医学信息学课程案例库建设研究

戎军艳,刘 洋,刘天帅,张文立,杜 鹏,常小红,徐肖攀,卢虹冰

空军军医大学军事生物医学工程学系 军事医学信息技术教研室, 西安 710032

医学信息学课程(或称医学信息学导论)对提升医学生的信息感知和应用能力,达成“新医科”背景下的教学目标和要求具有重要的作用[1-3]。然而,医学信息学课程具有知识点多、内容抽象、跨学科、发展快的特点,而医学生信息技术基础较弱,难以将抽象的医学信息理论知识与实际应用相联系,教学中若缺少情景式知识渗透和医学信息应用案例,易导致学生对医学信息的分析和感知能力不足,进而影响其学习兴趣和高阶能力的培养[4-10]。

案例教学法是一种以案例为基础的开放互动式教学方法,最早起源于美国哈佛大学法学院[11-12]。案例教学法围绕教学目标,通过对真实世界的情境模拟或重现,将学生带入案例场景,通过独立的研究和讨论进行知识点的主动学习、探究和实践能力培养,提高学生分析、解决问题的整体思维能力。相比传统的课堂讲授法,案例教学法更符合“以学生为中心、以能力产出为导向”的新时代教学宗旨[12],有望提升学生的高阶信息素养,使学生更能适应未来职业发展的需要。目前,案例教学法已在医学、经济学、管理学、教育学等学科领域开展深入研究,在计算机基础课程、文献检索课程、程序设计等信息技术相关课程中已有成功的教学实践,深受学生的欢迎[11,13-16]。

案例教学法在医学信息学课程实验教学中也有过初步尝试[8]。研究者以医院信息系统多个模块为案例,结合“看—做—评”的三段式教学方法达到主动探索、巩固知识、提高能力的良好效果。然而,有关案例教学在医学信息学课程应用的研究还较少。案例教学法以案例库建设为基础,目前医学信息学课程所欠缺的就是对不同教学内容的不同层次、模块化的案例库设计,以及完整的案例库建设和教学实践。因此,文章开展医学信息学案例库建设研究,通过案例将医学信息学相关的概念、主要方法和应用场景贯穿其中,将抽象的概念形象化、分散的内容集成化、复杂的理论具体化,为学生提供身临其境的应用场景和切实可行的应用范式。同时,针对临床、护理等不同医学专业对案例库进行模块化设计和组合,引入医学信息相关知识点,加深学生对医学信息学在专业领域应用的理解,激发学生学习兴趣。进一步基于案例库建设研究对医学信息学课程内容进行系统化设计、优化,积累医学信息学案例资源,开展案例教学实践研究,提高医学生对医学信息的深层次认识和理解,培养医学生高阶信息素养,提升学生的实践能力和创新意识。

1 医学信息学课程案例库建设方案

1.1 医学信息学案例库建设分析和总体思路

案例库建设需要围绕教学目标开展。医学信息学是以医学中的数据、信息和知识为研究对象,采集、存储、检索并有效利用,以便在卫生管理、临床控制和知识分析过程中做出决策和解决问题的科学。医学信息学不仅包含医学信息特性和理论研究,还包含各种医学信息技术、各类医学信息系统、医学信息应用及医学信息学各分支学科等的研究,内容和教学主线多,知识点抽象、实践教学设计难。对医学生而言,考虑到其计算机基础较弱和未来职业需要,结合中国医学信息化建设实际,即医学大数据条件具备,但是医学数据的分析、共享和应用实践欠缺,设立空军军医大学医学类专业的医学信息学课程教学目标(包括知识、能力和素养目标),具体如表1所示。围绕该教学目标,课程中弱化了医学信息技术内容,强化了医学信息基础知识、医学信息系统及医学信息应用的内容,重在培养学生的信息思维以及医学信息感知、应用能力。在教学主线方面,课程围绕医学信息系统和不同种类医学信息应用两条线开展,前者是为了满足医学生未来工作岗位需求,后者是为了提高医学生信息素养和创新意识。通过教学内容和教学主线的设计,构建医学信息学课程整体框架,融入教学目标各要素,以实现医学生高阶信息素养的培养。

表1 医学信息学课程教学目标

如何设计融基础性、实用性、创新性为一体的案例并实现不同教学对象的案例筛选是案例库建设和教学实践的关键。为解决该问题,文章围绕上述教学目标和教学内容,将医学信息学案例分为基础知识、医学应用和前沿拓展三大案例群。基础知识案例主题为医学信息内涵、医学信息标准、安全与隐私保护;医学应用案例主要侧重能力目标的培养,包括医学信息系统案例(主要为电子病历系统)、临床决策支持系统案例(clinical decision support system,CDSS)、医学影像信息案例、公共卫生信息案例、生物信息案例;前沿拓展案例主要侧重学生创新意识培养,包括远程医疗案例、“互联网+健康医疗”案例、健康医疗大数据案例、数字化虚拟技术应用案例。三大案例群涵盖了医学信息基础知识、医学应用和前沿领域的众多内容,由浅入深、层层深入。在对基本知识形成一定认识之后,逐渐使学生融入医学信息各类应用实践中,在案例学习中构建信息思维和养成用医学信息解决医学问题的习惯。

不同专业对医学信息学内容的侧重点不同。医学信息学课程对象为八年制临床医学专业、五年制临床医学专业、四年制药学专业、生物技术专业、护理学专业。对于临床及护理专业学生,更侧重临床信息、电子病历系统等在内的临床信息学相关内容,而且八年制临床医学专业相较五年制临床医学专业,对科研和创新能力的要求更高;对于药学或生物技术专业学生,对数据分析的要求较高,也可涵盖部分医学管理系统相关内容。可见,针对不同的授课对象,案例库的选择也应有针对性。基础知识案例群适用于医学类所有学生。对于医学应用和前沿拓展案例,各专业学生可根据不同信息的类型筛选相关案例。例如:临床及护理学生可选择电子病历系统案例、CDSS案例、医学影像信息案例和前沿拓展案例群中的部分案例;药学和生物技术专业学生可优选生物信息案例、健康医疗大数据案例等。通过案例群的组合达到课程教学目标。

在建立了如上案例主题之后,按照图1所示的技术路线图开展案例库建设,包括目标分析、案例设计、案例构建、教学实践和教学评价五方面内容。

图1 案例库构建技术路线图

1.2 医学信息学案例库建设具体方案

1.2.1 案例设计

基于前期教学目标的分析,将案例库分为基础知识、医学信息应用和前沿拓展三大案例群。在后两者案例中考虑融入重要的医学信息概念和主流的医学信息处理技术,使医学生不仅理解医学信息的应用场景,而且了解相关的信息挖掘技术,提高多学科交叉融合能力。案例设计原则为围绕教学目标,综合考虑基础性、实用性、前沿性、创新性原则,将案例划分为不同主题,以匹配不同的教学对象。案例拟从前沿文献、临床实践和科研成果等途径获取。案例库形式拟结合word文档和多媒体形式。用word文档进行案例内容的编写,整体设置一到四级标题:一级标题为案例群名称(基础知识、医学应用、前沿拓展);二级标题为案例类型(如“医学影像信息案例”);三级标题为具体案例(如“基于CT影像的肺结节AI辅助检测系统”);四级标题为案例具体内容(包括案例信息、案例正文、教学说明等)。结合案例特点,用音频、视频、动画、图表等对案例内容进行展示。

1.2.2 案例构建

按照以上设计思路和案例主题,对案例内容进行细化。每类案例可包含多个案例,例如医学信息系统案例可包含医院信息系统、电子病历系统案例、临床检验信息系统、影像系统案例等;医学影像信息案例可涉及结构影像信息案例、神经影像案例、分子影像案例、多模态影像案例等。同时,案例库本身具有可扩展性,可根据实际需要更新或增加案例种类和数量。每个案例均包含案例信息、案例正文和案例教学说明三部分内容。案例信息包含案例名称、授课对象、案例类型(基础、应用、前沿等)、关键词、摘要、案例来源等;案例正文包含问题描述、主要方法、结果等;案例说明包含案例目标、适用课程、关键知识点、实施过程、课后思考题等。

1.2.3 案例教学实践

在授课中考虑授课前、中、后等环节,结合授课内容和案例特点,选择合适的教学方法分别处理案例引入、案例分析、案例总结等教学实践活动。

以医学信息系统案例为例,考虑教学效果,拟将医学信息系统按照“参观—操作—分析”的步骤进行学习。以学校附属医院或相关科室的数据中心为参观地点,带领学生开展研习和实际操作,然后进行分组讨论,对所参观的医学信息系统进行分析,主要包括系统有哪些功能、如何操作、信息如何记录及查询、有哪些优缺点等,引导学生正确地认识医学信息系统在医疗卫生服务中的作用及弊端,为其今后的工作打下基础。

1.2.4 案例教学法教学评价

构建多种课程效果评估策略,形成更能反映实际情况的闭环反馈通路。例如:结合课程考核结果和专家及学生的反馈,对案例内容和案例教学法实践进行评价;根据评价结果,对案例内容和案例教学法实践进行优化完善,对专家意见进行分析和针对性改进;利用课堂小纸条、调查问卷、“学生学完回头看”座谈等方式建立学生随堂反馈通路,加强过程性授课效果评估;利用课堂小纸条在学生上完课后收集类似“案例中学到的知识点、重要收获、对案例的意见建议”的问题,对案例教学效果进行实时跟踪;利用调查问卷对案例内容、形式、重要程度等进行统计,为案例优化提供参考。

2 医学信息学课程案例库建设成效与讨论

医学信息学案例库建设和案例教学实践有望提升医学生的医学信息学授课质量和高阶信息素养。通过系统构建模块化、层次化的医学信息学案例库并开展案例教学法深度实践,将抽象、枯燥的医学信息相关知识融入其中,提供应用场景和应用范式,引导学生充分理解各类医学信息的特点和应用领域,学会利用信息思维解决临床问题。教学组前期将中国电子病历基本数据集标准、腾讯医疗的“诊前、诊中、诊后的CDSS系统”以及影像组学在肺结节检测的应用等案例充分融入医学信息学教学中,采用互动式教学将学生带入案例场景,通过研讨引导学生主动学习、探究,培养其实践能力;通过思考题加强学生自学能力和创新意识的培养,达到很好的教学效果,得到学生的广泛认可。

案例库的构建和案例教学为医学信息学的差异化教学提供了可能性。根据不同的授课对象,例如八年制临床和其他专业的教学可选择不同的案例,在医学信息类型、案例内容的深度和应用领域上有所区分,以满足不同专业学生的能力需求。以上思路也为生物医学工程专业或其他相似专业的类似课程教学提供了教学内容改革和教学模式的参考,为培养创新型医学信息复合型人才奠定基础。

在成果方面,基于该文的案例库建设形成一套完整的医学信息学案例库。基于此,教学组将开发课程配套讲义或教材一份,形成特色教学资源,解决资源短缺问题。同时,拟进一步建设云案例库,提供共享和实时更新渠道,进一步完善案例库建设。该文总结的案例库建设思路和具体举措,也为同类型课程案例库建设提供一定的参考。

该研究尽管有以上成效和积极作用,但案例教学可能会带来教学内容和教学模式的变更,对常规教学产生一定影响。一方面,课程教学大纲可能需要相应的更新,主要涉及教学内容的更新,教学内容的排序和教学手段的变化,也可能引起学时的改变,或涉及理论课到实践课的变更;另一方面,由于没有成熟的教材可供参考,授课中可能没有完全匹配的教材,仅为学生提供案例、参考资料等。此外,为了更好地进行不同类型的案例开发和教学实践,教学组将会引入新的具有丰富教学经验的教员或外聘专家,加强多学科交叉合作,进一步提升医学信息学授课质量。