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                  医学模式识别课程及学生自主学习训练

                   论文?#25913;?自主学习论文     更新时间:2019/4/6 9:09:30   

                  摘要“医学模式识别”是生物医学工程专业一门重要的专业课,对学生的数学和计算机基础要求较高,学生反映较为难学。为提升教学效果,我们在课程中安排了自主学习训练,结合教材设置了七个大作业,不限定程序语言,要求学生分组完成后汇报展示。从完成状况和考试成绩看来,自主学习能有效促进学生对知识点的理解和掌握,成绩显著提高。

                  关键词医学模式识别;生物医学工程;自主学习

                  1背景

                  现代社会是终身教育和学习化的社会,每个社会成员都需要有充分的学习欲望和足够的学习能力,?#21592;?#32456;身之需。自学,尤其是在帮助下的自学在任何教育体系中,都有无可替代的价值[1]。然而,传统教育的模式是教师讲学生听,以教师为中?#27169;?#23398;生的独立选择、决策、自主监控等能力都很欠缺。“医学模式识别”是中南民族大学生物医学工程学院为生物医学工程专业和医学信息技术专业开设的专业选修课程。该课程讲述机器学习方法的基本原理,及其在医学、生物学数据分析中的应用。该课程共32学时,全?#35838;?#29702;论课,涉及的数学、计算机知识较多,对学生的数学基础、计算机程序编写能力有较高的要求[2]。通过调查往届选修该课程学生的学习情况,发现学生往往局限在教师课堂理论课的教学中,学习缺乏主动性,课后缺乏相应的拓展和练习,造成概念含混不清,不能很好地理解各部分算法。同时,学生的动手实现能力也较差,不能将所学的内容学以致用,用于具体的问题中。这可能是因为传统教学方式中,学生大多处于被动地位,学生的主体性没有体现,学习方式上?#21592;?#21160;接受为主。教育学家杜威曾经说过,学校不只是学习知识的地方,学生需要在这里成长,实现人的整体性发展,因此,学生的学习方式直接关系着他的思维方式。鉴于此,我们对课程教学中进行了改革,在相关知识点的课堂教学后,设立了具有挑战性的学习任务,并尽量营造宽松的课堂氛围,以激发学生的学习热情。对于任务完成较好的同学,将他们设为榜样来促进学生的自主学习。

                  2内容安排

                  “医学模式识别”的授课内容较多,主要包含统计决策方法、概率密度函数的估计、线性判别和感知器、人工神经网络、支持向量机、特征选择提取和聚类分析等主要内容。考虑到课程的进度、学生的基础和时间,在本学期的实?#24335;?#23398;中,共布置了如下七个大作业,分别是:(1)疾病的最小错误率和最小风险的贝叶斯决策;(2)基因序列的统计决策和ROC曲线;(3)多种非参数估计的实现(直方图法、Kn近邻法和Parzen窗法);(4)Fisher线性判别的实现及其在脑电数据分析中的使用;(5)感知器算法的实现;(6)人工神经网络在脑电数据分析中的使用;(7)支持向量机在脑电数据分析中的使用。作业1至作业5,要求学生根据课堂上介绍的算法原理与步骤,课后自行编程实现,再对具体的生物医学数据进行分析。作业6和7涉及的算法较为复杂,学生直接实现有困难,因此教师在课堂上介绍并演示了相关的源代码或软件包,要求学生课后将之应用到具体的数据上。作业的难度?#26434;?#24046;别,根据学生基础的不同,?#30475;?#20316;业,学生课后大约需要花费2-5小时来完成。考虑到学生来自于生物医学工程和医学信息工程两个不同的专业,既往学习的内容不完全相同,学生完成作业时,没有限定程序语言,学生可?#26434;?#20219;何一种他们熟悉的编程语言来实现。在学期初,学生被划分成七个组别,每一个组被强制指定要求至少完成一次作业。被指定完成作业的组需要在作业布置后的一周内完成,且下次课上课时向大家展示作业是如何完成?#27169;?#24182;回答其他同学的问题。学生在完成大作业的过程中,有任何问题都可以通过电子邮件或来教师办公室沟通交流。同时也鼓励其他不在强制完成作业组别的同学踊跃完成作业,给予相应的平时成绩奖励。在作业完成的过程中,?#24247;?#23398;生动手完成作业的过程,对学生进行引导、鼓励和指正,不过分追求作业完成的速率。

                  3训练结果

                  本次训练,学生们的积极性较高,七个大作业共交上来31份报告。使用的程序语言包括,C/C++,Java,LabVIEW和Matlab等。虽然不同的程序语言都能够完成指定的作业,但当作业中涉及较多的数学运算时,C/C++和Java的代码量太大,容易出现各种意想不到的错误,Matlab?#25945;?#30340;优势要更明显一些。而LabVIEW的优点则在于能够快速搭建可视化界面和生成可执行程序,但数学运算对应的程序编写起来较为复杂。从完成的结果看来,部分同学具有良好的编程素养,变量命名清晰易懂,结构合理规范,还搭建了程序界面,将结果可视化输出。有部分同学程序基础较为薄弱,但仍然努力完成了任务,既熟悉了算法,也提升了程序编写水?#20581;?#37096;分同学还在教师给出的基本要求之外,额外将算法程序进行了推广。本次学生自主学习训练中,通过分组大作业,让学生根据课堂上所学的知识,综合编程能力和网上检索能力来解决实际的问题,一定程度?#31995;?#21160;了学生的积极性,也促使学生更深入地理解学习内容。在之前的两年,本课程开始形成大作业的雏形,但要求不太明确,完成作业的学生较少,期末卷面平均成绩仅有63和64分,与本次考试的卷面平均成绩76分差别较大。此外,在本课程中主动完成大作业的同学,卷面成绩大幅高于其他同学。主动完成作业同学的平均成绩达到91分,显著高于整体平均的76分。这个巨大的差异一方面反映出,在完成大作业的同时,进一步加强了学生的自主学习,使之对学习内容有了更加深入地理解;另一方面,这个差异可能也是由于这些同学学习主动?#21592;?#26469;就比较高,对问题的思考更为积极造成的。

                  4总结和展望

                  本次课程教学改革中,通过布置大作业的形式,调动学生的学习主动性,使学生在面临问题时积极主动思考如何提升自己的能力来解决问题,获得了较好的学习效果。但还存在以下一些问题,值得继续?#25945;幀#?)学生的参与度有待提高。从完成作业的情况来看,主动完成作业同学的比率还不够高,且随着教学进程的深入,主动完成作业学生的数量有逐渐下降的趋势。这可能因为学生平时学习任务较重,尤其在学期末面临着各种考试,无暇旁顾;也可能是随着学习进度的深入,前期有些问题没有扫清,后面问题?#20132;?#36234;多,只能放弃;还有可能教师没有进行积极有效的引导和建议,让学生心生退意。在以后的教学过程中,将留意问题产生的主要原因,并加以解决。如果是因为学期末学生学习压力较大导致,应尽量将作业往前安排;如果是因为问题的渐进性学生学习有困难,应及时帮助学生扫除,或增强作业的独立性;如果是因为教师缺乏合适的引导,应增强和学生的沟通,鼓励学生坚持完成。(2)学生自主学习的习惯有待提升。部分学生遇到一点小问题,就认为完成不了,不会利用书本和网上的资源主动解决问题,只会求助教师或者干脆放弃。这提示我们,学生自主学习习惯的培养,需要尽早开始,课堂上也要尽量向学生“授渔?#20445;?#24635;结各种常见问题,告知学生应该如何自行查阅处理。此外,教师也应尽量提升自己的专业知识水平,作业布置不能超出学生能力太多,又有一定的挑战性,最好是能够阶梯状地让学生渐进学习并完成。作业内容也需要具备一定趣味性和实用性,让学生在完成之后,增强自?#26639;?#21644;成就?#26657;?#36827;一步促进学生自主学习能力的提升。

                  参考文献

                  [1]陆燕.国外自主学习研究:回顾与思考[J].科教文汇,2015,12(334):24-25.

                  [2]郝冬梅,吴水才.医学模式识别课程建设的探索[J].医学信息学,2010,23(3):616-618

                  作者:周到 黄敏 单位:中南民族大学生物医学工程学院

                  • 参考文献:
                  学术网?#31456;?500余种,种类遍及
                  时政、文学、生活、娱乐、教育、学术等
                  诸多门类等进行了详细的介绍。

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