BOPPPS教學模式在生物醫學圖像處理教學中的應用

畢迎春,白 羽,劉俊彤,蘇 洋,王培培,張 浩

(皖南醫學院 1.醫學信息學院;2.健康大數據挖掘與應用研究中心,安徽 蕪湖 241002)

在新工科、新醫科的背景下,人工智能、大數據、物聯網等新一代信息技術發揮著至關重要的作用,醫工交叉人才的缺口凸顯,培養醫工交叉人才成為各高校關注的焦點[1-2]。生物醫學圖像處理課程是醫學信息工程等醫工交叉學科的專業必修課程,特點是理論性和實踐性強,醫學、數學、計算機等多學科相關知識交叉融合在授課內容中[3]。在有限的學時內,既要掌握醫學圖像處理的理論基礎,又要應用程序設計語言實現相關算法,對學生和教師都極具挑戰性。

BOPPPS(bridge in-objective/outcome-pre-assessment-participatory learning-post-assessment-summary)是一種以學生為中心,圍繞6個教學環節,構建閉環教學過程的教學模式,近年來已被廣泛應用于課堂教學中[4-6]。石蘊玉等采用BOPPPS教學模型對數字圖像處理課程進行了教學設計[7];趙亞紅等在OBE理念下,對誤差理論與測量平差基礎課程應用BOPPPS教學模式實施教學[8]。馬立麗以線上教學資源為支撐,基于BOPPPS教學模式對Java程序設計課程進行教學改革[9]。

為解決傳統課堂的教學痛點問題,提高學生參與度,激發學生學習熱情,本研究通過回顧分析的方法,分析BOPPPS教學模式對生物醫學圖像處理課程教學效果的影響及促進作用。

1 對象與方法

1.1 研究對象 選取皖南醫學院醫學信息工程專業學生作為研究對象,2019級63名本科生為研究組(采用基于BOPPPS教學模式),男34名,女29名,平均年齡(21.49±0.78)歲;2018級64名本科生為對照組(采用傳統教學模式),男38名,女26名,平均年齡(21.66±0.84)歲。兩組學生均在大三下學期主修該門課程,基于教材、教學大綱、命題方案和形成性評價方案同等的條件下,布置相同的作業和實驗任務,確保期末考試試卷題型、題量、覆蓋知識點完全一致,僅圖像矩陣數據及題目描述方式不同[10]。兩組在性別構成和年齡上差異均無統計學意義(P>0.05)。

1.2 教學方法

1.2.1 傳統教學 理論課以教師講授為主,按照授課進程表,根據教材和課件進行課堂講授,對應教學大綱和難重點分配授課時間。實驗課依據理論課堂講授內容,以驗證性實驗為主,教師先演示,學生再上機實驗。

1.2.2 BOPPPS模式教學 依據BOPPPS教學模式,結合線上教學平臺雨課堂或超星學習通,將教學過程劃分為6個教學環節:①導入(bridge-in,B),選擇多種方式導入授課內容,吸引學生的注意力,如復習之前課程內容,過渡到新知識;結合授課內容,課前在線上發布預習課件或視頻,課上拋出問題;引入思政案例,如倫琴射線的發現過程;觀察分析待處理的圖像特征等。②目標(object,O),將學習目標進行細化,從知識目標、能力目標和價值目標三個層次,讓學生在學習新知識前對學習目標具有清晰的認知。③前測(pre-assessment,P),使用線上教學平臺發布和收集測試結果,教師通過學生完成測試的情況,判斷學生已具備的相關知識水平,進而對課程內容的難重點時間分配進行適當的調整。④參與式學習(participatory learning,P),線上教學平臺中的彈幕、隨機點名、討論、分組、投稿、投票、問卷等功能均為參與式學習提供了互動的方法。教師針對學生的共性問題進行講解,實驗內容不再先行演示,而是讓學生自己查閱資料,完成程序設計,實現實驗效果,教師以啟發、提示、答疑為主,同時鼓勵同學查閱文獻,了解最新圖像處理方法,進行課堂分享,開展線上、線下討論,學生能夠參與到課堂中,變被動為主動,激發學習興趣。⑤后測(post-assessment,P),可以課上針對知識點進行提問,也可以課后線上發布課后作業,促進學生對新知識更深層次的探討。⑥總結(summary,S),與學生一起,歸納本堂課程所學習的內容,梳理難重點,加深學生印象,并為下節課程做好鋪墊,可利用問卷形式,得到學生對本堂課程的反饋,為后續課程提供參考。

1.3 評價方式 以平時作業、實驗成績、期末成績和總評成績作為評價指標,均為百分制。平時作業能夠考查學生對理論知識的理解和應用程度,實驗成績能夠從多方面體現學生的實踐能力,包括資料查閱的能力、編寫和調試程序的能力,期末成績能夠檢測學生一個學期的整體學習成效。依據教學大綱,總評成績=平時作業×15%+實驗成績×15%+期末成績×70%,能夠反映學生的綜合素質。

2 結果

2.1 兩組學生成績比較 研究組平時作業、實驗成績、期末成績和總評成績均高于對照組,研究組與對照組的平時作業均值差為3.02分,實驗成績均值差為4.28分,期末成績均值差為3.78分,總評成績均值差為3.68分,見表1。

表1 兩組平時作業、實驗成績、期末成績和總評成績比較

2.2 兩組學生成績優秀率比較 兩組學生在平時作業優秀率上差異無統計學意義(P>0.05),研究組實驗成績優秀率、期末成績優秀率、總評成績優秀率均高于對照組,其中研究組實驗成績優秀率大幅度提升,超過對照組47.65%,見表2。

表2 兩組平時作業優秀、實驗成績優秀、期末成績優秀與總評成績優秀情況比較[n(%)]

3 討論

生物醫學圖像處理課程是醫學信息工程專業領域內一個重要的醫工交叉學科方向,實踐性強,覆蓋面廣,與當前人工智能技術結合緊密,和國家高精尖技術戰略發展高度契合,傳統課堂教學僅能讓學生完成基礎知識學習,對圖像處理算法僅能進行簡單的驗證性實驗,本研究基于BOPPPS教學模式的實踐表明,學生更愿意參與到以學生為中心的課堂中,不但能夠掌握基礎知識,還促進了對新知識、新技術的探究,提高了實踐能力,達到了較好的教學效果。

基于BOPPPS的教學模式,有效利用課前和課后時間,擴展課堂教學時間,讓學生能夠在課堂上分享自己查閱整理后的最新圖像處理算法資料,展示出自己完成的實驗效果,積極地參與到課堂中,對授課內容充滿探究性學習。BOPPPS教學模式的核心是參與式學習,在課程的教學設計中,結合線上教學平臺提供的多種互動工具,充分發揮學生的主體性,以教師引導+指導、學生探索+討論+獨立解決問題的形式,改變了原本以教師為主的課堂。

學生變被動為主動,明確了學習目標,對不懂的知識具有探究精神,線上能夠通過彈幕、討論、投稿等方式,反饋自己不懂的知識點,線下能夠查閱相關資料,并及時與同學或教師溝通交流,繼續探索相關算法的改進、新知識的應用等,提高了持續學習的能力。

教師進行角色轉換,利用線上教學平臺,發布各種學習資源,為學生指引學習方向;通過前測和后測反饋的情況,及時調整教學進度[11];充分挖掘線上教學平臺提供的工具,調動學生學習積極性,提高參與度;輔助學生完成資料查閱收集,指導實驗算法對比;探索教學模式的過程中,教師的教學能力得到了極大的提高。

通過基于BOPPPS教學模式的實踐,教師清晰地認識到角色轉換的重要性,“以學生為中心,關注學生持續發展”的課堂能夠獲得更多學生的參與和認可,后續將結合線上教學平臺,豐富教學資源,設計更多應用型案例,從多角度優化BOPPPS教學模式,不斷改善教學效果。