基于POGIL模式的“医学仪器原理”课程教学改革探索

【摘要】简述了医学仪器原理课程教学过程中存在的问题，将POGIL模式引入到该课程教学中，精心设计POGIL内容，激发学习兴趣。为了评价POGIL教学效果，改革考核方式。教学实践表明，该课程的教学改革激发了学生的学习兴趣，提高了学生的学习积极性和主动性，收到了较好的教学效果。

【关键词】POGIL模式 医学仪器原理 教学改革

【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）22-0227-02

1.引言

医学仪器原理是生物医学工程专业的一门重要的专业必修课，也是一门核心的专业技术课[1]。该课程内容涉及到电子技术、计算机技术、单片机技术、医学传感器、生理学、信号处理、数字图像处理等相关课程，覆盖的知识面宽，具有内容抽象、综合性强、实践性强等特点。采用传统的“灌输式”、“填鸭式”教学模式，以教师为中心，照本宣科地讲授医学仪器的基本概念、工作原理，学生学习的兴趣不高，教学效果不理想、学生难以听懂、难以培养学生的实践能力，因此需要对传统教学模式进行改革。

为了改变这一现状，出现了一种新的教学理念和方法——POGIL（Process Oriented Guided Inquiry Learning，面向过程的指导型探究学习法），融合了关于学习过程和学习结果的理论[2]。POGIL是一种面向过程的引导型探究学习法，是以学生为中心的教学策略[3]。学生分组学习，每个人都有一个角色来确保所有学生积极参与到学习过程中。目前POGIL模式主要应用于生物化学、物理化学、药物化学等课程的教学过程中[4-6]，收到了较好的教学效果，POGIL模式能够极大地提高学生学习的兴趣，活跃课堂气氛，提高学生的学习积极性和主动性。我国对POGIL的相关研究非常少，管华等将POGIL引人到药物化学教学中[6]，刘玉红等将POGIL教学法应用于药物合成教学中[7]，提高了学生学习的兴趣，收到了较好的效果。尚未见到有关将POGIL模式应用于医学仪器原理课程教学的报道。本文将POGIL教学模式引入到医学仪器原理课程的教学中，在教学内容、教学手段、考核方式等方面进行改进，提高教学质量。

2.POGIL教学模型

POGIL是一种学生围绕一定的问题、情景，在教师的指导下进行引导型探究学习模式，在学习过程中，教师不仅教会学生知识，更重要的是教会学生学习新知识的方法。在这种以学生为中心的学习模式下，学生自由组成学习小组，充分发挥每一个学生的潜能，使每一个学生都能够完全融入到学习的氛围中去，学生不再是被动地接受知识的灌输、死记硬背有关知识，而是通过过程引导型究学习，培养学习技能。POGIL的课堂活动利用指导性探究的学习理念来设计，学习循环包括概念的探索、形成和应用三个环节，如图1所示。学生用这些活动来指导他们建立新知识，这就需要教师认真设计POGIL 的每一个环节，教师作为学习引导者与推动者，观察学习进展，并及时解决学生学习需要。在探索环节，学生搜集材料和数据，提出假设，理解和解释数据。在概念形成环节，利用这些假设定义新的概念和术语，重要的是在概念引入之前，学生已经理解了这些材料和假设。在应用环节，将这些新概念应用于其他条件下，帮助学生概括这些新概念的含义及其适用场合。通过精心设计科学的POGIL教学活动，使学生积极参与到学习过程中，引导学生建立新知识。这样的学习模式，使学生不仅掌握了课程内容，更重要的是培养了批判性思维能力，解决问题能力以及进行人际交流的能力。

需要强调的是，POGIL活动的设计有两个关键方面。首先，必须为最初的“探索”提供足够的适当信息，以便学生能够去探索概念。其次，指导性的问题必须以精心的方式进行排序，不仅让学生得出适当的结论，同时还要实施和开发各种过程和学习技能。通常情况下，前几个问题是建立在学生以前的知识基础上的，并且直接关注模型提供的信息。随后是旨在帮助学生加强对数据的关系和模式的认识，对一些概念进行拓展。最后是将这些概念应用于新情况，并引导学生对新知识和新理解进行概括总结。因此，POGIL活动遵循探索、概念形成和应用的学习周期的结构，并且在建构主义方面具有强大的基础[9]。

3.优化教学内容

医学仪器原理是生物医学工程专业必修的主干专业课，教材以李天钢编著的《生物医学测量与仪器：原理与设计》[10]为主，该书主要内容为包括现代医学仪器概论、生物电极和医学传感器、生物电测量及仪器、生理参数测量及仪器、病房监护系统、心血管系统治疗与修复装置、医学影像成像设备、医学仪器的安全与认证管理和微机化医学测量仪器等。目前该课程教学内容方面存在的问题主要表现：（1）该课程涉及的知识面广，内容比较抽象、综合性强、实践性强，而且课程内容多、课时有限；（2）医学仪器发展非常快，越来越先进，课程部分教学内容显得有些陈旧，需要对教学内容教学更新。因此需要对教学内容进行调整和优化，突出重点，以利于POGLIL活动的组织和开展。

本文对教学内容做了如下调整：（1）突出重点。由于生理信号属于微弱信号，信号弱、如何有效去除生物信息中的噪声和干扰，是医学仪器原理课程的重点内容。围绕生理参数的特点，结合传感器的性能要求、对生物前置放大器的要求，重点介绍低噪声前置放大器的设计、去除噪声和抗干扰技术。在介绍生物电测量及仪器时，重点介绍心电图机和脑电图机的电路原理，深入讨论医学仪器的组成、特点和工作原理。（2）补充新的内容。医学仪器发展很快，不断有新方法和新技术产生，应该及时把新技术、新方法增加到教学内容中，以体现教学内容的先进性和实用性。增加了医学仪器的小型化、智能化、低功耗方面的内容。（3）理论与实践相結合。目前实验大多采用实验箱，多以验证性实验为主，学生在设计方面训练不够，不利于学生实践动手能力和创新能力的培养。我们利用实验室开放基金项目，设置一些与课程内容密切相关的设计性实验，让学生动手去设计这些实验项目，既有利于学生加深对理论教学内容的理解，又锻炼了学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力。

4.POGIL教学实践

将POGIL模式引入医学仪器原理课程教学，应该根据课程特点，兼顾理论教学和实验教学，开展教学改革和实践探索，充分发挥POGIL模式的优点，培养学生的创新能力。在该课程的前两次课上，首先概况介绍课程的知识体系、重点及难点内容以及需要同学们掌握的内容，然后向学生介绍课程的教学方法——POGIL教学模式，让学生充分了解该方法的教学过程以及需要同学们密切配合的工作。

4.1 科学化分组

POGIL模式要求每一个学生都能够完全融入到学习的氛围中去，这就要求进行科学化分组。首先同学们自由选择组成学习小组，每组3-4人，并承担各自的职责，每人都有自己的角色来保证学习任务的顺利开展。教师作为学习引导者与推动者，促使学生充分参与到学习过程中，帮助每一位学生进行有效的学习，观察学习进展，并及时解决学生学习需要。

4.2 精心设计POGIL内容

建构主义理论认为，教育应该从学生可能熟悉的内容与经历出发，以便与他们已有的知识结构联系起来[11]。新内容的提出应该与实际应用有关，并与学生已有的背景知识领域相关联，而不是抽象地提出来。

为达到教学效果，需要根据教学大纲要求，梳理出需要学生重点掌握的知识点，精心设计POGIL内容，引导学生进入过程学习。教学过程中发现心电图导联系统这一节内容，教材上只是介绍了标准12导联的概念和组成，对于标准12导联的位置和联接方法并没有详细介绍，这部分内容又比较重要、实践性比较强，需要进行补充。但是按传统教学方法讲解，学生觉得枯燥无味，也难以完全掌握。精选了心电图导联系统这一节内容，采用POGIL模式进行教学。首先通过观察医院对患者进行心电图检查的视频，使学生自己发现、思考心电图是如何检测出来的，提示学生们主要从以下几个方面考虑：（1）观察心电图导联的个数及放置位置；（2）思考心电图产生的机理。在学习过程中引导学生将新的知识点按照循序渐进、逐步深入地融入进去，最后让学生自己总结心电图导联的连接方式。

4.3 过程引导

在POGIL课堂活动中，学习不再是知识的传输过程而是知识的建构过程，老师充当的不再是简单知识的传授者，而是学习的引导者与推动者。老师需要做到：鼓励学生做出选择和尝试、指导学生查找学习参考资料、引导学生思考，促使学生充分参与到学习过程中。特别是在学生做不下去的情况下，帮助学生梳理问题，引导线索，启发学生思维，鼓励学生继续进行探索、尝试，充分调动学生的学习积极性和主动性。

4.4改革考核方式

为了评价POGIL教学模式的效果，不能简单地以笔试作为最终方案进行，评价体系应该多元化，强调过程考核。考核方式主要包括四个方面：一是过程考核（40%），主要考核学生课堂中的表现和日志记录、成果展示；二是理论水平评价（30%），主要考查学生对基本知识、基本理论、基本方法的掌握情况；三是实操能力评价（30%），不是简单地看实验结果，着重强调探究和操作过程，主要考查学生的动手能力和创新能力。

5.结束语

本文将POGIL模式应用于医学仪器原理课程教学中，精心设计POGIL内容，把理论教学和实验教学有机地结合起来，充分调动学生的学习积极性和主动性，着重培养学生分析问题、解决问题的能力。学生不仅学到了医学仪器方面的知识和技能，更重要的锻炼了动手能力和创新能力。教学实践结果是学生的学习热情增加了，学习效果增强了，采用POGIL教学模式的2014级学生的期末考试成绩达到85.4分，而采用传统教学模式的学生的期末成绩仅为76.8分。教学实践表明，该课程的教学改革激发了学生的学习兴趣，提高了学生的学习积极性和主动性，提升了教学效果，增强了学生的实践能力和创新能力；而且学生的学习兴趣高，引导学生利用课余时间自主学习部分内容，可以解决教学内容多与课时有限的矛盾。本文的教学改革尝试，对其它课程的教学改革提供了有益的经验，具有借鉴意义。

参考文献：

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[7]刘玉红，马艳，蔡梅超，董文亮.POGIL教学法在高等中医药院校制药工程专业药物合成教学中的应用研究[J].中医药导报，2016，（6）：121-123.

[8]潘松，王芳，张筱云.EDA 技术及其应用[M].北京：科学出版社，2011.

[9]Vanags T，Pammer K，Brinker J.Processoriented guidedinquiry learning improves longterm retention of information[J].Adv Physiol Educ.2013，（3）：233-241.

[10]李天钢，马春排.生物医学测量与仪器：原理與设计[M].西安：西安交通大学出版社，2009.

[11]迈克尔 J.普林斯，理查德M.菲尔德著.王立人译.归纳式教学法的定义、比较与研究基础（上）[J].高等工程教育研究，2009，（3）：15-28.

作者简介：

徐效文（1978-），男，博士，副教授，主要从事信号检测与处理、智能仪器开发方面的研究。