生物医学工程专业实验教学中劝导技术的融合应用

2022-04-12 08:09:12 | 浏览次数：

摘要：随着我国高等教育领域改革的日益深入，学生的创新性培养越来越受重视，相应的实验教学也由单一的演示和验证型向综合设计型转化。生物医学信号处理实验是一门综合性、理论性和实践性很强的课程，如何引导学生主动参与实验设计，成为一个新的课题。劝导技术是一种利用计算机技术引导人们朝某个目标发展的新手段。我们将劝导技术运用在生物医学信号处理实验教学实践中，结合以设计为中心的教学模式，对创新性实验教学进行了有益的探索。

关键词：劝导技术；创新性实验；过程考核；教学模式

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）29-0134-03

一、引言

当前，正是我国积极落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》，建设世界一流大学的关键时期[1]。越来越多的高校将学生的培养目标从技术型人才向创新型人才转变，其教学模式的变革也逐步深化。高等学校实验教学也由单一的、以演示和验证为主的传统实验形式向综合性、设计性、创新性转化，这是新时期教学发展的趋势，是提高办学质量的关键所在[2，3]。然而目前在实验教学中还存在一些问题，制约了学生的创新性培养。

二、创新实验教学现状分析

1.实验改革多集中于实验硬件条件建设，尽管各部门的设备购置与更新投入逐年加强，实验室的硬件环境逐年改善，但忽略了实驗内容的创新和实验的软环境建设，因此学生创新能力提升效果并不显著。

2.缺乏创新教育理念指导。在教学中如何合理设计实验的内容、目标，使其有利于学生创新能力的培养缺乏深入的研究。如果实验的内容设计得空洞，要求和目标定得过于严苛和高深，远超学生的知识和能力范畴，会使学生产生畏难情绪，进而产生对设计性实验课程的排斥心理。相反，如果实验的内容设计得过于简单，要求和目标定得过于容易和浅显，则会使学生失去对实验的兴趣，无法达到对学生创新能力培养的教学目标。

3.课程考核重结果轻过程。通常的课程考核多注重最终的结果展示，而忽略学生在学习中的思考过程、解决问题的探索过程，从而易造成课程考核结果与学生能力水平的不匹配，不仅挫伤学生的学习积极性，而且也不利于学生创造性的培养。

因此在综合设计性实验教学过程中，我们需要一种科学可行的教学理念和手段来贯穿整个教学过程，从而确保对实验过程的重视，通过提升学生的知识和能力，挖掘学生的学习动机，培养学习兴趣，从而逐步达到教学目标的要求。劝导技术的出现，无疑为我们在教学实践的探索过程中提供了一条崭新的思路。

三、劝导技术

所谓劝导技术就是能够“改变人的态度或行为的交互式技术”，即能够影响和引导人的行为朝某个目标发展。美国斯坦福大学福戈教授在2009年提出了应用劝导技术改变行为的数学模型——Fogg behavior model（FBM）[4，5]，如图1所示。FBM将目标行为的改变归结于三个要素：动机、能力和激励，目标行为的产生首先需要内在的动机，并且行为人要具备足够的能力，以及来自环境的有效刺激[6]。

四、《生物医学信号处理》实验课程

《生物医学信号处理》在生物医学工程专业是较为系统的一门课程，课程内容涉及计算机、生理、医学、信号与系统、现代信号处理最新发展技术，与本专业的核心课程《生理学》、《微机原理》、《现代传感技术》、《现代医学成像技术》和《现代医学仪器》等互为承接。同时《生物医学信号处理》还是综合性、理论性和实践性很强的课程，要求学生不仅从理论上掌握各种生物医学信号处理技术的原理，而且要求学生具有较强的实际应用能力，包括实验、设计和应用等环节，是本专业学生综合训练和能力培养中至关重要的一门课程[7]。

在近几年的实验教学过程中，我们采用了以设计为中心的实践教学模式并取得了良好的效果。以设计为中心（Design Centered Learning，DCL）是近年来国际上正在兴起的一种实践教学模式中，其核心理念是构筑教师与学生共同参与的学习共同体，教师引导学生发现问题并提炼出项目设计内容，学生以小组的形式，通过协助、实验、讨论等形成解决方案。如图2所示，学生以小组的形式参与的《生物医学信号处理》实验课程。

我们着重从以下几方面对以设计为中心的教学模式进行概括。

1.创新性的课程设计。首先创新性的实验教学体系应具有层次性，针对不同层次的学生提出不同的教学要求和学习任务；其次它可以激发学生学习的主动性和探究性，需要学生在实验过程中探索，激起学习探究的兴趣；另外创新性实验教学突出教师与学生的良性互动。与传统实验教学相比，创新实验教学更有利于学生知识结构的建立与创新能力的培养，激发学生学习的积极性和自主性[8]。通过开设创新性、综合性、设计性实验项目，可以实现以学生自我训练为主的教学模式，提高学生的创新思维和实际动手能力，培养学生实事求是的科学态度和勇于开拓的创新意识，充分调动学生的学习主动性、积极性和创造性[9]。

2.过程与结果并重的考核机制。传统的考试评价方式只能评价学生的学习结果，无法考查学生的学习过程和学习态度，也无从考查学生的能力，这种评价方式的后果是重结果、轻过程，没有突出教学改进与激励的功能[10]。过程考核，即针对学生学习过程进行多方面、多形式、分阶段的考核，侧重于对学生认知过程和综合应用能力的形成进行监督和评价，构成教与学和教学质量监控的重要环节[11]。过程考核是科学测评学生学习效果、促进自主学习、提高综合素质和能力的重要途径。基于过程的考核模式是一个连续、动态、多元化的课程考核模式，考核评估过程是一个师生共同参与、连续评价、不断反馈的过程[12]。

在以设计为中心的实践教学模式中，学生以小组的形式参与到实验课程中来，而教师会适时地、不定期地参与到各小组的实验过程中，包括实验项目的选题设计、文献检索、制订实验计划和目标、实验过程、中期检查、实验结果和讨论。教师在实验的各个环节中给予适当的引导，并在参与的同时完成对实验过程的考核及评估，从而形成一套贯穿教学全过程的课程考核方法。注重过程考核目的是全面考核学生的知识、能力、素质，增强学生学习的主动性与积极性，深化理解、掌握、应用所学知识，理论联系实际，改变课程结束时“一锤定音”的做法[12]，也注重结果考核，鼓励学生向更高更新的目标攀登。

3.培养目标。以设计为中心的实践教学模式强调培养学生的主动参与意识，提升其合作、表达、实验和设计能力。学生以团队模式参与到实验项目中来，因此必须更强调团队协作的能力，如何合理分配任务发挥各自所长，同时又必须让每个同學兼顾知识运用的全面性，是每个小组同学都必须认真面对的问题，也是考核的内容之一。以设计为中心的实践教学模式最终的培养目标是使学生全面掌握面向需求的专业知识的基本研究方法。

五、劝导技术在实践教学中的应用

将劝导技术运用在整个实践教学过程中，通过设计性的实验项目逐步培养学生的学习兴趣或者称为学习的动机。同时伴随理论课程的逐步深入，学生掌握的专业知识愈加丰富，即学生的能力逐步提高。再加上教师的引导和同学间相互的思想碰撞和激发，促进学生综合能力的全面发展，其可达到的目标也逐步提高。图3为劝导技术在实践教学中的应用示意图。

我们在实践教学中，以《生物医学信号处理》实验课为抓手，摆脱以往教学实验研究多依赖于硬件提升的思路，引入以设计为中心的实验教学理念，培养学生合作、探索、实验和设计能力，形成新型的实验教学与考核体系，这对于“全民创新万众创业”新形势下创新人才的培养具有重要的促进作用。

六、结语

将劝导技术应用在以设计为中心的实验教学中，对于培养学生的综合能力方面具有独到的作用，同时对实验室的管理、教师的专业知识和学生的综合素质提出了更高的要求，其教学的实施也具有更高的难度，需要教育工作者付出更加艰辛的努力，进行不懈的探索。相信随着教育改革的不断深入，该技术的运用在教学实践中一定会更加成熟完善，对学生综合能力培养的作用也一定会更加显著。

参考文献：

[1]王建华.重启高等教育改革的理论思考[J].高等教育与研究，2014，35（5）：1-10.

[2]潘立华，黄海林，杨雪，等.综合设计型虚拟实验的设计与研究[J].软件导刊（教育技术），2010，09（04）：80-81.

[3]田运生，刘维华，王景春.综合性设计性实验项目建设的探索与实践[J].实验技术与管理，2012，29（2）：126-129.

[4]Fogg BJ.Persuasive Technology：Using Computers to Change What We Think and Do[M].San Francisco：Morgan Kaufmann Pub，2003.

[5]Fogg BJ.A behavior model for persuasive design [C].Proceedings of the 4th International Conference on Persuasive Technology.New York：ACM，2009：40.

[6]周洁，夏静，顾琳燕，等.劝导技术及其在自我健康管理中的应用与研究[J].中国生物医学工程学报，2015，34（1）：77-81.

[7]吴水才，杨春兰，高宏建.《生物医学信号处理》课程教学改革与实践[J].中国电力教育，2008，9（120）：100-101.

[8]陈鹏，李亚，纪婧.依托实验课程的大学生创新性实验计划的实践与探索[J].实验技术与管理，2014，31（4）：32-34.

[9]张东平，黄建军，范平，等.教学研究型实验室的运行机制研究[J].实验技术与管理，2009，26（1）：143-145.

[10]方国涛.过程考核在高职教学中的应用实践[J].价值工程，2013，（6）：253-254.

[11]张文英，王喜萍，郑华艳.食品营养与检测专业实践教学考核体系的建立与研究[J].吉林农业科技学院学报，2010，19（4）：69-71.