白志明，李丹陽(yáng)，林美

（廣州市醫(yī)藥職業(yè)學(xué)校，廣東 廣州 510430）

0 引言

“中藥炮制技術(shù)”是中高職類院校中藥制藥類專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)核心課程，理論性和實(shí)踐性均較強(qiáng)，該課程側(cè)重培養(yǎng)在中藥領(lǐng)域具有較強(qiáng)實(shí)踐操作能力的技能型人才[1]。傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，學(xué)生們被動(dòng)接受知識(shí)而缺乏主動(dòng)思考和動(dòng)手能力。如何使學(xué)生系統(tǒng)扎實(shí)地掌握“中藥炮制技術(shù)”課程的基礎(chǔ)理論知識(shí)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)技能操作訓(xùn)練提高課堂教學(xué)質(zhì)量，這是現(xiàn)今課堂需解決的首要問(wèn)題。隨著信息化教學(xué)技術(shù)的發(fā)展，引入人工智能技術(shù)為教學(xué)改革帶來(lái)新的可能性。在本文中我們將以“清炒法——炒黃”課程教學(xué)為例，結(jié)合“中藥炮制技術(shù)”課程內(nèi)容及特點(diǎn)，將人工智能技術(shù)與炒制評(píng)價(jià)方法相融合，對(duì)“中藥炮制技術(shù)”課程進(jìn)行教學(xué)模式探索，為“中藥炮制技術(shù)”課程的教學(xué)改革提供借鑒和參考。

1 人工智能技術(shù)對(duì)現(xiàn)代教育的影響

人工智能在教育教學(xué)中的應(yīng)用越來(lái)越受到重視，大量基于AI 的教育教學(xué)工具應(yīng)用在不同的場(chǎng)景中，逐步被教育者和學(xué)習(xí)者接納[2-3]。人工智能技術(shù)與教育融合必然促進(jìn)教育發(fā)展，推動(dòng)教育教學(xué)變革。目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究大多關(guān)注將機(jī)器學(xué)習(xí)、問(wèn)題求解、邏輯推理、自然語(yǔ)言理解、自動(dòng)程序設(shè)計(jì)、專家系統(tǒng)、模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)算法、數(shù)據(jù)挖掘等人工智能技術(shù)嵌入各類教學(xué)、學(xué)習(xí)、決策等工具、系統(tǒng)或平臺(tái)中，支持構(gòu)建學(xué)習(xí)情境、規(guī)范學(xué)習(xí)行為、促進(jìn)學(xué)習(xí)參與、提供學(xué)習(xí)支持、評(píng)估學(xué)業(yè)水平和能力結(jié)構(gòu)、制定個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑和內(nèi)容等，幫助教師差異化教學(xué)，改善教學(xué)效果，優(yōu)化教學(xué)方式與路徑[4-5]。隨著這些技術(shù)在教育領(lǐng)域的滲透與應(yīng)用，“人工智能+教育”逐漸成為教育改革的新趨勢(shì)，給當(dāng)前人才創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)帶來(lái)重大歷史機(jī)遇。

2 “中藥炮制技術(shù)”課程改革現(xiàn)狀

“中藥炮制技術(shù)”課程是中職中藥制藥專業(yè)的核心課程，主要研究炮制理論、炮制工藝、飲片規(guī)格、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容[6]。

2.1 課程的現(xiàn)狀

教學(xué)資源豐富。團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)了中藥炮制智能搜索工具，讓學(xué)生能更快捷有效地查找課程學(xué)習(xí)中所需要的文字、圖片等資源。在任務(wù)引領(lǐng)下，學(xué)生自主獲取信息，并進(jìn)行整合、思考、探索學(xué)習(xí)方法，解放了教師重復(fù)性的指導(dǎo)勞動(dòng)，教師能更好地把握課堂進(jìn)度。

教學(xué)手段多樣。利用多種人工智能技術(shù)如創(chuàng)造虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室和智能評(píng)分系統(tǒng)配合教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量和效率。

（1）創(chuàng)造虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室。因28 種毒性中藥材的購(gòu)入和管理需要嚴(yán)格遵守《醫(yī)療用毒性藥品管理辦法》的相關(guān)規(guī)定，學(xué)校無(wú)法進(jìn)行毒性藥材的實(shí)操教學(xué)。以半夏為例，我們運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，將半夏的凈制、切制、炮制技術(shù)通過(guò)仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)操作，讓學(xué)生在反復(fù)多次的學(xué)習(xí)體驗(yàn)中掌握毒性藥材半夏的炮制操作技能。虛擬仿真技術(shù)能有效解決中藥炮制實(shí)踐操作中的危險(xiǎn)性、環(huán)保、成本、操作時(shí)長(zhǎng)等實(shí)際問(wèn)題，為教學(xué)內(nèi)容的完整性提供支持。

（2）啟用智能評(píng)分系統(tǒng)。在中藥炮制操作過(guò)程中對(duì)炮制成品的質(zhì)量控制是關(guān)鍵。以往中藥炮制品主要通過(guò)外觀性狀等傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)鑒別來(lái)判斷質(zhì)量，即“辨狀論質(zhì)”?，F(xiàn)如今運(yùn)用人工智能深度學(xué)習(xí)圖像處理技術(shù)開發(fā)炮制品質(zhì)量評(píng)價(jià)輔助軟件，通過(guò)識(shí)別、分析成品形狀、顏色、大小、紋理等特征，判斷藥材切制和炮制的成品質(zhì)量是否合格，并給予操作建議，讓學(xué)生學(xué)會(huì)判斷成品質(zhì)量，改良操作方法，提高操作技術(shù)，解決了炮制品質(zhì)量評(píng)價(jià)無(wú)法標(biāo)準(zhǔn)量化、教學(xué)效率低的問(wèn)題。

教學(xué)方法靈活。除了常規(guī)的教學(xué)方法，我們還加入了游戲互動(dòng)。利用人工智能語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)制作的答題闖關(guān)游戲，將枯燥的理論知識(shí)嵌入生動(dòng)的互動(dòng)游戲中，讓學(xué)生更有學(xué)習(xí)動(dòng)力，同時(shí)也幫助教師檢查學(xué)生理論知識(shí)的掌握情況，以及時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度。

評(píng)價(jià)模式新穎。炮制品質(zhì)量評(píng)價(jià)輔助軟件和答題闖關(guān)游戲是應(yīng)用人工智能技術(shù)優(yōu)化了學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)，前者從炮制成品質(zhì)量判斷學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作水平，后者通過(guò)闖關(guān)的級(jí)別判斷學(xué)生理論知識(shí)的掌握程度，均提供了直觀的評(píng)價(jià)模式，讓教學(xué)評(píng)價(jià)有數(shù)據(jù)支撐，結(jié)果更客觀、準(zhǔn)確。

2.2 課程的特色

開發(fā)智能工具服務(wù)教育教學(xué)。本課程開發(fā)了一系列智能工具，如搜索工具、仿真操作軟件、學(xué)習(xí)游戲軟件和智能評(píng)價(jià)軟件等，為教學(xué)改革實(shí)施提供技術(shù)支撐。

打造新型職業(yè)教育智慧課堂。將人工智能技術(shù)貫穿于整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、分析與反饋，讓教師能及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略與方法；創(chuàng)設(shè)虛擬中藥炮制學(xué)習(xí)空間，讓學(xué)生通過(guò)仿真技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和實(shí)踐，為混合式教學(xué)模式的開展提供了個(gè)性化、智能化的環(huán)境支撐。

創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)。將人工智能深度學(xué)習(xí)圖像處理技術(shù)應(yīng)用于炮制成品質(zhì)量判斷，這是傳統(tǒng)鑒別方法與人工智能技術(shù)的有機(jī)整合，讓評(píng)價(jià)方式更加科學(xué)，評(píng)價(jià)結(jié)果更加可靠。

2.3 課程的價(jià)值

提升學(xué)生的學(xué)習(xí)力。在教學(xué)中融入人工智能技術(shù)，學(xué)生形成了運(yùn)用科學(xué)技術(shù)解決工作問(wèn)題的思維習(xí)慣，鍛煉了創(chuàng)新思維能力，學(xué)習(xí)力得到有效提升。

推動(dòng)翻轉(zhuǎn)課堂的發(fā)展。翻轉(zhuǎn)課堂作為在線教育的重要呈現(xiàn)模式，已被大眾廣泛認(rèn)可，現(xiàn)有了人工智能技術(shù)的強(qiáng)大助力，中藥炮制技術(shù)課程這類傳統(tǒng)線下課程也可采用翻轉(zhuǎn)課堂模式進(jìn)行教學(xué)，將課堂時(shí)間更有效地利用起來(lái)，同時(shí)也讓學(xué)習(xí)能力較弱的學(xué)生能跟上步伐，實(shí)現(xiàn)異步同學(xué)。人工智能技術(shù)打開了翻轉(zhuǎn)課堂的建設(shè)思路，推動(dòng)其快速發(fā)展。

為現(xiàn)代技術(shù)與傳統(tǒng)課程的結(jié)合提供新模式。人工智能技術(shù)與中職“中藥炮制技術(shù)”課程教學(xué)的結(jié)合，這是現(xiàn)代技術(shù)與傳統(tǒng)課程結(jié)合的嘗試，這將成為專業(yè)課程研究的一個(gè)重要方向，同時(shí)促進(jìn)其他傳統(tǒng)課程改革和創(chuàng)新，為傳統(tǒng)課程的教學(xué)提供新的教學(xué)模式。

3 以“清炒法——炒黃”課程教學(xué)為例，探索人工智能技術(shù)下的教學(xué)模式

炒法是所有炮制方法中歷史最悠久的一種，同時(shí)是炮制技術(shù)至關(guān)重要的內(nèi)容之一，而清炒法則是炒法的基礎(chǔ)部分，“清炒法——炒黃”是課程的重點(diǎn)內(nèi)容，因此我們以這一章節(jié)教學(xué)為例，探索人工智能技術(shù)下教學(xué)模式的改革。

3.1 課前準(zhǔn)備

教師完善中藥炮制智能搜索工具建設(shè)。在課前的準(zhǔn)備工作中，教師將進(jìn)行中藥炮制智能搜索工具的建設(shè)，以輔助學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。鑒于網(wǎng)絡(luò)上信息源泛濫，質(zhì)量良莠不齊，學(xué)生在資料查找時(shí)可能會(huì)遇到困難及容易受到干擾。因此中藥炮制智能搜索工具將整合課程所需的文字、圖片、視頻等資源，更有針對(duì)性地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考、探索和學(xué)習(xí)。

教師將學(xué)習(xí)資源上傳到學(xué)習(xí)平臺(tái)。教師通過(guò)學(xué)習(xí)通平臺(tái)上傳相關(guān)內(nèi)容，如《中國(guó)藥典》、飲片廠標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程和電子教材等在線學(xué)習(xí)資源，并發(fā)布“自主學(xué)習(xí)任務(wù)單”、習(xí)題和討論。要求學(xué)生在課前完成這些學(xué)習(xí)任務(wù)，以確保學(xué)習(xí)質(zhì)量。

教師搭建中藥炮制品質(zhì)量評(píng)價(jià)軟件。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是人工智能深度學(xué)習(xí)中一種重要的前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，從模型層次上說(shuō)，一個(gè)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有3 個(gè)核心層次：卷積層、池化層、全連接層。使用卷積層提取輸入層的特征圖，池化層通常用于降低特征圖的維度，全連接層一般用于特征圖扁平化后進(jìn)一步提取特征信息，輸出層用于輸出最終的結(jié)果，可以是分類概率或者是預(yù)測(cè)值。將中藥炮制圖片按照炮制結(jié)果不同由高到低劃分出不同的評(píng)分等級(jí)，輸入卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，經(jīng)過(guò)池化層與全連接層，可以輸出對(duì)該中藥炮制圖片的預(yù)測(cè)類別，即不同等級(jí)的質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果。教師搭建具有評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)功能的中藥炮制品評(píng)價(jià)系統(tǒng)軟件，能夠輔助中藥炮制課堂教學(xué)，并對(duì)學(xué)生炮制結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)的軟件，解決人工評(píng)價(jià)的不足。

3.2 課前學(xué)習(xí)

學(xué)生利用中藥炮制智能搜索工具搜索課程相關(guān)資源，查看學(xué)習(xí)通平臺(tái)上的相關(guān)內(nèi)容，分組討論麥芽、王不留行、薏苡仁的炮制方法和炮制作用，完成“自主學(xué)習(xí)任務(wù)單”上生產(chǎn)指令的填寫，完成習(xí)題并參與討論。

學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)能說(shuō)出炒黃的概念、分類和目的，能說(shuō)出炒麥芽、炒王不留行、炒薏苡仁的炮制方法、炮制程度和炮制作用，完成知識(shí)目標(biāo)。

教師在學(xué)習(xí)通智能平臺(tái)獲取相關(guān)的學(xué)情分析，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)。

3.3 課中實(shí)施

教師講解。教師講解炒黃的一般方法：炒黃一般用文火或中火加熱，炒至表面呈黃色或顏色加深，可以通過(guò)“對(duì)比看、聽爆聲、聞香氣、看斷面”等方法判斷成品是否達(dá)到“火候”。其中，文火、中火屬于火力是一個(gè)比較泛的概念，學(xué)生在炒制過(guò)程中比較難把控。以往炮制過(guò)程中需要通過(guò)調(diào)節(jié)火的大小來(lái)控制鍋的溫度，并通過(guò)鍋是否冒煙、藥材是否變化判斷鍋溫的高低?，F(xiàn)如今可通過(guò)人工智能技術(shù)制造一款鍋溫探測(cè)儀，并能自動(dòng)調(diào)節(jié)火力，使人工操作能和機(jī)器一樣精準(zhǔn)控制鍋溫，達(dá)到較好的炮制效果。

教師演示。教師演示炮制炒麥芽的六步驟，并通過(guò)評(píng)價(jià)軟件教會(huì)學(xué)生自主判斷成品質(zhì)量，改善炮制操作。古醫(yī)云：“凡制藥貴在適中，不及則功效難求，太過(guò)則性味反失”，炮制成品質(zhì)量是關(guān)鍵。炮制品質(zhì)量評(píng)價(jià)輔助軟件可以通過(guò)圖片識(shí)別炮制品的形狀、顏色、大小、紋理等特征，將炮制品的質(zhì)量分為A～D 幾個(gè)檔位，并給出操作建議，比如炒麥芽成品顏色應(yīng)為深黃色或黃棕色，而實(shí)驗(yàn)成品顏色為黃色，系統(tǒng)評(píng)分為B+，并給予建議“成品顏色較淺，是不是太著急出鍋了？”操作者根據(jù)系統(tǒng)建議延長(zhǎng)炒制時(shí)間，最終達(dá)到要求的火候。

學(xué)生操作。學(xué)生以小組為單位進(jìn)行炒麥芽、炒王不留行、炒薏苡仁的實(shí)驗(yàn)，并利用學(xué)習(xí)通平臺(tái)資源、炮制品質(zhì)量評(píng)價(jià)輔助軟件學(xué)習(xí)、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)操作，最后把操作視頻、成品圖片及疑問(wèn)上傳到學(xué)習(xí)通平臺(tái)，教師利用智能分析功能獲取數(shù)據(jù)，及時(shí)指導(dǎo)并適當(dāng)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度。

總結(jié)歸納。教師和學(xué)生一起歸納總結(jié)三味藥材的操作步驟、操作要點(diǎn)、成品性狀和炮制作用，對(duì)比三者的區(qū)別，并遷移到清炒法的其他藥材。至此學(xué)生基本達(dá)到能力目標(biāo)，能夠按照炒黃的操作方法，炮制出符合藥典標(biāo)準(zhǔn)的成品。通過(guò)反復(fù)多次訓(xùn)練，從而能炮制出優(yōu)質(zhì)成品，學(xué)到了“炮制雖繁必不敢省人工”的自律、精益求精的藥工精神。

3.4 課后鞏固

課后學(xué)生需要復(fù)習(xí)鞏固中藥炮制基本知識(shí)，熟記各種中藥的炮制目的、炮制操作方法等，內(nèi)容繁多，記憶難度大。利用人工智能語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)制作的答題闖關(guān)游戲，能讓學(xué)生快樂(lè)地在游戲中學(xué)習(xí)，提升學(xué)習(xí)效果；能讓教師迅速檢查學(xué)生理論知識(shí)的掌握情況，及時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度。

4 人工智能在“中藥炮制技術(shù)”課程教學(xué)中的應(yīng)用效果

為分析人工智能技術(shù)在“中藥炮制技術(shù)”課程中的應(yīng)用效果，本文以中職中藥制藥專業(yè)二年級(jí)學(xué)生為教學(xué)對(duì)象，以“清炒法——炒黃”課程教學(xué)為例，選擇多個(gè)平行班進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，其中一部分班級(jí)結(jié)合人工智能教學(xué)技術(shù)，另一部分班級(jí)僅使用傳統(tǒng)教學(xué)模式作為對(duì)照組。采用定量分析和定性調(diào)研相結(jié)合的方法，從學(xué)生的知識(shí)技能掌握情況、對(duì)課程評(píng)價(jià)情況、作業(yè)完成率、課堂活躍度、教師滿意度調(diào)查等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)估人工智能技術(shù)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)和教學(xué)質(zhì)量的影響。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在“中藥炮制技術(shù)”課程中，人工智能技術(shù)的應(yīng)用效果顯著，包括提升學(xué)生成績(jī)、促進(jìn)課堂活躍度和提高教師滿意度等方面。人工智能試驗(yàn)班的學(xué)生期末平均成績(jī)較普通班提高15.5%，課程評(píng)價(jià)度提升18.2%，作業(yè)完成率增加9.3%，課堂活躍度（加分人次）增長(zhǎng)20.1%，教師滿意度提高12.3%。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明人工智能技術(shù)在“中藥炮制技術(shù)”課程的應(yīng)用中效果良好，可推廣使用。

5 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，人工智能技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，未來(lái)教育將呈現(xiàn)出教師與人工智能共同協(xié)作的新格局。筆者所在的教學(xué)團(tuán)隊(duì)在“人工智能技術(shù)在‘中藥炮制技術(shù)’課程教學(xué)模式的探索”這一課題上初步取得了一些成效。研究結(jié)果驗(yàn)證了人工智能技術(shù)在“中藥炮制技術(shù)”課程教育中的積極作用，為“中藥炮制技術(shù)”課程改革提供了實(shí)證支持以及進(jìn)一步推廣應(yīng)用的理論依據(jù)。同時(shí)也激勵(lì)我們將繼續(xù)深入研究，為其他學(xué)科和課程的教學(xué)改革提供更多的參考和指導(dǎo)。