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1 醫(yī)學(xué)決策分析課程教學(xué)現(xiàn)狀

數(shù)字技術(shù)與學(xué)科課程整合已經(jīng)成為教育信息化進(jìn)程中的一個(gè)熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)[1-2]，醫(yī)學(xué)決策分析是一門理論抽象、方法較多以及應(yīng)用十分廣泛的課程[3]。面對(duì)醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)醫(yī)療政務(wù)的緊迫應(yīng)用需求，目前教學(xué)過程中普遍存在課時(shí)少、重點(diǎn)難和內(nèi)容繁多等教學(xué)問題。

“醫(yī)學(xué)決策分析”方法是醫(yī)學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)分析輔助決策和實(shí)踐的重要工具，是醫(yī)學(xué)生衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)課程的重要補(bǔ)充和拓展[4]。大數(shù)據(jù)時(shí)代，掌握決策分析的知識(shí)和技能已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的醫(yī)學(xué)信息類專業(yè)和預(yù)防醫(yī)學(xué)專業(yè)畢業(yè)生必備的基本素質(zhì)。學(xué)習(xí)決策分析的主要目的是培養(yǎng)計(jì)算思維能力，掌握基本的醫(yī)學(xué)信息決策分析方法，并能夠借助計(jì)算機(jī)軟件分析數(shù)據(jù)，充分利用和正確理解近30年來各種醫(yī)藥衛(wèi)生信息系統(tǒng)中沉積的海量數(shù)據(jù)。

然而，目前較為普遍的教學(xué)方式仍是教師課堂講解，分析模型用數(shù)學(xué)公式表達(dá)，學(xué)生被動(dòng)理解。加上課時(shí)相對(duì)較少，決策分析的模型和概念抽象、邏輯推理又很強(qiáng)，“決策分析課程”已成為各醫(yī)藥院校公認(rèn)的難教且難學(xué)的課程。教師的時(shí)間和精力主要花費(fèi)在教學(xué)內(nèi)容的多班次重復(fù)講授，難以分身研究學(xué)生的具體學(xué)習(xí)問題，課程中答疑解惑的有效時(shí)間相對(duì)較少；對(duì)學(xué)生而言，決策分析的概念和方法繁多且較為抽象，課程中的被動(dòng)聽課狀態(tài)使得學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力沒有得到充分鍛煉[5]。學(xué)習(xí)效果有待提高，學(xué)生對(duì)分析模型的理解有待加強(qiáng)，對(duì)自己的學(xué)習(xí)過程難以進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)和查漏補(bǔ)缺。

為此，需要對(duì)“醫(yī)學(xué)決策分析”課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式進(jìn)行深刻變革，以更好地滿足對(duì)人才培養(yǎng)的要求。動(dòng)畫作為信息技術(shù)中的重要組成部分，具有善于表現(xiàn)抽象內(nèi)容、“以形喻理”和“深入淺出”等特點(diǎn)。在醫(yī)學(xué)決策分析教學(xué)過程中運(yùn)用教學(xué)動(dòng)畫等能提高知識(shí)傳授的有效性。

2 抽象概念的動(dòng)畫設(shè)計(jì)在醫(yī)學(xué)決策分析課程中的應(yīng)用

按照教學(xué)大綱的要求，醫(yī)學(xué)決策分析課程中較為抽象的核心概念和教學(xué)重點(diǎn)是聚類分析與決策、關(guān)聯(lián)分析和決策樹分類決策[6]。

教師若能將以上內(nèi)容進(jìn)行可視化轉(zhuǎn)換，通過flash動(dòng)畫技術(shù)，采用文本、圖形和動(dòng)畫相結(jié)合的方式，將抽象概念形象化，使其更為直觀易懂，通過視覺認(rèn)知強(qiáng)化教學(xué)效果；能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深對(duì)抽象模型的領(lǐng)悟，有利于學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行理解和記憶[7]。

2.1 聚類分析二維三維動(dòng)畫

以“聚類分析”為例，參見圖1(a)和圖1(b)，從對(duì)二維散布點(diǎn)的隨機(jī)聚類中心點(diǎn)尋找開始，圖1(a)中的三個(gè)五角星是假定要聚成三類的初始中心位置，通過點(diǎn)之間的距離計(jì)算，中心點(diǎn)不斷移動(dòng)和迭代計(jì)算，到得出局部最優(yōu)解結(jié)束圖1(b)，使學(xué)生對(duì)劃分方法中的k-means聚類算法的尋優(yōu)過程有直觀的了解。該聚類動(dòng)畫過程使學(xué)生對(duì)隨機(jī)中心點(diǎn)選擇和算法尋優(yōu)的數(shù)學(xué)過程有進(jìn)一步的理解。

圖1 (a) 隨機(jī)聚類中心點(diǎn)尋找 (b) 聚類尋優(yōu)結(jié)束后的結(jié)果

以某市衛(wèi)生監(jiān)督所對(duì)該市六個(gè)區(qū)醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)機(jī)構(gòu)檢查評(píng)分結(jié)果聚類，三維坐標(biāo)代表3個(gè)指標(biāo)，它們分別是檢查扣分、區(qū)人均產(chǎn)值和區(qū)醫(yī)技人數(shù)，如圖2(a)和圖2(b)所示。

圖2 (a) 隨機(jī)聚類中心點(diǎn)尋找 (b) 聚類尋優(yōu)結(jié)束后的結(jié)果

從圖2可看出，被扣分?jǐn)?shù)少的區(qū)人均產(chǎn)值和區(qū)醫(yī)技人數(shù)情況均較好；被扣分?jǐn)?shù)多的區(qū)人均產(chǎn)值和區(qū)醫(yī)技人數(shù)情況均比較差。此結(jié)果為市衛(wèi)生監(jiān)督所制定醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)機(jī)構(gòu)檢查合格指標(biāo)提供了依據(jù)。

三維動(dòng)畫的聚類過程展示，能很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生視覺認(rèn)知潛能，提升從二維空間到多維聚類空間的抽象思維想象能力，上課時(shí)學(xué)生會(huì)要求重復(fù)播放這段動(dòng)畫，直到充分理解為止。

2.2 關(guān)聯(lián)規(guī)則和決策樹教學(xué)動(dòng)畫

關(guān)聯(lián)規(guī)則計(jì)算最基本的一項(xiàng)工作是計(jì)算頻繁項(xiàng)集，為此需要逐層搜索迭代。圖3是Apriori算法的迭代過程中的一步，它用不同顏色代表一個(gè)患者同時(shí)患有的不同病癥，通過動(dòng)畫將頻繁項(xiàng)集為1、2、3、4…項(xiàng)逐一展現(xiàn)，關(guān)聯(lián)的特性會(huì)一目了然，例如圖3中的肥胖現(xiàn)象很明顯地與各種慢性病“共存”。

圖3 關(guān)聯(lián)規(guī)則頻繁項(xiàng)集計(jì)算過程之一

決策樹算法是一種逼近離散函數(shù)值的方法。首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用歸納算法生成可讀的規(guī)則和決策樹，然后使用決策樹對(duì)新數(shù)據(jù)進(jìn)行分析[8]。根據(jù)計(jì)算G值逐層剪枝，剪掉一些G值較小的沒用的分支，決策樹剪枝結(jié)果如圖4所示。

用動(dòng)畫表現(xiàn)決策分析的數(shù)學(xué)方法的最大特點(diǎn)是生動(dòng)明確地分層展示計(jì)算數(shù)學(xué)中的每個(gè)迭代過程，使原本對(duì)醫(yī)學(xué)生晦澀難懂的集約型數(shù)學(xué)公式按其計(jì)算順序?qū)訉诱归_，視覺認(rèn)知使抽象的概念形象化[9]。

圖4 決策樹的剪枝過程之一

3 醫(yī)學(xué)決策分析課程動(dòng)畫教學(xué)效果

計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析大多存在迭代計(jì)算的過程，用動(dòng)畫來解說迭代計(jì)算概念，視覺展示“淋漓盡致”。將這些演繹基本決策分析概念的動(dòng)畫作品放入相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的拓展資源中，拓展了學(xué)生的學(xué)習(xí)視角[10]。

我校本學(xué)期的動(dòng)畫教學(xué)試點(diǎn)在視覺認(rèn)知、迭代過程剖析和教學(xué)探究等3個(gè)層面上，針對(duì)醫(yī)學(xué)決策分析教學(xué)重點(diǎn)講解，合理進(jìn)行了教學(xué)認(rèn)知的二次設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)的直觀傳遞。教師將豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和精髓體現(xiàn)于教學(xué)動(dòng)畫的剖析過程中，積極引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題，有助于培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力和自主學(xué)習(xí)意識(shí)。視覺認(rèn)知教學(xué)對(duì)于信息化環(huán)境下的教學(xué)改革具有積極的促進(jìn)作用。

對(duì)醫(yī)藥院校學(xué)生講授數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)算法在醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用，數(shù)學(xué)的高度抽象性往往是教學(xué)的難點(diǎn)。本文在教學(xué)媒體和策略方面做了一些探索，受到學(xué)生歡迎。但僅有3個(gè)動(dòng)畫模型，豐富性和全面性還很不夠，且受限于制作者對(duì)模型的理解和制作腳本的設(shè)計(jì)水平，還需要不斷地優(yōu)化和完善。