顏紅梅,秦 龍

(電子科技大學 生命科學與技術學院，四川 成都 610054)

醫(yī)學信息學是一門通過計算機及相關信息技術完成生物醫(yī)學數(shù)據(jù)、信息及知識的存儲、組織、傳輸、處理、檢索和優(yōu)化利用等一系列醫(yī)學信息管理任務，輔助醫(yī)學領域的科研實踐，提高解決問題和制定決策的準確性、及時性和可靠性的學科[1]。醫(yī)學信息學概論也是生物醫(yī)學工程專業(yè)本科教學中一門重要的專業(yè)基礎課程，課程主要內(nèi)容包括醫(yī)院信息系統(tǒng)、醫(yī)學圖像傳輸與處理系統(tǒng)和醫(yī)學決策支持系統(tǒng)等臨床應用系統(tǒng)的功能及應用，涵蓋各種醫(yī)學信息的采集、存儲、傳輸、顯示、處理及利用等基本知識和技術，內(nèi)容多而雜[2-4]。另外，醫(yī)學信息學概論本身也是一門融合了信息科學和醫(yī)學科學的交叉實踐類課程，可涉及綜合應用所學的有關醫(yī)學、數(shù)據(jù)庫、軟件工程、程序設計語言及網(wǎng)絡技術等基礎知識和基本技能。課程具有應用性強、內(nèi)容多、信息技術更新快、實驗設計難、但對學生今后工作幫助大等特點[5-6]。這門課程在世界上受越來越多的醫(yī)科院校及工程類院校的青睞，國外很多大學專門設有醫(yī)學信息學專業(yè)本科、碩士及博士學位，以多種形式(理論+實驗/實踐)加強和鞏固該課程的學習[7-8]。截至2014年，我國開設醫(yī)學信息學專業(yè)的院校已達到59所，眾多高校(無論醫(yī)學院校還是理工院校)都面向本科學生開設了醫(yī)學信息學概論相關課程[9]。該課程經(jīng)過近三十年的發(fā)展和建設，雖然取得了一些成績[10]，但是該課程在教學中還普遍存在以下問題。

1)優(yōu)秀教材匱乏，教材建設的速度遠遠跟不上信息技術更新和發(fā)展的速度[11]。截至2017年，與醫(yī)學信息學概論相關的著作與教材總共不到40種，絕大多數(shù)教材針對對象是醫(yī)學本科生或信息管理類本科生，至今無一本專門針對理工類學生的著作或教材。

2)醫(yī)學信息種類繁多，既包括大量數(shù)字、文本類信息，也包含大量生理信號、醫(yī)學圖像及視頻流等多維多模態(tài)信息。相關信息處理及利用的軟硬件技術及網(wǎng)絡技術近年來發(fā)展非常迅速，理論教學中很難做到全面而新穎。

3)教學中很難做到理論與實踐的有機結(jié)合[12-13]。對于生物醫(yī)學工程專業(yè)的本科學生，本課程的先修或同修課程有C語言、軟件工程、數(shù)據(jù)庫技術和計算機網(wǎng)絡等，但學生學習這些課程時一般只能單獨了解和掌握基礎理論知識，缺少系統(tǒng)性的實踐與開發(fā)經(jīng)驗。如何將這些課程知識有機整合起來，是一個巨大的挑戰(zhàn)[14]。

從2003年開始，我們一直從事醫(yī)學信息學課程的教學工作，十幾年來，課程組不斷思考該課程在教學內(nèi)容、教學方式、教學技巧及綜合實驗應用等方面的改革和提升。考慮到醫(yī)學信息學科交叉實踐性強的特點，我們開始探索在授課同時，鼓勵學生設計和開發(fā)一些具有實際應用價值的醫(yī)學信息小系統(tǒng)，激發(fā)學生對本課程的學習興趣，同時也希望培養(yǎng)學生解決復雜工程問題與挑戰(zhàn)性問題的能力，增強學生綜合運用相關知識的動手能力，激活學生的挑戰(zhàn)因子，激發(fā)學生對課程的參與感，培養(yǎng)他們直面困難、挑戰(zhàn)困難、并克服困難的品質(zhì)。

為此，我們教學研討決定，從2014年開始，課堂教學之外，新增一項綜合實驗設計，讓學生動手設計和開發(fā)一個有一定挑戰(zhàn)性的醫(yī)學信息子系統(tǒng)。4年積累下來，我們在醫(yī)學信息學課程挑戰(zhàn)性實驗設計上已取得了一定進步，積累了一些經(jīng)驗，但同時也還存在一些問題和疑惑。下面我們將從本挑戰(zhàn)性實驗的設計目標、設計內(nèi)容、實施方案、實施效果和思考等幾個部分進行總結(jié)，期望與廣大同仁分享和交流。

1 挑戰(zhàn)性綜合實驗目標

通過對課堂上講授的HIS系統(tǒng)功能、工作流程和主要內(nèi)容的理解，綜合應用軟件開發(fā)語言、數(shù)據(jù)庫技術及軟件工程等知識，利用課余時間，分小組開發(fā)一個簡單的醫(yī)院門診掛號子系統(tǒng)，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生解決復雜工程問題與挑戰(zhàn)性問題的能力，增強學生的動手能力。

2 實驗內(nèi)容

本課程授課之前，生物醫(yī)學工程專業(yè)本科生已學習過C語言和軟件工程兩門編程類課程，同步正在學習數(shù)據(jù)結(jié)構、數(shù)據(jù)庫技術和計算機網(wǎng)絡課程，在知識和技術儲備上已有一定基礎。考慮到醫(yī)學信息系統(tǒng)是一個龐大的軟硬件綜合工程，我們選擇學生最為熟悉、工作流程最為簡單、最容易實施的醫(yī)院掛號子系統(tǒng)開發(fā)作為綜合實驗設計目標，即設計開發(fā)一個具有實際應用價值的醫(yī)院掛號信息子系統(tǒng)，要求系統(tǒng)具有登錄管理功能，具有權限管理功能，具有初診和復診掛號功能，具有一定的數(shù)據(jù)計算和統(tǒng)計功能，并要求每小組按軟件開發(fā)的流程從系統(tǒng)規(guī)劃、工作流程(業(yè)務流程)設計、開發(fā)工具選擇、數(shù)據(jù)庫設計、到編寫程序、再到系統(tǒng)調(diào)試、最后到系統(tǒng)測試，完成整個實驗過程?？紤]到學生學習能力、動手能力和興趣特長的差異性，挑戰(zhàn)性綜合實驗以小組為單位(3～5人/組)，開發(fā)語言不限，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)不限，掛號系統(tǒng)的系統(tǒng)架構不限，學生可設計為單機版、客戶/服務器版(C/S)、瀏覽器/服務器版(B/S)或手機APP等任何形式。

3 實施方案

在第一次上課時，布置綜合實驗任務，要求學生開始知識準備：1)準備自己最熟悉的編程語言，可以是Visual C++、JAVA、Html、Python、Javascript、J2ME等任何一種或幾種開發(fā)語言；2)準備自己最喜歡的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，可以是Oracle、Mysql、SQL Server、Access等任何一種；3)準備所需的計算機網(wǎng)絡或移動通信的基礎知識。

課程第5周時，通過課堂教學，學生已學習了醫(yī)院信息系統(tǒng)的工作流程、系統(tǒng)結(jié)構、功能、軟硬件技術和各子系統(tǒng)的設計及應用等基礎知識，并已上機觀摩體驗了部分醫(yī)院正在使用的醫(yī)院信息系統(tǒng)的結(jié)構和功能等具體內(nèi)容。此時，將具體的挑戰(zhàn)性綜合實驗內(nèi)容及要求布置給學生，即結(jié)合已學的醫(yī)院信息系統(tǒng)的基礎知識，認真分析醫(yī)院掛號信息子系統(tǒng)的工作流程和數(shù)據(jù)傳輸方案，利用軟件工程、數(shù)據(jù)庫技術和計算機網(wǎng)絡及通信等基礎知識和技術，設計開發(fā)一個具有實際應用價值的醫(yī)院掛號信息子系統(tǒng)。設計截止時間為課程第16周。

課程第17周時，按小組分別匯報并演示所開發(fā)的系統(tǒng)，評選出優(yōu)秀的軟件作品。整個挑戰(zhàn)性實驗時間和內(nèi)容進度安排如圖1所示。

圖1 挑戰(zhàn)性綜合實驗的時間和內(nèi)容安排示意圖

4 實施效果

總的來說，每一小組均能較好地完成綜合實驗規(guī)定任務，并且逐年更好。2014年第一次實施該挑戰(zhàn)性課程實驗設計時，學生們設計出的系統(tǒng)主要以C/S、B/S或單機結(jié)構為主，盡管開發(fā)語言各不相同，但功能上基本能實現(xiàn)權限管理、初診和復診掛號功能及簡單的數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能，系統(tǒng)界面簡潔清爽，小組成員之間分工明確，匯報展示條理清楚，學生們都表現(xiàn)出了較強的動手能力和綜合知識運用能力。部分成果和展示設計細節(jié)如圖2所示。

圖2 2014年挑戰(zhàn)性課程綜合實驗展示

到2016年和2017年，學生完成綜合實驗的質(zhì)量明顯提高，表現(xiàn)在系統(tǒng)結(jié)構形式更加多樣，除了C/S、B/S結(jié)構外，學生們開始嘗試各種手機掛號APP應用程序的研發(fā)，嘗試各種跨平臺系統(tǒng)設計，包括安卓系統(tǒng)、蘋果系統(tǒng)甚至Linux系統(tǒng)。還有部分小組開始不滿足于簡單掛號系統(tǒng)的開發(fā)，開始拓展一些新的子系統(tǒng)，如有的小組額外開發(fā)了醫(yī)院在線咨詢子系統(tǒng)，有的小組還開發(fā)了更加復雜的醫(yī)院信息系統(tǒng)，除了掛號及統(tǒng)計功能外，還具有門診醫(yī)生工作站和護理及藥房管理等功能，系統(tǒng)功能更加強大，設計更接近實際應用。部分成果如圖3所示。

圖3 2016～2017年部分挑戰(zhàn)性課程綜合實驗展示

5 總結(jié)與思考

通過四年的摸索，醫(yī)學信息學課程中挑戰(zhàn)性綜合實驗方案初步成形，從同學們匯報展示時的心得體會反饋來看，大家雖然覺得綜合實驗有一定難度，但是實驗是有意義的，經(jīng)過努力，是可以完成的，并且完成后的成就感和喜悅感讓他們更加自信。這幾年來，很多在綜合實驗中表現(xiàn)優(yōu)秀的同學，后來在申請出國留學時，在留學申請材料中，他們把本課程綜合實驗的經(jīng)歷作為非常重要的挑戰(zhàn)性實踐開發(fā)經(jīng)歷之一，從中可以看出大家對本挑戰(zhàn)性綜合實驗的認可。

總結(jié)本挑戰(zhàn)性實驗的經(jīng)驗，我們也受益匪淺，同時有以下5點體會和思考。

1)學生的學習能力和動手能力是無窮的，關鍵是怎么激發(fā)。在綜合實驗剛剛開始時，學生們普遍感覺難度太大，因為之前沒有動手編寫過較大較具體的軟件系統(tǒng)，學習C語言時只練習了簡單的獨個問題的解決，軟件工程學習時比較偏理論講解，具體動手機會則并不多。但是本挑戰(zhàn)性實驗的結(jié)果證明，他們完全能把數(shù)據(jù)庫、軟件工程、程序設計語言及網(wǎng)絡技術等知識綜合應用起來，解決醫(yī)院信息系統(tǒng)開發(fā)里的具體問題，展現(xiàn)出優(yōu)秀的動手實踐能力和創(chuàng)造能力。

2)驗證性實驗或練習性實驗并不等于開拓性實驗。醫(yī)學信息學課程中，我們也會讓學生上機練習醫(yī)院里使用的醫(yī)院信息系統(tǒng)，但是上機完成后，學生只能對系統(tǒng)的結(jié)構和功能有大概的了解，而系統(tǒng)具體怎么開發(fā)及完成的，學生并無深刻體會。只有經(jīng)過親自動手開發(fā)和調(diào)試測試后，學生才有更深刻的了解和認識，正如看電影和演電影是完全不同的體驗一樣。大學教育在2W+H(What/Why/How)教學模式中，多開展一些挑戰(zhàn)性實踐性實驗，是加強學生How認知的重要手段之一。

3)任務下達應該盡可能具體。本綜合實驗中，我們在任務下達時，盡量詳細地列出了系統(tǒng)需要實現(xiàn)的具體功能及要求，并給出了一些示例，供學生參考，學生在系統(tǒng)開發(fā)時，心中有一個大致的框架，才不會覺得茫然無措。

4)挑戰(zhàn)性實驗時間安排很重要。實驗所需開發(fā)語言和數(shù)據(jù)庫技術等知識準備需要一段時間，所以我們課程第一節(jié)課上就布置了自學任務，學生有一個半月的自學及準備時間。另外，軟件開發(fā)預留的時間有10周，讓學生從系統(tǒng)需求分析、系統(tǒng)架構、工作流程設計，再到代碼編寫、調(diào)試、測試，最后到項目展示，有充足的時間。期間，經(jīng)常詢問和了解學生的項目進展情況，如有困難和問題，可及時溝通和解決。

5)學生個體差異大，分組分工合作，可以發(fā)揮各自優(yōu)勢。本課程中，有的同學并不喜歡課堂講授，覺得講授內(nèi)容理論性太強，比較枯燥乏味，但是后來發(fā)現(xiàn)，他們的項目卻做得非常好，顯示出優(yōu)秀的動手能力。也有一些同學，理論學習很好，但實踐方面卻不知何處入手，分組完成任務可以一定程度上彌補他們這方面的缺陷。但是分組實驗也讓一小部分同學有機可乘，渾水摸魚。如何讓每一位同學都能親自動手，積極參與，是一個值得我們深思和繼續(xù)探索的問題。

6 結(jié)束語

醫(yī)學信息學是一門理論性和應用性都很強的課程[15]，通過設計和開發(fā)一個臨床醫(yī)院掛號子系統(tǒng)的綜合實驗，可以讓學生把開發(fā)語言、軟件工程、數(shù)據(jù)結(jié)構、數(shù)據(jù)庫技術和計算機網(wǎng)絡等課程內(nèi)容融會貫通，并解決實際應用問題。該課程四年的教學實踐結(jié)果表明，挑戰(zhàn)性綜合實驗能激發(fā)學生的學習興趣，能培養(yǎng)學生解決復雜工程問題與挑戰(zhàn)性問題的能力，能增強學生的動手能力，取得了良好的教學效果。

當然，醫(yī)學信息學挑戰(zhàn)性綜合實驗還處于探索過程中，設計內(nèi)容還需進一步優(yōu)化，實驗分工及實施細節(jié)還需仔細斟酌和監(jiān)督，應盡可能讓每一位同學充分參與及受益。另外，綜合實驗的完成質(zhì)量評價標準還需進一步完善，真正充分激活學生的挑戰(zhàn)因子。