基于POGIL模式的“醫學儀器原理”課程教學改革探索

【摘要】簡述了醫學儀器原理課程教學過程中存在的問題，將POGIL模式引入到該課程教學中，精心設計POGIL內容，激發學習興趣。為了評價POGIL教學效果，改革考核方式。教學實踐表明，該課程的教學改革激發了學生的學習興趣，提高了學生的學習積極性和主動性，收到了較好的教學效果。

【關鍵詞】POGIL模式 醫學儀器原理 教學改革

【中圖分類號】G642.0 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）22-0227-02

1.引言

醫學儀器原理是生物醫學工程專業的一門重要的專業必修課，也是一門核心的專業技術課[1]。該課程內容涉及到電子技術、計算機技術、單片機技術、醫學傳感器、生理學、信號處理、數字圖像處理等相關課程，覆蓋的知識面寬，具有內容抽象、綜合性強、實踐性強等特點。采用傳統的“灌輸式”、“填鴨式”教學模式，以教師為中心，照本宣科地講授醫學儀器的基本概念、工作原理，學生學習的興趣不高，教學效果不理想、學生難以聽懂、難以培養學生的實踐能力，因此需要對傳統教學模式進行改革。

為了改變這一現狀，出現了一種新的教學理念和方法——POGIL（Process Oriented Guided Inquiry Learning，面向過程的指導型探究學習法），融合了關于學習過程和學習結果的理論[2]。POGIL是一種面向過程的引導型探究學習法，是以學生為中心的教學策略[3]。學生分組學習，每個人都有一個角色來確保所有學生積極參與到學習過程中。目前POGIL模式主要應用于生物化學、物理化學、藥物化學等課程的教學過程中[4-6]，收到了較好的教學效果，POGIL模式能夠極大地提高學生學習的興趣，活躍課堂氣氛，提高學生的學習積極性和主動性。我國對POGIL的相關研究非常少，管華等將POGIL引人到藥物化學教學中[6]，劉玉紅等將POGIL教學法應用于藥物合成教學中[7]，提高了學生學習的興趣，收到了較好的效果。尚未見到有關將POGIL模式應用于醫學儀器原理課程教學的報道。本文將POGIL教學模式引入到醫學儀器原理課程的教學中，在教學內容、教學手段、考核方式等方面進行改進，提高教學質量。

2.POGIL教學模型

POGIL是一種學生圍繞一定的問題、情景，在教師的指導下進行引導型探究學習模式，在學習過程中，教師不僅教會學生知識，更重要的是教會學生學習新知識的方法。在這種以學生為中心的學習模式下，學生自由組成學習小組，充分發揮每一個學生的潛能，使每一個學生都能夠完全融入到學習的氛圍中去，學生不再是被動地接受知識的灌輸、死記硬背有關知識，而是通過過程引導型究學習，培養學習技能。POGIL的課堂活動利用指導性探究的學習理念來設計，學習循環包括概念的探索、形成和應用三個環節，如圖1所示。學生用這些活動來指導他們建立新知識，這就需要教師認真設計POGIL 的每一個環節，教師作為學習引導者與推動者，觀察學習進展，并及時解決學生學習需要。在探索環節，學生搜集材料和數據，提出假設，理解和解釋數據。在概念形成環節，利用這些假設定義新的概念和術語，重要的是在概念引入之前，學生已經理解了這些材料和假設。在應用環節，將這些新概念應用于其他條件下，幫助學生概括這些新概念的含義及其適用場合。通過精心設計科學的POGIL教學活動，使學生積極參與到學習過程中，引導學生建立新知識。這樣的學習模式，使學生不僅掌握了課程內容，更重要的是培養了批判性思維能力，解決問題能力以及進行人際交流的能力。

需要強調的是，POGIL活動的設計有兩個關鍵方面。首先，必須為最初的“探索”提供足夠的適當信息，以便學生能夠去探索概念。其次，指導性的問題必須以精心的方式進行排序，不僅讓學生得出適當的結論，同時還要實施和開發各種過程和學習技能。通常情況下，前幾個問題是建立在學生以前的知識基礎上的，并且直接關注模型提供的信息。隨后是旨在幫助學生加強對數據的關系和模式的認識，對一些概念進行拓展。最后是將這些概念應用于新情況，并引導學生對新知識和新理解進行概括總結。因此，POGIL活動遵循探索、概念形成和應用的學習周期的結構，并且在建構主義方面具有強大的基礎[9]。

3.優化教學內容

醫學儀器原理是生物醫學工程專業必修的主干專業課，教材以李天鋼編著的《生物醫學測量與儀器：原理與設計》[10]為主，該書主要內容為包括現代醫學儀器概論、生物電極和醫學傳感器、生物電測量及儀器、生理參數測量及儀器、病房監護系統、心血管系統治療與修復裝置、醫學影像成像設備、醫學儀器的安全與認證管理和微機化醫學測量儀器等。目前該課程教學內容方面存在的問題主要表現：（1）該課程涉及的知識面廣，內容比較抽象、綜合性強、實踐性強，而且課程內容多、課時有限；（2）醫學儀器發展非常快，越來越先進，課程部分教學內容顯得有些陳舊，需要對教學內容教學更新。因此需要對教學內容進行調整和優化，突出重點，以利于POGLIL活動的組織和開展。

本文對教學內容做了如下調整：（1）突出重點。由于生理信號屬于微弱信號，信號弱、如何有效去除生物信息中的噪聲和干擾，是醫學儀器原理課程的重點內容。圍繞生理參數的特點，結合傳感器的性能要求、對生物前置放大器的要求，重點介紹低噪聲前置放大器的設計、去除噪聲和抗干擾技術。在介紹生物電測量及儀器時，重點介紹心電圖機和腦電圖機的電路原理，深入討論醫學儀器的組成、特點和工作原理。（2）補充新的內容。醫學儀器發展很快，不斷有新方法和新技術產生，應該及時把新技術、新方法增加到教學內容中，以體現教學內容的先進性和實用性。增加了醫學儀器的小型化、智能化、低功耗方面的內容。（3）理論與實踐相結合。目前實驗大多采用實驗箱，多以驗證性實驗為主，學生在設計方面訓練不夠，不利于學生實踐動手能力和創新能力的培養。我們利用實驗室開放基金項目，設置一些與課程內容密切相關的設計性實驗，讓學生動手去設計這些實驗項目，既有利于學生加深對理論教學內容的理解，又鍛煉了學生的動手能力、分析問題和解決問題的能力。

4.POGIL教學實踐

將POGIL模式引入醫學儀器原理課程教學，應該根據課程特點，兼顧理論教學和實驗教學，開展教學改革和實踐探索，充分發揮POGIL模式的優點，培養學生的創新能力。在該課程的前兩次課上，首先概況介紹課程的知識體系、重點及難點內容以及需要同學們掌握的內容，然后向學生介紹課程的教學方法——POGIL教學模式，讓學生充分了解該方法的教學過程以及需要同學們密切配合的工作。

4.1 科學化分組

POGIL模式要求每一個學生都能夠完全融入到學習的氛圍中去，這就要求進行科學化分組。首先同學們自由選擇組成學習小組，每組3-4人，并承擔各自的職責，每人都有自己的角色來保證學習任務的順利開展。教師作為學習引導者與推動者，促使學生充分參與到學習過程中，幫助每一位學生進行有效的學習，觀察學習進展，并及時解決學生學習需要。

4.2 精心設計POGIL內容

建構主義理論認為，教育應該從學生可能熟悉的內容與經歷出發，以便與他們已有的知識結構聯系起來[11]。新內容的提出應該與實際應用有關，并與學生已有的背景知識領域相關聯，而不是抽象地提出來。

為達到教學效果，需要根據教學大綱要求，梳理出需要學生重點掌握的知識點，精心設計POGIL內容，引導學生進入過程學習。教學過程中發現心電圖導聯系統這一節內容，教材上只是介紹了標準12導聯的概念和組成，對于標準12導聯的位置和聯接方法并沒有詳細介紹，這部分內容又比較重要、實踐性比較強，需要進行補充。但是按傳統教學方法講解，學生覺得枯燥無味，也難以完全掌握。精選了心電圖導聯系統這一節內容，采用POGIL模式進行教學。首先通過觀察醫院對患者進行心電圖檢查的視頻，使學生自己發現、思考心電圖是如何檢測出來的，提示學生們主要從以下幾個方面考慮：（1）觀察心電圖導聯的個數及放置位置；（2）思考心電圖產生的機理。在學習過程中引導學生將新的知識點按照循序漸進、逐步深入地融入進去，最后讓學生自己總結心電圖導聯的連接方式。

4.3 過程引導

在POGIL課堂活動中，學習不再是知識的傳輸過程而是知識的建構過程，老師充當的不再是簡單知識的傳授者，而是學習的引導者與推動者。老師需要做到：鼓勵學生做出選擇和嘗試、指導學生查找學習參考資料、引導學生思考，促使學生充分參與到學習過程中。特別是在學生做不下去的情況下，幫助學生梳理問題，引導線索，啟發學生思維，鼓勵學生繼續進行探索、嘗試，充分調動學生的學習積極性和主動性。

4.4改革考核方式

為了評價POGIL教學模式的效果，不能簡單地以筆試作為最終方案進行，評價體系應該多元化，強調過程考核。考核方式主要包括四個方面：一是過程考核（40%），主要考核學生課堂中的表現和日志記錄、成果展示；二是理論水平評價（30%），主要考查學生對基本知識、基本理論、基本方法的掌握情況；三是實操能力評價（30%），不是簡單地看實驗結果，著重強調探究和操作過程，主要考查學生的動手能力和創新能力。

5.結束語

本文將POGIL模式應用于醫學儀器原理課程教學中，精心設計POGIL內容，把理論教學和實驗教學有機地結合起來，充分調動學生的學習積極性和主動性，著重培養學生分析問題、解決問題的能力。學生不僅學到了醫學儀器方面的知識和技能，更重要的鍛煉了動手能力和創新能力。教學實踐結果是學生的學習熱情增加了，學習效果增強了，采用POGIL教學模式的2014級學生的期末考試成績達到85.4分，而采用傳統教學模式的學生的期末成績僅為76.8分。教學實踐表明，該課程的教學改革激發了學生的學習興趣，提高了學生的學習積極性和主動性，提升了教學效果，增強了學生的實踐能力和創新能力；而且學生的學習興趣高，引導學生利用課余時間自主學習部分內容，可以解決教學內容多與課時有限的矛盾。本文的教學改革嘗試，對其它課程的教學改革提供了有益的經驗，具有借鑒意義。

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作者簡介：

徐效文（1978-），男，博士，副教授，主要從事信號檢測與處理、智能儀器開發方面的研究。