唐懿文 陳珊珊 肖寒 謝銀月

摘要應(yīng)用智能云教學(xué)平臺(tái)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，對(duì)理實(shí)一體化SPOC課程缺失實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的問(wèn)題進(jìn)行了研究和實(shí)踐。針對(duì)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程，設(shè)計(jì)開發(fā)項(xiàng)目化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，解決了實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，硬件資源有限、教學(xué)效率低、無(wú)法遠(yuǎn)程教學(xué)等問(wèn)題，構(gòu)建一個(gè)“以學(xué)習(xí)者為中心”的理論和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的混合式教學(xué)模式。實(shí)踐表明，該模式師生認(rèn)可度高，對(duì)提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、自主學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)效率和創(chuàng)新實(shí)踐能力起到良好的效果，為線上線下混合式教學(xué)提供了一種可行途徑。

關(guān)鍵詞智能云平臺(tái);虛擬仿真;微機(jī)原理與接口技術(shù)

中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.34.012

Research on Microcomputer Experiment Teaching Mode of Medical Specialty Based on Intelligent Cloud

TANG Yiwen，CHEN Shanshan，XIAO Han，XIE Yinyue

（School of Medical Imaging，Shanghai University of Medicine & Health Sciences，Shanghai 201318）

AbstractApplying smart cloud teaching platforms and virtual simulation experiment teaching methods，the problem of the lack of experimental teaching links in the integrated SPOC course has been studied and practiced. In response to the technical experimental course of microcomputer technology for medical imaging technology，design and development of project-related virtual simulation experiments，solve the problem of hardware resources，low teaching efficiency，low-tech teaching，and construct a hybrid teaching mode combining “l(fā)earner-centered”theory and virtual simulation experiment teaching. Practice shows that the teacher-student recognition is high，and the ability to improve students' learning enthusiasm，autonomous learning ability，learning efficiency，and innovative practical ability，and provide a feasible way for online mixed teaching.

Keywordssmart cloud platform;virtual simulation;microcomputer principle and interface technology

醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)具有醫(yī)工結(jié)合的特點(diǎn)，目標(biāo)是培養(yǎng)復(fù)合型應(yīng)用人才。學(xué)生不僅需要具備臨床醫(yī)學(xué)知識(shí)，還需要具備工程知識(shí)。因此，授課團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)智能云平臺(tái)的應(yīng)用，結(jié)合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建基于SPOC的混合式教學(xué)模式，對(duì)課程理實(shí)一體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法進(jìn)行改革創(chuàng)新與實(shí)踐。

SPOC是線上線下混合式教學(xué)方案，采用在線教學(xué)功能輔助傳統(tǒng)課堂，彌補(bǔ)MOOC對(duì)學(xué)生約束力不足、教學(xué)適應(yīng)性不強(qiáng)等短板。[1]隨著“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的推廣，基于智能云的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)為混合式教學(xué)提供了技術(shù)手段，備受教育界關(guān)注戶通過(guò)課程資源的深度挖掘，教師將課程的重難點(diǎn)貫穿到在線教學(xué)視頻、互動(dòng)答疑、討論測(cè)試等形式中，通過(guò)尋求與傳統(tǒng)課堂的結(jié)合點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)線上線下的混合式教學(xué)。⑶通過(guò)教學(xué)設(shè)計(jì)，教學(xué)活動(dòng)由傳統(tǒng)“填鴨式”的知識(shí)傳遞轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)者自主的知識(shí)建構(gòu)，教師則把更多的精力投入到教學(xué)設(shè)計(jì)與反思中。[4]

1在線課程中的實(shí)驗(yàn)需求

微機(jī)原理與接口技術(shù)課程第一學(xué)期共48學(xué)時(shí)，其中理論32學(xué)時(shí)，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)，第二學(xué)期獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課32學(xué)時(shí)，開展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)。課程采用理實(shí)一體化教學(xué)模式，教師引導(dǎo)學(xué)生從“學(xué)會(huì)”向“會(huì)學(xué)”過(guò)渡，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力，因?qū)W生個(gè)體差異導(dǎo)致教學(xué)效果參差。因此，授課團(tuán)隊(duì)采用SPOC混合教學(xué)的模式，使學(xué)生能夠有更多的自主學(xué)習(xí)時(shí)間。

然而，多數(shù)應(yīng)用SPOC的實(shí)驗(yàn)課程因缺乏配套虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，往往采用線下實(shí)驗(yàn)實(shí)拍視頻作為在線教學(xué)資源，[5-6]而線下學(xué)生無(wú)實(shí)驗(yàn)條件，使得該環(huán)節(jié)收效甚微。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真和人機(jī)交互等技術(shù)，為SPOC在線課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了可行方案，學(xué)生可以自主安排線上實(shí)驗(yàn)時(shí)間、把握進(jìn)度，通過(guò)智能云平臺(tái)實(shí)時(shí)反饋，實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)和個(gè)性化學(xué)習(xí)。

2虛擬仿真實(shí)驗(yàn)方法

2.1線下實(shí)驗(yàn)器材的弊端

微機(jī)實(shí)驗(yàn)既要求學(xué)生掌握軟硬件的設(shè)計(jì)方法，也要求具備聯(lián)合調(diào)試能力。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求配備計(jì)算機(jī)、下載器和實(shí)驗(yàn)開發(fā)板等硬件設(shè)備，存在設(shè)備故障率高、損耗率高、型號(hào)更替等問(wèn)題，增加實(shí)驗(yàn)室維護(hù)成本。[7]由于配備有計(jì)算機(jī)的實(shí)驗(yàn)室多為公用實(shí)驗(yàn)室，多門課程同時(shí)開展教學(xué)，即使通過(guò)合理化管理，面向?qū)W生的課后開放時(shí)間也不足，想要進(jìn)行課后學(xué)習(xí)的學(xué)生很容易遇到時(shí)間沖突、缺乏專業(yè)指導(dǎo)等問(wèn)題，得不到良好的效果。

2.2虛擬仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

在高校教學(xué)中，計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)被普遍應(yīng)用，借助仿真技術(shù)設(shè)計(jì)開發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以節(jié)約成本，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)便利性。在微機(jī)原理與接口技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)中，仿真采用“Protues+ICC”軟件結(jié)合的方式，其中Protues是硬件仿真首選軟件，具有電路仿真、控制芯片及外圍電路系統(tǒng)仿真等功能，且支持第三方軟件的聯(lián)合開發(fā)，ICC作為實(shí)驗(yàn)核心微控制器的編程環(huán)境。[7]教學(xué)團(tuán)隊(duì)結(jié)合醫(yī)學(xué)影像設(shè)備特點(diǎn)，完成課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，解決了混合式課程中自主學(xué)習(xí)時(shí)間短、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地及設(shè)備資源緊張的難題，學(xué)生得以提高學(xué)習(xí)效率。

3基于“智能云”的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐

3.1課程資源的構(gòu)建

結(jié)合課程與專業(yè)特點(diǎn)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)整合理論知識(shí)點(diǎn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，結(jié)合課程思政元素，在線上教學(xué)資源中融入職業(yè)素養(yǎng)教育、創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)、團(tuán)隊(duì)合作精神培養(yǎng)等內(nèi)容。課程共包含課件60個(gè)、視頻98個(gè)、任務(wù)點(diǎn)100個(gè)和在線題庫(kù)300題，通過(guò)校內(nèi)統(tǒng)一智能云課程平臺(tái)——超星“學(xué)習(xí)通”發(fā)布課程。

課內(nèi)實(shí)驗(yàn)部分，教學(xué)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了8個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，結(jié)合醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景，將專業(yè)設(shè)備的介紹融入項(xiàng)目中去，為后續(xù)醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)等課程教學(xué)做好鋪墊。獨(dú)立實(shí)驗(yàn)部分，我們?cè)O(shè)計(jì)了2個(gè)與專業(yè)相關(guān)的綜合性實(shí)驗(yàn)，供學(xué)生自由選擇，鼓勵(lì)學(xué)生自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)附加功能。第一，“磁體溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)”項(xiàng)目，由于環(huán)境溫度變化會(huì)引起磁共振設(shè)備所采用的永磁體磁場(chǎng)漂移，導(dǎo)致設(shè)備不穩(wěn)定，因此實(shí)驗(yàn)要求系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)溫度顯示、溫度上下限監(jiān)測(cè)、異常報(bào)警和溫度調(diào)節(jié)的功能;第二，“掃描床機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”項(xiàng)目，掃描床廣泛應(yīng)用于大型醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)，主要作用是支撐患者及輔助設(shè)備、患者定位或上下掃描床，該實(shí)驗(yàn)要求控制掃描床的多軸運(yùn)動(dòng)，并具有位置顯示、移動(dòng)限位、緊急制動(dòng)等功能。這兩個(gè)項(xiàng)目均綜合運(yùn)用了通用I/O端口控制、中斷控制和定時(shí)器原理等相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目詳見表1，除了自編實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書外，每個(gè)實(shí)驗(yàn)均配備線上指導(dǎo)課件、操作視頻和參考資料，為學(xué)生課前預(yù)習(xí)提供必要引導(dǎo)。

3.2實(shí)驗(yàn)課混合式教學(xué)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)課的設(shè)計(jì)基于SPOC模式采用反轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)設(shè)計(jì)，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高教學(xué)效果。每個(gè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)均采用“任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法”，以學(xué)生為中心，教師作為教學(xué)過(guò)程的主導(dǎo)，從任務(wù)發(fā)布到課堂活動(dòng)再到課后評(píng)價(jià)反饋，環(huán)環(huán)緊扣，推動(dòng)學(xué)生完成知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)。[8]圖1是本課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)混合式教學(xué)采用的教學(xué)過(guò)程模型圖。

“課前學(xué)習(xí)”階段，教師發(fā)布任務(wù)，學(xué)生預(yù)習(xí)。教師首先通過(guò)智能云平臺(tái)上傳實(shí)驗(yàn)相關(guān)學(xué)習(xí)資料并發(fā)布實(shí)驗(yàn)任務(wù)，通過(guò)指導(dǎo)課件和視頻引導(dǎo)學(xué)生梳理知識(shí)點(diǎn)、合理安排實(shí)驗(yàn)步驟，通過(guò)在線互動(dòng)，把握教學(xué)班的預(yù)習(xí)情況，并梳理學(xué)生的疑問(wèn)及對(duì)應(yīng)重難點(diǎn)。學(xué)生通過(guò)虛擬仿真軟件預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)線上自測(cè)整理疑難問(wèn)題，通過(guò)云平臺(tái)反饋給教師。

“課堂活動(dòng)”階段，教師課內(nèi)指導(dǎo)，學(xué)生實(shí)踐。課堂活動(dòng)中用到的實(shí)驗(yàn)報(bào)告、評(píng)價(jià)結(jié)果等都依托于云平臺(tái)。課堂上教師根據(jù)課前預(yù)習(xí)階段的反饋，針對(duì)性的進(jìn)行個(gè)別指導(dǎo)或集中演示，強(qiáng)化教學(xué)效果?？紤]到學(xué)生之間的個(gè)體差異，課堂內(nèi)將發(fā)布多級(jí)別的思考題，鼓勵(lì)學(xué)生向上“夠一夠”，培養(yǎng)學(xué)生探索精神。學(xué)生通過(guò)虛擬仿真軟件完成實(shí)驗(yàn)步驟，解決預(yù)習(xí)時(shí)遇到的疑問(wèn)，形成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，特別對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生還需在課內(nèi)完成成果展示與匯報(bào)。

“課后評(píng)價(jià)”階段，教師評(píng)價(jià)反饋，學(xué)生討論。教師對(duì)學(xué)生開展線上線下綜合評(píng)價(jià)，發(fā)布討論題，點(diǎn)撥升華。學(xué)生在智能云終端可實(shí)時(shí)了解自己的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)，查缺補(bǔ)漏，參與討論。

3.3學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)與教學(xué)效果

不同于MOOC教學(xué)，SPOC可以整合線上線下的學(xué)習(xí)情況綜合評(píng)價(jià)，更客觀更全面，因此在實(shí)驗(yàn)的混合教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，各階段的互動(dòng)與反饋尤為重要，可以作為過(guò)程評(píng)價(jià)參考。對(duì)于本課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)包括過(guò)程評(píng)價(jià)與實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)，采用多維度評(píng)價(jià)體系，以求客觀立體的評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，具體分配如下：過(guò)程評(píng)價(jià)占70%（考勤占10%、課堂互動(dòng)占15%、視頻學(xué)習(xí)占35%、課件學(xué)習(xí)占5%、主題討論占5%），實(shí)驗(yàn)報(bào)告占30%。

通過(guò)對(duì)比，實(shí)行線下教學(xué)模式的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)2016、2017級(jí)學(xué)生與實(shí)行混合教學(xué)模式的2018、2019級(jí)學(xué)生，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)成績(jī)提升約20%，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中混合模式教學(xué)下的學(xué)生積極性、課堂參與度、成果展示效果、實(shí)驗(yàn)報(bào)告情況等均有一定程度的提高。根據(jù)調(diào)研，91% 的學(xué)生認(rèn)可混合式教學(xué)模式，通過(guò)學(xué)習(xí)通后臺(tái)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以2018級(jí)某班學(xué)生為例，開課期間學(xué)生訪問(wèn)量41359次，生均689次，預(yù)習(xí)完成率100%，可見混合式教學(xué)中學(xué)生學(xué)習(xí)積極性與主動(dòng)性得到提升。

4結(jié)語(yǔ)

基于智能云平臺(tái)的微機(jī)原理與接口技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)混合式教學(xué)模式的設(shè)計(jì)，注重教育理論的指導(dǎo)作用，建立線上和線下教學(xué)活動(dòng)的連接點(diǎn)，將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于SPOC教學(xué)，使高度依賴硬件設(shè)備的實(shí)驗(yàn)得以順利開展，大大提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)和課程定位，設(shè)計(jì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，建設(shè)優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，結(jié)合課程思政，提升學(xué)生專業(yè)認(rèn)知和職業(yè)素養(yǎng)，采用多維度的評(píng)價(jià)體系，有效激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)。該模式的推廣實(shí)施獲得了一定的成效，但存在一些值得思考的問(wèn)題：（1）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)無(wú)法完全替代硬件設(shè)備實(shí)驗(yàn)，考慮到學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)目標(biāo)與實(shí)驗(yàn)條件的限制，在獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課程中合理安排課時(shí)，分組開展硬件實(shí)驗(yàn);（2）教師工作量較傳統(tǒng)模式增加，特別在課程資源建設(shè)方面，教學(xué)團(tuán)隊(duì)成員還需做好合理分配。

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