基于ASP.NET的醫(yī)學(xué)病例PBL教學(xué)系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

王偉全，陸攀，曹均闊，張學(xué)平

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基于ASP.NET的醫(yī)學(xué)病例PBL教學(xué)系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

王偉全，陸攀，曹均闊，張學(xué)平

摘要：依據(jù)PBL教學(xué)模式，采用擴(kuò)展RBAC模型,設(shè)計(jì)“以問(wèn)題為基礎(chǔ)，以學(xué)生為主體，以教師為導(dǎo)向、以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)”的PBL教學(xué)系統(tǒng)模型。先描述PBL教學(xué)模式，再對(duì)醫(yī)學(xué)病例教學(xué)進(jìn)行需求分析和UML建模，詳細(xì)描述系統(tǒng)的主要功能模塊，最后，結(jié)合ASP.NET技術(shù)探討系統(tǒng)的架構(gòu)模型和實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：PBL；ASP.NET；病例實(shí)訓(xùn)；擴(kuò)展RBAC；緩存技術(shù)

陸攀（1996-），男，華南理工大學(xué)，學(xué)士，研究方向：智能算法、數(shù)據(jù)庫(kù)、手機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)，廣州，510006

曹均闊（1985-），男，海南師范大學(xué)，副教授，博士，研究方向：智能算法、數(shù)據(jù)庫(kù)、嵌入式開(kāi)發(fā)、手機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)，海口，571100

張學(xué)平（1963-），男，海南師范大學(xué)，副教授，學(xué)士，研究方向：智能算法、數(shù)據(jù)庫(kù)，海口，571100

0　引言

PBL（Problem Based Learning）最早由加拿大McMaster大學(xué)醫(yī)學(xué)院提出并開(kāi)始實(shí)施應(yīng)用，是一種以問(wèn)題為核心，以解答問(wèn)題為驅(qū)動(dòng)力，以分組闡述、展示、討論及相互交流為手段，以激發(fā)學(xué)生積極主動(dòng)自學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維為主要目標(biāo)的全新的教學(xué)模式[1]。近年來(lái)，PBL教學(xué)模式越來(lái)越多地被國(guó)內(nèi)眾多醫(yī)學(xué)院校研究并采用。傳統(tǒng)教學(xué)模式是一種灌輸式教學(xué)，即：先“教”后“學(xué)”，以老師講授為主，學(xué)生處于被動(dòng)接受的狀態(tài)[2]。醫(yī)學(xué)是實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，知識(shí)點(diǎn)繁雜，傳統(tǒng)教學(xué)模式越來(lái)越不能滿(mǎn)足學(xué)生學(xué)習(xí)的需要，畢業(yè)生的獨(dú)立分析與解決問(wèn)題能力、實(shí)踐能力和協(xié)作能力均亟待提高。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)醫(yī)學(xué)院校在實(shí)際應(yīng)用PBL教學(xué)模式的過(guò)程中，正努力探索如何更有效地借助飛速發(fā)展的信息技術(shù)，將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、多媒體技術(shù)與PBL教學(xué)模式有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。基于上述現(xiàn)狀，本文提出了一種新的基于ASP.NET的醫(yī)學(xué)病例PBL教學(xué)系統(tǒng)模型。

1　基于醫(yī)學(xué)病例的PBL教學(xué)系統(tǒng)模型

1.1需求概述

以PBL教學(xué)模式為依據(jù)，結(jié)合醫(yī)學(xué)病例教學(xué)的實(shí)際情況，系統(tǒng)的需求可以概括為以下7點(diǎn)，闡述如下：

（1）統(tǒng)一用戶(hù)管理，提供批量操作渠道，與教務(wù)系統(tǒng)無(wú)縫對(duì)接。

（2）醫(yī)學(xué)病例管理，配置醫(yī)學(xué)病例類(lèi)別、形式和參數(shù)，統(tǒng)一管理醫(yī)學(xué)病例庫(kù)。

（3）醫(yī)學(xué)病例實(shí)訓(xùn)管理，配置醫(yī)學(xué)病例實(shí)訓(xùn)形式、方式、環(huán)節(jié)和參數(shù)等，流程化管理病例實(shí)訓(xùn)。

（4）預(yù)警管理，設(shè)置參數(shù)指標(biāo)及預(yù)警閥值，提供手工或自動(dòng)向?qū)W生發(fā)出預(yù)警。（5）交流協(xié)作管理，采用討論板或即時(shí)通訊模式。（6）PBL個(gè)人空間，存儲(chǔ)PBL過(guò)程資料或自主學(xué)習(xí)資料，一種自我總結(jié)提高的博文空間。

（7）系統(tǒng)管理，按組織機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)與人員角色分配操作權(quán)限，保障數(shù)據(jù)安全和完整。

1.2UML建模

用例建模主要是分離出系統(tǒng)的活動(dòng)參與者（Actor）和用例（Use Case），方便用戶(hù)和開(kāi)發(fā)人員理解系統(tǒng)。用例是指對(duì)系統(tǒng)提供的功能的一種描述，而活動(dòng)參與者是那些可能使用這些用例的人或外部系統(tǒng)，通過(guò)用例圖可以描述出系統(tǒng)外部的執(zhí)行者、系統(tǒng)的用例，以及它們之間的聯(lián)系。結(jié)合1.1所概述的系統(tǒng)需求，可畫(huà)出UML模型圖，如圖1所示：

圖1　基于醫(yī)學(xué)病例的PBL系統(tǒng)UML建模圖

1.3功能分析與設(shè)計(jì)

根據(jù)1.1系統(tǒng)需求概述和圖1所示的UML建模圖，基于醫(yī)學(xué)病例的PBL教學(xué)系統(tǒng)主要包含學(xué)生管理、病例管理、實(shí)訓(xùn)管理、預(yù)警管理、交流協(xié)作、PBL空間、系統(tǒng)管理和個(gè)人事務(wù)等八大功能模塊，如圖2所示：

圖2　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)各功能模塊詳述如下：

（1）學(xué)生管理模塊

包含創(chuàng)建學(xué)生用戶(hù)、批創(chuàng)建學(xué)生用戶(hù)、注冊(cè)學(xué)生用戶(hù)、列出/修改學(xué)生用戶(hù)、刪除學(xué)生用戶(hù)和導(dǎo)出學(xué)生用戶(hù)六大功能。創(chuàng)建學(xué)生用戶(hù)成功后，教師可使用“注冊(cè)學(xué)生用戶(hù)”功能將學(xué)生注冊(cè)到自己所任教的課程中，實(shí)現(xiàn)學(xué)生與課程的關(guān)聯(lián)。

（2）病例管理模塊

醫(yī)學(xué)的分類(lèi)繁雜，故須先對(duì)病例進(jìn)行分門(mén)別類(lèi)，然后對(duì)號(hào)入庫(kù)。一個(gè)學(xué)科類(lèi)別可包含多個(gè)病例，一個(gè)病例可包含多個(gè)環(huán)節(jié)，一個(gè)環(huán)節(jié)可設(shè)置多個(gè)問(wèn)題，問(wèn)題的答案則根據(jù)教師的需要來(lái)設(shè)置，可單選、多選和不定項(xiàng)選擇。例如：病理學(xué)這門(mén)課下可設(shè)置病例一、二、三等，在病例一中可設(shè)置四個(gè)環(huán)節(jié):病史資料、查體資料、輔助檢查資料、診斷與治療。在每個(gè)環(huán)節(jié)下可設(shè)置多個(gè)不同難度系數(shù)的問(wèn)題供學(xué)生訓(xùn)練。

（3）實(shí)訓(xùn)管理模塊

實(shí)訓(xùn)管理模塊采用“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的模式，教師根據(jù)自己的實(shí)際需要從病例庫(kù)中抽取出病例，形成一個(gè)“任務(wù)”，然后將該“任務(wù)”分發(fā)給學(xué)生，可按班級(jí)為單位分發(fā)任務(wù)，也可對(duì)單個(gè)學(xué)生下達(dá)實(shí)訓(xùn)任務(wù)。實(shí)訓(xùn)任務(wù)分發(fā)前，需要對(duì)該任務(wù)的相關(guān)屬性進(jìn)行設(shè)置，如：嘗試次數(shù)設(shè)置、各個(gè)環(huán)節(jié)的過(guò)關(guān)分?jǐn)?shù)設(shè)置、任務(wù)截止時(shí)間設(shè)置、能否回退、是否允許學(xué)生提出異議、嘗試結(jié)束是否公布參考答案等。

（4）預(yù)警管理模塊

創(chuàng)新地引入預(yù)警機(jī)制，結(jié)合學(xué)生參與PBL討論及測(cè)試的成績(jī)、頻率、提問(wèn)數(shù)量、解答問(wèn)題數(shù)量等統(tǒng)計(jì)信息，任課教師有針對(duì)性地制定預(yù)警提示語(yǔ)，學(xué)生登陸后便可收到相應(yīng)的預(yù)警信息，便于教師整體把握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，起到引導(dǎo)與監(jiān)督的作用。除了手工定制預(yù)警信息外，系統(tǒng)還提供定制預(yù)警規(guī)則模板，以預(yù)警規(guī)則模板為依據(jù)，自動(dòng)觸發(fā)向?qū)W生發(fā)出預(yù)警信息，達(dá)到有效減少教師的工作量的目的[3]。

（5）交流協(xié)作模塊

包含討論板和即時(shí)通訊兩大功能，為學(xué)生提供兩個(gè)在線交流的平臺(tái)。討論板以課程分類(lèi)為依據(jù)，將整個(gè)討論板分割成不同的論壇，在每個(gè)論壇里，教師和學(xué)生均可發(fā)帖與回帖，可進(jìn)行師生交流和生生交流。教師在發(fā)帖時(shí)可以設(shè)置是否允許回帖、回帖次數(shù)、回帖間隔時(shí)間、回帖字?jǐn)?shù)限制、是否匿名、是否允許上傳附件等屬性。

（6）PBL個(gè)人空間模塊

PBL個(gè)人空間類(lèi)似騰訊空間或博客，是為學(xué)生提供一個(gè)虛擬空間，使其可以將PBL討論期間的學(xué)習(xí)心得體會(huì)、查找到的資料等信息記錄在自己的專(zhuān)屬空間，便于今后學(xué)習(xí)和查找。在PBL空間中，每個(gè)學(xué)生還配置了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)，方便其存儲(chǔ)個(gè)人資料。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)PBL空間中資料的數(shù)量和質(zhì)量給出評(píng)價(jià)，激發(fā)學(xué)生的自學(xué)的積極性和建設(shè)好自己的PBL空間的熱情。

（7）系統(tǒng)管理模塊

采用擴(kuò)展RBAC權(quán)限控制模型，該模型完全抽象于現(xiàn)實(shí)生活中，在傳統(tǒng)RBAC模型中融入崗位概念，按照“對(duì)人員定崗、對(duì)崗位授權(quán)”的思路來(lái)分配系統(tǒng)權(quán)限[4]。該模型創(chuàng)造性地引入“互斥崗位”概念，將用戶(hù)操作權(quán)限限制到具體的操作按鈕上，使不同崗位上的人員對(duì)同一數(shù)據(jù)的操作權(quán)限不相同，實(shí)現(xiàn)細(xì)粒度的權(quán)限控制，提高權(quán)限的獨(dú)立性、系統(tǒng)的靈活性和數(shù)據(jù)的安全性。

本期器材板塊展現(xiàn)兩組重量級(jí)“針?shù)h相對(duì)”，一組是APS-C高端機(jī)型的對(duì)比，選手分別是來(lái)自單反陣營(yíng)的尼康D500與來(lái)自無(wú)反陣營(yíng)的富士X-H1，等級(jí)一致的情況下，不同品牌不同結(jié)構(gòu)的機(jī)型對(duì)比起來(lái)非常有趣。另外一場(chǎng)對(duì)決是M4/3系統(tǒng)的“內(nèi)戰(zhàn)”，奧林巴斯和松下是此系統(tǒng)技術(shù)最成熟的廠商，它們的旗艦機(jī)型擁有非常相似的參數(shù)，然而兩個(gè)廠商又是如何制造出差異化的呢？

（8）個(gè)人事務(wù)模塊

個(gè)人事務(wù)模塊又稱(chēng)個(gè)人助理，主要包含修改密碼、修改用戶(hù)基本信息、個(gè)人日程表、通知、任務(wù)信息等功能。在此模塊中，用戶(hù)可接收到最新通知、最新任務(wù)，操作簡(jiǎn)單、便捷實(shí)用。

2　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

在UML建模和系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，采用當(dāng)前較流行的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，基于.NET平臺(tái)，使用C#、ASP.NET、Web Service和AJAX等技術(shù)，對(duì)該系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)。在此過(guò)程中，對(duì)共有的功能采用Web Service技術(shù)，減少重復(fù)編程的工作量。為了加快系統(tǒng)的速度和保證數(shù)據(jù)的一致性，使用了存儲(chǔ)過(guò)程和觸發(fā)器。

2.1架構(gòu)模型

本系統(tǒng)采用B/S 3層架構(gòu)模型。3層架構(gòu)即將整個(gè)系統(tǒng)劃分為表示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問(wèn)層，分層采用“分而治之”的思想，實(shí)現(xiàn)軟件工程學(xué)提倡的“高耦合、低內(nèi)聚”，有利于系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、擴(kuò)展、部署和維護(hù)，3層架構(gòu)模型圖如圖3所示：

圖3　三層架構(gòu)模型圖

表示層：負(fù)責(zé)同用戶(hù)進(jìn)行交互，只參與用戶(hù)界面與外觀顯示相關(guān)工作。業(yè)務(wù)邏輯層：負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)有效性的驗(yàn)證，保障程序運(yùn)行的健壯性。數(shù)據(jù)訪問(wèn)層：專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)操作數(shù)據(jù)庫(kù)，與數(shù)據(jù)庫(kù)交互，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行添加、刪除、修改、查詢(xún)等操作。

ASP.NET使用VS.NET平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)快速部署3層架構(gòu)，以C#作為后臺(tái)代碼語(yǔ)言。程序源代碼與WEB表單完全分離，編譯后發(fā)布使用，安全可靠。

2.2實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)與核心代碼

（1）關(guān)鍵技術(shù)概述

ASP.NET提供了在一個(gè)ASP.NET應(yīng)用程序基本上緩存信息的編程功能。該功能和Application對(duì)象相似，但它具有在ASP.NET應(yīng)用程序的生命周期內(nèi)動(dòng)態(tài)維護(hù)緩存信息的能力。在應(yīng)用程序中緩存數(shù)據(jù)可以極大地提高性能，因?yàn)閿?shù)據(jù)對(duì)于服務(wù)器是本地的，能夠被快速檢索。而不必重新查詢(xún)最初的數(shù)據(jù)源。特別現(xiàn)在的系統(tǒng)一般最大的瓶頸是在數(shù)據(jù)庫(kù)，合理利用緩存可以減少很多沒(méi)有必要的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)，從而優(yōu)化系統(tǒng)的性能。Cache對(duì)象提高了實(shí)現(xiàn)基于相關(guān)性的到期和回調(diào)通知的能力，回調(diào)通知允許在管理應(yīng)用程序的其他用戶(hù)或ASP.NET本身對(duì)緩存中緩存項(xiàng)的操作，如圖4所示：

圖4　Cache工作原理圖

使用Cache對(duì)象能夠存儲(chǔ)任何類(lèi)型(值類(lèi)型或應(yīng)用類(lèi)型)，然后再更新或刪除它們。Cache是比Application對(duì)象更靈活的一個(gè)對(duì)象。它支持基于相關(guān)性的過(guò)期和刪除、自動(dòng)的鎖定管理和回調(diào)機(jī)制。

（2）核心代碼片段

3　總結(jié)

本系統(tǒng)依據(jù)PBL教學(xué)模式，采用B/S 3層架構(gòu)模型，運(yùn)用ASP.NET和Cache緩存技術(shù)，充分發(fā)揮SQL存儲(chǔ)過(guò)程處理大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，有效解決了短時(shí)間內(nèi)大量用戶(hù)并發(fā)訪問(wèn)系統(tǒng)響應(yīng)的瓶頸問(wèn)題。游戲式的PBL病例實(shí)訓(xùn)模式有效地激發(fā)了學(xué)生不斷嘗試的激情與自主學(xué)習(xí)的興趣，自動(dòng)預(yù)警功能的引入配合了教師的教學(xué)監(jiān)督工作，減少了工作量，收到了良好的效果。本系統(tǒng)從2013年使用至今，運(yùn)轉(zhuǎn)情況良好，但仍有部分功能模塊有待完善。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：（2015.03.24）

作者簡(jiǎn)介：王偉全（1984-），男，海南醫(yī)學(xué)院，實(shí)驗(yàn)師，學(xué)士，研究方向：智能算法、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)，海口，571199

文章編號(hào)：1007-757X(2015)12-0044-03

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A