键数据，从而大大提高人们的信息处理效率和准确率。到目前为止，人工智能已经经历了包括计算智能、专家系统和人工神经网络、深度学习的三次发展浪潮，而人工智能也上升至认知智能阶段, 即人工智能发展进入机器学习的时代，计算机可以通过数据库和传感器收集到的信息进行深度处理和分析，通过大量的数据处理得出之间的逻辑关系和目的意图，从而形成类似于人类的思维和认知模式，并且给出自己的处理措施和方法。由此，其逐渐围绕考试评价、课堂教学、个性化学习、教学教育管理、教学决策等学校教育场景进行应用。随着科技的飞速发展，在很多学科领域人工智能都获得了相应应用，并获得了丰硕的成果，人工智能也逐步在教育领域发挥作用[3]。

2 人工智能在公共卫生领域的应用

随着科技的发展，人工智能公共卫生领域的应用逐渐普及。在时代发展变革下，公共卫生领域数据得到有效积累，同时智能机器不断进行自我学习，分析医疗数据的能力不断提高，在公共卫生体系中的人工智能技术也得到了发展与应用，主要应用在疾病监测、传染源控制等方面。对于公共卫生领域，数据对于疾病监测和疾病预警有重要意义，人工智能通过其特有的技术，例如处理自然语言、感知复杂场景、深度学习等，能够快速采集和深度挖掘大规模多源异构数据，从而扩大互联网空间监测范围，来开展疾病监测与疾病预防工作。在传染源控制方面，疫情以来的行程码轨迹绘制，人工智能基于红外热成像、人脸识别等助力疫情传染源监测与控制，可以在高密度人群聚集且进行快速流动的情况下检测出异常体温者并筛查病原，快递寻找到密接者以及体征异常者[4]。

站在公共卫生学科角度上，目前将人工智能应用于医疗领域而造成的影响和挑战作为主要研究对象，如蒋璐伊等在研究分析医疗领域“九大类应用”与人工智能相关程度的前提下，提出我国需要在技术、监管、标准、法制等方面制定相关措施以规范其发展[5]； Filippo Pesapane 等提出高效率的人工智能应用于放射科相关工作时发挥其特有功能，使得医生工作被赋予更高附加价值[6]。高奇琦等人认为，在大数据的发展态势下, 未来医疗领域新的样态将会是与日常生活相关的日常化医疗，例如对居民健康进行的日常生活管理科学性；同时,为缓解在医院管理中较为显著的医患矛盾，人性化医疗也将在人工智能的辅助下得到有效发展[7]。站在应急管理学科角度上，其研究方向主要为关于人工智能在出现突发公共卫生事件状况下所起的作用和实践效果，如赵建新提出人工智能赋能我国公共卫生应急管理体系建设与能力的提升应依托于技术在横、纵两个维度所做出的立体化支撑[8]。依据本次新冠肺炎疫情防控具体工作，约翰霍普金斯大学所研究出的基于大数据整合的人口流动地图，如百度迁徙、疫情追踪地图等可以作为重要的医疗数据参考来进行有效的新冠疫情防控工作[8]。

3 人工智能在医学生教育中的应用

医学生教育包括理论教学和实践教学，其本质要求是培养出具备医学思维和医学技能的医学生。人工智能的发展、教育方式的变化与改革使得针对医学生的教育方式手段也产生了新的变化[9]。人工智能在疾病诊断与疾病治疗、疾病预防与疾病康复方面拥有广泛的发展空间和发展前景，在医学领域合理应用人工智能技术、利用新技术进行医学人才培养将改变传统的教学模式，医学教育模式的变革必将由人工智能在医学领域的发展所引发[10]。

3.1 人工智能在医学生教育方面的应用 主要体现为课程综合分析、辅助学习和学习效果评估。其中课程分析主要通过将学生课程内容学习效果，加以数字化分析，以进行最佳课程设计，例如利用以同学互助为基础的社交平台Brainly不仅能够促进各地医学生之间合作学习，同时可以通过数据分析制定个体化学习方案，根据学生需求调整课程设置，实现医学生个性化学习。人工智能中的辅助学习可促进教学活动并进行实时反馈，如虚拟病人问诊DxR Clinician，TOUCH系统和等作为虚拟仿真程序可以提高医学生临床思维、提高医学生临床问题解决能力[11]。而学习效果评估主要体现在通过人工智能进行网络化考试阅卷，但其由于考试敏感性与安全问题受到一定限制，有待进一步发展[12]。

由于医学门类学科所具有的综合性与特殊性，可将人工智能技术在医学教育方面的应用细化到不同课程领域。例如，在病理学领域方面，学校教学模式的改变体现在利用人工智能，由传统的教学方法到混合式教学模式，以人工智能为依托建立虚拟化的病理实验室，实行互联网+等多种教学模式等[13]；在医学影像技术领域，学校开发采用平台和软件实行医学理论教学和临床实践教学，利用AI辅助教学对医学生进行医学影像技能专业性培训，高校教师教学课堂活动的互动性与有效性能够得以提高，在学生获得有效学习方面具有重要意义[14]。

3.2 人工智能在公共卫生领域医学生教育中的应用与现状 在后疫情时代，国家与社会各界对突发公共卫生事件应急管理、药物和疫苗的研发、医学高等人才培养等方面产生迫切需求，要求加强对高等医学教育尤其是公共卫生医学生教育领域的重视。

人工智能在公共卫生领域的应用，目前主要体现在公共健康方面的疾病预防、疾病监测、智能诊断、健康管理、医疗管理等方面。大数据为公共卫生研究与管理带来更丰富的数据资源，同时也为学生获取公共卫生数据与信息带来便利，为学生基础专业性课程的开设提供便利条件。人工智能技术在公共卫生教育方面的应用集中于理论课程教学，处于医学教育信息化流程创新阶段，仅将传统教学模式通过网络形式进行改进，以致实现一定程度的自主学习、协作学习、教学反馈等，与其他领域已进行情景式教学、模拟医学教学、探究式教学等方式的超越现实阶段相比有所差距[12]。人工智能在公共卫生领域医学生教育中的应用，还需要进一步的发展才能够达到更加成熟的阶段。

4 人工智能在公共卫生领域医学生的展望

我国政府对于公共卫生领域发展智能教育十分重视，要求加快促进医学教育教学方法改革、人才培养模式改变，构建以交互式学习、智能化学习为主要内容的新时代教育体系，在公共卫生教育发展的基础上，要求建设更高水平的公共卫生学院，增加对公共卫生领域教育的认识，促进学科评价体系制定更合理有效科学，使得公共卫生教育得到有效发展；发展学科交叉和融合，促使公共卫生学院学科教学活动能够与其他领域教学学科进行相应合作，促进公共卫生领域学校教育与专业性实践教育相结合，增强医学院对于复合型公共卫生人才的教学培养能力。

我国高等医学院校现有的设施水平较难实现学生个性化教育，且学校教育协同程度较低、智能医学教学与传统医学教学模式相冲突等因素成为人工智能技术应用到公共卫生领域医学生教育的阻碍，不利于满足新时代人类社会对于更高公共卫生医学教育质量及教育资源的需求。由此，关于未来人工智能技术在公共卫生领域应用发展，几点思考如下：

4.1 引进人工智能类的工科课程，医工结合，培养人才 引进人工智能类工科课程，要求在医学校专业课程设置方面，应紧贴医学相关工程领域设置，使其能够直接联系教学中的专业知识和学生基础技能，重视教学实践。要求高校教师能够运用集中上课讲解、学生课堂实践与课后辅导相协调的方式进行教学实践, 将教堂教学实践性始终串联于学校学习的整个过程[15]。目前我国医学类院校中，智能医学教育倾向于人与机器的协同作用。正如目前医学影像技术专业采用医工结合教学模式对于AI技术的利用，人工智能设施应不只运用于在影像技术实验，在工科教育教学中也应发挥相应的作用[16]。将大数据的相关资源通过运用智能技术和方案应用进行整合，开展培训实践，提高应用能力，实现人工智能技术手段在日常教学活动中的应用，同时开展设置人文医学素养课程、医学伦理与人工智能技术相关课程，提升医学生处理数据能力、获取专业知识能力、交流沟通能力、移情能力、管理和应用人工智能技术的能力，将成为未来人工智能在公共卫生领域医学生教育发展的走向[17]。

发展人工智能技术与公共卫生领域医学生培养相结合，要做到合理考虑传统医学教育根本需求及以人才培养、科学研究为核心的培养思路，兼顾医学教育体系所具备的特点与矛盾，综合考虑教师与学生、环境与设备的交互关系。此外，还要抓紧理论的研究、算法的创新，实现真正意义上的智能教育。在此基础上发展医学教育领域和人工智能技术产业的新式对话对接平台，保障医学教育者与学生的交流，将产业的技术创新优势转化为医学教育技术新手段[18]。在对新时代医学生的培养中，各类智能设施与智能软件不可或缺，科技是人类社会进步的关键一环，此般循序渐进的发展人工智能并使之逐步结合到教育实践中能够为公共卫生领域医学生乃止全体医学生提供更广阔的视野与更扎实的基础。

4.2 引进人工智能技术，评价学习效果或教学效果 建立并完善以达到高水平的教育教学评估体系是解决目前公共卫生领域医学生教育发展不平衡问题的关键，公共卫生领域教育体系的革新与发展都与教学评估体系密不可分。张生、王雪等认为，在人工智能时代，促进学生核心素养的发展必然会成为教育评价重心，人工智能技术必将赋能教育评价，提出人工智能时代“学评融合”的评价新理念[19]。

通过人工智能技术支持的教育评价结果可以针对不同利益相关者的需求，提供不同的评价结果，即选取合理的数据分析模型，通过数据运算与分析，给评价主体出具不同风格的评价报告，以便满足不同主体的需求。常颜信、钱尤雯等认为，通过人工智能，可以利用及时反馈的评估方式自动化来预先评判学生未来的发展方向，运用智能技术科学分析学生个人的多元化发展模式，并分析其个人学习方法是否具有有效性，提供一种可以针对学生优劣态势的智能化提升或是一种弥补方向，使得可以实现基于学生单体特点的教育定制化[13]，如针对学习者的学业质量报告、错题集、个人综合素质发展报告，这些报告对学习者个人及时了解自身的学习状态、反思学习效果、寻求更适合于自己的学习方式具有一定的作用。对于教师，要加强对教师个人教学行为的个性化反馈，如利用人工智能对教师在课堂教学行为进行识别与反馈，以获取对其教学能力的观察与评价等；着眼发展性的未来教育挑战，明晰教师角色变革，注重教育评价隐私数据的保护。针对学校管理层，通过数据大屏了解教学运行情况、信息化教学系统使用绩效，通过学生学业成绩整体报告学校不同学科的教学效果，促进学校教学治理的精准度和学校决策的科学性[3]。

4.3 引进人工智能技术，推动课堂改革 新冠肺炎疫情期间，线上教学方式应用于我国各级学校。人工智能在教育领域的应用基础体现在医学教育线上课堂的发展，而相对于我们所追求的超越现实阶段的医学教学信息化智能教学，当前教学模式受限于形式简单的流程创新阶段，仅具有课程形式的改变而缺乏大数据协作的内核。课堂改革在人工智能的发展背景下是历史的必然。

对于公共卫生专业性教育而言，课程教学所需要的病例量和数据量巨大，人工智能可以通过庞大的数据存储能力搭建数字教学云平台，智能、迅速、高效地收集、储存国内外各个门类的公共卫生书籍著作、文献论著、视频课程和教学资源等，对于学生能够获取公共卫生信息与资源、生动学习理解专业性课程有重大意义。除此之外，人工智能技术能够使用线上考试帮助教师根据学生的成绩以及反馈有针对性地分析学生对于知识的掌握，实施个性化教育教学方案，提升课堂教学的灵活性和反馈的准确及时性，借以改变传统课堂模式，为教学质量的提升提供路径。同时，历经发展后由于部分现实原因我国公共卫生教育专业性不足，其中，较为重要的传染病学课程设置与教学效果被逐渐弱化，导致传染病学乃至公共卫生学科教学优势被相应削弱，长期以来导致重大疫情防控场合下所需公共卫生人才的素质与数量未能满足实际需要。为此，应利用人工智能大数据库资源补充公共卫生学科教学平台设置短板，设置病原学鉴定学科教学平台来达成培养人才的目标，增添公共卫生教学学科特色，以获得更多回报社会的专业性人才。

5 结语

在公共卫生领域医学生教育过程中，人工智能技术对教学产生影响的关键性路径是学生进行个性化学习，使学生获得与其相适应的个体化教学方案，获得最佳的教学效果。因此，以人工智能技术为依托开展医工结合教育改革、利用人工智能教育机动评价教学效果和学习效果、广泛开展线上教育势在必行。在科技飞速发展的今天，人工智能必将不断发展进步，将为公共卫生领域医学生教育提供更好的技术支撑。未来，人工智能与医学生的教育深入融合，将促使公共卫生领域医学生教育的进一步发展。