查雨彤,王 選,司博宇,李曉歐,嚴(yán)加勇
(上海健康醫(yī)學(xué)院醫(yī)療器械學(xué)院,上海 201318)
生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)是利用電子學(xué)去解決生命科學(xué)問(wèn)題的一門課程,在深化電子基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí),將生物醫(yī)學(xué)與工程緊密結(jié)合在一起。該課程作為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)課程體系中非常重要的一門專業(yè)必修課,學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中不僅要熟練運(yùn)用與醫(yī)學(xué)診療儀器相關(guān)的電子學(xué)知識(shí),更要在設(shè)計(jì)實(shí)踐中提升團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、建立產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和運(yùn)營(yíng)的體系意識(shí)。因此,學(xué)生既需要通過(guò)理論課構(gòu)建模塊化的知識(shí)框架,又需要利用實(shí)驗(yàn)鞏固理論知識(shí)體系?;诖?,本文提出以基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育理念(OBE)指導(dǎo)的生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)的課程設(shè)計(jì),探索其在混合式教學(xué)過(guò)程中的實(shí)踐方法。課程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)“四維融合”,即生命科學(xué)和電子學(xué)的融合、理論與實(shí)踐的融合、線上SPOC與線下設(shè)計(jì)課的融合、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與動(dòng)手實(shí)踐的融合,使學(xué)生建立對(duì)醫(yī)療儀器系統(tǒng)的認(rèn)知,提高工程技能。
隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和教育技術(shù)的發(fā)展,教學(xué)方式逐步豐富,傳統(tǒng)的課堂教學(xué)演變成理實(shí)融合、虛擬仿真、線上線下混合等多種多樣的教學(xué)方式。利用網(wǎng)絡(luò)、依托計(jì)算機(jī)或其他移動(dòng)終端開(kāi)展的線上教學(xué)活動(dòng),能讓學(xué)生更合理地安排學(xué)習(xí)任務(wù),靈活支配學(xué)習(xí)時(shí)間,適當(dāng)選取學(xué)習(xí)方法,充分地激發(fā)學(xué)生作為學(xué)習(xí)過(guò)程主體的主動(dòng)性、積極性與創(chuàng)造性。而線下教學(xué)活動(dòng)更多的是對(duì)于線上學(xué)習(xí)知識(shí)的鞏固和深化,通過(guò)實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)、實(shí)操檢驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)的牢固度和知識(shí)體系的完整度,依托面授過(guò)程完成查缺補(bǔ)漏和深度研討,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更加高級(jí)的教學(xué)目標(biāo),讓學(xué)生有更多機(jī)會(huì)在感性認(rèn)知層面參與學(xué)習(xí)。在此過(guò)程中學(xué)生通過(guò)協(xié)作解決驅(qū)動(dòng)任務(wù),其學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與創(chuàng)造性得到發(fā)揮,從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)的意義建構(gòu),而教師是意義構(gòu)建的幫助者和促進(jìn)者[1]。
在疫情常態(tài)化背景下,對(duì)線上線下兩種學(xué)習(xí)形式中的各種學(xué)習(xí)要素進(jìn)行有機(jī)融合,并運(yùn)用各種教學(xué)理論協(xié)調(diào)各個(gè)要素,充分發(fā)揮混合式學(xué)習(xí)的優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果的最優(yōu)化[2]。
OBE理念的引入不僅使生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)這門課的課程建設(shè)關(guān)注于知識(shí)的輸入和教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì),更注重教學(xué)成果的產(chǎn)出、學(xué)生學(xué)習(xí)效果的改善以及持續(xù)改進(jìn)的機(jī)制,具體體現(xiàn)在以下幾方面。
作為一所應(yīng)用型本科院校,我校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)以培養(yǎng)具有良好的人文素養(yǎng)和團(tuán)隊(duì)合作精神,受到扎實(shí)的特色專業(yè)理論和實(shí)踐能力訓(xùn)練,具備國(guó)際先進(jìn)醫(yī)療器械所涉及的機(jī)械和電子技術(shù)基礎(chǔ)以及為醫(yī)學(xué)應(yīng)用服務(wù)的能力,能從事醫(yī)療器械設(shè)計(jì)制造、應(yīng)用開(kāi)發(fā)并可擴(kuò)展到生物醫(yī)學(xué)工程相關(guān)領(lǐng)域的“醫(yī)—工結(jié)合”的工程技術(shù)應(yīng)用型人才為目標(biāo)。
而課程目標(biāo)也需要與人才培養(yǎng)目標(biāo)相統(tǒng)一,一方面,課程內(nèi)容需要與時(shí)俱進(jìn),使學(xué)生在修完本課程后了解前沿技術(shù)的先進(jìn)性;另一方面,需要使學(xué)生在學(xué)完本課程后具有適應(yīng)人才需求的能力。因此,對(duì)于課程目標(biāo)做了如下調(diào)整:在專業(yè)知識(shí)方面,要求學(xué)生將醫(yī)學(xué)知識(shí)與工程技術(shù)知識(shí)融會(huì)貫通,掌握生物醫(yī)學(xué)電子的分析和處理方法,了解典型醫(yī)學(xué)儀器電路與系統(tǒng)的相關(guān)原理和設(shè)計(jì)原則。在專業(yè)技能方面,要能夠運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)分析和處理實(shí)際的生物醫(yī)學(xué)問(wèn)題,能夠分析實(shí)際生物醫(yī)學(xué)需要,選用合適的電子器件,并具備分析和調(diào)試系統(tǒng)的能力,同時(shí)還需要有一定的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新實(shí)踐能力。另外,在專業(yè)素養(yǎng)方面,應(yīng)具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、敬業(yè)精神和職業(yè)道德。
針對(duì)OBE理念中課程學(xué)習(xí)成果(PLO),以SMART原則去制定學(xué)生的學(xué)習(xí)成果,并將學(xué)習(xí)成果基于布盧姆教育目標(biāo)按不同層次的要求進(jìn)行分類,見(jiàn)表1。
表1 基于布盧姆教育目標(biāo)指導(dǎo)下的PLO分類
表1中所示的是基于布盧姆教育目標(biāo)指導(dǎo)下,針對(duì)生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程將PLO按能力層次由低到高分為6類,分別是知識(shí)的記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造[3]。對(duì)于不同學(xué)習(xí)能力和目標(biāo)的學(xué)習(xí)者力圖達(dá)到學(xué)習(xí)成果的分層次個(gè)性化定制。
傳統(tǒng)的教學(xué)評(píng)估方案往往是以教學(xué)目標(biāo)為起點(diǎn),將所涉及的教學(xué)內(nèi)容、使用的教學(xué)方法和最后的教學(xué)效果成果自上而下進(jìn)行設(shè)計(jì)。雖然如督導(dǎo)監(jiān)督、領(lǐng)導(dǎo)同行聽(tīng)課、學(xué)習(xí)過(guò)程中問(wèn)卷調(diào)查、期末評(píng)教等可以使用的評(píng)估手段很豐富[4],但這些評(píng)價(jià)手段普遍重視教學(xué)行為而不是教學(xué)效果,缺乏以學(xué)生為中心的成果意識(shí)。因此,生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)的教學(xué)評(píng)估方案遵循基于成果導(dǎo)向的反向設(shè)計(jì)原則,即根據(jù)學(xué)生預(yù)期要達(dá)到的學(xué)習(xí)成果來(lái)評(píng)估。也就是說(shuō),根據(jù)不同層次學(xué)生應(yīng)該達(dá)到的學(xué)習(xí)成果,反推出課程的教學(xué)目標(biāo),進(jìn)而確定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)于過(guò)程考核的方案。將專家及督導(dǎo)考核、主管領(lǐng)導(dǎo)和同行聽(tīng)課、教師自我評(píng)價(jià)和學(xué)生評(píng)教全部納入教學(xué)產(chǎn)出成效評(píng)價(jià)體系,通過(guò)過(guò)程考核與改進(jìn)的有機(jī)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的按需調(diào)配。
成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與學(xué)生的預(yù)期學(xué)習(xí)成果匹配和統(tǒng)一,實(shí)現(xiàn)達(dá)成性評(píng)價(jià)。想要實(shí)現(xiàn)成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的可量化,首先需要教師幫助學(xué)習(xí)者建立對(duì)于學(xué)習(xí)成果的多層次預(yù)期達(dá)成目標(biāo),進(jìn)而根據(jù)所達(dá)到不同層次的學(xué)習(xí)成果對(duì)于生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程成績(jī)做出評(píng)定。達(dá)到不同層次,獲得的分?jǐn)?shù)也不同,而所達(dá)到的學(xué)習(xí)目標(biāo)將由教師具體化到客觀的題目,或者師生共同開(kāi)發(fā)的實(shí)踐性活動(dòng),尤其是高階的創(chuàng)造性項(xiàng)目。成績(jī)?cè)u(píng)定的主體可以是教師,可以是學(xué)習(xí)者,也可以是學(xué)生互相評(píng)價(jià),但無(wú)論評(píng)價(jià)主體是誰(shuí),都需要保證對(duì)于學(xué)習(xí)成果的評(píng)估要全方位、多維度進(jìn)行。在成績(jī)?cè)u(píng)定時(shí),任課教師要在學(xué)習(xí)過(guò)程中鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行自我思考和自由發(fā)揮個(gè)性,以培養(yǎng)學(xué)生項(xiàng)目過(guò)程管理意識(shí)。
成果導(dǎo)向的教學(xué)需要讓學(xué)生衡量能做什么、能做到什么程度[5-6],因此基于OBE教育理念下的生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)教學(xué)活動(dòng)安排要圍繞“成果”來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì),即從解決有固定答案的問(wèn)題出發(fā),逐漸培養(yǎng)解決開(kāi)放性問(wèn)題的高階能力。第一,在學(xué)習(xí)之初,教師要向?qū)W習(xí)者提供學(xué)習(xí)成果藍(lán)圖,即幫助學(xué)生了解多層次學(xué)習(xí)成果目標(biāo);第二,對(duì)于生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程教學(xué)而言,教師需要提供全部的教學(xué)資料,教學(xué)資料應(yīng)覆蓋整個(gè)生物醫(yī)學(xué)電子儀器相關(guān)的相互獨(dú)立、界限清晰的知識(shí)單元,以全面的模塊知識(shí)點(diǎn)作為支撐;第三,要使學(xué)習(xí)者“既見(jiàn)樹(shù)木,又見(jiàn)樹(shù)林”,學(xué)習(xí)成果既是學(xué)習(xí)的終點(diǎn),又是學(xué)習(xí)的起點(diǎn),教學(xué)時(shí)采取反向設(shè)計(jì)原則,以頂峰目標(biāo)為導(dǎo)向,將知識(shí)整合并以拆解的單元作為出發(fā)點(diǎn)作出反向設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的高階目標(biāo)。
為了使學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程內(nèi)容之前,了解生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)發(fā)展的歷程、關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展方向,掌握常見(jiàn)的醫(yī)療電子儀器主要的分類、技術(shù)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)原則和步驟,并幫助學(xué)習(xí)者理解醫(yī)學(xué)電子儀器的單元電路和整體電路的設(shè)計(jì)關(guān)系,本課程設(shè)置了相關(guān)導(dǎo)學(xué)內(nèi)容,以幫助學(xué)習(xí)者對(duì)于本課程的最終學(xué)習(xí)成果有正確預(yù)估。
教材內(nèi)容被重新安排了3級(jí)共17個(gè)模塊(見(jiàn)圖1),每個(gè)模塊2~4學(xué)時(shí)不等。其中,LEVEL 1作為導(dǎo)學(xué)部分,包含3個(gè)模塊,幫助學(xué)習(xí)者建立生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)的簡(jiǎn)要而概述性的認(rèn)知;LEVEL 2作為單元電路部分,包含11個(gè)模塊,介紹醫(yī)療領(lǐng)域常規(guī)醫(yī)學(xué)信號(hào)診療系統(tǒng)的通用性功能單元;LEVEL 3包含3種常見(jiàn)的生物醫(yī)學(xué)診療系統(tǒng)的實(shí)例模塊,幫助學(xué)生從復(fù)合結(jié)構(gòu)層次理解醫(yī)學(xué)電子儀器。學(xué)習(xí)者以實(shí)現(xiàn)某一類完整的生物醫(yī)學(xué)診療系統(tǒng)為目標(biāo),可以根據(jù)學(xué)習(xí)需求自行選擇模塊資源進(jìn)行學(xué)習(xí)并完成至少32學(xué)時(shí)的在線課程學(xué)習(xí)。模塊知識(shí)的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)以學(xué)習(xí)過(guò)程中完成性測(cè)驗(yàn)作為考核依據(jù)。
圖1 生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)在線學(xué)習(xí)資源的構(gòu)成
線下教學(xué)以“虛實(shí)結(jié)合”即虛擬仿真+動(dòng)手實(shí)踐的形式培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究和實(shí)踐創(chuàng)新能力。課程設(shè)計(jì)采用基于項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)法及安排見(jiàn)圖2,所有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容在實(shí)驗(yàn)室完成,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)由任課教師提供。
圖2 線下“虛實(shí)結(jié)合”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
虛擬仿真模塊是將某生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程以電路模塊分成不同的技能單元,將每個(gè)技能單元作為一個(gè)學(xué)習(xí)“子項(xiàng)目”,實(shí)行虛擬仿真單元式教學(xué)。學(xué)生在線上先修完SPOC中LEVEL1和LEVEL2相關(guān)知識(shí)點(diǎn)后,在計(jì)算機(jī)上使用Multisim14作為仿真軟件,對(duì)組成生理信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的常規(guī)模塊,包括放大器、濾波器、信號(hào)變換電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路等模塊進(jìn)行仿真。在完成“子項(xiàng)目”的過(guò)程中,學(xué)生可以深刻體會(huì)電路設(shè)計(jì)中各個(gè)子模塊性能參數(shù)指標(biāo)的控制和器件,尤其是集成化器件在生物醫(yī)學(xué)電子儀器中的使用方法,形成“器件解決”的設(shè)計(jì)思想。
動(dòng)手實(shí)踐模塊是將模塊化的“子項(xiàng)目”整合并實(shí)例化為生理信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的綜合性“項(xiàng)目”。在線上先修完SPOC中LEVEL3相關(guān)知識(shí)點(diǎn)后,學(xué)生可以自選傳感系統(tǒng)(電子器件由教師提供),以3人小組的形式完成心率/脈率檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、焊接、調(diào)試,實(shí)踐項(xiàng)目?jī)?nèi)容、性質(zhì)及進(jìn)度安排見(jiàn)表2。
表2 實(shí)踐項(xiàng)目?jī)?nèi)容、性質(zhì)及進(jìn)度安排
課程知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)采用SPOC的形式,要求學(xué)生先觀看并進(jìn)行重難點(diǎn)總結(jié)、答疑、討論。隨著SPOC的學(xué)習(xí),完成表2所示的7個(gè)項(xiàng)目。本課程綜合性、設(shè)計(jì)性、探究性項(xiàng)目數(shù)量≥85%,學(xué)時(shí)達(dá)到43.75%。學(xué)生不斷根據(jù)“項(xiàng)目”的需求來(lái)學(xué)習(xí),變被動(dòng)接受知識(shí)為主動(dòng)尋求知識(shí),使學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)構(gòu)建知識(shí)框架的同時(shí)極大地提高學(xué)習(xí)效率。
成績(jī)?cè)u(píng)定分成過(guò)程性評(píng)價(jià)和達(dá)成性評(píng)價(jià)兩部分,各占評(píng)分百分比的50%。其中需要說(shuō)明的是,課堂表現(xiàn)主要考查學(xué)生項(xiàng)目完成過(guò)程中獨(dú)立性、研修深度和師生互動(dòng)度;項(xiàng)目完成度評(píng)價(jià)分為完成并充分理解、基本完成和未完成3個(gè)等級(jí)。成績(jī)?cè)u(píng)定分類及標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。
本課程的教學(xué)評(píng)估方案遵循基于成果導(dǎo)向的反向設(shè)計(jì)的原則,即根據(jù)學(xué)生預(yù)期要達(dá)到的學(xué)習(xí)成果來(lái)評(píng)估。也就是說(shuō),根據(jù)不同層次的學(xué)生應(yīng)該達(dá)到的學(xué)習(xí)成果,反推出課程的教學(xué)目標(biāo),進(jìn)而確定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)于過(guò)程考核的方案。將專家及督導(dǎo)考核、主管領(lǐng)導(dǎo)和同行聽(tīng)課、教師自我評(píng)價(jià)和學(xué)生評(píng)教全部納入教學(xué)產(chǎn)出成效評(píng)價(jià)體系。
本輪課程改革針對(duì)我校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)生,面向2018級(jí)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本科生和2020級(jí)生物醫(yī)學(xué)工程(專升本)學(xué)生共計(jì)145人展開(kāi)。目前該課程于2021年6月完成授課,課程建設(shè)線上SPOC資源和線下實(shí)驗(yàn)資源兩部分課程資源,線上教學(xué)資源在“超星學(xué)習(xí)通”網(wǎng)站上開(kāi)放;線下教學(xué)以“虛實(shí)結(jié)合”即虛擬仿真+動(dòng)手實(shí)踐的形式培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究和實(shí)踐創(chuàng)新能力,所有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容均在實(shí)驗(yàn)室完成。
本課程的教學(xué)評(píng)估方案遵循基于成果導(dǎo)向的反向設(shè)計(jì)原則,即根據(jù)學(xué)生預(yù)期要達(dá)到的學(xué)習(xí)成果來(lái)評(píng)估。也就是說(shuō),根據(jù)不同層次的學(xué)生應(yīng)該達(dá)到的學(xué)習(xí)成果,反推出課程的教學(xué)目標(biāo),進(jìn)而確定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)于過(guò)程考核的方案。將專家及督導(dǎo)考核、主管領(lǐng)導(dǎo)和同行聽(tīng)課、教師自我評(píng)價(jià)和學(xué)生評(píng)教全部納入教學(xué)產(chǎn)出成效評(píng)價(jià)體系。
通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷的方式,學(xué)生在課前對(duì)于本課程學(xué)完后達(dá)到的能力層次做了預(yù)估,并在SPOC學(xué)習(xí)結(jié)束后和理實(shí)課程全部結(jié)束后分別對(duì)于個(gè)人能力層次做了評(píng)價(jià),人員分布見(jiàn)圖3。分析顯示,在課程學(xué)習(xí)之前,人員呈現(xiàn)金字塔分布,大部分學(xué)生對(duì)于獲得的能力只預(yù)期在低水平;隨著理論課也就是SPOC學(xué)習(xí)的進(jìn)行,大部分學(xué)生逐漸理解相關(guān)知識(shí),但能力停留在中等水平;當(dāng)實(shí)踐項(xiàng)目全部完成后,絕大部分學(xué)生能夠靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí),甚至能實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造和評(píng)價(jià),整個(gè)人員分布近于正態(tài)分布趨勢(shì),這對(duì)于本科生所能達(dá)到的能力水平來(lái)說(shuō)已趨于理想了。
圖3 不同階段能力層次評(píng)估結(jié)果人員分布
按照成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)145名學(xué)生過(guò)程性和達(dá)成性學(xué)習(xí)成果分別進(jìn)行評(píng)價(jià),總評(píng)成績(jī)按分?jǐn)?shù)段分別統(tǒng)計(jì),人員分布見(jiàn)圖4。通過(guò)分析可以看出,成績(jī)分布基本遵循正態(tài)分布,除個(gè)別缺考、緩考和未獲得考試資格的學(xué)生外,絕大多數(shù)學(xué)生通過(guò)本課考核。超過(guò)20%的學(xué)生分?jǐn)?shù)達(dá)到80分及以上,60%的學(xué)生分?jǐn)?shù)集中在70~79分。成績(jī)分布與課后能力評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致,誤差近似為5,也就是控制在5位學(xué)生以內(nèi),這表明成績(jī)能夠較為準(zhǔn)確地反映出學(xué)生的真實(shí)能力和水平。
圖4 分?jǐn)?shù)段人員分布與能力層次評(píng)估人員分布對(duì)比
本輪課程共有2位校級(jí)督導(dǎo),3位同行一線教師,1位教務(wù)管理人員聽(tīng)課。校內(nèi)督導(dǎo)評(píng)分平均90.2分,同行評(píng)價(jià)平均得分92.5分,教務(wù)管理人員打分優(yōu)秀,學(xué)生評(píng)教結(jié)果優(yōu)秀。主要存在的問(wèn)題集中在以下幾方面:(1)SPOC課程中的重、難點(diǎn)需要在線下課程中進(jìn)行深入討論;(2)綜合型實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)難度跨度大,需要對(duì)項(xiàng)目難度進(jìn)行梯度區(qū)分和調(diào)整。針對(duì)以上問(wèn)題,在下一輪課程前會(huì)進(jìn)一步完善。