STEMM：促进医工交叉融合与创新发展_朴雪.pdf

继续医学教育 2023年1月 第37卷 第1期 9STEMM：促进医工交叉融合与创新发展基金项目：江苏省教育研究院课题（2016-R-50953）；江苏省高教学会十三五规划课题（16YB192）；徐州医科大学教育教学研究课题（Xjy201611）作者单位：徐州医科大学医学信息与工程学院，江苏 徐州 221004朴雪 耿伟 郝杰【摘要】在新一轮社会变革与产业革命的带动下，新兴产业与新兴研究领域需要大量跨学科的创新型、复合型人才，各学科交叉融合势在必行。文章在此背景下，分析了当前新医科与新工科发展的时代必然，综合国内外高等教育的研究热点与发展趋势，结合医药类高校的学科门类特点，探索将 STEMM 教育理念应用于医药类高校的教育教学改革。宏观层面，文章从正式与非正式教与学两个维度进行整合策略的研究；微观层面，探索正式教与学实践中三个层级的具体整合策略，以期有效促进医工交叉融合与创新发展，从而提升人才培养质量，更好地服务于行业需求与社会发展。【关键词】STEMM；新医科；新工科；精准医学；转化医学；交叉融合【中图分类号】G642 【文献标志码】A【文章编号】1004-6763（2023）01-0009-04doi:10.3969/j.issn.1004-6763.2023.01.003在全球工业革命 4.0 和生命科学革命 3.0 背景下，人类社会正在被高速发展的科学技术所重塑，新技术、新产业、新业态如雨后春笋相继涌现。与此同时，智能化发展促使医学目标由疾病诊治向健康维护与促进转变，这些变革迫切需要新工科、新医科人才支撑，需要高校面向未来布局新工科与新医科建设，探索与时俱进的人才培养方案，培养具有跨学科统整能力的医工复合型、创新型人才。在教育实践中，医药类高校当以立德树人为引领，以学科交叉为核心，根据中国国情和自身学科门类特点，融通中外，立足时代、面向未来，坚定不移地走中国特色发展之路。1 医药类高校医工融合的时代必然我国教育部于 19 年启动了“六卓越一拔尖”计划 2.0，以便推进新工科、新医科、新文科、新农科的内涵建设1。2021 年 11 月，国务院学位委员会又印发了交叉学科设置与管理办法（试行）通知，学科交叉融合发展已成为时代必然。1.1 新时势下新工科教育发展要求自 2015 年起，我国先后推出工程教育认证标准“新工科行动路线”“北京指南”等一系列举措，多次强调高校人才培养要聚焦国家发展战略，要有机融入课程思政，面向未来，引领经济发展2-4。所以，新工科必须面向行业需求来培养人才，注重多学科交叉融合，提升学生应用各类科学技术解决复杂问题的综合能力，增强自主学习和终身学习的意识，以及高效学习和适应发展的能力。1.2 新时势下新医科发展趋势作为科学技术的重要组成部分，医学始终与人类科学技术发展水平密切相关。当前以大数据、人工智能为代表的信息技术，快速促成精准医学、生物信息学、转化医学等兴起，并已引发医学研究及医疗方式的改变5。时逢全球科技革命与大健康发展趋势，我国医学科研与医学教育机遇与挑战并存，教育与教学改革的使命和重任同在6。我们要探索新医科人才培养体系，实现医学向“医理工管”交叉融合的模式转变，培养能够运用交叉学科知识解决复杂医学问题的创新人才7。这也正是当下双一流建设与发展的关键内容和核心目标。2 STEMM：促进医工交叉融合与创新发展2.1 STEM 缘起与发展缘起：STEM 教育源于美国，最初是科学素养（最早于 20 世纪 50 年代提出）和技术素养（于 20 世纪 70 年代10 Continuing Medical Education,January 2023,Vol.37,No.1提出）的有机整合。而后不断发展完善，又包含了工程和数学素养以及运用这 4 门学科知识解决真实世界复杂问题的综合能力。历经几届政府，美国对 STEM 教育的重视及投入有增无减8。近年来，STEM 教育不断发展，已在欧美及亚洲多个国家得到认可和推广。发展：在各学科不断交叉融合、互促发展的今天，STEM 理念已拓展至整个教育领域，衍生出 STEAM（融合文艺）、STEMM（融合医学）、STEPM（融合哲学）等。STEMX 不是一种固化的模式，而是一种学科交叉融合、创新发展的教育理念，一种有利于新时代背景下复合型、创新型人才培养的教育理念。2.2 STEMM 跨学科整合方案截至目前，我国高校依然广泛采用分科教学模式。分科教学有利于科学理论研究和知识模块化学习，但却忽视了真实世界的复杂性、现实问题的跨学科性9。跨学科重点强调教育工作者的教学中心不能只聚焦于某个单一学科，或者有意识无意识地关注学科的边界，而是将教学重点放在特定的问题设计与分析上，强调调动思维并利用相互关联的多个学科知识来解决问题，实现跨越学科边界、整合多学科综合知识与技术的统整能力与创新能力。另一方面，已有相关研究表明，接受 STEM 教育的学习者不但能够更加深入理解数学和科学等内容，同时应用这些知识解决真实世界问题的能力也显著提升10。基于以上实际问题及现有研究结果，为了学生的职业发展以及人类科学的进步，人们必须超越学科界限，在医学教育领域适时提出 STEMM教学理念，力求从课程体系设置、学科内容选择、教学活动设计等不同层面，充分考虑学科间的复杂关系及知识的关联，以便以有机融合的方式让学生体验探究过程并从中掌握知识和技能，进而令其今后能够灵活迁移应用以解决真实世界的复杂医学问题乃至应用创新。STEMM 跨学科整合有 2 种方案：相关课程整合和广域课程整合。相关课程整合方案与当前课程模式很相似仍保留各科目为独立学科，区别在于前者需要各学科任课教师对课程安排进行缜密规划，注重学科间联系，同时增设独立的综合设计课程，以统整相近、相连学科的知识内容。广域课程整合方案几乎完全打破学科界限，将所有学科内容融合进一个新的学习空间（或称学习领域），形成结构化的课程结构，不再有意强调原独立学科的存在和分科的概念。广域整合方案可以通过综合活动、复杂项目形成连贯有组织的课程结构，理论上融合得较为彻底，但实施相对困难。以上 2 种课程整合模式各有其优缺点：相关课程整合对同在一个专业研究方向的任课教师来说比较友好，但仍需要各学科教师之间的有效协商与交流反馈；广域课程整合虽然打破了学科间的界限，但如何取得学科间的平衡对一线教师及课程设计者提出了挑战9。2.3 STEMM 跨学科整合策略STEMM 是以整合的方式使学生掌握知识和技能，并进而解决真实世界中的问题。如何实现整合，笔者需要从正式和非正式教与学两大维度领域进行探索。2.3.1 正式教与学领域的整合在正式的教与学环境中，课程、学习者、教师是最基本的要素，教师的一切教学活动都是为了学生的有效学习，因此在这样正式、正规的学习大环境中实施跨学科整合理应是最行之有效的途径。根据整合深度的不同，笔者提出以下 3 种策略。2.3.1.1 基于问题的学科知识整合该方法仍然以学科为基本单位，先分析归纳出各学科中最基本的知识结构，然后找到不同学科知识结构之间的连接点和整合点，从而将各门独立的课程按跨学科的问题逻辑结构化，再以问题为核心重构各学科内容，即通过问题的内在逻辑实现各学科知识的有机整合。问题是学科知识融合的汇聚点，是学生探究学习的触发器和指向灯，是继续医学教育 2023年1月 第37卷 第1期 11创新学习的重要载体11。这一整合框架下的教与学强调把学习放置于具有现实意义的复杂问题情境中，学生通过合作解决这些问题，过程中实现对相关知识的理解与建构，进而获得隐藏在问题背后的科学知识，最终提升问题解决能力及自主学习能力。实施的课程载体主要是专业系列课、专业核心课。2.3.1.2 基于项目的学科知识整合基于项目的学科知识整合主要取材生活、生产实践。每个设计好的复杂项目涵盖了跨学科的知识内容，在完成项目的过程中将学生的高阶思维能力发展与真实社会生活生产联系起来。项目学习一般以研发出最终作品/产品为目标，作品设计是贯穿项目学习始终的活动主线和驱动力，学生在完成作品的过程中进行知识检索、问题讨论、计算演算、观察分析、总结汇报等一系列学习活动，通过解决项目中涉及的诸多多学科问题，不单获得知识和技能，而且增强了合作协商、分析表达能力。在这样的项目中，教师以探究活动代替传统的知识讲解：从问题出发，把学生带入学习情境，通过现象观察、概念学习、动手操作、小组讨论进行探究学习。具体实施的课程载体有 PBL 案例课、创新统整实践课。2.3.1.3 基于综合设计课程的学科知识整合设置综合设计类课程是当前跨学科整合深度最高的一种实施方案。此类课程实施的前提是学生已掌握相关学科的基本知识和技能，然后通过综合设计课程来增强学生对复杂工程的分析能力、分科知识统整能力、解决现实复杂问题的综合能力。该方案可以说是从当前分科教学向跨学科整合的过渡桥梁，既缓解部分教师陡然增加的教学压力，又很好地将原有课程进行应用总结式整合。此类课程实施由多名不同课程任课教师共同完成，主要通过集体备课协商确定课程引导要点、实施策略、考核评价方式等。学生通过小组合作、探究学习，最终提交作品、课程报告、现场汇报来完成本课程的各项考核。以上 3 种方案均以学生发展为中心，遵循以目标达成为基础和以任务（复杂问题或项目）为中心的教学原则。这要求笔者在整合的过程中，重点关注任务（复杂问题或项目）的设计以及学习过程的有效跟踪与评价。此外，注重知识的社会功能，从学生满足社会需求的角度选择典型项目进行结构化设计，借由这些高质量的综合性项目/复杂问题来培养学生运用跨学科知识发现问题、分析问题、解决问题的能力，激发和维持学生的好奇心与兴趣，增强学生的自我效能感与成就感，提升合作与分享意识。在学生解决项目问题的过程中，教师主要发挥指导、检查、协调、监督、反馈和评价的作用。2.3.2 非正式教与学领域的整合学习可以在正式的、常规的学习环境中发生发展，也可以在非正式、非常规的情境中完成。在高等教育领域，学生课外科技创新平台，如创客空间、社团、开放实验室等为 STEMM 教育的实施提供了另一片土壤。这类平台是常规 STEMM 整合的有效补充，主要通过各类活动和竞赛的方式调动学生的学习积极性和自主性，培养他们的问题敏感性、深度分析能力以及解决复杂问题的统整能力。该平台的最大优势是学生因兴趣加入，所以学习内驱力足够，但与正式学习环境相比，稍显松散，因此应注重项目和活动设计的质量，在项目和活动的选择、目标的设定、过程支持（脚手架、资源与咨询、小讲座）、完成时间规定等环节充分考虑学生的参与动力与持续力、与学业和课程的相关性、学生自主与合作能力的培养。此外，还必须辅以适度而有效的日常管理。综上所述 STEMM 跨学科整合涵盖了课程的知识属性、社会属性与人本属性。STEMM 跨学科整合最重要的核心工作是项目/复杂问题的设计，如果项目间的难度渐进性设计不当，每个项目的结构化设计不好，就会导致学习困难、效率低下、挫败感强、收获不大、知识点偏漏等问题。12 Continuing Medical Education,January 2023,Vol.37,No.1参考文献1 安成日，于海峰.略论新文科背景下政治学专业人才培养及专业发展新思路 J.黑龙江教育（高教研究与评估），2020（11）：24-27.2 王云鹏.聚焦一流大学新目标 开启人才强校新征程关于新时代高校人才工作的若干思考 J.北京教育（高教），2019（增刊 1）22-25.3 刘黎明，高玉梅，迟锋，等.新工科背景下应用型本科高校光电信息科学与工程专业人才培养模式研究 J.教育教学论坛，2019（34）：242-244.4 张晋，王嘉毅.高等教育高质量发展的时代内涵与实践路径 J.中国高教研究，2021（9）：25-30.5 刘莹，喻荣彬，陈峰，等.健康中国战略下新医科的建设任务与发展路径思考 J.中华医学教育杂志，2020，40（9）：657-661.6 新时代医学教育发展与改革专家组.专家共识：改革医学教育，为健康中国 2030 保驾护航 J.中华医学教育杂志，2020，40（6）：