基于人機互融的智慧教學在組織學與胚胎學中的探索*

陳 晶 趙紫薇 楊美霞 程 云 韓曉敏

（包頭醫學院組織學與胚胎學教研室，包頭 014040）

隨著移動智能終端產品的普及，當代大學生從小就生活在手機、電腦、平板、電視的4屏時代，而“云計算+移動互聯網+4屏”聯動的時代已經來臨。2012年教育部印發《教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）》《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020）》提出了強化信息技術在高等教育中的應用?；诋敶畔⒒夹g如人工智能、互聯網+、大數據、云平臺等的發展，智慧教育應運而生[1]。人機互融的智慧教學是通過人工智能技術與教師教學相互融合。通過構建技術融合的學習環境，改變傳統教學模式，讓教師能夠施展高效的教學方法、管理制度，讓學習者能夠獲得適宜的個性化學習服務和美好的發展體驗，實現教學的數字化、網絡化、智能化、感知化、互聯化、信息化等[2]，使教師更為靈活多樣且高效地開展教學活動，使學生更為直接、便捷且積極主動地開展學習，以此實現創造型人才的培養[3]。如何能夠更加有效地利用人工智能、虛擬仿真等信息技術，更好地開展人機互融的智慧教學尚屬起步階段。如何在醫學課程中開展智慧教學，其相關研究較少?，F以基礎醫學課程組織學與胚胎學為例，探討智慧教學的改革之路。

1 基于信息化工具的人機互融的智慧教學

基于各類信息化工具，構建多角度、立體化的學習體系，使學習者能夠獲得感知、體驗、實踐為一體的學習體會，使學習者成為學習的主體。

1.1 基于優慕課平臺和自建資源開展小規模限制性在線課程（small private online course，SPOC）教學

SPOC是由加州大學伯克利分校的阿曼德?？怂菇淌谔岢龅膮^別于MOOC（massive open online courses）的一種教學模式。與MOOC的完全開放性不同，SPOC可以對學生設置準入條件，可以面向校內學生，教師完全介入到學生的學習，開展線上師生交流、答疑和討論，甚至根據學生不同的學習基礎，在課堂上針對某些關鍵知識點主動要求部分學生做一些特殊的思考，開展“面對面”的輔導。SPOC的核心理念是實行私有的、定制的、高質量的教學。

優慕課平臺是我校引入的綜合智慧教育平臺，是教育部首批教育信息化試點平臺，可助力構建院校信息化教學與管理支撐系統，為SPOC教學的開展提供信息技術和平臺支撐。自2018年開始，進行了優慕課平臺組織學與胚胎學資源建設與初步應用。目前形成了包括課程簡介、學習園地、課程活動、課程資源四大板塊。其中學習園地板塊以章節進行設置，比較符合學生的傳統認知特點。每個學習單元下設導學、教學課件、微視頻、案例教學、擴展知識和課外閱讀等欄目，學生可以根據自己的需要進行個性化自主學習。

課前通過優慕課平臺發布學習要求，通過課件、微課、視頻等完成課前自主學習安排（圖1A）。課堂上，教師通過講解、討論、翻轉課堂等形式展開教學活動；課后，通過平臺上題庫組卷，進行交互式習題單元測試（圖1B、1C），學生進行自我評價，以練固學；學生根據自身學習情況進行擴展資源自主學習；通過討論區進行疑難問題討論，教師和學生助教進行答疑，通過平臺進行課堂的延伸（圖1D、1E）。

圖1 基于優慕課平臺的智慧教學。A：優慕課平臺微課視頻訪問次數；B：優慕課平臺各階段測試分數；C：學生提交測試情況；D：優慕課平臺學生論壇活躍情況；E：學生論壇發帖、回帖情況.

1.2 基于雨課堂工具輔助開展課堂教學

雨課堂是嵌入PPT的小插件，只要手機安裝微信，學生掃碼即可進入“課堂”，非常便捷。隨著移動技術和智能手機的廣泛應用，雨課堂成為課堂教學中有效的輔助工具。在課堂教學中，通過“長江雨課堂”可以實時推送課件、習題發布，并能及時得到習題反饋。而實時、客觀、全面地反映課堂教學狀態、學生學習情況，正是一線教師的迫切需求。通過在雨課堂上推送試題，教師可以及時了解學生某個知識點的掌握情況，學生可以及時了解自己的學習情況及其他學生的學習情況。大數據的統計結果使得課堂上增加了很多“精密的儀表”，讓學生、教師一目了然。教師適時地開啟“彈幕”、“詞云”功能，讓更多的學生參與課堂討論，解決了大學課堂沉悶、教師唱獨角戲的問題，鼓勵學生表達自己的看法，讓學生積極參與課堂，讓學生成為課堂教學的主角。教師適時地啟用雨課堂“隨機點名”功能讓學生回答問題，使學生在課堂上緊起來、注意力集中起來、課堂活起來（圖2）。

圖2 基于雨課堂平臺的智慧教學。A：教學日志；B：基于雨課堂的隨堂練習；C：基于雨課堂的課件學習情況； D ：基于雨課堂的章節測試.

1.3 基于數碼網絡顯微互動教學系統的智慧實驗教學

高速發展的計算機和網絡技術與顯微鏡深度融合，構建了包括顯微鏡、教師計算機、學生計算機、教學攝像機、圖像處理軟件、網絡交換器等的數碼網絡顯微互動實驗教學系統。醫學形態學智慧實驗教學系統的運用，使組織學與胚胎學實驗教學方式發生了變革，給學生提供了獲取知識的新手段和新途徑。不僅可以使顯微鏡上所看到的圖像顯示到計算機，而且可以實現教師和學生的交流和互動。解決了以前基于顯微鏡和切片的實驗教學中細胞定位難、演示難、交互難的問題，使實驗教學更具活力，更能調動學生的積極性。

1.4 基于虛擬仿真技術的虛擬實驗室輔助實驗教學

2013年啟動開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作，目前虛擬仿真技術已應用于高校教學，可將原來玻片標本經過掃描形成數字化圖像，實現了“虛擬實驗室”。本校于 2016 年始陸續建設并升級了基礎醫學虛擬仿真實驗教學平臺，在教學實踐中發現虛擬實驗室的數字切片效果更好、結構更典型，可以成為課堂實驗教學的有益補充，進行線上、線下虛實結合的實驗教學。學生也可以不受時間、地點的限制，隨時隨地觀察數字切片。解決了實驗教學中玻片標本易褪色、易破碎、補充難的問題，解決了學習的時間和空間局限性的問題。

1.5 基于各類平臺的直播教學

自2020年新冠疫情爆發以來，疫情在某種程度上得到有效控制，但疫情反復以及隨之而來的后疫情時代將會在一定時間內繼續存在[4]。國務院新聞辦發布的《抗擊新冠肺炎疫情的中國行動》白皮書指出我國疫情防控進入常態化階段。對于高校而言，基于直播平臺的智慧教學給高校教育、教學帶來了挑戰和機遇，也充分檢驗了我國高等教育應急處理能力，充分展示了現代化信息技術的優勢。借助于各種直播平臺如釘釘、雨課堂、騰訊會議等開啟線上直播課，啟動“空中課堂”，做到“停課不停學”。并且可以對學生的上課回答問題、提交作業等情況進行數據統計分析。

2 基于信息化工具的人機互補的智慧考試

智慧考試評價體系的完善是智慧教育的一個重要組成。高速發展的計算機網絡技術、云平臺等技術為教學考核提供了技術上的支持，為多元化、多層次智慧考試提供可能。本課程理論學時40學時，實驗學時32學時，課程總評成績包括20%平時考核，20%實驗考核，60%理論考核。其中平時考核主要基于優慕課平臺自主學習情況和單元測試的數據統計、基于雨課堂平臺的課堂學習數據統計、基于數碼網絡顯微互動教學系統的階段考試幾部分；實驗考核主要基于數碼網絡顯微互動教學系統實現網絡機考、數據分析；期末考核基于考易題庫隨機組卷、數據分析。實現了考核形式多元化，考試過程智能化、試卷無紙化、數據分析自動化。

2.1 基于優慕課平臺、雨課堂平臺的在線單元測試、課堂測試

基于本校在線綜合教育平臺優慕課、雨課堂自建題庫約800題，能夠實現隨機組卷，交互式答題，讓學生隨時進行線上練習，隨時自我檢測，進行形成性評價，也能讓教師能夠及時掌握學生的學習狀態（圖1C，2D）。

2.2 基于數碼網絡顯微互動教學系統的階段考試、實驗考試

依托捷達科技 DML System“網絡顯微互動教學系統”，可以實現多功能、全開放的互動實驗室，通過考試模塊的加入可以實現在線考試，實現“網絡機考”。該考試模塊采用捷達公司合作開發的 B /S 架構，使用 asp.net mvc 4 Entity Framework 5 技術框架，采用 Windows SQL 數據庫[5]，自建了組織學與胚胎學階段考試題庫；將圖片編輯成試題，自建了實驗考試題庫。實現了在實驗室局域網中的在線考試、網絡機考，實現了試題隨機組卷、交互答題，實現了考試數據的批量處理、數據分析等。

2.3 基于考易平臺的期末考試

“考易”系統是南方醫科大學推出的，涉及醫學、藥學、英語等多個學科領域的綜合考試題庫[6]?？家紫到y較早地開展了題庫軟件的開發、題庫建設與應用，實現了考、教分離，實現了無紙化考試。由考試系統可直接對試題難易程度進行分析，對試題分布進行分析，對學生答題情況進行分析，并可以更新考試題庫。在原題庫基礎上，組織本教研室教師對試題庫進行再建設，增加了一些應用型、分析型、綜合性、案例型試題，并且在案例型試題中結合了本地多發病案例，使題庫更具特色，更有利于考核學生分析、比較、應用能力。原題庫僅包括理論部分考試題庫，基于平臺框架，又增加了實驗考試題庫，考查學生的識圖、辨圖能力，在疫情線上教學期間，使用手機、電腦等終端設備可以實現實驗考試隨機組卷，實現實驗考試在線考試，讓考試更加智能化。

3 效果分析

以20級臨床本科4～6班、10～12班為教改組，以20級臨床本科1～3班、7～9班為對照組。教改組開展基于優慕課平臺的SPOC教學，開展基于雨課堂平臺、虛擬仿真實驗教學平臺、數碼網絡顯微互動教學系統及考試題庫的人工互融的智慧教學，教改組與對照組師資配備相當、考核方式相同。

通過對學生總評成績統計分析，發現教改組20級臨床本科4～6班平均分為74.73，20級臨床本科10～12班平均分為73.6，2個教改班平均分無統計學差異；對照組20級臨床本科1～3班平均分為68.21，20級臨床本科7～9班平均分為67.04，2個對照班間也無統計學差異。而教改組的班級平均分明顯高于對照組班級，具有顯著性差異（表1）。

表1 教改組與對照組各班平均分情況（±s）

表1 教改組與對照組各班平均分情況（±s）

*P＜0.05 vs 對照組

組別n平均分對照組217 67.67±10.09教改組22874.16±9.82*

進一步分析教改組和對照組各分數段人數比例，其中教改組的學生成績在優秀和良好分數段中的人數比例明顯高于對照組，差異具有顯著性；在及格與不及格分數段中的人數比例明顯低于對照組，差異具有顯著性（表2）。而在中等分數段人數比例無顯著性差異。說明教改組學生成績在高分數段的比例更高，而不及格的學生比例更少。

表2 教改組與對照組各分數段人數比例（%）

對教改組學生進行問卷調查，回收有效問卷196份。其中認可SPOC教學改革的學生達90.82%，也有9.18%的學生不太喜歡這種混合式教學，這部分學生覺得自主學習會占用大量時間，費時、費力。其中有90.31%的學生認為通過智慧平臺線上資源自學，能提高學生的自主學習能力。

自2016年開始智慧題庫的建設和研究；自2018年，逐步開始優慕課平臺、雨課堂平臺等智慧工具用于課程教學的研究；自2019年開展虛擬仿真實驗教學平臺智慧教學的研究與實踐?；谔摂M仿真實驗教學平臺的使用，對20級臨床本科學生回收的171份問卷調查顯示，96.49%的學生認為虛擬仿真數字切片非常有助于理解微觀結構，對學習有幫助；學生很喜歡這種虛擬數字切片的形式，感覺非常便捷，虛擬數字平臺隨時開放，使學生的學習不受時間、空間的限制?；谥腔燮脚_的題庫測試，回收的171份問卷顯示，84.80%的學生認為階段考試可以督促學習，84.21%認為從題庫中隨機組卷形式公平、公正，75.44%的學生認為考試程序簡便、快捷，97.66%學生認為基于智慧平臺的交互式習題對學習有幫助，愿意采用這種方式做練習。對19級臨床本科學生回收的336份問卷顯示，85.42%的學生喜歡這種基于智慧平臺的交互式測試題。對近6年本課程7 559份回收問卷顯示，本課程教師97.06%善于使用各種教學手段，特別是多媒體、網絡等現代技術手段，學生對課程總體滿意度達99.31%。目前本校優慕課平臺中，本課程總訪問量排名第二，累計課程訪問量255 920次，平臺資源建設也得到了學生的好評。多種智慧教學工具、智慧教學平臺助力教學，使教學更具活力。

實踐表明，多樣化的智慧教學能為教學帶來活力?；谥腔劢虒W平臺可使師生之間、生生之間隨時隨地進行互動交流；基于智慧教學平臺可以通過各種題庫組卷，促進人機對話；教師也可以從各類智慧教學平臺中獲得大數據，并進行精準分析，從而更好用于指導教學實踐。智慧教學場景中的互動不僅體現在教師和學生之間的互動，同時也體現在學生與學生、學生與平臺、教師與平臺之間的互動上，這種互動性更強、交互方式更多元化。智慧教學也能實現精準教學，從智慧平臺上可導出學生學習數據，如學生課堂小測驗參與情況；單元測試情況、階段考試情況；以及自主學習資源情況，根據智慧教學平臺數據分析，找到預警學生，對這部分學生進行溝通、聯系、指導學習；也可以根據智慧教學平臺中呈現出的學習者學習偏好信息、學習風格、學習水平等數據，指導不同專業學生做個性化學習。智慧教學的多元性評價體系更能準確反映學生學習狀態，避免學生“臨時抱佛腳”，將課程學習作為常態化學習。

智能時代的到來顛覆了傳統教學方式，智慧教育也必將以其交互性強、診斷學習、個性指導、便捷學習改變傳統教學模式，增強課堂活力。同時也需要教育工作者不斷加強信息化技術手段的學習，不斷探索適合本學科、本課程的智慧教學模式，讓學習者能夠獲得適宜的個性化學習服務和美好的發展體驗。