刍议应答教学联合智能技术在医学课程教学中的应用.pdf
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1、 第3 7卷第5期2 0 2 3年1 0月 中 国 医 学 教 育 技 术 CH I NA ME D I C A LE DU C AT I ONT E CHNO L OG YV o l.3 7N o.5O c t.2 0 2 3基金项目:北京白求恩公益基金资助项目(WC J Z L 2 0 2 1 0 5)收稿日期:2 0 2 3-0 2-1 4作者简介:韩一麾(1 9 9 8-),男,成都人,硕士研究生在读,研究方向为胃肠道肿瘤的基础与临床研究。通信作者:张波(1 9 7 3-),男,成都人,主任医师,教授,研究方向为胃肠道肿瘤的基础与临床研究。电话:1 8 9 8 0 6 0 1 8 9
2、1;E-m a i l:z h a n g b o 7 3 1 01 2 6.c o m刍议应答教学联合智能技术在医学课程教学中的应用韩一麾,尹晓南,蔡兆伦,张 波四川大学华西医院胃癌中心普外科,成都6 1 0 0 4 1【摘要】文章分析了当前医学课程教学中的不足,通过对应答教学法的概念与内容的阐述,从不同授课环节出发,构想其在教学中的实际应用场景,探讨如何将智能技术(如人工智能、虚拟现实等)与应答教学法结合,为传统教学法与现代智能技术的融合提供参考,推动智能技术在医学授课中的进一步应用,促进医学课程教学质量的提高。【关键词】应答教学;智能技术;医学教育【中图分类号】G 4 3 4;G 6 4
3、 2.0【文献标志码】A【文章编号】1 0 0 4-5 2 8 7(2 0 2 3)0 5-0 5 2 5-0 4【D O I】1 0.1 3 5 6 6/j.c n k i.c m e t.c n 6 1-1 3 1 7/g 4.2 0 2 3 0 5 0 0 5D i s c u s s i o no nt h ea p p l i c a t i o no f r e s p o n s i v e t e a c h i n gc o m b i n e dw i t hi n t e l l i g e n t t e c h n o l o g y i nm e d i c a l
4、 t e a c h i n gHANY i h u i,Y I N X i a o n a n,C A IZ h a o l u n,ZHANGB oG a s t r i cC a n c e rC e n t e r,D e p a r t m e n t o fG e n e r a lS u r g e r y,W e s tC h i n aH o s p i t a l,S i c h u a nU n i v e r s i t y,C h e n g d u6 1 0 0 4 1,C h i n a【A b s t r a c t】T h i sp a p e ra n a
5、l y z e s t h es h o r t c o m i n g so f c u r r e n tm e d i c a l t e a c h i n g,e x p o u n d s t h ec o n c e p t a n dc o n t e n t o f r e s p o n s i v e t e a c h i n gm e t h o d,c o n c e i v e s i t sp r a c t i c a l a p p l i c a t i o ns c e n a r i o s i nt e a c h i n gf r o md i f
6、 f e r e n t t e a c h i n g l i n k s,a n dc o n s i d e r sh o wt oc o m b i n e i n t e l l i g e n t t e c h n o l o g ys u c ha sa r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c e(A I),v i r t u a lr e a l i t y(V R)w i t hr e s p o n s i v et e a c h i n gm e t h o d,s oa st op r o v i d er e f e r e
7、 n c ef o rt h ei n t e g r a t i o no ft r a d i t i o n a lt e a c h i n g m e t h o da n de m e r g i n gt e c h n o l o g y,p r o m o t et h ef u r t h e ra p p l i c a t i o no fi n t e l l i g e n tt e c h n o l o g yi n m e d i c a lt e a c h i n ga n di m p r o v et h eq u a l i t yo fm e d
8、i c a l t e a c h i n g.【K e yw o r d s】r e s p o n s i v e t e a c h i n g;i n t e l l i g e n c e t e c h n o l o g y;m e d i c a l e d u c a t i o n 应答教学(r e s p o n s i v et e a c h i n g)是由英国教师F l e t c h e r-W o o d提出的1,强调以学生认知反馈为中心,注重课程中形成性评价(f o r m a t i v ee v a l u a t i o n)的作用,着重于解决暴露出的
9、问题的一种教学法,是一个综合性的教学理念。其关键在于将学生和问题紧密结合在一起,帮助学生通过对课堂知识的理解分析、综合运用,最终尝试解决实际问题,从而更好地掌握课堂知识。现今,智能技术日新月异,包括虚拟现实技术、云计算、大数据分析、可穿戴设备等研发中或已经投入应用的智能技术,已深度渗透于社会生产生活的各个方面,改变着当今社会的运行模式。在医学教育领域,教育人工智能(A I)、虚拟现实(V R)等智能技术已经被广泛应用于课堂教学的各个环节,获得较好反响2。文章着力于对医学教学与智能技术联合应用的思考,探讨如何借助智能技术手段,丰富应答教学的内涵,使二者互补缺陷、叠加优势,为提升医学课程教学质量提
10、供参考。1 现有医学课程教学存在的不足在医学课程的学习过程中,理论与实践是相互 中 国 医 学 教 育 技 术第3 7卷第5期依托、密不可分的。然而,在前期课程教学阶段,多数学生缺乏临床实践经验,很难全面掌握临床课程的知识点并准确理解。例如,在人体解剖学的教学过程中,如果使用单一传统的教学手段进行课程教学,学生较易掌握某器官的功能结构,但很难厘清该器官系膜和血管的出入分布、淋巴的回流路线、周围组织的毗邻与影响等,导致前期课程教学与后续临床实践严重脱节。因此,丰富课程教学手段,联合应用多种技术,完整立体地呈现人体结构,成为提高该课程教学质量的关键。现行的医学课程教学一般紧扣教学大纲,突出重点和难
11、点内容,但这些内容已经不能充分满足学生对相关专业知识的需求。如何在保证学生掌握课程教学重点、难点的同时,在有限的课堂时间内进一步拓展学习、丰富知识面、了解学科最新进展,是医学课程教学中面临的一大难题。从临床教学的视角来看,多数完成医学本科教育的学生都存在诸如理论与实践衔接不紧,对临床相关基础概念理解肤浅或有误等问题。2 0 1 12 0 2 0年,中国医学院校应届本科生执业医师考试通过率仅为6 6%3,也暴露出本科阶段培养质量欠佳、结构欠优的问题。究其原因,固然存在医学生的主观因素,如学习目标不明确、自学能力弱等,但同时也反映出当下医学课程教学的形式和方法存在诸多不足。因此,在设计应答教学环节
12、内容时,亟须提升对智能技术的认识与应用4,利用多种先进教学技术手段,弥补医学课程教学存在的不足。2 应答教学联合智能技术提升授课质量应答教学注重以问题导向来回应学生的需求,将“以问题导向回应学生”贯穿于全课程始终,包括展示重点、制定目标、设计题目、及时判断教学情况、提供课后清晰反馈等一系列流程。任何一门学科的学习,最重要的都不是掌握琐碎知识(尤其是事实性知识),而是在获取知识的基础上对知识进行组织与应用。应答教学首先从认知科学的角度了解学生如何学习,然后在此基础上,将教学计划与教学实际相结合,并通过形成性评价判定学生学习效果,进而做出调整。这种教学方法以学生学习问题为导向,致力于在课堂教学中解
13、决这些问题,打造以学生为中心的互动式、启发式与探究式课堂。如果将智能技术融入应答教学,使两者有机结合,优势互补,将能有效解决现阶段医学课程教学存在的不足。2.1 利用智能技术明确教学重难点与学习目标明确授课重点、难点和学习目标是应答教学的先提条件,这决定了授课内容的主体。医学理论存在不少“基础知识”,如“休克”的定义与临床休克患者实际表现的区别,腹股沟管解剖与腹股沟疝成因及手术方法的选择等,这些皆处于学习与理解的最优先位置。既往教学中,重点的确定多依赖教学内容大纲或知识结构图,而今利用智能技术可以大大提升此环节的质量与速度。课前使用A I学情分析系统,基于既往学生的反馈数据,分析、预测学生可能
14、存在的知识盲区,帮助教师在备课阶段确定讲解要点5;或利用基于A I的深度学习算法,通过文本识别分析、关键词抽取、实体链合算法形成重点分明、关系明确的可视化知识图谱6,以此清晰地展示教学内容的重点、难点与知识点间的相互联系,为学生设定出明确的学习目标;教师还可利用数字化认知诊断模型(c o g n i t i v ed i a g n o s i sm o d e l,C DM),通过分析学科内已有认知结构,推算往常学习者未掌握的知识盲点,以此指导学习路径的设定、规划认知负荷7;此外,利用A I备课系统,可根据教师风格、学生特点等,基于大量既往教学方案比较后提供合适的教学方案8,提升备课的速度与
15、质量。2.2 利用智能技术扩展授课形式传统课堂多为单中心模式,即以教师讲述为核心的“演讲式”授课。应答教学法强调授课形式的改进,包括如自由互动式与探讨式的多中心课堂等。但在以高知识密度、大班教学为主的国内医学课堂难以推行。随着线上教学的大量开展,数字化智能技术与课堂的融合进入了绝佳的发展时期。在授课形式中融入智能技术,可以改变传统课堂形式,提升授课质量。V R技术作为一种数字模拟技术,通过光学外设构建三维视图,使用立体图像模拟真实环境为使用者提供临场感。疫情防控期间的线上教学过程中,利用V R教室授课,学生能重新“见到”教师和其他学生,不仅部分恢复了线下授课的沉浸感,V R特有的高交互性还能诱
16、导课堂积极性的提升,在此前一些V R授课的录像中已有体现9。在外科技能实习课中,使用V R训练室进行操作演练,能突破场地、安全和物质要求,在加强操作流程记忆的同时,拓展学生课下练习空间1 0,还能建立如虚拟化病理625 第3 7卷第5期 韩一麾等.刍议应答教学联合智能技术在医学课程教学中的应用实验室、应用互联网+教学等多种教学模式。在外科手术的虚拟仿真训练中,人工智能程序(如T o u c h系统、L a h y s t o t r a i n系统和E c h o C o m J系统)都运用A I技术增强虚拟现实部分信息的呈现,使其操作真实性 与 训 练 性 最 大 化,增 强 外 科 的 知
17、 识 实 践 环节1 1。同时,基于V R技术的操作录像可提供3 6 0 的视角展示与回放,不仅能在课堂上用于展示标准的操作流程,在课后亦能作为学生复习资料,在此前的 一 些 课 堂 实 践 中 取 得 了 大 量 学 生(9 3%)的支持1 2。此外,将A I算法与V R技术结合,还能基于传统数字 资 料 构 建V R资 源。如 利 用 病 人 脑 血 管C T A和头部MR I数据,对患者头部进行虚拟现实图像重建,则可以立体显示动脉瘤空间形态及其周围结构,有利于学生掌握病变部位的解剖结构与组织之间的空间关系1 3。后续还可以将生成的V R资源导入V R练习室,利用切割、移动等虚拟工具学习体
18、验手术过程,通过模拟真实的显微神经外科手术的定位过程,形成内容创建到内容使用的良性循环,大大丰富外科学讲授中的病例资料及其练习价值。2.3 利用智能技术跟踪授课质量、反馈进度通过动态反馈及时跟踪学生的理解程度并以此调整教学进度,是应答教学的核心环节。传统教学中,实现这一目的通常依靠当堂提问或等待学生主动提问。国内课堂教学班级人数众多,在课堂教学中频繁提问、等待回答并解释的方式有诸多缺陷,如代表性不强、容易打断授课节奏、无标准化解答等,总体反馈价值有限。基于微信等网络平台的智能助教程序提供了一个优质的当堂反馈方式。通过提供签到、答题、实时解答等功能,此类软件很好地担负起助教作用,减轻课堂签到等程
19、序所花费的人力与时间1 4。此外,通过对参与答题学生的答题时长、错解构成比等数据的分析,授课教师能从提前设置的选择题中即时了解学生对当前知识点的理解程度,错解、误解方向与课堂参与度,从而实时调整授课进度,并有针对性地重复讲解,以此提升授课质量。如需进一步提高当堂反馈的要求,基于深度学习算法的课堂行为分析系统可以提供方向,即此类系统通过图像采集和人脸识别录入听课学生当前的状态,通过深度学习算法和数据库对比过程完成学生表情识别和实时分析,实现考勤、课堂专注度等数据的呈现,可以有效提升课堂监管效率与质量1 5。听课教师也可通过查看全体学生的分段专注度以检查当前教学方式是否合适有效。此外,还能针对个别
20、学生提供个性化的数据反馈,实现实时反馈、量化反馈、精确化反馈的目标,显著提升课堂教学中的反馈效率。2.4 利用智能技术丰富客观评价成果课后评价作为课堂教学的最终一环,为学习者提供修正性反馈以进一步完善授课内容,在以往课程中一般由课后作业完成。在医学课堂教学中,很多则以章节主题相关的论文为主。既往教学中,约8 0%的学生没有收到有效的修正性反馈1 6。而今,利用智能技术能提供大量高质量、标准化、反馈可量化分析的案例,对于医学生的课后练习自查、复习补漏皆有帮助。A I辅助系统可以辅助任课教师对课后、课终评价计划的设计,基于大数据分析结果提升其准确性、有效性1 7。医学人工智能程序如沃森(W a t
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