ChatGPT輔助臨床生物化學檢驗技術在線教學探索

潘雨凌,郗 娟,金 丹,梁純子

湖北中醫藥大學檢驗學院,湖北武漢 430065

在健康中國戰略及新醫科背景下,各醫學類高校積極推進醫學檢驗技術本科專業“一流專業”“一流課程”建設,旨在培養高素質、專業化、具有創新能力的新生代醫學檢驗技術人才。臨床生物化學檢驗技術作為醫學實驗室的重要組成部分,為健康管理、疾病診斷、治療評估和預后預測提供關鍵數據支持,其課程教學質量和模式變革受到學生、從業者、研究團隊和一線教師的廣泛關注[1-3]。目前,醫學檢驗行業進入“全自動化+人工智能”時代,宏基因組、質譜組學,云診斷平臺等新技術快速發展,帶動新型標志物、檢測方法和臨床應用的全層次迭代;疾病與技術的聯系愈加深入復雜,導致臨床生物化學檢驗技術教學的難度陡然增加。因此,結合5G網絡平臺發展微課、慕課、翻轉課堂等一系列在線教學新形式[4],拓展臨床生物化學檢驗技術教學內容的邊界與深度、促進基礎知識與臨床實踐的有效融合,成為醫學檢驗技術教學與國際前沿接軌的研究重點。

1 在線教學現狀與趨勢分析

1.1存在的問題 “傳統課堂+部分章節在線”“虛擬仿真課程+線下實驗操作”等新型教學模式是國內醫學高校課程改革的重要成果[5];在新型冠狀病毒感染疫情“停課不停教、停課不停學”的特殊時期有效幫助師生完成了教學任務。然而,臨床生物化學檢驗技術課程范圍廣、難度高,傳統“冷菜拼盤”式在線教學變成了課堂教學的重復,學生興趣匱乏、參與度不高、接受知識較為被動;且在線課程欠缺監督和臨床實踐機會,學生實操能力受限、整體臨床思維較為薄弱;此外,多元化在線教學雖有開源優勢,但教學效果依賴于授課教師的個人能力和知識儲備,并且互聯網會快速放大缺漏,導致教師不敢拓展教學內容,師生創新意識受限。

1.2發展趨勢與ChatGPT 《中國教育現代化2035》明確指出“深入分析中國特色社會主義進入新時代的大背景、新一輪科技和產業革命的新機遇新挑戰,對接制造強國、科技強國等國家重大戰略,堅持需求導向、問題導向,明確了推進教育現代化的思路和方向”[6]。其中,ChatGPT作為新型人工智能應用的佼佼者在2022年11月由OpenAI公司一經推出便獲取超過億計的注冊人數與使用量,成為教育領域關注熱點。

ChatGPT的本質是使用自然語言和人類進行交流互動的大語言模型。它可以理解人類輸入語言中的真實意圖,并采用強化學習規范應答模板回答問題,有效避免錯誤和不健康信息的傳遞;在代碼編寫、個體化教育、醫療健康管理等領域呈現里程碑式的應用潛能[7-8],甚至通過了極高挑戰性的美國醫學執照考試(USMLE)。更重要的是,ChatGPT“問題指令-回答反饋”的模型內涵,使其天然在“問題式”“案例式”課程教學法中尋找到切入口。雖有多所大學和學術期刊明令禁止使用ChatGPT完成作業及稿件,但更多學者認為其智能處理功能對提升教學效率、數字導師虛擬重構、個性化課程設計、自定義輔導、課程資源整合和學習進度監控等方面有重要價值[9-10],或可有效改善師生關系、給予學生情感寄托,最終促進教育公平[11]。因此,利用ChatGPT輔助臨床生物化學檢驗技術在線教學的開展,或可克服傳統方案瓶頸,發展出一種更個性化、更令師生滿意的新型課程模式。

2 ChatGPT輔助在線教學創新

2.1明確教學目標 (1)根據在線形式確定授課章節中技術方法與臨床應用的課程內容;(2)根據前期課程基礎和課時制訂針對性強、具有實操性的學習目標;(3)明確基礎生物化學與臨床實踐相結合的目標。臨床生物化學檢驗技術課程要求學生掌握人體生物標志物方法學與臨床應用的理論知識,并在疾病診斷、儀器設備操作、實驗流程、質量管理中反復訓練,最終達到知識點與實踐融會貫通的教學目標。

2.2教師團隊組建 國內各大醫學檢驗技術本科專業對專任教師有一套完善的選擇制度和考核體系,但這些制度也受限于傳統教學模式。因此,開展線上教學前需要做到：(1)為教師提供培訓,了解ChatGPT基本原理、操作方法、應用場景;(2)從中選擇對教學內容熟悉、線上與線下協調性更好、臨床經驗豐富且英語能力較強的教師;(3)準備教學材料、計劃、課件、指導書、ChatGPT平臺登錄賬號等,模擬教學環境、制訂教學方案,建立并協調教學團隊授課的流程與規則。

2.3在線教學設計與實施 課程設計是溝通教學理論與實踐的橋梁,是落實教學目標的具體化路徑。ChatGPT輔助教學設計的關鍵點在于選擇合適案例,并圍繞案例進行知識點串聯討論,提高學生發現、分析和解決實際問題的能力。以往在線教學大多根據專業特點和教師經驗編選典型臨床病例[11],也可參考多學科案例教材進行補充[12];但普遍數量少、重復性高、與教學目標契合度低。此時,大語言模型海量數據庫可幫助教師根據教學進度、學生基礎學情及章節教學目標,快速尋找到最佳臨床病例。以血脂章節為例,“問題導學+案例導學”將知識點按難度及重要程度分散為多個關鍵問題,并通過推導鏈將章節零散知識點歸納總結、明確病因機制、探討生物標志物價值和診斷依據、引入檢測方法和實驗室管理概念,最終與具體臨床案例彼此銜接。然后,通過ChatGPT及其插件輔助建立實時監督、反饋與調整的教學體系,自動記錄、批改學生作業、分析作業完成度和學習質量。最后,對標醫學檢驗學科的核心素養并根據上述學習進度和質量,整合開源性在線學習資源,提供個性化題庫和學習輔導。在整個教學過程中,教師應引導學生正確使用ChatGPT尋求幫助,鼓勵學生獨立思考,提出具體、明確的問題,而不是簡單尋求答案;同時積極監督學生的作業完成情況,若發現學生過度依賴ChatGPT,應與學生進行溝通并提供正確指導。

值得注意的是,ChatGPT是根據用戶輸入提示語來生成回復,所以圍繞大綱內容的關鍵教學節點提示語設計與選擇,對其輔助教學質量和改善交互體驗非常重要。提示語主要構成包括指令、上下文、輸入數據和輸出提示,為避免過于模糊或者抽象的描述,教師須設計足夠的上下文信息、情景、人物設定和時間表,選定教學過程中“教與學”的任務。此外,教師應當以自己的專業知識對ChatGPT回答的內容進行篩選與修正,確保其輸出內容符合教學要求。

實施內容具體分為：(1)目標。對標學科核心素養,注重學生臨床思維、知識遷移及問題解決能力的多元化培養,尋找臨床資料的異常表現及潛在的疾病診斷;(2)強調知識系統性結構,從整體上厘清脂代謝特點,探索發病機制;(3)強調課程主題,從檢測項目、方法學技術原理、輔助診斷及風險評估等臨床應用多個角度,層層遞進分析診斷依據,為課程目標服務;(4)融合多元在線資源,根據學生學習記錄和興趣偏好,推薦相關學習資源等血漿脂蛋白相關的數據庫,并對學生提交的作業和時間進行批量教學效果評估,指導下一步教學的快速調整。此外,對于學有余力的學生,教師可利用ChatGPT引導學生探索新技術、新機制和新型臨床應用評估等研究前沿,培養創新能力,強化科學研究基本技能和科研思維,導學設計范例見表1。

表1 ChatGPT在線導學設計范例

3 ChatGPT輔助在線教學效果的評價

ChatGPT輔助在線臨床生物化學檢驗課程通過教學內容梳理重構,提升了系統性,有利于學生從寬泛的課程內容中清晰抓住方法學與臨床應用2條主線,遞進式理解難點、疑點。通過精心設計的提示語輸入,使學生得到個性化解答,并經相應習題進行鞏固,這不僅提升了學生對臨床生物化學檢驗技術的整體性認知,也實現了不同基礎學生對抽象內容具體化、實踐化掌握,而且由此產生極為豐富的主體性互動和知識交互體驗,有效激發主動學習熱情。雖然不能排除ChatGPT模型本身的新穎性提高學習積極性的可能,但同樣實現了學生專注學習時間和參與度的顯著提高。

此外,ChatGPT可彌補師資不足、教學能力參差不齊等的困擾。ChatGPT插件可以實現學生答卷中主觀題的快速總結、分析點評和學習情況評估,極大地減輕了教師重復性勞動,促使其更專注于專業性知識的傳授,為學生提供更加高效的教學指導。筆者通過對參與本課程的2020級醫學技術專業本科生問卷調查發現,47.1%的學生傾向于選擇ChatGPT輔助在線教學,38.1%的學生傾向于選擇課堂教學,14.8%的學生傾向于選擇常規在線教學;超過80.0%的學生認為ChatGPT輔助在線課程層次分明、內容全面、可激發學習興趣、提高自主學習能力,以及加強知識掌握,90.4%的學生認為教師設計的ChatGPT關鍵導學問答、自我測試和拓展學習有助于創新意識和臨床思維的培養。本次輔助教學探索也幫助教師基本掌握了運用ChatGPT模型,設計在線課程的技能,為以后教學研究大語言模型介入提供了借鑒與參考。

4 總結與展望

在新醫科人才培養體系建設過程中,“人工智能+在線教學”的教學模式成為高等醫學院校教育改革的新熱點,該模式讓教師從傳統的知識灌輸者轉變為創造性教學活動引導者,促進了教育資源的開放、公平、實時和個性化。與傳統在線教學相比,基于ChatGPT的輔助在線教學可以更全面地覆蓋知識點內容,充分調動學生學習興趣、積極性和自主學習能力,使其在“患者為中心、數據為驅動”理念下,臨床思維和創新意識得到培養,解決實際問題的能力有所提高,為參加臨床實驗室工作和醫學科學研究打下堅實的基礎。然而,目前ChatGPT輔助在線教學仍存在諸多問題與困難,主要包括：(1)國內用戶無法直接登錄訪問官方網站,插件平臺不穩定,涉嫌抄襲等學術倫理問題;(2)模型的“黑箱效應”有準確性和解釋性風險,可能提供“模棱兩可”或者形式正確但內容錯誤的回答,甚至自行編寫不存在的網絡鏈接、學術論文和結論,需要授課教師認真甄別,幫助學生去偽存真;(3)ChatGPT訓練數據絕大多數來自外網資料,不可避免地存在民族文化和意識形態差異[12-16],故仍需對ChatGPT輔助教學做進一步研究,謹慎使用。

因此,處理好教師、學生、ChatGPT模型三者之間的教學定位關系,完善教學的全流程管理,探索更優化的學術道德、算法準確和文化適應的解決方案,將進一步放大在線教學的優勢,為醫學檢驗技術教育改革帶來新局面,開啟人工智能時代的新未來。