云平台创新医学院校计算机类课程教学模式

郝丽俊 司博宇 王艳 严加勇

生物医学工程（以下简称BME）是理、工、医等学科交叉渗透的新兴学科。一名合格的BME 专业人才应该既要通晓医学知识，也要会用工程技术（包括计算机知识），解决实际问题[1]。随着人工智能在医疗器械的应用，医学与工程技术的结合越来越密切，计算机技术及应用的学习越来越迫切。云平台的兴起，以及大数据和移动互联等技术的发展，给教育注入了新的活力，推动着教育向网络化、数字化、智能化和全民化方向发展[2]。云平台技术为搭建云端教学平台提供技术支持[3]。而云端教学平台的应用，可助力教学突破时空界限，便于学生最大程度地利用课堂外的时间，最大程度地调用学生的积极性，为BME 专业的课程教育增加助力。以下，文章以《微机原理及应用》课程为实例，基于云平台，构建线上教学平台，探索创新计算机类课程的教学模式改革。

1 云平台助力计算机课程教学模式改革

1.1 现状与问题

我国已有的BME 专业大致可以分为两大类：一类是理工科大学的BME 专业，另一类是医学院校的BME专业。其中，医学院校BME 专业对学生的培养定位是能将工程技术与医学密切结合，能为医疗和医学研究部门进行工程技术服务的应用型人才。实践教学在整个培养过程中发挥着重要的作用。

我校作为一所2015 年成立的比较年轻的医学院校，由于学科背景缘故，工程实践资源相对缺乏。另外，普遍学生理论知识基础较为薄弱。因此，计算机类课程的教学面临着多重挑战和困境[4]。传统的“填鸭式”的教学方法，在计算机类课程中的教学效果很不理想，不利于应用型人才的培养。如何提升学生的自主学习能力和实践综合能力，已经成为很多医学院校BME 专业开设计算机类课程时都会思考的一个问题。

在此，我们尝试结合学生的特点和兴趣，基于“互联网+”，应用云平台，积极创新改革教学模式和方法，构建立体化、多层次、开放式的可适用于BME 专业的教学平台[5]。

1.2 计算机课程教学模式改革思路

近年来，线上教学平台的应用越来越广泛，在知识传授中发挥着越来越重要的作用。跨越空间的大规模有组织的学习发生在我们每个人身边。而智能化手机、平板等的普及，也同步促进了网络教学模式的推广。

实践教学是工科教学中非常重要的环节。实践教学，有助于激发学生自主学习热情，提升学习效果，培养高质量的适应时代要求的人才。但课时和实践条件限制了实践教学内容的增加和强化[6]。为此，各院校都在积极探索计算机类课程的实践教学改革[7-8]。其中，实验室的开放已成为新时期高校实验教学改革中的重要内容[9]。在传统的观念中，实验室的开放是物理空间上的开放，需要学生到实验室或机房来进行练习。但是这种做法在加大实验老师工作量的同时，还受限于老师和学生的时间匹配，无法做到真正意义上的开放。

云平台也称为云计算平台，是指基于硬件资源和软件资源的服务。云平台可以提供计算、网络和存储云端的服务。使用者可在云平台上开放课程，开展实践教学。云平台的应用，为医学院校BME 本科专业创新计算机类课程教学模式提供了新思路[10]，为解决“课时有限，教学难”问题提供了突破口。

如图1 所示，本文以云平台为基础，设计构建了一种新的课程教学模式。该模式充分利用时空资源[10]，整合线上线下教学优点，可实现集网络课程、课堂教学、虚拟实训和实践课程四位一体的课程教学。在整个过程中，学生为主体，老师是组织者和引导者。老师负责组织教学、传授知识和答疑解惑。在时间约束下，学生主动完成定期分布的任务。从被动到主动，学生的积极性逐渐得到调动，自主学习能力不断提高。

图1 基于云平台的计算机课程教学模式改革

2 基于云平台的微机课程教学模式改革

医学院校的BME 专业，学生的工科基础普遍比较薄弱，实践教学条件有限，计算机类课程的开展存在着很多不易克服的困难。课程团队不断探索，形成了基于云平台，线上线下双联动的教学模式。

2.1 线上线下结合，深化巩固理论知识

如图2 所示，基于云平台，实现理论教学资料线上共享，学生随取随学。老师结合教学目标，将知识点分解成任务点，在线上平台定期分布给学生。学生在上课前自主学习，完成相关内容的预习，并通过一定的理论测试，达到以考促学的目的。学生在线上平台，预习并巩固理论知识，可有效提升自主学习能力[11]。在线下课堂中，老师讲解重点并答疑解惑，以学生的普遍问题为核心，进行针对性辅导。同时，在课程教学中，学生也可以积极上台分享知识学习情况，大家参与讨论，通过多视角分析，将理论知识学得更加扎实。

图2 线上线下相结合有效提升理论学习效果

该种“线上线下”混合式教学方式的推行，有利于将有限的课堂活起来，在讨论中精准有效传授知识，提升“面对面”授课的效率。学生带着问题来到课堂，在课堂收获答案，加深知识的理解。学生学有所获，对课程的认同感不断提升[12]。

2.2 基于云平台，实现在线实践教学

学习计算机语言类课程，勤加练习是必须的。而我校《微机原理及应用》课程，实践课时数只有16 学时，学生要掌握并利用汇编语言完成接口电路设计，是比较困难的。

如图3 所示，该实践教学平台建立于云端平台上，资源存储于云端，由管理控制模块统一调度分配；学生访问则采用虚拟机技术和云桌面模块实现。平台采用服务器虚拟化技术，首先将客户端的操作系统、应用程序和用户数据（如实训内容、实训任务、系统资源等）都集中到数据中心的服务器上；接着将一台物理服务器虚拟成多台虚拟服务器，用于同时运行多个不同的操作系统；最后基于云桌面模块，为学生在个人PC 端开启虚拟机提供接口。学生通过远程访问，开启虚拟机，自主完成教学实践编程任务[13]。

图3 基于云平台的微机原理实践教学平台

在每学期的课程教学中，授课老师定期发布一学期的实践教学内容，规定实践项目完成时间，查看所有学生的实验完成情况，并发布实验成绩。选了该课程的同学，其名单将会出现在学生名单中，授课老师会给他们一定的权限。学生可在规定时间内查看指导书并完成实践项目。

在平时的学习中，学生只需通过PC 机登陆账号，即可进入云端实践教学平台。根据实践任务的不同，学生可申请获得一个长期或临时虚拟机。不同的虚拟机镜像对应不同的实验内容。虚拟机特性则决定了虚拟机的性能以及资源消耗。通过该线上实践教学平台，学生不必考虑PC 的配置，不必经历安装软件的繁琐过程，不必担心下课了来不及完成实验。学生学习更加弹性。不局限于课表安排，学生实践练习的时间大大延伸。随着学生实践练习频度和深度的增加，教学实践效果可显著提高。

在构建线上教学内容中，我们也可尝试游戏化教学，增加一些动画游戏任务；或在学习某些项目时，设置几个通关障碍（如观看视频时，跳出几个问题，回答好才能继续观看；实训项目中，只有完成一定项目，才能拿到打开下一个实训项目的密钥或者得到更多的提示等）。完成实践项目，变成了“升级打怪物”这样有趣、有吸引力的事情。

在这样的教学模式中，老师更多的角色是一名答疑解惑者，学生要想拿到学分，必须不断完成任务，为了完成任务，必须主动学习。学生在“逼迫中”主动学习，等学到一定程度，兴趣有了，学习的动力自然就足了。这样的教学模式，无疑能够有效提升学习效果。

3 云平台“线上线下双联动”教学模式在医学院校本科生中的应用

基于图1，课程团队创新设计了“理实一体+线上线下双联动”的教学模式。理论知识通过线上导入，线下答疑，线上回顾三个环节有序推进。实践教学通过线上实践（基本编程练习）为主，线下实践为辅（典型项目）的方式开展。

3.1 新教学模式的优势与劣势

基于云平台的新教学模式，通过线上线下双联动，打破了传统教学模式过分依赖有限课堂资源的壁垒，从时间和空间上扩大了课程学习的力度，便于增加学习内容的深度和广度。此外，基于云平台实践教学平台的应用，有助于实现真正意义上的实验室开放，有利于锻炼并提升学生的实践编程能力。同时，在有序的引导下，学生自主学习能力不断提升，为终身学习奠定基础。

但是，基于云平台教学模式的推广，教师需要做好更多的准备工作，需要动态跟踪并了解学生的学习情况，并据此定期发布新的学习内容，安排线下课堂教学内容[14]。在这一过程中，相比传统的课堂教学，不确定因素较多，可控性较差。同时，基于云平台的实践教学平台，没有外围接口电路设计相关内容，无法也不能完全替代线下的实践教学。另外，新教学模式的应用，学生需要发挥主体作用，能够自己合理安排时间和主动学习，这就要求学生有较好的自律性和主观能动性。而这并不是每一位学生能够做到的。因此，该教学模式更适合应用于便于管理的小班化教学。

3.2 新教学模式的推广及应用

目前，基于云平台的线上线上双联动教学模式在《微机原理及应用》课程中还在探索应用阶段。从目前的情况来看，线上教学平台的应用，在一定程度上帮助部分学生奠定了更加扎实的理论基础。实践教学平台的应用，更多的是为部分自主学习能力强的同学提供练习平台，为学生实践项目提供预习平台。但由于学生水平能力层次不齐，学生对线上资源接受程度不同等因素，传统的课堂教学仍然占主导[14]。基于此，该教学模式在本课程中的应用还需进一步的完善与推广[15]。

4 结论

BME 是理、工、医等学科交叉渗透的新兴学科，是应用最先进的理工科的理论与方法研究人的生命现象与规律。本文就目前医学院校BME 专业计算机类基础课程开展过程中遇到的困境，基于云平台技术，探索提出了一种新的课程教学模式。该课程模式，通过线上线下相结合，网络学习和课堂学习相驱动，充分打破时空界限，理论实践全方位实现在线教学。该教学模式的推广，有力于学生有效利用碎片化时间，提升学习效果。鉴于网络课程已经较为成熟，本文着重就实践教学的线上教学进行了思考，构建了了一种基于云平台的微机原理实践教学平台。在此平台上，基于远程托管的专用虚拟桌面，学生可随时随地访问云端服务器，完成实践练习。