胡珊珊 范懷玉

(濟寧醫(yī)學院醫(yī)學信息工程學院 日照 276826)

1 引言

隨著我國醫(yī)療信息化的深入發(fā)展，醫(yī)療衛(wèi)生領域進入大數(shù)據(jù)時代[1]。借助于大數(shù)據(jù)分析和挖掘技術(shù)，發(fā)現(xiàn)其隱藏的規(guī)律，將促進基礎研究、藥物研發(fā)、健康服務以及臨床診療等領域的重大變革[2]。數(shù)據(jù)素養(yǎng)正是一種通過數(shù)據(jù)分析和挖掘發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)價值的重要素養(yǎng)[2]，醫(yī)學生應具備基本的數(shù)據(jù)素養(yǎng)來應對大數(shù)據(jù)時代的醫(yī)療環(huán)境。目前醫(yī)學生數(shù)據(jù)分析和挖掘能力比較弱，數(shù)據(jù)素養(yǎng)難以達到理想水平。因此應采取有效措施來提升醫(yī)學生數(shù)據(jù)素養(yǎng)水平[3]。數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育是培養(yǎng)學生數(shù)據(jù)素養(yǎng)的重要途徑，高校在其中發(fā)揮著重要作用[4]。數(shù)據(jù)素養(yǎng)涉及數(shù)據(jù)意識、數(shù)據(jù)能力和數(shù)據(jù)倫理等多方面內(nèi)容，其核心是對數(shù)據(jù)進行分析、挖掘的能力，數(shù)據(jù)挖掘課程是高校培養(yǎng)學生數(shù)據(jù)素養(yǎng)的重要課程[5]。本文在分析數(shù)據(jù)素養(yǎng)概念和構(gòu)成要素的基礎上，以數(shù)據(jù)挖掘課程為載體，探討醫(yī)學生數(shù)據(jù)素養(yǎng)培養(yǎng)模式。

2 數(shù)據(jù)素養(yǎng)概念

數(shù)據(jù)素養(yǎng)是指人們正當、有效地發(fā)現(xiàn)、評估和使用數(shù)據(jù)信息的意識和能力,主要包括數(shù)據(jù)意識、數(shù)據(jù)能力和數(shù)據(jù)倫理3方面內(nèi)容。其中數(shù)據(jù)意識是指對數(shù)據(jù)敏感，具備判斷力和辯證思維，能夠充分感知數(shù)據(jù)價值；數(shù)據(jù)能力是指利用工具對數(shù)據(jù)進行分析和挖掘的技能；數(shù)據(jù)倫理是指在獲取、使用與發(fā)布數(shù)據(jù)的過程中遵守法律法規(guī)和道德規(guī)范[3,6]。數(shù)據(jù)能力是數(shù)據(jù)素養(yǎng)的核心組成部分，按照數(shù)據(jù)挖掘和分析流程可分為數(shù)據(jù)獲取、整理、分析、呈現(xiàn)、應用能力[7]。數(shù)據(jù)挖掘是一門綜合型交叉學科，其內(nèi)容涉及計算機科學、統(tǒng)計學、機器學習、人工智能、模式識別、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等多個領域，是數(shù)據(jù)分析和挖掘的技術(shù)支撐，是學生數(shù)據(jù)素養(yǎng)培養(yǎng)的優(yōu)質(zhì)載體課程[5,8]。

3 醫(yī)學生數(shù)據(jù)素養(yǎng)培養(yǎng)模式

3.1 教學目標

3.1.1 問題分析 數(shù)據(jù)挖掘通常以概率論與數(shù)理統(tǒng)計、計算機算法等為前導課程，包含大量公式推導和算法分析，理論性較強[9]。醫(yī)學生由于其專業(yè)背景，在計算機和統(tǒng)計學等方面知識儲備比較薄弱，學習難度大，難以理解數(shù)據(jù)挖掘算法，更難以將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應用到醫(yī)療大數(shù)據(jù)中。醫(yī)學生數(shù)據(jù)分析和挖掘能力與職業(yè)需求之間存在巨大差距。

3.1.2 教學目標 醫(yī)學生是數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應用人員，課程教學目標應側(cè)重于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應用，讓學生借助所學知識和方法，運用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對現(xiàn)實生活中的數(shù)據(jù)進行挖掘分析，獲取隱藏的有價值信息，從而指導決策。同時在教學過程中注重學生數(shù)據(jù)素養(yǎng)培養(yǎng)，包括培養(yǎng)數(shù)據(jù)意識、提高數(shù)據(jù)能力和樹立數(shù)據(jù)倫理。結(jié)合醫(yī)學生專業(yè)特點與培養(yǎng)目標，數(shù)據(jù)挖掘課程教學應重思想，輕細節(jié)，弱化公式和原理推導，注重挖掘算法實際應用。教師在講授數(shù)據(jù)挖掘算法基本思想基礎上，重點講授如何實施一個完整的數(shù)據(jù)挖掘項目，使學生掌握數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在現(xiàn)實生活中的應用。同時學生在執(zhí)行項目過程中學習數(shù)據(jù)挖掘方法和步驟，在利用挖掘結(jié)果輔助決策時感受數(shù)據(jù)價值，在潛移默化中提升自身數(shù)據(jù)素養(yǎng)。需要注意的是實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘流程中各個模塊對于醫(yī)學生較為困難。因此數(shù)據(jù)挖掘課程教學應借助某一種數(shù)據(jù)挖掘工具，通過調(diào)用已開發(fā)好的包和函數(shù)來實現(xiàn)各個模塊，使學生能夠從抽象的原理、算法以及復雜的算法實現(xiàn)中脫離出來，將關(guān)注點更多地集中在數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應用層面上。

3.1.3 數(shù)據(jù)挖掘工具選擇 目前常用的數(shù)據(jù)挖掘工具一般有 WEKA、RapidMiner、KNIME、Orange以及R等[10]。其中R作為一款開源免費軟件，在統(tǒng)計和制圖方面有顯著優(yōu)勢，同時提供大量第3方數(shù)據(jù)挖掘功能包[11]，可以被數(shù)據(jù)挖掘流程各個模塊無縫調(diào)用，學生只需調(diào)用函數(shù)并指定參數(shù)即可。R是數(shù)據(jù)挖掘的理想工具，本文以R語言為基礎開展數(shù)據(jù)挖掘課程教學。

3.2 教學方法

3.2.1 概述 數(shù)據(jù)挖掘課程內(nèi)容比較抽象，醫(yī)學生不容易理解，學習興趣不高，因此在課堂教學過程中引入案例教學。教師依據(jù)教學內(nèi)容和目標設計案例，將相關(guān)知識點融入到案例中。案例選擇既要有針對性，又要考慮醫(yī)學生專業(yè)特點，選取生活中真實發(fā)生的事件作為案例，如垃圾郵件分類、藥品推薦等，讓學生感受到數(shù)據(jù)挖掘的現(xiàn)實意義，激發(fā)對理論知識探究的積極性。教學形式上，案例教學過程采用現(xiàn)場編寫代碼的方式。教師利用R語言對數(shù)據(jù)挖掘過程進行現(xiàn)場編碼和調(diào)試，將每階段的處理結(jié)果以最直觀的形式展示給學生，讓學生體驗數(shù)據(jù)挖掘中數(shù)據(jù)變換的流程。這種現(xiàn)場編碼的教學形式能夠充分激發(fā)學生學習興趣，提高其分析解決問題能力，提升數(shù)據(jù)素養(yǎng)。

3.2.2 案例討論 以對案例的數(shù)據(jù)挖掘過程為主線組織教學。數(shù)據(jù)挖掘流程可分為數(shù)據(jù)收集、預處理、挖掘、挖掘結(jié)果評價和分析決策等階段[12]。教師要對教學內(nèi)容進行整合與重構(gòu)，將知識點嵌入到數(shù)據(jù)挖掘流程各個模塊中。案例討論過程以數(shù)據(jù)挖掘流程貫穿其中，重點講述怎樣調(diào)用R語言中的函數(shù)進行案例數(shù)據(jù)收集、預處理、挖掘以及利用挖掘結(jié)果進行分析決策，將各模塊前后銜接成一個完整的數(shù)據(jù)處理過程，讓學生在數(shù)據(jù)處理過程中提升自身數(shù)據(jù)素養(yǎng)。例如以藥品推薦為案例，講授數(shù)據(jù)挖掘中經(jīng)典的關(guān)聯(lián)規(guī)則Apriori算法，見表1。

表1 “藥品推薦”案例教學過程

3.2.3 案例分析 案例教學將數(shù)據(jù)素養(yǎng)培養(yǎng)融入到案例分析的整個過程，圍繞數(shù)據(jù)獲取、整理、分析、呈現(xiàn)、應用5種能力展開，這恰好與數(shù)據(jù)素養(yǎng)的5個能力維度相對應。教師在分析案例的過程中幫助學生樹立數(shù)據(jù)意識和數(shù)據(jù)倫理。例如對用藥數(shù)據(jù)進行挖掘，可以獲得治療某種疾病的高頻用藥以及藥品間的關(guān)聯(lián)規(guī)則，在分析決策階段，教師引導學生對挖掘結(jié)果進行分析和評價，發(fā)現(xiàn)醫(yī)生用藥特點和規(guī)律，從而指導臨床用藥決策。此外醫(yī)療數(shù)據(jù)中可能含有涉及患者隱私的信息，如姓名、聯(lián)系方式、家族病史等，在數(shù)據(jù)預處理階段要對這些信息進行屏蔽，保護患者隱私，讓學生懂得在法律和道德允許的范圍內(nèi)正確使用數(shù)據(jù)。

3.3 教學過程

3.3.1 理論教學 由于數(shù)據(jù)挖掘課程課時有限且涉及的知識點較多，僅利用課堂時間難以有效開展案例教學，因此在課程教學中引入翻轉(zhuǎn)課堂。課前，教師根據(jù)教學內(nèi)容布置任務，學生利用線上教學資源學習相關(guān)課程內(nèi)容。例如在講解關(guān)聯(lián)規(guī)則Apriori算法時，學生可提前學習頻繁項集、關(guān)聯(lián)規(guī)則、支持度、置信度、興趣度等概念以及R語言中的相關(guān)函數(shù)等。課中，以案例分析為基礎開展課堂教學，師生圍繞案例問題展開討論交流和合作探究，共同完成數(shù)據(jù)挖掘的完整流程，使學生在分析和解決問題的過程中理解和掌握數(shù)據(jù)挖掘算法在實際中的應用，從而提高數(shù)據(jù)處理能力以及數(shù)據(jù)素養(yǎng)。課后，學生結(jié)合個人課堂學習情況，自主地對所學知識進行復習鞏固和拓展延伸，例如利用教師發(fā)布的測試題進行在線知識測評，或通過教學平臺學習更多的數(shù)據(jù)挖掘案例，進一步拓展思維、提升能力。這種翻轉(zhuǎn)課堂的教學模式使學生在課下進行知識學習，課堂上在教師引導下針對案例問題展開討論，在分析和解決問題的過程中完成知識的內(nèi)化，不僅提高課堂效率，更激發(fā)學生學習主動性和積極性，促使教學主體由教師逐步向?qū)W生過渡，真正實現(xiàn)學生為主體、教師為主導的教學理念。

3.3.2 實驗教學 數(shù)據(jù)挖掘是一門實踐性較強的課程，實驗教學必不可少。通過實驗教學使學生利用課堂所學理論知識解決實際問題，使學生在掌握數(shù)據(jù)挖掘理論和方法的基礎上提高利用、分析數(shù)據(jù)的能力。實驗教學采用項目教學法，學生圍繞具體項目展開實驗學習。在實驗教學過程中，教師以理論教學內(nèi)容為依據(jù)，在充分考慮醫(yī)學生專業(yè)發(fā)展的基礎上設計實驗項目，如疾病風險預測、臨床輔助診斷等，以真實案例激發(fā)學生實驗探究的主動性。確定項目后，學生自由分組，每組3～4人，通過分工合作完成項目挖掘，要求學生實施數(shù)據(jù)挖掘的整個流程并完成實驗報告。學生在項目實施過程中掌握數(shù)據(jù)挖掘各種算法以及這些算法在實際中的應用。通過實驗教學不僅提高學生利用所學知識對實際問題進行分析和挖掘的技能，提升數(shù)據(jù)素養(yǎng)，也鍛煉團隊協(xié)作、溝通交流能力。

3.3.3 考核方式 課程考核是教學過程中的重要環(huán)節(jié)，是評價學生學習效果的有效手段。傳統(tǒng)考核方式通常以期末考試為主，側(cè)重于考查學生對理論知識的掌握情況，忽視對學生實踐能力的評價，更難以反映醫(yī)學生真實的數(shù)據(jù)素養(yǎng)和數(shù)據(jù)能力水平。因此采用多元化的考核方式，開展過程性評價，將期末考試、實驗、平時成績綜合起來作為學生最終課程成績。期末考試主要考查學生對數(shù)據(jù)挖掘原理和算法的掌握情況；實驗成績主要評價小組完成項目質(zhì)量、團隊協(xié)作和成員參與及表現(xiàn)等情況，反映學生解決實際問題時的數(shù)據(jù)分析處理能力；平時成績以學生課堂討論問題的參與度為主要依據(jù)，同時結(jié)合考勤和作業(yè)等多個方面的表現(xiàn)。多元化的過程考核方式不僅對學生理論知識、動手能力和數(shù)據(jù)技能進行考核，也對學生在學習過程中展現(xiàn)的學習態(tài)度、方法和主動性等進行綜合評價，能夠有效促進學生發(fā)展以及數(shù)據(jù)素養(yǎng)提升。

4 結(jié)語

大數(shù)據(jù)時代的到來對醫(yī)學生數(shù)據(jù)素養(yǎng)提出更高要求，掌握必備的數(shù)據(jù)技能可使學生更好地適應當前大數(shù)據(jù)醫(yī)療環(huán)境。對醫(yī)學院校而言，不僅要培養(yǎng)學生醫(yī)學專業(yè)素養(yǎng)，還應培養(yǎng)數(shù)據(jù)素養(yǎng)，使其成為綜合型醫(yī)學人才。目前我國醫(yī)學生數(shù)據(jù)素養(yǎng)難以達到理想水平，必須構(gòu)建科學合理的課程體系，積極探索數(shù)據(jù)素養(yǎng)培養(yǎng)新模式，不斷提升醫(yī)學生數(shù)據(jù)素養(yǎng)。在培養(yǎng)過程中，重點培養(yǎng)醫(yī)學生在數(shù)據(jù)獲取、整理、分析、呈現(xiàn)和應用等方面的能力，同時使醫(yī)學生樹立數(shù)據(jù)意識和數(shù)據(jù)倫理，能夠認識到數(shù)據(jù)價值并在法律和道德規(guī)范的約束下正確使用數(shù)據(jù)。醫(yī)學生數(shù)據(jù)素養(yǎng)培養(yǎng)是一項系統(tǒng)工程，需要醫(yī)科院校、教師和醫(yī)學生多方共同參與合作。在這個過程中，學校和教師要互相配合，開發(fā)、整合多種教學資源，為學生提供豐富多樣的學習資源和完善的學習環(huán)境；醫(yī)學生要充分發(fā)揮主動性，探索適合自身的學習方式，在學校和教師引導下不斷提升數(shù)據(jù)素養(yǎng)。