基于信息加工理论的CDIO教育模式在医药信息学课程教学中的研究与实践*

穆珺　　晏峻峰　　占艳　　韦昌法　　刘青萍（湖南中医药大学 管理与信息工程学院，湖南 长沙 410208）

基于信息加工理论的CDIO教育模式在医药信息学课程教学中的研究与实践*

穆珺晏峻峰占艳韦昌法刘青萍*
（湖南中医药大学 管理与信息工程学院，湖南 长沙 410208）

医药信息学课程是高等医药院校医学专业硕士研究生培养方案中不可或缺的部分。本研究结合医药卫生领域对医学专业硕士研究生培养的需求，借鉴CDIO（Conceive Design Implement Operate）工程教育理念和信息加工理论，开展医药信息学课程教学改革，以团队合作的方式开展研究性学习，促进了学生对于所学知识的理解、掌握和应用。

CDIO；医药信息学；支持向量机算法；教育模式；项目驱动

随着计算机、通讯、网络及信息处理技术的飞速发展，信息科学的原理和方法逐步渗透到医学领域，形成了一个新兴交叉学科领域医学信息学。在此背景下，高等医药院校为非计算机专业硕士研究生开设了的一门必修课——医药信息学。医药信息学是非计算机专业硕士研究生学习计算机基础知识，了解信息时代医学领域前沿发展动态，运用信息技术解决行业领域实际问题的基础性课程。鉴于传统的教育模式在学生实践动手能力、团队协作能力、自主学习能力的培养方面存在薄弱环节，已无法适应医疗卫生领域人才培养需求。本教学团队借鉴CDIO（Conceive Design Implement Operate）工程教育理念［1］，从行为主义和认知主义学习理论的角度，结合医药卫生领域人才培养的要求和医学专业硕士研究生科研的需求，开展医药信息学课程教学改革。

一、医药信息学课程教学现状

医药信息学是本科阶段计算机基础教育的延续和拓展，教学内容主要包括医药信息学概述、医药信息学基础、医药信息检索、matlab入门和医药信息处理与分析案例，授课对象是医学、药学、护理学等专业的硕士研究生。在传统模式下，医药信息学课程教学的现状和存在主要问题如下：

一是学生对于课程认识不充分，缺乏学习积极性。授课对象为低年级硕士研究生，由于这些学生尚无深入进行中医药科研的经验，对医学信息技术在医药领域数据处理分析中的重要作用尚无切身体会，因此普遍存在误解，认为医药信息学课程对于专业的作用及其重要性并不大。针对该问题，在传统模式下，教学团队也试图通过介绍医学信息技术在中医药科研中的应用实例，激发学生的学习兴趣和积极性。但由于缺乏学生的切身参与和实践，效果并不明显。

二是学生的理工科思维缺乏、信息学基础差，导致学习难度大。医学、药学、护理学等专业的硕士研究生，在本科阶段，数学、计算机培养要求普遍较低，欠缺理工科思维，数学、信息学基础薄弱。因此，对于理工科特色较为明显的《医药信息学》课程，由于学生的知识结构、认知特点与课程的内容及学科特点不够匹配，导致学习难度大。尤其在传统教学模式下，教师相对重视知识的讲授而教学互动相对欠充分，学生一旦有知识点未能及时掌握，极有可能影响后续知识点的学习、进一步加剧学生的畏难情绪，影响学习效果。

三是学生通过学习，尚不能达到理论联系实际的效果。为增强学生学习兴趣，教学团队在医药信息学课程内容上包含了医药信息处理与分析案例的教学内容，希望通过实际科研案例，让学生对医学信息技术在医药领域数据处理分析中的重要作用有深刻体会。但在传统教学模式下，教师以讲授为主的方式对实际科研案例进行讲解、分析和演示，尽管也能激发学生兴趣，但其教学效果往往很有限。课程学习结束后，能将所学方法其运用到自己科研实践中的学生并不多，大多数的学生尚不能达到理论联系实际的效果。

由此可见，在医药信息学的课程教学中，普及信息学的基础知识，设计与学生专业相关的项目任务激发学生学习兴趣，引导学生运用工程的思想解决科研中的实际问题，至关重要。

二、基于信息加工理论的CDIO教育模式研究

CDIO是由美国和瑞典四所工程大学发起，全球23所大学参与，合作共同建立的一种工程教育模式。CDIO模式以构思、设计、实现和运作为主线［2，3］，围绕学生的专业知识和学习基础设计合理的项目任务，激发学习者的学习兴趣和动机。

*基金项目：湖南省研究生精品课程建设项目“医药信息学-MATLAB应用”（编号：KC2011B027）；湖南中医药大学教学改革研究项目“高等中医药院校医学信息类人才培养模式研究”；湖南中医药大学教学改革研究项目“开放式医学信息技术教育平台构建研究”。

作者简介：穆珺，女，助教，研究方向为计算机应用。

*通讯作者：刘青萍，女，讲师，研究方向为信息技术教育。

美国著名教育心理学家加涅，借鉴行为主义和认知主义两大学习理论的优点，提出通过合理安排教学活动促进学习者学习，达到教与学的深度融合。加涅认为，学习是一个有始有终的过程，学习过程可以分为若干阶段，每个阶段都需要对获取或产生的信息进行加工。从信息加工学习模型来看［4］，学习者在学习过程中是通过信息的获取、存储、转换、加工和利用，最终实现与教学活动相互作用。引入信息加工理论到课程的教学设计中，能让教学活动与学习过程巧妙结合，进一步提升课堂教学的效果。

基于信息加工理论的CDIO教育模式是对医药信息学课程传统教学模式的一种改进，该模式从认知主义学习理论出发，结合学生原有的知识来设计项目任务，将工程教育思想和课程教学目标贯穿到教学中，以团队合作的形式开展研究性学习，促使学生将学习内容与知识背景相互关联，主动对学习情境中产生的信息进行选择性加工，最终实现学生自主学习能力、团队合作能力、综合解决问题能力的培养。

三、基于信息加工理论的CDIO教育模式在医药信息学课程中的研究与实践

通过分析传统模式下，医药信息学课程教学的现状和存在的主要问题，本教学团队借鉴CDIO工程教育理念，从行为主义和认知主义学习理论的角度，引入信息加工理论到课程的教学设计中，以团队合作的形式开展研究性学习，促进学生对于所学知识的理解、掌握和应用，从而达到学生不仅能熟练掌握知识且能理论联系实际的效果。接下来，以支持向量机（Support Vector Machine，SVM）［5］分类算法的原理与应用为例，介绍基于信息加工理论的CDIO教育模式在医药信息学课程教学中的实施情况。

（一）根据学生专业特点，合理设计教学目标

本章节主要是让学生在理解SVM分类算法原理的基础上，掌握SVM算法的应用。这部分教学内容的理论性和工程性较强，考虑到大部分学生缺乏理工科思维，数学、信息学基础薄弱的现状，本教学团队将教学目标与学生专业相结合，把信息加工理论引入到CDIO教育模式中，以医学研究中的实际问题作为项目任务，组织学生分组学习如何运用SVM算法解决医学研究中数据分类问题。这种“做中学”“信息再加工”“学中做”的教育模式不仅能促进学生树立工程的思想，还能将教学过程与学习过程有效结合，让学生在教学实践中加深对问题的理解，进一步激发学生学习兴趣，启发学生解决问题的思路，达到提升教学效果和培养学生综合能力的目标。

（二）按照课程教学目标，精心组织教学实施

结合学生的背景知识和医药信息学课程的特点，从行业发展的前沿问题入手，将学生熟悉的医学问题与教学中的知识模块相结合，转化为运用支持向量机分类算法解决医学研究中数据分类的实际问题。以项目为驱动，引导学生合作完成研究性学习任务。

1.设计教学项目

以糖尿病公开数据集［6］作为原始数据，选择与糖尿病有不同程度相关的8个指标作为分类的属性，如plasma glucose-血糖值、blood pressure-血压值、insulin-胰岛素浓度、pregnancy-妊娠次数（妊娠糖尿病发病率随分娩次数而增加）、skin tags-皮赘数量（糖尿病患者的皮赘风险也升高［7］）、PEDIS［8］-糖尿病足分级、mass-体重、age-年龄，且按照顺序给以上指标编号，即A1-A8。要求各组学生将所有指标进行任意组合后，作为输入SVM分类器的属性，通过分析每组数据的结果，思考SVM分类正确性的问题。

2.采用分组教学

课程教学过程中，首先跟学生清楚描述本次课程的教学目标、教学设计和教学评价方法，强调分组开展研究性学习的目的和方案；按照班级学生人数制定分组规则，将40人分成6组，每组6-7名同学；以毛遂自荐的方式选取课代表和组长，详细说明他们各自的职责；上个环节中产生的组长，按顺序每轮依次为自己的团队选择组员，以此类推，最终形成学习团队。

3.合理安排任务

明确告知学生教学目标和项目任务的要求，以项目为驱动引导各个学习团队用工程的思想开展研究性学习，让各组同学围绕项目任务的要求，合理安排学习活动，开展小组谈论，将学习过程中产生的分类结果进行排序，求出分类结果中准确率最高的10%、最低的10%对应的指标组合，以小组的为单位汇报。通过调用Matlab的SVM函数，思考输入不同的SVM分类器属性时，数据分类结果的差异性。结合本领域的医学知识，分析最高、最低准确率的指标组合中的指标分布规律，讨论所选指标与糖尿病的相关性对分类结果的影响。

教师随机从各组选择一名学生代表小组汇报。各组汇报完毕后，教师组织全班同学对各组研究性学习项目完成的情况进行评价，投票选出1个优秀小组，每组评选1名对项目完成共享最大的优秀组员，并给予相应的平时成绩加分。

（三）结合教学活动过程，科学建立评价机制

基于信息加工理论的CDIO教育模式更注重问题解决能力、团队合作能力、自主学习能力、沟通表达能力的评价。通常根据课程教学的设计，将教学过程中的形成性评价和总结性评价相结合，综合考虑每个教学环节中学生完成任务的情况，建立合理的评价体系。本章节学习效果的形成性评价，由教师、各小组成员对组内学生在信息获取、加工、处理和协商、讨论等环节中的表现进行评价，自评与他评相结合；总结性评价是由教师和其他小组成员对各组汇报环节的评价。同时，教师综合考虑各小组任务完成情况，给出最终的评价结果。

四、结束语

基于信息加工理论的CDIO教育模式充分发挥了学生和学习团队的主体地位，以学生专业领域的项目为驱动，组织学生分组开展研究性学习。教学改革的实践表明，该模式不仅能有效解决传统模式下医药信息学课程教学中存在的问题，而且可以大幅度提高学生学习的积极性和主动性，使学生在工程思维方式的指导下，逐步掌握分析问题、解决问题能力、团队合作能力和自主学习能力，教学效果显著。

［1］李彤，张璇，王旭，等.SE-CDIO工程教育模式的探索与实践［J］.高等工程教育研究，2014（1）：52-57.

［2］刘青萍，周燃犀，晏峻峰，等.以元认知为导向的CDIO教育模式在高等医药院校计算.机基础课程中的研究，高教学刊［J］2015（19）：3-4+7.

［3］邢素霞.基于CDIO教育理念的DSP课程教学设计与实践［J］.实验技术与管理，2014，31（6）：223-225.

［4］段红娟.认知信息加工理论在应用软件教学中的应用［J］.赤峰学院学报（自然科学版），2014，29（4）：156-157.

［5］陈封能.数据挖掘导论［M］.人民邮电出版社，2011.

［6］M.Mourya，P.Prasad.Analysisofapopulationofdiabetic patie nts databases in WEKA tool.International Journal of Computer Science and Information Technologies［J］.2013，4（5）：681-682.

［7］P.Shrestha，Y.Poudyal，S.L.Rajbhandari.Acrochordons and d iabetesmellitus：ACasecontrolstudy.NepalJournalof Dermatology，Venereology&Leprology［J］.2015，13（1）.

［8］黄瑶，钱培芬.糖尿病足分级系统及其评价［J］.中华烧伤杂志，2012，28（1）：47-50.

Medical information is the indispensable part of training program for postgraduatesof Medicine.To meet the demand of training for postgraduates of medicine，using CDIO engineering education Idea and Information Processing theory for reference，carry out teaching reform of medical information course，through inquiry learning with team work，resulting in the promotion of students'understanding，mastering and applying of knowledge.

CDIO；medical informatics；support vector machinealgorithm；teaching model；project driven

2096-000X（2016）16-0179-03

G642

A