基于計算思維的醫學院校大學計算機課程教學模式研究與實踐

張 榮，張 爍，楊俊麗，閻 潔，吳燕萍

（1.山西醫科大學 計算機教學部，山西 太原030001；2.山西青年職業學院 計算機系，山西 太原030024）

0 引 言

大學計算機教學作為大學通識教育的一個重要組成部分，不只是培養學生熟練掌握計算機基本操作的能力，更注重的是對于計算思維的培養，培養學生運用計算思維來解決專業問題成為當前計算機教學發展的新目標[1]。九校聯盟（C9）[2]計算機基礎課程研討會上曾強調計算機教學的核心任務是“計算思維能力的培養”，計算機教學課程體系和教學內容都應以計算思維能力培養為核心[3]。在日常的計算機教學中，提高醫學院校學生學習大學計算機課程的積極性至關重要，使學生不僅了解計算機基礎知識，熟練操作計算機相關應用，更能具備計算思維，并善于運用計算思維思考和解決問題，為將來從事醫務工作夯實基礎。

1 醫學院校大學計算機課程教學概況

醫學院校的大學計算機課程的教學對象一般是非計算機類專業的學生，主要包括臨床、麻醉、影像、口腔等醫學專業以及英語、社會工作、勞動保障等非醫學專業。多個醫學院校多次在培養方案、授課內容等方面進行調整，以山西醫科大學的計算機課程教學為例，該校的計算機教學部在2015年更換了教材，新版教材在對舊版教材中部分內容刪減的基礎上更加重視對計算思維的培養，經過不斷地摸索和實踐，雖然在改進教學方法和教學內容方面取得了一定成效，但還是存在以下問題。

1）學生基礎差異較明顯。

當前，大部分醫學院校大學計算機課程的教學并未考慮到學生基礎差異的問題，對所有學生“一視同仁”，這種方式導致基礎好的學生感到教學內容過于簡單，無法獲得更多、更新的計算機知識和技能，而基礎較差的學生感到無法完全消化課堂內容，實驗操作難度過大，跟不上教學進度。因此課堂無法同時照顧到所有學生，影響授課效果。

2）計算思維對于非計算機專業學生來說較為抽象、難以理解。

2006年，美國卡內基·梅隆大學周以真[4]教授對計算思維進行了清晰系統的闡述。然而，醫學院校的大學計算機課程面向對象都是非計算機專業的學生，他們并沒有深厚的計算機理論基礎，對于這一闡述仍難以理解，因此，單純闡述并不能讓學生理解和掌握概念，我們需要進一步研究如何將計算思維解釋為可以開展教學的、更易于學生理解的問題，讓教學具有可操作性。

2 課程內容學習的計算思維能力培養

自計算思維的概念被廣泛提出之后，全國各高校紛紛開展基于計算思維的計算機基礎課程教學改革，試圖將計算思維能力的培養貫穿于課程內容的學習之中。山西醫科大學在2014年更換教材，新教材在開篇就引入了計算思維的概念，但在實際教學中，以計算思維為導向，探索思維層面引導與內容層面提煉的雙向互動式計算機基礎課程教學改革策略進行得并不順利，計算思維的各個核心概念與計算機基礎知識點不能恰當地滲透和結合，導致教師只是在“講”計算思維，抽象難以形象，學生只是在“聽”計算思維，枯燥難以理解。因此，山西醫科大學相關的教師對教學內容進行了分析和整理，構建了各章節內容與計算思維知識點相融合的知識內容體系，見表1。

為了強化思維性教學，教學過程應該根據表1列舉的計算思維知識體系進行“三步教學法”。第一步，介紹計算機的基礎知識、基本理論及處理問題的基本方法；第二步，分析總結相關的計算思維方法及其適用條件；第三步，列舉生活中或是醫學領域中涉及計算思維的具體案例，研究如何靈活運用計算思維處理和解決實際問題的方法[5]。通過實施“三步教學法”，計算思維的核心概念不再脫離計算機基礎知識，與教材緊密相融，與實際問題緊密結合，真正實現思維的傳授，達到對學生計算思維能力的培養。

3 “MOOC+翻轉課堂”的混合教學模式

“MOOC+翻轉課堂”的混合教學模式將以“教師”為主體的教學模式改為以“學生”為主體的教學模式，有效改進了傳統教學模式。翻轉課堂[6]“課前傳授+課堂內化”的形式一改傳統課堂“課堂傳授+課后內化”的形式，把一些基本概念的學習放在課前，給課上留下足夠多的時間開展學生和師生之間的討論，通過課堂上的教學互動對問題進行深度剖析，使學生能夠理解疑點、難點問題，對概念進行充分理解和深層加工，達到知識的內化。

3.1 MOOC與翻轉課堂的結合

MOOC（massive open online course）即大規模在線開放課程，不僅提供教學視頻、課件等資源，而且提供網絡互動教學社區[7]。MOOC的課程一般由名校的專業團隊制作完成，結構較為完整，包括名師主講課程內容以及測試、作業、實驗等，因此可以很好地保證教學資源的質量。學生在翻轉課堂的課前預習以及課內訓練中可以通過網絡免費使用MOOC提供的優質資源，不受時間、地點等限制地觀看視頻，這給翻轉課堂提供了更加便捷的課前學習條件。

3.2 在線教學平臺的使用

超星學習通是一款在線教學平臺，可以有效輔助翻轉課堂教學模式，教師起主導作用，以學生為中心，營造一個平等、開放、共享、互動、互助的教學環境，可充分調動學生學習積極性和自覺性，加強教學過程中教師與學生的互動，改變傳統的教學模式，沒有時間、空間的約束，真正實現師生、學生之間的有效互動，提高學生學習計算機知識的興趣以及用計算機解決問題的能力。

表1 大學計算機課程計算思維知識點分布

3.3 教學過程

根據翻轉課堂的教學模型并結合醫學院校學生的特點，構建“MOOC+翻轉課堂”混合教學模式設計模型。模型將整個教學設計劃分為MOOC平臺的教學活動設計和翻轉課堂的教學活動設計兩大模塊，教學過程主要包括課前、課中和課后，如圖1所示。

3.3.1 MOOC平臺的教學活動設計

基于MOOC平臺開展教學活動主要是利用MOOC中的教學資源，如課程視頻、在線測試、課后討論交流、相關課程閱讀資料等。借助超星學習通在線教學平臺，由學生課前通過MOOC觀看下次課程內容。學生在學習過程中通過階段測試來了解學習情況，教學平臺自動記錄產生的問題，學生可針對問題進行在線交流，獲得解決方案，或者在翻轉課堂由師生共同解決，完成對教學內容的基本掌握。在完成了課前準備以及翻轉課堂的教學活動后，學生可以基本掌握課堂內容，課后還需進一步鞏固和完善，學生通過教學平臺完成教師布置的作業，教師根據學生的MOOC學習情況、自測情況、課堂作業、課后作業完成情況綜合給出每個學生的學習成績。

3.3.2 翻轉課堂教學活動設計

翻轉課堂教學活動設計的核心是“以學生為中心”，主要考慮學生如何內化在MOOC平臺所獨立學習的知識，將教學模式由傳統的“教師講，學生聽”變為“教師問，學生答”的任務為驅動的自主學習模式。上課之前教師需將班級劃分為若干學習小組，小組成員在教師的指導下共同完成所有教學活動。課堂上教師應針對本次教學內容的重點、難點以及涉及計算思維的知識點引導學生進行討論，使學生理解和掌握計算思維的方法，該階段安排2學時。首先，學生回顧課前MOOC課程的學習內容，由教師或者學生提出在MOOC課程的學習中遇到的問題，小組成員共同討論獲得解決問題的方法；其次，教師要“因材施教”，根據不同學生在學習過程中遇到的不同問題和學生自身的特點采用個性化、多樣化的教學模式來進行指導，指導學生進行互動交流，滿足學生的不同需求，幫助學生自主解決學習中遇到的問題，加深對知識的理解和掌握；再次，學生根據自身的學習情況不斷總結反思，鞏固練習，對重點以及難點進行系統復習；最后，教師根據學生在翻轉課堂上的表現對其進行整體性評價，激勵學生學習的主觀能動性。為了達到個性化的教學目的，教師應隨時注意學生的學習反饋，及時進行總結和評價。

圖1 “MOOC+翻轉課堂”混合教學模式設計

4 教學改革效果分析

山西醫科大學于2016—2017年度上半學期在2016級某專業進行教學改革試點，教學效果良好，達到教學改革的目標。

4.1 課堂教學效果分析

采用“MOOC+翻轉課堂”教學模式后，課堂整體氛圍以及學生的學習主動性都有了明顯的提高。

（1）由于采用了互動式教學，課堂上學生與學生之間，學生與老師之間的交流互動大大增多，所有的學生都參與其中，因此學生的注意力比傳統授課模式更加集中，而且精神狀態飽滿有活力，打瞌睡、看手機的現象少了許多。

（2）因為學生都是提前預習過課堂內容的，所以在討論互動環節學生會更有針對性地參與其中，主動討論遇到的難點、重點問題，學習主動性增強，教師提問環節學生都能主動回答，不再需要老師點名。

4.2 課程考核結果分析

此次試點班級大學計算機的平均成績為79.3，比同一老師同時授課的另一個專業的平均成績高出5.3分。通過對此次期末成績的分析，可以看出：①學生對于基礎知識的掌握很扎實，基礎題失分很少，說明對于重點知識能夠深刻理解和掌握。②一些分值較高的主觀題的得分率也很高，并且大部分同學都可以運用計算思維的方法來分析和解答問題，說明在思維拓展方面，同學們得到了一定的提高。

4.3 存在的問題

通過進一步的分析，此次教學改革還存在以下問題：

（1）試點班級的期末成績平均分雖然比其他未參與教改的專業高，但是提高的分值并不多，可能是因為在課程考核里面有50%的成績是機試成績，相較理論課來說，機試的考核內容主要由實習課完成，所以需進一步完善考核評價機制，全面地評價學生對于課程內容的掌握情況，避免片面的、單一的、不公平的考核效果。

（2）MOOC與課程不配套。此次教改使用的MOOC平臺上國內知名高校的精品課程與課程教材并不匹配，學生普遍反映如果能由自己的教師來錄制MOOC視頻的話，會更有親切感，學習效果會更好，因此，學?；蛘呓萄惺铱梢约弦恍┙虒W經驗豐富的教師錄制自己的教學視頻。

（3）計算思維與相關知識點結合度不夠。大學計算機基礎課程內容中包含很多用計算思維解決問題的教學案例，應該在課堂中引入更多的典型教學案例，通過案例的展開，帶入計算機的相關知識點，掌握計算思維解決問題的方法。

5 結 語

當前大學計算機課程教學的核心內容不再只是掌握計算機基礎知識，熟練操作計算機的應用，還包括以培養計算思維能力為核心，掌握計算思維解決問題的方法。因此，必須打破傳統的教學模式，改革現有的教學方法、內容以及考核機制。筆者提出的教學改革措施在實踐中取得了一定成效，但仍有不足。在今后的工作中，還需進一步推廣和完善教學改革，不斷調整和改善課堂教學內容，引入案例教學，做好考核評價機制。

[1]艾明晶, 李瑩. 以計算思維能力培養為核心的大學計算機課程改革[J]. 計算機教育, 2014(5): 5-9.

[2]九校聯盟(C9). 九校聯盟(C9)計算機基礎教學發展戰略聯合聲明[J]. 中國大學教學, 2010(9): 4, 9.

[3]戰德臣, 聶蘭順. 計算思維與大學計算機課程改革的基本思路[J]. 中國大學教學, 2013(2): 56-60.

[4]Wing J M. Computational thinking[J]. Communication of the ACM, 2006, 49(3): 33-35.

[5]周鋼, 郭福奇. 基于計算思維的大學計算機基礎課程混合教學改革實踐[J]. 計算機教育, 2017(1): 23-26

[6]張金磊, 王穎, 張寶輝. 翻轉課堂教學模式研究[J]. 遠程教育雜志, 2012(4): 46-51.

[7]Wikipedia. Massive open online course[EB/OL]. (2012-12-19)[2017-12-10]. http://en.wikipedia.org/ wiki/Massive_open_online_course, .