基于人机互融的智慧教学在组织学与胚胎学中的探索*

陈 晶 赵紫薇 杨美霞 程 云 韩晓敏

（包头医学院组织学与胚胎学教研室，包头 014040）

随着移动智能终端产品的普及，当代大学生从小就生活在手机、电脑、平板、电视的4屏时代，而“云计算+移动互联网+4屏”联动的时代已经来临。2012年教育部印发《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）》提出了强化信息技术在高等教育中的应用。基于当代信息化技术如人工智能、互联网+、大数据、云平台等的发展，智慧教育应运而生[1]。人机互融的智慧教学是通过人工智能技术与教师教学相互融合。通过构建技术融合的学习环境，改变传统教学模式，让教师能够施展高效的教学方法、管理制度，让学习者能够获得适宜的个性化学习服务和美好的发展体验，实现教学的数字化、网络化、智能化、感知化、互联化、信息化等[2]，使教师更为灵活多样且高效地开展教学活动，使学生更为直接、便捷且积极主动地开展学习，以此实现创造型人才的培养[3]。如何能够更加有效地利用人工智能、虚拟仿真等信息技术，更好地开展人机互融的智慧教学尚属起步阶段。如何在医学课程中开展智慧教学，其相关研究较少。现以基础医学课程组织学与胚胎学为例，探讨智慧教学的改革之路。

1 基于信息化工具的人机互融的智慧教学

基于各类信息化工具，构建多角度、立体化的学习体系，使学习者能够获得感知、体验、实践为一体的学习体会，使学习者成为学习的主体。

1.1 基于优慕课平台和自建资源开展小规模限制性在线课程（small private online course，SPOC）教学

SPOC是由加州大学伯克利分校的阿曼德福克斯教授提出的区别于MOOC（massive open online courses）的一种教学模式。与MOOC的完全开放性不同，SPOC可以对学生设置准入条件，可以面向校内学生，教师完全介入到学生的学习，开展线上师生交流、答疑和讨论，甚至根据学生不同的学习基础，在课堂上针对某些关键知识点主动要求部分学生做一些特殊的思考，开展“面对面”的辅导。SPOC的核心理念是实行私有的、定制的、高质量的教学。

优慕课平台是我校引入的综合智慧教育平台，是教育部首批教育信息化试点平台，可助力构建院校信息化教学与管理支撑系统，为SPOC教学的开展提供信息技术和平台支撑。自2018年开始，进行了优慕课平台组织学与胚胎学资源建设与初步应用。目前形成了包括课程简介、学习园地、课程活动、课程资源四大板块。其中学习园地板块以章节进行设置，比较符合学生的传统认知特点。每个学习单元下设导学、教学课件、微视频、案例教学、扩展知识和课外阅读等栏目，学生可以根据自己的需要进行个性化自主学习。

课前通过优慕课平台发布学习要求，通过课件、微课、视频等完成课前自主学习安排（图1A）。课堂上，教师通过讲解、讨论、翻转课堂等形式展开教学活动；课后，通过平台上题库组卷，进行交互式习题单元测试（图1B、1C），学生进行自我评价，以练固学；学生根据自身学习情况进行扩展资源自主学习；通过讨论区进行疑难问题讨论，教师和学生助教进行答疑，通过平台进行课堂的延伸（图1D、1E）。

图1 基于优慕课平台的智慧教学。A：优慕课平台微课视频访问次数；B：优慕课平台各阶段测试分数；C：学生提交测试情况；D：优慕课平台学生论坛活跃情况；E：学生论坛发帖、回帖情况.

1.2 基于雨课堂工具辅助开展课堂教学

雨课堂是嵌入PPT的小插件，只要手机安装微信，学生扫码即可进入“课堂”，非常便捷。随着移动技术和智能手机的广泛应用，雨课堂成为课堂教学中有效的辅助工具。在课堂教学中，通过“长江雨课堂”可以实时推送课件、习题发布，并能及时得到习题反馈。而实时、客观、全面地反映课堂教学状态、学生学习情况，正是一线教师的迫切需求。通过在雨课堂上推送试题，教师可以及时了解学生某个知识点的掌握情况，学生可以及时了解自己的学习情况及其他学生的学习情况。大数据的统计结果使得课堂上增加了很多“精密的仪表”，让学生、教师一目了然。教师适时地开启“弹幕”、“词云”功能，让更多的学生参与课堂讨论，解决了大学课堂沉闷、教师唱独角戏的问题，鼓励学生表达自己的看法，让学生积极参与课堂，让学生成为课堂教学的主角。教师适时地启用雨课堂“随机点名”功能让学生回答问题，使学生在课堂上紧起来、注意力集中起来、课堂活起来（图2）。

图2 基于雨课堂平台的智慧教学。A：教学日志；B：基于雨课堂的随堂练习；C：基于雨课堂的课件学习情况； D ：基于雨课堂的章节测试.

1.3 基于数码网络显微互动教学系统的智慧实验教学

高速发展的计算机和网络技术与显微镜深度融合，构建了包括显微镜、教师计算机、学生计算机、教学摄像机、图像处理软件、网络交换器等的数码网络显微互动实验教学系统。医学形态学智慧实验教学系统的运用，使组织学与胚胎学实验教学方式发生了变革，给学生提供了获取知识的新手段和新途径。不仅可以使显微镜上所看到的图像显示到计算机，而且可以实现教师和学生的交流和互动。解决了以前基于显微镜和切片的实验教学中细胞定位难、演示难、交互难的问题，使实验教学更具活力，更能调动学生的积极性。

1.4 基于虚拟仿真技术的虚拟实验室辅助实验教学

2013年启动开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作，目前虚拟仿真技术已应用于高校教学，可将原来玻片标本经过扫描形成数字化图像，实现了“虚拟实验室”。本校于 2016 年始陆续建设并升级了基础医学虚拟仿真实验教学平台，在教学实践中发现虚拟实验室的数字切片效果更好、结构更典型，可以成为课堂实验教学的有益补充，进行线上、线下虚实结合的实验教学。学生也可以不受时间、地点的限制，随时随地观察数字切片。解决了实验教学中玻片标本易褪色、易破碎、补充难的问题，解决了学习的时间和空间局限性的问题。

1.5 基于各类平台的直播教学

自2020年新冠疫情爆发以来，疫情在某种程度上得到有效控制，但疫情反复以及随之而来的后疫情时代将会在一定时间内继续存在[4]。国务院新闻办发布的《抗击新冠肺炎疫情的中国行动》白皮书指出我国疫情防控进入常态化阶段。对于高校而言，基于直播平台的智慧教学给高校教育、教学带来了挑战和机遇，也充分检验了我国高等教育应急处理能力，充分展示了现代化信息技术的优势。借助于各种直播平台如钉钉、雨课堂、腾讯会议等开启线上直播课，启动“空中课堂”，做到“停课不停学”。并且可以对学生的上课回答问题、提交作业等情况进行数据统计分析。

2 基于信息化工具的人机互补的智慧考试

智慧考试评价体系的完善是智慧教育的一个重要组成。高速发展的计算机网络技术、云平台等技术为教学考核提供了技术上的支持，为多元化、多层次智慧考试提供可能。本课程理论学时40学时，实验学时32学时，课程总评成绩包括20%平时考核，20%实验考核，60%理论考核。其中平时考核主要基于优慕课平台自主学习情况和单元测试的数据统计、基于雨课堂平台的课堂学习数据统计、基于数码网络显微互动教学系统的阶段考试几部分；实验考核主要基于数码网络显微互动教学系统实现网络机考、数据分析；期末考核基于考易题库随机组卷、数据分析。实现了考核形式多元化，考试过程智能化、试卷无纸化、数据分析自动化。

2.1 基于优慕课平台、雨课堂平台的在线单元测试、课堂测试

基于本校在线综合教育平台优慕课、雨课堂自建题库约800题，能够实现随机组卷，交互式答题，让学生随时进行线上练习，随时自我检测，进行形成性评价，也能让教师能够及时掌握学生的学习状态（图1C，2D）。

2.2 基于数码网络显微互动教学系统的阶段考试、实验考试

依托捷达科技 DML System“网络显微互动教学系统”，可以实现多功能、全开放的互动实验室，通过考试模块的加入可以实现在线考试，实现“网络机考”。该考试模块采用捷达公司合作开发的 B /S 架构，使用 asp.net mvc 4 Entity Framework 5 技术框架，采用 Windows SQL 数据库[5]，自建了组织学与胚胎学阶段考试题库；将图片编辑成试题，自建了实验考试题库。实现了在实验室局域网中的在线考试、网络机考，实现了试题随机组卷、交互答题，实现了考试数据的批量处理、数据分析等。

2.3 基于考易平台的期末考试

“考易”系统是南方医科大学推出的，涉及医学、药学、英语等多个学科领域的综合考试题库[6]。考易系统较早地开展了题库软件的开发、题库建设与应用，实现了考、教分离，实现了无纸化考试。由考试系统可直接对试题难易程度进行分析，对试题分布进行分析，对学生答题情况进行分析，并可以更新考试题库。在原题库基础上，组织本教研室教师对试题库进行再建设，增加了一些应用型、分析型、综合性、案例型试题，并且在案例型试题中结合了本地多发病案例，使题库更具特色，更有利于考核学生分析、比较、应用能力。原题库仅包括理论部分考试题库，基于平台框架，又增加了实验考试题库，考查学生的识图、辨图能力，在疫情线上教学期间，使用手机、电脑等终端设备可以实现实验考试随机组卷，实现实验考试在线考试，让考试更加智能化。

3 效果分析

以20级临床本科4～6班、10～12班为教改组，以20级临床本科1～3班、7～9班为对照组。教改组开展基于优慕课平台的SPOC教学，开展基于雨课堂平台、虚拟仿真实验教学平台、数码网络显微互动教学系统及考试题库的人工互融的智慧教学，教改组与对照组师资配备相当、考核方式相同。

通过对学生总评成绩统计分析，发现教改组20级临床本科4～6班平均分为74.73，20级临床本科10～12班平均分为73.6，2个教改班平均分无统计学差异；对照组20级临床本科1～3班平均分为68.21，20级临床本科7～9班平均分为67.04，2个对照班间也无统计学差异。而教改组的班级平均分明显高于对照组班级，具有显著性差异（表1）。

表1 教改组与对照组各班平均分情况（±s）

表1 教改组与对照组各班平均分情况（±s）

*P＜0.05 vs 对照组

组别n平均分对照组217 67.67±10.09教改组22874.16±9.82*

进一步分析教改组和对照组各分数段人数比例，其中教改组的学生成绩在优秀和良好分数段中的人数比例明显高于对照组，差异具有显著性；在及格与不及格分数段中的人数比例明显低于对照组，差异具有显著性（表2）。而在中等分数段人数比例无显著性差异。说明教改组学生成绩在高分数段的比例更高，而不及格的学生比例更少。

表2 教改组与对照组各分数段人数比例（%）

对教改组学生进行问卷调查，回收有效问卷196份。其中认可SPOC教学改革的学生达90.82%，也有9.18%的学生不太喜欢这种混合式教学，这部分学生觉得自主学习会占用大量时间，费时、费力。其中有90.31%的学生认为通过智慧平台线上资源自学，能提高学生的自主学习能力。

自2016年开始智慧题库的建设和研究；自2018年，逐步开始优慕课平台、雨课堂平台等智慧工具用于课程教学的研究；自2019年开展虚拟仿真实验教学平台智慧教学的研究与实践。基于虚拟仿真实验教学平台的使用，对20级临床本科学生回收的171份问卷调查显示，96.49%的学生认为虚拟仿真数字切片非常有助于理解微观结构，对学习有帮助；学生很喜欢这种虚拟数字切片的形式，感觉非常便捷，虚拟数字平台随时开放，使学生的学习不受时间、空间的限制。基于智慧平台的题库测试，回收的171份问卷显示，84.80%的学生认为阶段考试可以督促学习，84.21%认为从题库中随机组卷形式公平、公正，75.44%的学生认为考试程序简便、快捷，97.66%学生认为基于智慧平台的交互式习题对学习有帮助，愿意采用这种方式做练习。对19级临床本科学生回收的336份问卷显示，85.42%的学生喜欢这种基于智慧平台的交互式测试题。对近6年本课程7 559份回收问卷显示，本课程教师97.06%善于使用各种教学手段，特别是多媒体、网络等现代技术手段，学生对课程总体满意度达99.31%。目前本校优慕课平台中，本课程总访问量排名第二，累计课程访问量255 920次，平台资源建设也得到了学生的好评。多种智慧教学工具、智慧教学平台助力教学，使教学更具活力。

实践表明，多样化的智慧教学能为教学带来活力。基于智慧教学平台可使师生之间、生生之间随时随地进行互动交流；基于智慧教学平台可以通过各种题库组卷，促进人机对话；教师也可以从各类智慧教学平台中获得大数据，并进行精准分析，从而更好用于指导教学实践。智慧教学场景中的互动不仅体现在教师和学生之间的互动，同时也体现在学生与学生、学生与平台、教师与平台之间的互动上，这种互动性更强、交互方式更多元化。智慧教学也能实现精准教学，从智慧平台上可导出学生学习数据，如学生课堂小测验参与情况；单元测试情况、阶段考试情况；以及自主学习资源情况，根据智慧教学平台数据分析，找到预警学生，对这部分学生进行沟通、联系、指导学习；也可以根据智慧教学平台中呈现出的学习者学习偏好信息、学习风格、学习水平等数据，指导不同专业学生做个性化学习。智慧教学的多元性评价体系更能准确反映学生学习状态，避免学生“临时抱佛脚”，将课程学习作为常态化学习。

智能时代的到来颠覆了传统教学方式，智慧教育也必将以其交互性强、诊断学习、个性指导、便捷学习改变传统教学模式，增强课堂活力。同时也需要教育工作者不断加强信息化技术手段的学习，不断探索适合本学科、本课程的智慧教学模式，让学习者能够获得适宜的个性化学习服务和美好的发展体验。