基于CDIO的生物医学

基于CDIO的生物医学（精选七篇）

基于CDIO的生物医学 篇1

关键词：CDIO,信息管理专业,创新教育

一、引言

医院信息化, 需要既了解医院业务又懂信息技术的人才, 而同时也要具备项目管理的能力, 医院对具有医学背景的信息管理的复合型人才有很大的需求。

为了满足医院各部门的业务和管理需求, 医院对计算机应用能力的要求不断提高, 所以目前的医学院校的信息管理专业在提升信息技术应用能力上还有很大的空间, 但教学中普遍存在脱离医学专业的现象, 往往单纯强调计算机科学技术本身。学生对所学计算机知识在医学领域的应用缺乏系统、清晰的了解, CDIO作为一种创新人才培养模式改革的教育理念和方法论体系[1], 用于医学院信息管理专业教学模式改革, 符合现代医学技术人才培养的需要。目前我国已在39所高校中实行了CDIO工程教育模式研究与实践的试点, 但在医学院校中的信息管理专业的应用鲜见。

我校信息管理专业的课程理论抽象, 涉及医学、计算机、数学等多个领域的知识, 学科之间交叉、渗透, 学生很难理解其中的知识和技术的相关性, 教学难度大。C语言程序设计是我校信息管理专业必修的计算机类的专业基础课, 该课程是深入学习计算机相关课程的先行课, 提高这门课程的教学质量对培养信息管理专业学生的计算机基本技能至关重要。以往的C语言教学改革更多的是教学方法, 在一定程度上局限了学习方式的开展, 文中主要结合医学背景, 以医学院校信息管理专业来开展CDIO“做中学”理念的研究和应用, 综合医院相关的项目实训, 学生能学习到跟医院工作相关的学科知识点, 拓展学生的知识面, 激发兴趣, 从培养创新型医学信息技术人才方面, 阐述了CDIO模式下医学院校C语言教学模式的探索。

二、CDIO教学模式

CDIO代表构思 (Conceive) 、设计 (Design) 、实现 (Implement) 和运作 ( (Operate) , 是美国麻省理工学院等四所大学组成的跨国研究, 它通过“做中学”和“基于项目教育和学习”, 让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式进行学习, 培养学生获取知识、运用知识的能力, 团队工作能力、与人沟通和交流的能力以及创新能力[2]。该模式下教学以工程项目 (包括产品、生产流程和系统) 从研发到运行的生命周期为载体, 让学生以主动实践的方式学习, 它体现的不仅是一个工程项目的实现过程, 同时在该过程中也使学生系统掌握专业知识与技能, 全面培养学生在科学技术、个人素质、人际沟通能力以及全CDIO运作等各个方面的能力, 培养出具备终身学习能力、具有多学科背景的人才。CDIO教学方法在汕头大学、清华大学等学校已取得初步成效, 其取得的经验值得进一步推广。

三、运行CDIO模式的必要性

1. 传统的教学方法脱离医学背景。

传统的C语言教学模式是先进行理论讲解再举例, 然后让学生通过实践来验证知识点。这种“三步走”的被动学习方式往往会使学生在教学过程的理论讲解阶段感觉枯燥, 不利于激发学生学习兴趣, 达不到良好的教学效果。医学院校背景下的CDIO教学模式基于理论与实践并重、以实践作为主线的设计思路, 开展课堂教学、综合医院相关的项目实训等, 学生能学习到跟医院工作相关的学科知识点, 拓展学生的知识面, 激发其兴趣, 培养适应社会发展的创新型医学信息技术人才。

2. 培养信息管理专业学生的实践能力。

在医学背景下的信息管理专业的本科生, 需要具备丰富扎实的理工科知识和一定基础的医学专业知识, 才能在今后的工作中有所发展和创新。而且项目管理能力是学生能力培养的一个拓展, 作为信息管理人才, 除了理解业务需求以外, 还应该能够制定项目计划、组织项目实施、控制项目成本与风险、进行项目的正确评价等。

3. 培养学生形成理工医结合的思维方式。

C语言程序设计这门课程讲授时要注重与医院信息系统等课程的衔接和交叉, 将医学实例的处理融合于课程始终, 体现出理、工、医三者结合, 对从方法论和认识论的较高层次上形成新的研究思维起到指导作用, 促使C语言课程与医学专业知识交叉、融合与渗透。以学生为主体、教师为主导, 实际医学项目为逻辑主线, 组织学生对相关的医院信息管理项目进行构思、设计、实现、运作, 充分发掘学生的创造潜能。

四、CDIO模式教学活动的探索与实践

CDIO理念是为工程教育创建一个优质的教学环境, 以产品研发到产品运行的生命周期为载体。“产品”可以看成“项目”。在实践教学中, 教师依据CDIO理念设计项目, 师生共同围绕这个项目进行教学, 项目的设计要以学生能力水平为依据, 以与医院业务相关应用为中心, 以培养应用型人才为目标。每一次实践课的设计都应结合相应的理论课程, 并结合学生对知识的掌握程度和他们现有的编程水平。以项目为中心的教学可以有效转换学生的学习态度, 将其从被动操作转为主动实践, 减少学习的盲目性。

C语言课程是以实践为基础的课程, 必须十分注重信管专业学生实践能力的培养和开发, 促使C语言课程与医学专业知识的交叉、融合与渗透。以开发社区医院信息管理系统、医院挂号系统、医院排队系统3个实训项目为例, 作为信管专业的综合实训项目, 分配给3个学生小组, 从项目的需求分析到软件设计, 再到编码实现, 最后是软件测试, 教师分阶段按照软件工程的原理与方法给予指导, 每个阶段结束后都要求学生对阶段性成果进行汇报。由于项目具有综合性, 在实施过程中, 将学生进行分组, 形成团队, 自行推选组长, 组长负责跟进项目的进度, 组员通过相互沟通、有效协作, 讨论在项目开发过程中所遇到的问题和困难, 以及解决方法, 心得体会, 思考如何改进和提高。不断提升各自的沟通能力、团队合作能力和领导能力。

五、结论

通过需求分析、调研, 开展C语言与医学专业知识的交叉、融合与渗透, 到我校一些附属医院、教学实习医院和国内一些知名医院调研, 熟悉医学信息系统和医院管理系统, 吸收国内医学院校信息管理专业教学的先进经验和方法。以项目为中心, 以应用为目标开展教学话动, 使该课程的教学更具科学性和成效性。

基于CDIO的医学院校C语言教学改革, 促进C语言课程与医学专业知识的交叉、融合与渗透, 转变原有思想和观念, 形成理工医三者结合的思维, 将CDIO灵活地贯穿在C语言教学活动当中, 有利于培养学生的逻辑思维、抽象思维、独立分析问题及学生实际编程和创新的能力。CDIO模式用于医学院校的信息管理专业的教学实践, 符合现代医学技术人才培养的一般规律, 促进了我国医学教育改革和人才培养模式改革, 具有良好的发展前景和推广价值。

参考文献

[1]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究, 2008, 6 (3) :1-9.

基于CDIO的生物医学 篇2

【关键词】生物工程下游技术 课程群 CDIO 建设

【基金项目】2015年湖北省教育科学规划课题（2015GB206）。

【中图分类号】G642.4 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）10-0043-02

近年来兴起的CDIO工程教育模式成为本科院校教学改革的最新依据[1]。《生物工程下游技术》是生物工程专业开设的一门多学科相互渗透、相互交叉、多方面知识综合应用实践性非常强的课程，与学生日后从事各类生物发酵产品研究、提取和生产工作有最直接联系。将CDIO理念教育融入课程的设计与教学中，将学生培养成较强动手能力和创新能力的市场企业需求的高质量工程技术人才，是课程设计的最终目标。

一、课程师资队伍的建设

为满足应用型本科院校实践性教学的需要，加大高素质工程技术人才的培养力度，讲授《生物工程下游技术》课程教师均要获得学校“双师型教师”资格，具有企业管理、科研、生产等相关工作经验。按照我校《教师岗位实践管理办法》文件精神，每学期选派至少一位教师参加为期半年的深入企事业单位实践活动，将获得横向实践项目1项，咨询报告、建议方案或技术创新等被企业采纳，实现应用型成果转化或价值产出等作为考核指标。考核结果分为优秀、合格、不合格三个等级，其中优秀人数占当年所有参加实践教师的15%，当年实践考核不合格者将列入次年的实践计划。

通过提高强化教师的工程实践教学水平的同时，学校采取积极引进的办法解决紧缺和高层次专业人才，组建按照专业课程体系的需要的校级团队，共同完成教学科研任务根本，从根本上提高了教师的工程实践能力和教学能力[2]。

二、《生物工程下游技术》课程群的设计与实施

《生物工程下游技术》是生物工程专业的核心主干课程，为使学生掌握生物产品分离纯化的基本原理和技术、工艺演变的原因以及分离过程的能耗和物耗、收得率和成本等概念、在更高层面上体察工程实际问题复杂性，使学生独立完成从单元操作设计提高到单个车间的设计任务，我们建立了生物分离理论学习为基础，通过实习、实训和实践三个阶段的实操训练，实现CDIO的“构想-设计-实施-运作”全过程。

《生物工程下游技术》课程群整合生物工程下游技术理论课和实验课、生物工程下游技术课程设计和校外生物工程专业实习实践等课程内容。通过2009级至2014级生物工程专业学生的学习实践跟踪调查和信息反馈，课程组老师对各课程大纲进行反复讨论和修订，课程现已能使学生掌握单元分离过程设计的基本原理和方法，在兼顾技术上先进性、可行性，经济上合理性的前提下，自己确定方案、选择流程、查取资料、进行过程和设备计算，并对自己的选择作出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最佳方案和合理的设计的有益课程，培养学生树立正确的设计思想，实事求是、认真负责的工作作风和运用工程观点把理论与实践相联系，解决实际工程问题的能力[3]。

三、依据CDIO的学生考核体系的建立

新的教学理念融于教学中后，必须有与之相适宜且具可操作性的考核体系从学生知识、能力、素质协调发展等方面客观的给与评定。课程组以探究式教学方式以引导，以“课题”而非“课程”的形式进行考核，要求学生在教师的讲授和指导下，从学习单元操作原理开始，到单元分离过程设计，从工程实际角度选取并确定课题进行探究，在探究过程中主动获取知识、应用知识、解决问题，要求学生变被动接受知识为主动获取知识。探究式学习考核方式丰富，其包括试卷、实验、设计说明书、绘制图纸、企业实践调查、项目可行性分析、模拟演示制作、观察与思考、课外实践等，使学生在理论知识、工程实践、创新创业中循序渐进地成长提高。由于考核评价的科学规范与方式灵活多样，使学生从原来的被动学习转变为积极参与，形成了独立自主、合作共赢的团队精神[4-5]。

四、总结

CDIO理念的融入课程的设计以来，在教师共同努力提高和教学内容及评价体系完善的良好运行下，学生获取知识的能力，运用知识的能力，共享知识的能力，发现知识的能力和传播知识的能力有了显著的进步，得到社会各界多方肯定。学生就业率考研率稳中有升，学生在省市级乃至全国的“技能竞赛”、 “优秀科研成果”“创新创业大赛”“节能减排”的比赛中斩获佳绩。实践证明，融合CDIO理念的《生物工程下游技术》课程的设计与实现培养效果良好。

参考文献：

[1]韦琴，梅辉，吕凯波.基于CDIO理念的生物工程专业实验教学设计初探——以《食品检验标准与实践》为例[J].考试周刊，2016，（12）：221-223.

[2]李颖，马筱聪，高殿荣.CDIO改革环境下青年教师培养问题的研究[J].教学研究，2010，334）：38-40.

[3]张凤娥，薛健飞，李定龙等.CDIO工程人才培养模式的研究[J]，实验室技术与管理，2012，27（12）：8-10.

[4]吕凯波，吴士筠，徐文广.工科院校微生物学实验教学模块的构建与实践[J].科教导刊，2013，（27）：66-68.

[5]刘慧玲.探索基于CDIO的学生考核评价体系的改革 [J]. 课程教育研究，2012，（16）：39-40.

作者简介：

吕凯波（1982-），女，汉族，硕士，讲师，研究方向为食品加工及贮藏。

基于CDIO的生物医学 篇3

1 对象与方法

1.1 对象

2010级临床医学专业本科4个班学生共230名按班随机分两组, 其中两个班共112名学生作为实验组, 实施CDIO教学, 另外两个班共118名学生作为对照组, 实施传统教学模式。两组学生均为2010年高考统招生, 两组学生年龄均在18~21岁, 实验组和对照组男女比例分别为63/49、66/52, 实验组和对照组学生入学文化平均成绩分别为482.07、483.15, 两组学生性别、年龄、文化成绩比较, 差异无统计学意义 (均P>0.05) 。

1.2 方法

1.2.1 对照组实施传统教学模式

对照组实施传统教学模式 (总学时68) , 即以教师为主体、以课堂教学为主, 授课主要的教学方法为讲演法, 主要教学手段以黑板和粉笔为教具, 教学过程表现为教师课堂讲解和演示、学生上机练习和验证, 课程结束学生参加统一的笔试和上机考试。

1.2.2 CDIO教学活动实施

授课学时总数68, 其中课堂理论和实验授课分别为36学时和32学时, 项目完成和综合实践安排在课外完成, 具体实施方法如下。

1.2.2. 1 课堂教学

在课堂教学中, 利用任务驱动教学法, 任务来源于生活或医学应用, 每个教学单元以一组简单到复杂、单一到综合的任务为载体, 教师按照任务的解决过程指导学生学习与训练, 让学生通过任务的完成过程, 掌握教学单元的知识和技能。任务学习注重CDIO的“实施”和“运行”两个环节, “实施”侧重任务的验证, 而“运行”则注重任务实施的改进。

1.2.2. 2 项目教学

课程共设计品牌电脑调查、微机维护和安装、医疗宣传小册、医学数据分析、医学信息检索和论文写作等五个项目, 教师制定项目要求和评价规则。项目制作以小组形式开展, 教师将实验组学生分组并确定组长, 然后布置项目、规定项目构思时间、设计时间和完成时间。教师通过网络平台和课外指导等形式进行指导, 通过阶段汇报对每组完成情况进行监督, 安排每周三下午6~7节或者是晚上18:00-19:30进行面授指导和检查。组长制定项目完成计划, 组长组织组员完成并根据评分标准进行评价。项目结束后召开项目交流会, 教师抽查并完成最终评价。通过项目的实施, 使原来分散的知识点围绕项目设计与制作而聚合, 学生学习态度也发生了根本性的改变, 从原来的被动接受变为主动学习。项目教学的实施让学生学会分工、计划、协调和沟通, 从而培养学生的组织能力、团队合作能力;项目教学的实施让项目小组成员之间学会相互支持、共同讨论、学会检查和探索知识, 从而培养学生的实践能力与学习能力;项目结束后的项目汇报和展示, 让学生学会了分享经验, 培养了学生表达能力和沟通能力。

1.2.2. 3 实验朋辈带教

教师从每组中挑选一个责任心强、领会快、操作熟练的学生担任“学生教员”, 教师规定实验教学任务和教学目标, “学生教员”对本组学员进行实验操作的辅导, 教师全程引导和监督, 实验课结束前十五分钟, “学生教员”对本组实验完成情况进行总结和对组员进行评价, 之后把总结和评价结果汇报给教师, 教师进行抽查。“学生教员”角色不断轮换, 从而使每个学生都从中收获到仅作为一个听课学生所收获不到的能力、进步与成功, 有效实施了“个性化教育”, 实现了因材施教, 从而解决学生计算机基础个体差异过大问题。

1.2.2. 4 综合实践

安排实验组学生参加学院内外举行的各类服务活动, 每次安排8-10名学生参加周末和暑期医疗扶贫活动, 优先推选实验组学生应聘学院各部门秘书和干事等志愿服务活动, 要求每位学生参以实践活动次数不少于4次。杜威认为, “做中学”也就是“从活动中学”“从经验中学”[2]。综合实践就是把学校里知识的获得与生活过程中的活动联系起来, 积累实践经验, 充分体现了学与做的结合, 知与行的统一。通过反复地结合一个个实践活动的“做中学”, 形成获取知识 (自学) 、共享知识 (团队工作) 、应用知识 (解决问题) 、总结知识 (创新) 和传播知识 (沟通) 的能力。

1.2.2. 5 网络辅助教学

教师通过网络教学平台发布课程通知, 上传教学大纲、课件讲稿和试题等教学资料, 发布项目作业, 发布调查问卷, 进行成果展示和在线测试等, 网络教学提供给学生一个自主学习的平台, 使得学生的课堂时间不再局限于那几十分钟, 师生的互动也让教师更加了解学生的需求, 也为项目推进和交流提供了保证, 因为师生互动没有了时间和地点的限制, 教师可以随时随地了解项目的完成情况, 网络宽松平等的氛围使得学生乐意提出问题从而获得教师的帮助。

1.2.2. 6 学生学习考核方法

学生学习考核是对每个学生取得的具体学习成果度量, 学生考核更注重于能力的考核, 考核内容涉及到学生的知识、能力和态度, 考核的方法也不再局限于笔试, 通过平时实验平均成绩、期末上机考试、期末笔试考试、项目设计成绩和综合实践成绩综合评定, 其中平时实验成绩占15%, 项目设计成绩占20%, 期末上机考试成绩和理论考试成绩各占25%, 综合实践成绩占5%, 其中项目设计成绩为五次项目设计考核成绩的平均值, 综合实践活动参与次数不少于4次, 并且无不良反映, 期末笔试和上机考试时间日期由学校统一安排。

1.2.3 统计学方法

数据采用SPSS软件进行统计描述, 对照组与实验组的成绩比较用t检验, 及格率及优秀率比较用c2检验。P<0.05认为差别有统计学意义。

2 教学效果评价

教学效果评价拟从三方面分析:一是通过发布满意度调查问卷, 分析学生对CDIO教学模式的认可程度;二是通过比较实验组和对照组笔试成绩、实验成绩数据, 分析CDIO教学模式是否能促进学习成绩的提高;三是通过学生能力评估数据分析CDIO教学模式是否有助于学生能力的提升。

2.1 学生满意度分析

绝大多数学生认可实施CDIO教学模式有利于活跃课堂的气氛 (满意率97.3%) 和师生双向交流 (满意率94.6%) , 多数学生认可有利于拓展知识面 (满意率84.1%) 和培养学习自主能力 (满意率87.5%) 。笔者2011年下半年和2012年上半年所授计算机课程的学院授课质量调查结果均在90分以上, 可见大多数学生认可CDIO教学模式。

2.2 学生成绩分析

笔试成绩中, 实验组平均成绩明显高于对照组, 优秀率也明显更高, 比对照组高出36%, 见表1。实验成绩中, 实验组的平均成绩、及格率及优秀率均明显高于对照组, 见表2。

*与实验组比较, P<0.05。

*与实验组比较, P<0.05。

3 讨论

3.1 CDIO教学有助于学生能力的培养

计算机基础课程作为通识课程之一, 除要求学生掌握计算机基础理论知识及基本技能外, 更重要的就是要培养学生的医学信息素养和计算机应用能力, 从而能够适应计算机技术快速发展的步伐。

传统教学模式教师以教师为主体, 在教学中体现为教师课堂“满堂灌”和学生被动接受, 教师和学生互动少, 学生自主学习活动缺失, 学生学习知识的积极性和主动性被削弱。项目教学、朋辈带教和综合实践等CDIO模式的教学活动改变了传统的师生关系, 学生变被动为主动, 学生是教学活动中的积极主动参与者, 而教师则是教学活动中的协助者。新型的师生关系不仅促进学生对理论知识的理解和融会贯通, 而且更重要的是使学生在反复的学习训练中获得自学、应用、团队合作和创新等能力, 这才是学生终身取之不尽用之不竭的宝贵财富, 学生的社会竞争力从而得到提高。

3.2 CDIO教学模式有助于学习成绩的提高

学生成绩分析结果可知, 虽然实验组和对照组的笔试及格率相差不大, 但实验组笔试平均成绩高于对照组, 实验组实验平均成绩高于对照组, 实验组的实验成绩优秀率远高于对照组, 对照组实验成绩及格率和实验组有一定的差距, 实验组计算机应用能力的提升率高于采用传统教学模式的对照组的学生。

综上所述, 在计算机课程中引入CDIO教学模式, 为实践教学提供了新的方法和手段, 是一个有益的探索。“做中学”是一种很好的实践教学模式, 学生能够更好地将理论与实践紧密结合, 学生的动手能力、创造能力和协调能力得到提高。教学改革的效果需进一步跟踪调查毕业生在未来工作中的表现, 还需要制定完善的评估体系, 才能保证教学效果。

摘要：目的:研究基于CDIO模式的医学院校计算机基础课程教学改革与实践, 并评价其效果。方法:选取同年级同专业4个班级分两组, 每组两个班级, 实验组实施项目教学、综合实践、朋辈带教和网络辅助等CDIO模式的教学活动, 对照组实施以课堂教学为主和讲演练结合的传统教学模式, 效果评价数据采用SPSS软件进行统计描述, 对照组与实验组的成绩比较用t检验, 及格率及优秀率比较用c2检验。结果:2011年下半年和2012年上半年计算机课程教学调查结果学生满意率均在95%以上, 学生认可CDIO教学模式。实施CDIO模式教学的实验组的考核成绩显著优于实施传统教学模式的对照组 (P<0.05) 。结论:CDIO模式的计算机教学实施, 使计算机课程的教学质量得到改善, 学生满意度升高, 学习成绩提高, 学生的计算机医学信息素养得到提高, 从而学生的社会竞争力得到提高。

关键词：CDIO,计算机,医学

参考文献

[1]顾佩华, 陆小华, 沈民奋.CDIO大纲与标准[M].汕头:汕头大学出版社, 2008.

基于CDIO的生物医学 篇4

关键词：CDIO；课程教学；教学设计；教学考核

一、引言

2010年，全国普通高校毕业生达630余万人，毕业生就业形势面临着严峻挑战。面对毕业生就业存在的一系列问题，高校当务之急需要做的就是进行改革，而改革的重点之一就是课程教学改革。如何对高校课程教学进行改革是高校教师共同关注的话题。从2005年起，汕头大学工学院在顾佩华教授的指导下，开始学习研讨CDIO工程教育模式并加以实施，现已经取得明显的效果。这就为高校教师进行课程教学改革提供了思路。

二、CDIO简介

CDIO代表构思（Conceive）、設计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）。它作为一种新的工程教育理念，主张以产品研发到运行的生命周期为载体，培养学生多个层面的能力。该理念系统地提出了具有可操作性的能力培养、全面实施以及检验测评的12条标准。在其培养大纲中将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面，并要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。

三、基于CDIO教育理念的课程教学设计

根据CDIO的教育理念，围绕四个层面的能力培养进行课程教学设计。本文在进行课程教学设计之前，有针对性地抽取了部分大二学生进行了“学习目的和习惯”的问卷调查。从调查结果可知：一是绝大部分学生学习目的明确；二是对待所学专业态度不一，只有14.3%的学生的对所学专业很感兴趣；三是部分学生没养成良好的学习习惯，作到预习和复习的学生只有4.9%；四是学生对教师指导的认知度不高，只有4.7%的学生有问题会求助老师。由此可见，学生在学习目的和习惯方面，有必要通过课程教学设计加以改进和完善。根据CDIO教育理念，将学生学习课程的时间分为课前、课中（课堂）和课后三个阶段进行教学设计。

（一）课前学习

从上述对大学生的调查看，大部分学生没有作到课前学习。根据CDIO的教育理念，在进行课前学习设计前，教师将下次课堂上讲授的主要内容简单地呈现给学生，学生再围绕该内容进行讨论学习。具体过程为：第一步，学生围绕中心内容对课前学习进行大体的构思，该环节可通过全班同学讨论来完成；第二步，学生自行分组，根据对课前学习的构思，设计各组的学习方式、时间安排；第三步，根据课前学习的设计结果，进行分组学习，并将学习结果进行讨论、整理和汇总；第四步，以小组为单位，进行组之间的成果交流与讨论。

（二）课中学习

课中学习即课堂学习。学生课堂学习的效果与教师的课堂教学有着密切的联系。根据CDIO的教育理念，其具体过程为：第一步，从教师和学生的角度来构思课堂教学；第二步，为了实现课程教学目标，教师可将课程模块化，在此基础上设计一套理论联系实际的教案；第三步，课堂上可根据设计好的教案进行授课；第四步，教师根据各组的讨论结果进行归纳、说明，从而加深学生对各模块相关知识的理解、掌握和运用。

（三）课后学习

课后学习是课中学习结束后的反思、巩固和扩展学习。从调查数据反映，90%以上的学生能意识到其学习的重要性。根据CDIO理念，其过程为：第一步，学生围绕课堂内容对课后学习进行大体的构思，确定需要复习的内容、反思的问题、扩展知识的范围等；第二步，根据课后学习内容，将该阶段的学习分为个人学习和小组学习，并做好学习时间安排；第三步，先学生自行复习，然后进行分组学习、讨论，并做好相应的记录；第四步，以小组为单位，进行组与组的复习内容及成果的交流与讨论。

通过以上三个阶段的学习，将知识的学习和能力的培养形成了一个有机的整体，即课程教学体系，如图1所示。从时间维上，将历史知识、当前知识和未来知识联系在一起，其中历史知识指学习当前知识需要具备的基础知识，当前知识指课程的具体内容，未来知识指对应课程的扩展知识和运用。从能力维看，培养了学生四个层面的能力。

四、课程教学的考核

课程教学的具体考核主要针对课前、课中和课后三个阶段的学习分别进行。课前学习和课后学习的考核由学生进行自评；课中学习通过试卷的形式进行考核；CDIO四个层面上的能力可通过记录、报告、课堂表现等多种形式进行考核。

五、结论

高校课程教学改革是高校改革的一部分。本文根据CDIO教育理念，从学生的课前、课中和课后学习出发，分别进行了教学设计，围绕CDIO中四个层面的能力，将课程学习涉及的知识有机地联系起来，并给出课程教学设计下的大体考核方式。教师在实际教学过程中，可根据具体的课程及教学目标，对三个阶段的教学设计和考核方式进行细化执行，从而达到该课程的教学目标。

参考文献：

[1]2010年全国高校毕业生就业情况展望和就业分析指导[DB/OL].http：//www.crsks.com.

[2]中国CDIO网站——CDIO基本信息[DB/OL].http：//www.chinacdio.cn.

[3]马晓梅，张剑飞，乔付.CDIO模式下高等工程教育的改革与探索[J].计算机教育，2010，（12）.

[4]马燕.CDIO教育模式与高职英语教学[J].中国科技信息，2009，（9）.

[5]胡雄心，姚远，高红俐.CDIO模式下模电授课模式的探讨[J].电气电子教学学报，2008，（4）.

基于生物医学文献的蛋白质关系发现 篇5

分子生物学研究的飞速发展,使生物医学文献呈指数级增长。如此多的文献资源,为科研人员运用数据挖掘和文本挖掘技术,发现隐含的、有价值的知识提供了有利的条件。

由于大多数的生物信息都保存在文本中,因此对生物医学的研究一般采用文本挖掘技术。文本挖掘是一个交叉的研究领域,它涉及了数据挖掘、信息检索、自然语言处理等多个研究领域的内容。利用文本挖掘技术,可以发现许多有用的信息。一些科研人员利用文本挖掘工具,发现了许多对人类有用的知识,例如:鱼肝油可治疗雷诺式症[1]、蛋白质之间的相互作用等。另外,从生物医学文献中抽取蛋白质(基因)相互作用关系对蛋白质知识网络的建立、蛋白质关系预测以及辅助新药的研制等都具有重要的意义。

2 相关研究

生物医学的知识发现,一般针对文献进行研究。基于文献的知识发现,主要有基于统计、关联规则、信息测度和基于语义的方法。

华盛顿大学的Swanson教授[1]提出了基于单词的词频统计方法。首先统计出共出现的单词的频率,然后对文献集进行分析。通过这种方法,Swanson发现了许多对人类有益的知识。例如,鱼肝油对于雷诺氏症的治疗作用,镁的缺失会引起偏头痛,某些病毒可以成为潜在的生化武器等等,这些发现都得到了临床上的证实。

Hristovski[2]将关联规则挖掘引入了基于文献的知识发现。他将生物文献看作数据库中的事务,而用来代表文献内容的词则看作是规则中的项,通过设置支持度阈值和置信度阈值来产生关联的词汇。

Wren[3]认为词汇间具有信息的关联。他使用互信息方法来计算词的关联度,通过互信息值的大小来表示关联的强度。他的方法具有领域无关的特性,可以用来推广到很多的研究领域。

Weeber[4]等人设计了一个文本挖掘工具DAD系统。它利用自然语言处理系统MetaMap将文献中的语句映射为UMLS本体中的生物概念,用概念来取代词汇作为知识发现的基础。该方法实现了语义层次上的知识发现。他们利用DAD系统找出了生姜潜在的医疗作用。

在关联规则挖掘中,有效阈值的设定很困难。如果阈值设置的过低,会产生大量的候选规则,而设置的过高,则有可能过滤掉许多有意义的规则。另外,基于语义的方法,需要构建领域本体,这需要许多专业人士的共同参与。

因此,本文在Swanson的理论基础提出了一种基于命名实体的词频统计方法,该方法通过实体提取、句子分析等过程发现蛋白质之间潜在的关系。该方法阈值的设定对实验结果影响不大,而且不需要领域专家的参与。

3 方法描述

本文实现了一个蛋白质知识发现系统。该系统使用Medline中随机生成的2000篇摘要进行分析。系统首先对语料进行蛋白质实体识别,形成蛋白质实体列表,然后对句中的每个蛋白质实体对进行共出现频率统计,进而生成候选实体对,最后找出最高出现频率的实体对,从而发现最可能的实体关联。该系统的框架如图1所示。

3.1 蛋白质实体识别

在对生物医学领域的文本挖掘中,实体识别的目的是对文本中的专业词汇,包括基因、蛋白质、DNA和RNA等加以确认和分类。对蛋白质的知识发现,第一步就是进行蛋白质实体的识别。实验采用了一种基于条件随机域的生物实体识别方法,该方法以Mallet工具为基础,并增加了单词的数字、字母、以及距离依赖特性。

3.2 共出现频率分析

文献挖掘有不同层次的分析单元,如单词、短语、句子、摘要或者全文。对于实体共出现频率而言,以句子为最大分析单元式最合理的选择。如果两个实体对象同时出现在一个句子中,那么就称为实体共出现,而这两个实体称为共出现实体。通过文本挖掘方法处理大批的文献,提取得到共出现实体,统计它们的总数并计算出实体共出现频率。如果两个实体对象的共出现频率很高,表明这两个实体对象经常被同时提及,这暗示着这两个实体对象之间存在关联的可能性较高。相反,如果实体对象的功出现频率很低,那么这两个实体对象之间存在关联的可能性就较低。

实验主要针对蛋白质实体,因此只讨论蛋白质—蛋白质实体的共出现频率。

3.3 关系挖掘

通过计算共出现实体在所有句子中的出现频率,提取关联实体。根据设定不同的最低共出现频率阈值,得到不同可靠程度的存在关联的实体数据,从而发现最有可能存在关联的蛋白质—蛋白质实体对象。

4 实验

4.1 实验数据集

本实验以从MEDLINE中随机新选的2000篇摘要为语料,实验数据统计见表1。

4.2 实验结果

实验采用条件随机域模型进行实体识别,通过计算共出现频率形成候选实体对。实验结果详见表2。其中,“过滤”指忽略低于指定频率的共出现实体,在这里,指定频率为5。

5 结束语

随着数据挖掘和文本挖掘技术的进步,生物医学文献挖掘在生物信息中的应用越来越广泛。以知识发现为目的的文献挖掘可以分为提取知识、整合知识以及推导知识。文献挖掘在寻找蛋白质相互作用、发现疾病相关的基因以及注释基因功能等方面得到了广泛应用。本文首先识别出蛋白质实体,形成实体列表,然后统计共出现频率,形成候选实体对,从而发现最有可能的实体关联。

实验采用基于实体识别的共出现频率统计模型,该方法过程简单,不需要领域专家的直接参与。由于实体在句中具有特定的语义,因此,如果模型能够融合部分语义特征,进行实体关联动词统计,进而进行共出现频率与关联动词相结合的分析。这是我们今后的研究方向。

摘要：实验提出了一种基于词频统计的蛋白质关系知识发现方法,该方法首先通过生物命名实体识别技术识别出蛋白质实体,然后统计共出现频率,形成候选实体对,从而发现最有可能的实体关联。

关键词：知识发现,生物命名实体识别,实体关联

参考文献

[1]Swanson D R,Fish O.Raynaud’s syndrome,and undiscovered public knowledge[J].Perspectives in Biology and Medicine,1986(31):526-557.

[2]Hristovski D,Stare J,Peterlin B,et al.Supporting Discovery in Medicine by Association Rule Mining in Medline and UMLS[J].Medinfo,2001,10(2):1344-1348.

[3]Wren J D.Knowledge discovery by automated identification and ranking of implicit relationships[J].Bioinformatics,2004,20(3):389-398.

[4]Wren J D.Knowledge discovery by automated identification and ranking of implicit relationships[J].Bioinformatics,2004,20(3):389-398.

基于CDIO的生物医学 篇6

生物医学信号处理是生物医学工程专业的一门非常重要的核心课程, 为了帮助学生学好这门课程美国Wisconsin-Madison大学的Willis J Tompkin开发了基于PC平台的Digi Scope软件, 作为生物医学信号处理的实验教学平台[1], 使学生能在PC机上更加直观地学习和理解生物医学信号处理的原理和一些基本算法。

数字信号处理器 (DSP) 由于具有哈佛结构、硬件乘加机构、流水线操作等特点, 从而具有高速完成生物医学信号处理的能力[2], 所以, 使用DSP作为处理器的医学仪器产品越来越普遍[3,4,5]。 正是因为DSP在医疗仪器中作为信号处理的核心且应用日益广泛, 越来越多的高校为了帮助生物医学工程专业的学生学习DSP技术, 也开办了DSP课程及实验教学。

目前存在的问题一方面是在生物医学信号处理的实验课程中采用的是将生物医学信号作为处理对象, 但实验教学是基于PC平台[6]。另一方面, 目前的DSP课程的理论教材和实验平台主要是针对电子和通信专业方向的学生, 基本上都是以音频信号作为处理对象。 但是生物医学工程专业的学生接触的是生物医学信号, 而生物医学信号具有一些不同于音频信号的特点, 比如频率低、幅值小、随机性强、易受噪声干扰等[7]。 为了帮助学生学会在DSP上处理生物医学信号, 我们将生物医学信号处理和DSP实验相结合, 设计了基于DSP的医学信号实验平台。

1 实验平台的开发

1.1 生物医学信号的数据来源

Physio Bank[8,9]上目前提供了超过50 个生理数据库, 包括多参数生理信号、心电、医学图像等数据库。 这些数据既可以免费供研究使用, 又可以为生物医学信号处理的教学和实验所用。 在这些数据库中, 由麻省理工大学和美国国立卫生研究院 (MIT-BIH开发的心电数据库广泛地应用于生物医学信号处理研究和教学中, Digi Scope实验平台也使用这个数据库作为数据源。 基于MIT-BIH心电数据库的权威性, 我们的实验教学平台也采用这个心电数据库作为实验数据源。

1.2 生物医学信号处理的算法及实现

Digi Scope实验平台对应的理论教材[10,11]以心电信号为例讲述了生物医学信号处理的一些基本算法, 包括心电滤波、心电信号压缩、心电信号的频谱与功率谱分析、心率的计算等。 我们的实验平台采用C语言在DSP上开发并完成这些算法。

1.3 DSP实验平台

DSP实验平台基于DES3200 实验箱, 实验平台的硬件模块如图1 所示。 DSP芯片采用的是TI公司的TMS320VC5416, 这个系列的芯片特别适合生理信号处理。 实验箱上还提供了液晶显示, TLC320AC01 模数/数模转换等外部设备可以实现生物医学信号采集和显示等功能。 实验软件平台是CCS2.1 集成开发环境, 这个开发环境提供了图形显示工具, 可以非常直观地显示信号的时域和频域图形, 帮助学生深入理解信号处理的原理。

2 开发的实验项目与实验结果

2.1 实验项目

根据上面所述的生物医学信号处理的算法, 我们在DSP生物医学信号处理平台上开发了相关的实验项目, 这些实验项目见表1。

2.2 实验结果

由于CCS开发环境的强大功能, 大部分实验项目可以使用CCS的图形工具直观地观察到生物医学信号处理前后的时域和频域图形。 以心电信号的滤波和心率检测为例, 图2 和图3 是采用FIR算法对心电信号进行滤波的实验结果, 图2 显示的是MIT-BIH上的心电数据117.dat的心电信号, 图3 则是采用FIR算法对图2 的信号进行平滑滤波的结果。 图4 和图5 是采用模板匹配法检测心率的实验结果, 图4 显示的是MIT-BIH上的心电数据122.dat的心电信号, 图5 显示的是采用归一化互相关算法进行模板匹配后的相关系数显示, 对相关系数设定合适阈值就可以检测心率。 (图2~图5 的横坐标为时间, 单位为1/200 s, 表示信号采样频率为200 次/s。为了便于显示, 图2~图4 的纵坐标将信号幅值放大410 倍, 单位为1/410 V, 图5则将相关系数的结果扩大了128 倍) 。

3 实验平台的使用效果

在基于DSP的医学信号处理实验平台上从事实验, 提高了学生的学习效果, 主要体现在以下几个方面:

(1) 在DSP上重新完成以前在PC机上实现的生物医学信号处理的算法, 并借助开发环境的图形显示出信号的时域和频域图形, 可以帮助学生进一步深入理解生物医学信号处理的方法和原理。

(2) 采用生物医学上的心电信号作为处理对象并在医学仪器上广泛使用的以DSP芯片作为核心的实验平台上实现, 将理论和实践紧密地结合起来, 使学生认识到了理论课程的作用, 学习兴趣也得到了提高。

(3) 在帮助学生学习生物医学信号处理的原理的同时, 此实验平台可以作为基于DSP的医学仪器的原型。 学生在这个实验平台上进行实验可以学习到DSP的基本原理和其在医学仪器中的应用, 熟悉基于DSP的医学仪器的设计开发的过程, 还可以在这个实验平台上从事课程设计和毕业设计, 为今后从事基于DSP的医学仪器的设计和开发打下较好的基础。

4 结论

我们在基于DSP的生物医学信号实验教学平台上进行教学实践, 取得了较好的教学效果。 下一步的工作主要在于2 个方面: (1) 在现有的主要进行信号处理的基础上加强信号采集实验; (2) 目前, 此实验平台的生理信号仅仅采用心电信号, 在以后的工作中, 我们会将生理信号处理的对象扩充到脑电、心音等其他信号。

参考文献

[1]Tompkins W J.UW DigiScope[EB/OL].[2011-10-06].http://sourceforge.net/projects/digiscope/.

[2]张雄伟, 曹铁勇, 陈亮, 等.DSP芯片的原理与开发应用[M].4版.北京:电子工业出版社, 2009:5-6.

[3]Texas Instruments Incorporated.Diagnostic, Patient Monitoring and Therapy Applications Guide[R].Texas:Texas Instruments Incorporated, 2010.

[4]Texas Instruments Incorporated.Consumer Medical Applications Guide[R].Texas:Texas Instruments Incorporated, 2010.

[5]Texas Instruments Incorporated.Medical Applications Guide[R].Texas:Texas Instruments Incorporated, 2010.

[6]Tompkins W J, Wilson J.Software for biomedical engineering signal processing laboratory experiments[C]//Annual International Conference of the IEEE on Engineering in Medicine and Biology Society.Minneapolis:IEEE, 2009:2 008-2 010.

[7]林家瑞.微机式医学仪器设计[M].武汉:华中科技大学出版社, 2004:4.

[8]PhysioNet.MIT-BIH Arrhythmia Database[EB/OL].[2011-12-08].http://www.physionet.org/.

[9]Goldberger A L, Amaral LAN, Glass L, et al.PhysioBank, PhysioToolkit, and PhysioNet:Components of a New Research Resource for Complex Physiologic Signals[J].Circulation, 101 (23) :e215-e220.

[10]Tompkins W J.生物医学信号处理[M].林家瑞, 徐邦荃, 译.武汉:华中科技大学出版社, 2001.

基于CDIO理念的C语言教学改革 篇7

【摘要】针对C语言程序设计课程的特点以及传统教学中存在的不足，根据 CDIO 工程教育理念，提出按通信工程专业要求整合C语言程序设计相关的教学内容；同时以项目为中心，围绕具体工程实例进行授课，将教学活动与有意义的任务结合在一起。教学实践结果表明，基于CDIO理念的C语言程序设计课程改革模式符合学生专业特点，能够满足专业基本需求；提高了学生的学习兴趣，有效地培养了学生解决实际问题的能力。

【关键词】C语言程序设计 CDIO工程教育理念 教学改革

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）22-0043-02

1. C语言程序设计教学现状及分析

C 语言程序设计是计算机科学与技术、网络工程、通信工程、软件工程等相关专业的必修课程，也是数据结构与算法、数据库原理与应用及其他高级程序设计类语言课程（如：C++ 程序设计、Java程序设计、PHP 程序设计等）的基础，在计算机相关专业的课程体系中起着重要作用。对相关专业的学生来讲， C语言掌握的好坏，直接影响到学生对后继课程的学习，同时对他们以后的学习和发展也起着至关重要的作用。但从目前的教学情况来看，学生对C语言的实际掌握情况并不理想。目前C语言教学中存在的主要问题有：

（1）课程本身不易掌握

作为一门实用的编程语言，C语言以其强大的编程功能，自由灵活的编程风格，获得了广大编程人员的广泛青睐。它有 9 种控制语句、34个运算符，数据类型多样。但正是这些优点恰恰成了初学者的最大障碍。再加上C语言往往在大学一年级开设，此时学生还缺乏对计算机结构的全面了解，对于和计算机硬件尤其是和内存结合很紧密的一些概念，学生接受起来不太容易，普遍感觉入门难。

（2）教学手段单一

从教学手段来看，C语言程序设计的课时有限，教师要在规定的课时内完成教学计划，在课堂基本上都是“满堂灌”。教师是教学的主体，学生被动地接受程序设计语言的基本语法，师生间可以用来互动的时间较少。这种灌输模式能较好地保证所讲授知识的系统性与完整性，却忽略了程序设计能力与思维的培养，造成学生学习的积极性不高，教学效果不太理想。

此外，C语言程序设计是一门实践性非常强的课程，由于总课时的限制，目前分配到的实践课时偏小。同时，由于学生在理论教学过程中对知识点的掌握较差，到了实践环节时多数学生是拿书本上的例子来验证，往往只会照搬教材，不会变通，缺少灵活性和创新性。实验课环节效果很难保证。

（3）考核方式不全面

从当前情况来看，大多数的有关C语言的考试还是处在原来的应试教育阶段。作为一门实用编程语言的考试，动手能力考的少，理论知识考得多，而在理论知识的考试中，往往过多拘泥于繁琐语法细节的考试。这就使得大多数学生在学习C 语言时往往是靠死记硬背，而一般不太注意动手能力的培养。殊不知作为一门编程语言，动手能力才是第一位的，否则无论考的分数再高，也不可能写出漂亮的程序来，只有在实际的编程中多锻炼，才有可能加深对C语言中各种知识的理解，才能更好地掌握C语言。

2.CDIO 工程教育理念

CDIO [1] 是由麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学经过四年的探索研究，创立的一种创新型的高等工程教育理念。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）。CDIO工程教育理念主张以从产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程，综合培养学生的工程基础知识、个人素质和发展能力、人际团队能力和工程系统能力等多方面的能力[2][3]。

随着社会产业结构的调整，企业对人才需求的转向，高等教育人才培养目标对应用型本科院校的教学提出了新的要求，即强调扎实的工程基础知识和实践动手能力的培养，从而更好地满足现代工程技术人员的培养要求。作为通信工程专业开设的核心专业基础课程——C 语言程序设计课程，传统的教学模式难以激发学生的学习兴趣，教学效果不太理想，因此该课程教学改革势在必行。针对目前存在问题，基于 CDIO 的工程教育理念对C语言程序设计课程的教学改革有较好的启迪作用[4]。

3.基于 CDIO 理念的教学改革方案

3.1 按照通信工程专业需求改革教学内容和教学模式

通信工程专业的C 语言常常应用于各类软硬件开发项目，因此在课程的实践环节应增加相应的实际案例或项目，以适应该专业学生的需求。以 CDIO 教育理念整合C 语言相关课程，做到兼顾经典内容和现代技术，强调基本理论的应用方法，重点强调工程应用的实践，有效提高学生的动手能力和运用C语言知识解决专业问题的能力。

在学习完C语言课程后，可鼓励学生参加大学生科技创新竞赛项目，通过参赛，学生可以进一步体会编程的基本思路和方法，掌握C语言的应用。这种方式寓教于乐，兴趣为先，可以较好地激发学生的兴趣和学习热情。在整个竞赛项目的筹备过程中，需要小组成员分工合作，可以同时锻炼学生的交流、沟通、合作及创新能力。学生完成项目不是在学习某门课程，而是在学习如何解决实际问题，在解决问题的过程中自然地学会了相关课程要求的知识。以项目为中心的实践教学对于培养学生的工程能力具有重要的作用。

3.2加强教师工程实践能力，鼓励产学研合作

CDIO 工程教育理念对教师的教学提出了新的要求。根据CDIO的改革思路，教师需要更新教育观念，改变重理论知识轻实践能力的传统观念，建立“以教师为主导，学生为主体”的教学方式。鼓励产学研合作有利于CDIO理念的实现，具体措施可以包括：邀请富有经验的企业界技术骨干到学校开设相关C 语言应用讲座；优先选派有实践经验和工程背景的老师为学生授课；同时组织任课教师到企业参观学习，鼓励教师到相关企业兼职，鼓励教师与企业合作开展工程项目。通过这些方式既能锻炼任课教师的工程实践能力，又开阔了教师和学生视野，为培养学生工程实践能力打下坚实的基础。

3.3完善课程考核体系

进一步完善课程的考核体系对提高C语言课程教学的质量至关重要。考核中应降低理论笔试所占的比例，重视实践过程，采取多样化的考核方式，使之能够综合体现学生的知识、能力和素质水平。对于实践环节的考核应该严格把关，注重过程考核。学生应针对实验内容在课前认真准备，每次进实验室时，应写好完整的代码。上机调试中发现问题的同时解决问题，课后及时完成报告。鼓励学生在算法上多创新，创新能力应在考核中占有一定的比例。

4. 结束语

C语言是一门实践性很强的计算机高级编程语言。C语言程序设计编程技术掌握得好坏直接影响通信工程等专业学生后续课程学习的效果和将来的就业情况。C语言课程的特点十分适合采用CDIO理念进行教学改革。教学实践结果表明，依据CDIO理念提出的以项目为中心，以应用为目标开展教学活动的课程改革思路能够使该课程的教学更具科学性和成效性；提高了学生的学习兴趣，有效地培养了学生解决实际问题的能力。

致谢：本文的研究工作得到了南京工程学院校级科研基金 （YKJ201417，YKJ201419）的资助。

参考文献：

[1] 顾佩华，李昇平，沈民奋，等 . 以设计为导向的 EIP-CDIO 创新型工程人才培养模式[J]. 中国高等教育，2009（3）： 47 -49.

[2] 吴雅娟，衣治安，王跃萍 . CDIO 教育模式在计算机基础教学中的应用研究[J]. 计算机教育，2010（14）：

141 -143.

[3] 李曼丽.用历史解读CDIO及其应用前景[J].清华大学教育研究，2008（5）：79～8 7 .