何煉圖 湯慶 湯佳馨 李穎珊 張雨欣

教育是著眼于未來(lái)的事業(yè)，教育的首要任務(wù)就是為未來(lái)社會(huì)培養(yǎng)相適應(yīng)的合格人才。隨著人工智能的誕生和發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)開(kāi)始將人工智能應(yīng)用于教育領(lǐng)域，并顯示出人工智能對(duì)于彌補(bǔ)當(dāng)前教育存在的種種缺陷和不足，推動(dòng)教學(xué)現(xiàn)代化和教育發(fā)展改革進(jìn)程起著越來(lái)越重要的作用[1]。在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)當(dāng)中，醫(yī)學(xué)影像技術(shù)是為實(shí)用性強(qiáng)、滲透深、普及廣和發(fā)展最快的新興學(xué)科，尤其是近年來(lái)諸如各種造影、介入診斷及治療等新技術(shù)的快速發(fā)展，醫(yī)學(xué)影像技術(shù)已成為臨床診治不可或缺的重要輔助手段，有望在人工智能發(fā)展帶動(dòng)下率先普及于臨床醫(yī)學(xué)的重要輔助技術(shù)。

1 目前醫(yī)學(xué)影像教育狀況

多年來(lái)，包括超聲、放射、核磁以及核醫(yī)學(xué)在內(nèi)的醫(yī)學(xué)影像學(xué)主流教學(xué)還是采取傳統(tǒng)的教學(xué)模式，具體的體現(xiàn)為：教學(xué)地點(diǎn)限于校園內(nèi)課堂教學(xué)，教學(xué)形式以課堂講授式教學(xué)為主，教學(xué)主體是以教師為中心，教學(xué)內(nèi)容課程陳舊、枯燥、抽象，并且單一與相關(guān)學(xué)科相對(duì)孤立；如此教學(xué)模式的缺陷和不足是顯而易見(jiàn)的：只重書(shū)本知識(shí)不重實(shí)踐、只重記憶不重能力、只重結(jié)果不重過(guò)程，因受課程設(shè)定的制約，教師授課和學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性均受到制約，授課缺乏針對(duì)性、靈活性和智能性；一方面教師不了解學(xué)生的具體情況，只能提出通常需要注意的問(wèn)題，另一方面學(xué)生在遇到問(wèn)題時(shí)不能及時(shí)和教師溝通交流，師生間互動(dòng)減少；即使使用了計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，但學(xué)生受到課件系統(tǒng)固有內(nèi)容的限制是較為被動(dòng)的，降低了課件的適用面和效能；尤其是現(xiàn)階段下，影像醫(yī)學(xué)教學(xué)由于缺乏互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的支持與合理應(yīng)用，圖像資源較為單一、不新穎，導(dǎo)致培養(yǎng)學(xué)生對(duì)圖像理解及分析能力不夠，往往出現(xiàn)臨床和理論脫節(jié)的現(xiàn)象[2]。

上述醫(yī)學(xué)影像教學(xué)以教師傳授知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和技能為主的教學(xué)模式，已落后于現(xiàn)代影像技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)不能滿足醫(yī)學(xué)影像人才培養(yǎng)的需要。近年來(lái)臨床上醫(yī)學(xué)影像學(xué)專(zhuān)業(yè)人員的奇缺現(xiàn)狀也說(shuō)明了問(wèn)題所在，迫切需要我們引入新的醫(yī)學(xué)影像醫(yī)學(xué)教育模式以順應(yīng)時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)。

2 人工智能在醫(yī)學(xué)影像教育中的創(chuàng)新作用

2.1 人工智能可為醫(yī)學(xué)影像教學(xué)新模式奠定基礎(chǔ)

具備有人工智能內(nèi)涵意義的智能代理和智能教學(xué)系統(tǒng)，可為教學(xué)過(guò)程的個(gè)性化、交互性的實(shí)現(xiàn)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。智能代理技術(shù)是由各種技術(shù)支撐并包括許多實(shí)用的應(yīng)用特性的集合，系統(tǒng)利用這些特性來(lái)擴(kuò)展應(yīng)用的功能，達(dá)到自動(dòng)執(zhí)行用戶委托任務(wù)的目的。它初步具備深度學(xué)習(xí)的功能，通過(guò)主動(dòng)、高效地從網(wǎng)絡(luò)信息空間獲取用戶所需信息從而解決使用關(guān)鍵字匹配查詢、搜索引擎引起的問(wèn)題：即大量無(wú)關(guān)信息的涌現(xiàn)和信息檢索精確度較低等，應(yīng)用在教學(xué)過(guò)程中，可使師生雙方在教與學(xué)當(dāng)中知識(shí)選取效率得以大幅提高，師生們可以廣泛使用智能代理技術(shù)進(jìn)行搜索、導(dǎo)引來(lái)查詢有效知識(shí)[3]，交互學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)能力也可得以加強(qiáng)。例如，南京醫(yī)科大學(xué)超聲教研室自主研發(fā)了基于網(wǎng)絡(luò)的超聲影像學(xué)虛擬學(xué)習(xí)平臺(tái)，該智能化平臺(tái)包含超聲科室漫游、虛擬超聲儀器操作、人體虛擬超聲檢查、虛擬超聲病例圖像庫(kù)、超聲課程中心和在線超聲考核等智能模塊，學(xué)生可進(jìn)入上述各模塊進(jìn)行模擬臨床場(chǎng)景式學(xué)習(xí)，從而訓(xùn)練超聲檢查技巧，并激發(fā)學(xué)生對(duì)超聲的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而培養(yǎng)臨床辯證思維和診斷能力，取得了良好的教學(xué)效果[4]。

2.2 人工智能的應(yīng)用可提高教學(xué)的質(zhì)量和效率

人工智能通過(guò)計(jì)算機(jī)可為學(xué)生提供圖文并茂的豐富信息和數(shù)據(jù)，一方面加強(qiáng)了學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)了對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和掌握，從而提高了教學(xué)質(zhì)量。同時(shí)，人工智能可幫助教師完成繁雜的、需適應(yīng)各種教學(xué)的教學(xué)課程、課件等設(shè)計(jì)，使教師將更多的精力專(zhuān)注于學(xué)與教的行為和過(guò)程，從而提高教學(xué)效率。正如前面所述例子，智能網(wǎng)絡(luò)模塊化學(xué)習(xí)平臺(tái)可使超聲影像教學(xué)擺脫以往對(duì)于示教病例的依賴(lài)和超聲儀器的限制，拓展了學(xué)生們的學(xué)習(xí)空間和時(shí)間，可極大地提高影像醫(yī)學(xué)學(xué)習(xí)效率和教學(xué)質(zhì)量。

2.3 人工智能可提高學(xué)生的思維能力

在體驗(yàn)、認(rèn)知過(guò)程中，人工智能技術(shù)讓學(xué)生獲得對(duì)非結(jié)構(gòu)化或者是半結(jié)構(gòu)化問(wèn)題的解決方案的了解，從而起到培養(yǎng)學(xué)生多維角度思維的作用，并可模擬人類(lèi)專(zhuān)家解決復(fù)雜問(wèn)題的思路，提高學(xué)生邏輯思維能力的培養(yǎng)[5]。例如學(xué)生可以向智能化專(zhuān)家系統(tǒng)提出諸如“為什么（Why）”“如何（How）”等各種問(wèn)題，系統(tǒng)接指令后，可即時(shí)根據(jù)推理的邏輯進(jìn)程將答案實(shí)時(shí)告訴學(xué)生，如同教師與學(xué)生在面對(duì)面地進(jìn)行教與學(xué)。在整個(gè)過(guò)程中，學(xué)生們可以充分體驗(yàn)智能化人類(lèi)專(zhuān)家的求解思路和推理風(fēng)格，有助于培養(yǎng)和提高學(xué)生們的分析、判斷和思維能力[6]。

3 人工智能時(shí)代下醫(yī)學(xué)影像教育新模式的幾點(diǎn)構(gòu)想

教育與人工智能相結(jié)合將會(huì)創(chuàng)新教育方式和理念。北京師范大學(xué)何克抗教授在《當(dāng)代教育技術(shù)的研究?jī)?nèi)容與發(fā)展趨勢(shì)》中提到當(dāng)代教育技術(shù)的五大發(fā)展趨勢(shì)之一就是“愈來(lái)愈重視人工智能在教育中應(yīng)用的研究”[7]。結(jié)合上述人工智能在醫(yī)學(xué)影像教育中的創(chuàng)新作用，下面就人工智能結(jié)合醫(yī)學(xué)影像學(xué)教育新模式提出一些構(gòu)想。

3.1 樹(shù)立影像醫(yī)學(xué)教育新概念、新理念

首先應(yīng)變革以往學(xué)習(xí)限于校園內(nèi)進(jìn)行的學(xué)校教育觀念，應(yīng)充分利用網(wǎng)絡(luò)、虛擬世界平臺(tái)進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)將不再僅限于校園，而是處處可學(xué)并且是時(shí)時(shí)可學(xué)了。并應(yīng)重新認(rèn)識(shí)并定義教育、知識(shí)和學(xué)習(xí)的本質(zhì)。

3.2 轉(zhuǎn)變教育培養(yǎng)目標(biāo)

改變以往只傳授書(shū)本知識(shí)、只重記憶不重能力、只重結(jié)果不重過(guò)程的教育方式和過(guò)程?，F(xiàn)已邁進(jìn)知識(shí)經(jīng)濟(jì)并且是科技日益創(chuàng)新的時(shí)代，我們的醫(yī)學(xué)影像教學(xué)目標(biāo)也應(yīng)該是培養(yǎng)學(xué)生的批判性、創(chuàng)造性，成為具有實(shí)踐能力的創(chuàng)新人才。

3.3 轉(zhuǎn)化教育培養(yǎng)方式

教育培養(yǎng)需注重課程內(nèi)容的變化、更新與整合，注重師生關(guān)系的改變，教師不再是知識(shí)傳授的唯一載體，注重個(gè)性化、個(gè)別化學(xué)習(xí)，需對(duì)每個(gè)學(xué)生設(shè)計(jì)個(gè)性化的計(jì)劃，課程及方式的多樣化，以取得更好的學(xué)習(xí)效果。

3.4 構(gòu)建包含智能學(xué)習(xí)、交互式學(xué)習(xí)的新型教育體系

根據(jù)以上教學(xué)新模式變革的原則，構(gòu)建包含智能學(xué)習(xí)、交互式學(xué)習(xí)的新型教育體系甚為關(guān)鍵，可以預(yù)期人工智能將在醫(yī)學(xué)影像教育中的應(yīng)用主要有以下幾類(lèi)：（1）智能教學(xué)系統(tǒng)（intelligent tutoring system，ITS），ITS由專(zhuān)家模塊（知識(shí)庫(kù)）、學(xué)生模塊、教學(xué)模塊和智能接口四部分組成[8]。專(zhuān)家模塊（知識(shí)庫(kù)）屬于教學(xué)內(nèi)容的模塊，關(guān)于“教什么”的問(wèn)題，包含相關(guān)領(lǐng)域的教學(xué)知識(shí)，具備問(wèn)題解答的能力，對(duì)系統(tǒng)生成及學(xué)生提出的問(wèn)題能自動(dòng)生成正確的答案，而且還能與學(xué)生給出的答案相比較，根據(jù)比較的結(jié)果更新系統(tǒng)的學(xué)生模型；學(xué)生模塊屬于學(xué)生知識(shí)狀態(tài)的模型，關(guān)于“誰(shuí)在學(xué)”的問(wèn)題。學(xué)生模型可以描述學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容理解、掌握的程度，然后ITS根據(jù)學(xué)生模型的具體情況調(diào)整教學(xué)策略并提供適當(dāng)?shù)姆答?；教學(xué)模塊屬于教學(xué)過(guò)程與整個(gè)系統(tǒng)的控制模塊，關(guān)于“如何教”的問(wèn)題；智能接口是系統(tǒng)和用戶之間信息交流的橋梁，整個(gè)ITS依靠這個(gè)模塊把教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)給用戶，隨時(shí)接受用戶的輸入，并向用戶提供反饋信息。（2）智能化考試系統(tǒng)（intelligent examination system，IES），是基于專(zhuān)家系統(tǒng)的考試系統(tǒng)，該考試系統(tǒng)能讓考試真正實(shí)現(xiàn)智能化，真實(shí)地反映每個(gè)學(xué)生的情況[9]。（3）智能教學(xué)代理（animated pedagogical agent）在教學(xué)系統(tǒng)中擔(dān)當(dāng)像人類(lèi)教師那樣處理教學(xué)過(guò)程的角色。智能教學(xué)代理能根據(jù)學(xué)生不同的知識(shí)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)風(fēng)格及一些不確定因素進(jìn)行不同的處理[10]。（4）虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)（virtual instruction），是一種雙向交互式教與學(xué)的教學(xué)形式，參與者與“模擬環(huán)境”互相交互進(jìn)行教學(xué)與學(xué)習(xí)，主要應(yīng)用形式包括：利用虛擬技術(shù)進(jìn)行知識(shí)學(xué)習(xí)、探究性學(xué)習(xí)、虛擬實(shí)驗(yàn)、技能訓(xùn)練及網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)[11]。

總體上看，目前我們?nèi)蕴幱凇叭跞斯ぶ悄堋毕颉邦?lèi)人工智能”邁進(jìn)的階段，人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用研究已初步展開(kāi)，種種跡象表明人工智能在教育領(lǐng)域應(yīng)用方面將有著天然的契合[12]。希望并且相信，隨著人工智能包括情感、行為到認(rèn)知等多維度技術(shù)不斷成熟與深化，勢(shì)必會(huì)給傳統(tǒng)教育與學(xué)習(xí)方式帶來(lái)很大的改革，甚至被顛覆，使教育更加有質(zhì)量和效率，讓學(xué)生有更加開(kāi)闊的思維能力和更好的綜合能力，人工智能將開(kāi)啟醫(yī)學(xué)影像學(xué)教育新模式。