人工智能與衛生化學教學改革探討

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摘要:人工智能是計算機學科的一項重要分支，目的在于研究、模擬并應用人的思維、學習、知識儲存過程。隨著互聯網及大數據的不斷發展，人工智能在當今時代起到更為重要的作用。衛生化學是預防醫學專業必修的專業基礎課。文章基于人工智能的發展，從理論教學、實驗教學、教學評價、教學反思四個方面對衛生化學進行學習方式及教學方式的改革，培養全方位、高層次的公共衛生人才。

關鍵詞:衛生化學;人工智能;教學改革

21世紀以來，全世界開始進入信息化與大數據時代，人工智能在醫療、計算機科學、金融貿易、通訊、法律、游戲及周邊產品開發等諸多方面應用廣泛［1－3］。由于教育本身的獨特性，人工智能在教育中的應用尚處于起步階段。然而課程改革必須要適應時代潮流，將先進的信息技術與教學緊密結合，進而培養時代所需的高科技全方位人才。應急型公共衛生人才極度缺乏，因此加快培養高水平應急型公共衛生人才十分必要。衛生化學是預防醫學專業學生必修的專業基礎課，主要教授分析化學相關知識與實驗技能。時代在不斷變化，預防醫學要求不斷更新研究手段及新興技術，為及時迅速的發現、控制和預防疾病流行提供科學可靠的數據、信息和方法。因此，衛生化學課程的不斷更新發展是十分必要的。人工智能時代的到來，衛生化學課程隨之變革，這樣方能培養時代所需的人才。本文基于當今人工智能的發展趨勢，從理論教學、實驗教學、教學評價、教學反思四個方面對衛生化學課程進行改革，順應時代變革，改變學生的學習方式及教師的教學方法，培養應急型、全方位、高層次的公共衛生人才，助力“互聯網+”全民預防新時代的到來。

1理論教學

1．1教學資料

在新時代科技迅速發展的背景之下，預防醫學專業學生不再要求只學習理論知識，還要求掌握新興科學技術與高科技信息。為推進現代化高科技復合型人才的培養進程，教師必須在衛生化學教材中增添人工智能相關知識，如在分析數據處理與分析工作質量保證章節中加入人工智能知識。當今時代人工智能主要包括圖像識別、語言識別等新型科學技術。該技術可更高效、智能地進行樣品及數據處理工作，將該方面內容加入教材中，既可填補衛生化學教材中人工智能方面的空白，也為課程改革中教材改革邁出重要一步。教師將其他課外教學材料加入人工智能技術，如微信小程序和在線輔導平臺，利用人工智能技術檢測教學材料的不足并實時檢測學生掌握情況，精確掌握學生的學習與復習情況。比如ContentTech-nologies，Inc(以下簡稱CTI)是一家根據人工智能技術開發定制教科書的公司，可根據教案及教學大綱的內容，發現更加適合教學的教科書及教學材料。CTI根據這項技術為多個中、高等教育機構提供教學材料。同時，為彌補預防醫學學生應急知識及能力的缺乏，課外知識平臺精準設置應急處理知識課程，使學生在課外智能平臺學習知識，增強專業能力與預防應急能力，成為全方位、高層次的公共衛生人才。

1．2課堂

課堂教學是理論教學的重要一環。近年來，線上線下混合式教學成為常態，這樣也加快了智能課堂的發展進程［4］。教師應順應形勢變化，提高智能化教學能力［5］。線上教學離不開人工智能技術，語音識別和圖文識別功能的快速發展給教師和學生帶來便利。教師應合理利用這種發展趨勢，在線上教學過程中利用大數據人工智能技術了解學生對知識的理解程度。在線教育平臺屬于智能課堂的應用范圍，例如iTutorGroup全球在線教育平臺擁有全球最佳教學顧問，并根據人工智能技術分析適合學生個性的學習方式，學生從各個設備隨時咨詢最適合自身的教學顧問。線上人工智能技術實施因材施教，對于培養個性化預防醫學人才發揮著重要作用。如今衛生化學線下課堂主要采用班級授課制。教師面對幾十個人，根據多數學生對于衛生化學課程的掌握情況進行教學，因此會忽視了學生的獨立性與自主性，對于學生的獨立發展不利。而人工智能更加適合于個別教學，讓因材施教的可行性極大提高。教師根據不同學生的個性，利用人工智能技術了解某一學生的學習情況，利用高科技數據采集技術收集學生疑問與難題，并在線上平臺錄制微課視頻解答疑惑。課堂中，教師根據大數據調整教學計劃，滿足多數學生的課堂要求，并采用大數據手段收集學生疑惑，利于學生個性化的培養，更加助力衛生化學的課程改革。

2實驗教學

實驗教學在衛生化學教學中占有重要地位。衛生化學是一門以實驗為基礎的學科，實驗原理和步驟的預習至關重要。現階段學生對于實驗的預習重視度不足，而網絡上很少有完整流暢的實驗教學視頻，學生的實驗預習效果不盡人意。如今人工智能與虛擬現實(virtualreality，VＲ)技術相輔相成，正好解決了這一問題［6，7］。部分實驗采用人工智能與VＲ相結合技術。在正式實驗開始前，學生作為模擬實驗的主體先進行預習實驗，將實驗預先進行一遍，并用人工智能技術對預習實驗部分進行數據收集和評價。這樣不僅可以降低實驗教學成本，還能讓教師更加了解學生預習情況，提高實驗教學課堂效率，利于學生創新能力的發展［8，9］。此外，衛生化學實驗藥品大多含有毒性及腐蝕性［10］，采用人工智能和VＲ技術有望避免實驗過程中存在的安全問題，同時還能增強學生對于實驗學習的興趣，極大提高學生對實驗學習的積極性。人工智能與VＲ技術結合參與衛生化學實驗教學，有利于激發學生對于實驗的興趣，使學生在掌握理論知識的同時擁有扎實的實驗操作能力，提高學生科研能力［11，12］，加快衛生化學的改革進程。

3課程評價

3．1過程評價

過程評價主要是通過描述實際過程來確定或預測課程計劃本身或實施過程中存在的問題，需要對計劃實施情況不斷加以檢查。當前大多院校采用人工評價的方式進行衛生化學課程評價，這種方法存在信息誤差大、耗時長、評價標準不夠規范、評價結果不夠準確等問題［13］。基于當今評價方式與大數據時代的快速發展現狀，以人工智能技術助力過程性評價，在衛生化學課程評價時對學生學習過程進行全程監測，各高校可以采用人工智能采集學生學習全程數據、課堂學習表現以及教師授課全程數據，高效進行課程統計，并采用智能科技進行數據統計，利于學生的個性化發展，培養高科技復合型人才［14］。改變傳統方式，采用人工智能技術進行過程評價，不僅有效解決傳統“唯分數”的傾向，提高課程評價的智能化、信息化，更進一步提高衛生化學的教學質量，加速推進衛生化學課程改革。

3．2成果評價

現今，成果評價大多是評價學生和教師的教學效果，即考試與測驗。期末測試一般占據成果評價的70%，因此學生對于期末測試重視程度很高。學生在復習過程中利用人工智能技術中的圖像識別和語音識別功能解決疑難問題，人工智能技術與成果評價結合，可以擴大人工智能技術在學生中的影響力，并且極大縮短復習時間，提高復習效率。同時，人工智能的圖形識別功能與光學字符識別(opticalcharacterrecognition，OCＲ)功能相結合，幫助教師進行平時作業批改等繁雜瑣碎的任務。因此，人工智能技術在成果評價方面應用范圍廣泛，增強學生和教師測試的效率，減少不必要的時間浪費，利于培養高科技預防醫學人才，更在衛生化學的課程改革過程中發揮著重要作用。

4課程反思

課程反思是指教師對教育教學實踐的重新認識與思考，并總結經驗教訓，進一步提高教育教學水平的過程［15］。傳統衛生化學課程反思大多是教師根據教學過程中自身感受進行分析、反思。這種反思方式是主觀的，很難真正提升課程水平，對于課程改革進程效果甚微。21世紀以來，人工智能技術發展愈加迅速，教師進行課程反思時不再局限于傳統，應加以創新理念。教師可以利用人工智能技術記錄衛生化學教學過程中學生學習過程的所有數據，包括理論課堂上學生的簽到次數、聽課記錄、測驗分數、課堂討論程度以及實驗課堂中的學生預習情況、實驗過程、實驗數據等。通過現代化智能處理數據，教師直觀地了解到課程教學過程中的各項數據以及學生的學習情況。人工智能技術可將教育目標與教育成果進行對比，使教師直觀感受成果的完成情況。對于未達到的目標，教師可在數據庫內查詢數據、分析原因，然后在記錄于數據庫內，以便于后期進行對比反饋。人工智能技術應用于課程反思過程中，使得教師以他人評價的方式進行回顧反思，利于教師教學水平的提高，更能顯著增進衛生化學課程改革進程，利于培養公共衛生人才。總之，人工智能時代已經來臨，衛生化學課程應跟隨時代步伐，加快進行課程改革。本文從理論教學、實驗教學、課程評價、課程反思四個方面改變學生和教師的傳統思維，對衛生化學課程進行改革，使之成為高科技智能化的衛生化學課程，力爭培養出全方位、高科技的預防醫學人才。

作者：曹園園 盧羿同 郭雨婷 邱于薈 陳鈺 單位：首都醫科大學公共衛生學院衛生毒理與衛生化學學系 首都醫科大學公共衛生學院 廊坊師范學院化學與材料科學學院