基于程序設(shè)計課程培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生的計算思維能力

高園園 楊誼 傅蓉 陽維

【摘要】隨著大數(shù)據(jù)，機器學(xué)習(xí)及人工智能的發(fā)展，近年來計算思維在醫(yī)學(xué)教育中受到越來越多的關(guān)注和重視。將計算思維通過程序設(shè)計課程引入到醫(yī)學(xué)院校的計算機教學(xué)過程中，通過基于問題學(xué)習(xí)模式（Problem-Based Learning， PBL） 及翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法，進一步培養(yǎng)和提高醫(yī)學(xué)生的計算思維能力。

【關(guān)鍵詞】程序設(shè)計課程 ?計算思維 ?醫(yī)學(xué)生

【中圖分類號】G44 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2020）17-0239-01

計算機基礎(chǔ)課程與程序設(shè)計課程是醫(yī)學(xué)院校培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生計算思維的重要課程，尤其是程序設(shè)計課程，通過具體的程序設(shè)計項目，使得學(xué)生的計算思維得以培養(yǎng)和鍛煉。文中一方面通過翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)形式，加深醫(yī)學(xué)生對計算機知識的學(xué)習(xí)和理解;另一方面通過PBL的教學(xué)模式，鍛煉醫(yī)學(xué)生應(yīng)用計算機解決實際問題的能力，在解決問題過程中使其計算思維能力得到鍛煉和提高。

一、計算思維概述

2006年，計算思維（Computational Thinking）由卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的周以真教授第一次給出了正式的定義[1]，即是運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類的行為;計算思維的本質(zhì)是抽象和自動化，其體系包括“計算、抽象、自動化、設(shè)計、通信、協(xié)作、記憶和評估”。2017年，周以真教授對于計算思維又給出一個更容易理解的定義[2]，即是計算思維是指在制定問題和設(shè)計其解決方案時所涉及的思維過程，目的是為了使“計算機”——人或機器可以有效地執(zhí)行。計算思維概念的進一步清晰，為廣大科研人員和教育工作者指明了方向，可以在教學(xué)實踐中通過多種教學(xué)形式、教學(xué)模式及教學(xué)方法的結(jié)合，提高醫(yī)學(xué)生的計算思維，培養(yǎng)出具有較高計算思維素質(zhì)的醫(yī)學(xué)生。計算思維的核心一個是抽象，另一個是自動化，求解問題是如何從復(fù)雜的表象中提取本質(zhì)，轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)問題或計算問題，在此基礎(chǔ)上建立數(shù)學(xué)或計算模型、設(shè)計算法和編程實現(xiàn)。

二、教學(xué)活動的設(shè)計

1.PBL教學(xué)設(shè)置

程序課程中PBL具體的設(shè)計流程是：首先，根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)設(shè)計問題;然后，進行分組，組織學(xué)生進行分工合作及討論;然后，教師借助學(xué)校的愛課平臺、藍墨云班課、雨課堂、QQ等各種教學(xué)資源啟發(fā)學(xué)生去解決問題;最后，學(xué)生進行成果匯報，教師給予評價、總結(jié)[3]。過去的教學(xué)中我們主要開展的是知識性、操作性的教學(xué)活動，這樣學(xué)生只能學(xué)一點掌握一點。PBL教學(xué)設(shè)置的基本思想是“以問題為中心，以學(xué)生為主力，以教師為引導(dǎo)”。基于此可以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會怎么用計算機的方法和手段解決問題，學(xué)了一點就能解決一類相關(guān)相似的問題，提高了抽象思維能力。在程序設(shè)計課程中，我們采用小組合作的形式進行小組討論，組內(nèi)互助，小組匯報的形式完成教學(xué)任務(wù)。培養(yǎng)了學(xué)生的計算思維力，同時調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，增強了自主學(xué)習(xí)的能力。

2.翻轉(zhuǎn)課堂設(shè)計

在教學(xué)過程中，我們采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，把計算機程序課程的基本知識放在課堂之外，鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識，查閱資料拓展知識面。在上課時，先用一個學(xué)時為學(xué)生講述什么是計算思維，怎樣將計算思維與具體問題相結(jié)合。剩下的課程留在大家上機實踐，在實踐中進一步培養(yǎng)計算思維能力。例如，在VB程序設(shè)計課程中，我們要求學(xué)生設(shè)計一個病案信息采集的應(yīng)用程序，界面如下：

首先需要學(xué)生線下（課下）進行編程基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，如單選按鈕、多選按鈕及文本框的使用。其次根據(jù)應(yīng)用程序要求，考慮需要采集的病案信息，如病人的病歷號、姓名、性別，病人的病史及病歷的錄入等。通過具體的編程實踐，將計算機知識和具體問題相結(jié)合，編程實現(xiàn)本程序。最后在線上（課上）通過這個程序設(shè)計題目引導(dǎo)學(xué)生思考，如何編寫程序讓計算機能夠?qū)崿F(xiàn)我們的要求。需要注意的是，教師應(yīng)重在引導(dǎo)學(xué)生，幫助學(xué)生構(gòu)造一個解決問題的科學(xué)體系，而非講解如何編程。

通過翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，既可充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)主體的作用，又可以進行更高級別的學(xué)習(xí)，保證課程的教學(xué)質(zhì)量的同時，鍛煉高級別學(xué)習(xí)能力。此種教學(xué)模式可以改善傳統(tǒng)教學(xué)模式在教學(xué)方法單一的不足，采用更多的課堂組織形式如實驗教學(xué)、小組討論、分組匯報等，提高了學(xué)生的積極性，提高他們的計算思維能力，同時增強了醫(yī)學(xué)生學(xué)習(xí)程序語言的信心。

三、 教學(xué)思考及總結(jié)

信息時代，掌握基本的計算思維能力是每位醫(yī)學(xué)生的必備技能。作為計算思維培養(yǎng)的主體，醫(yī)學(xué)生自身要重視該項能力的培養(yǎng)，積極配合教學(xué)活動，在教師的帶領(lǐng)下努力培養(yǎng)自身的計算思維能力。基于計算思維的教學(xué)活動的設(shè)計，使得醫(yī)學(xué)生在程序課程的具體實踐中通過完成相應(yīng)的任務(wù)，把計算機程序設(shè)計思想與醫(yī)學(xué)問題有機結(jié)合，培養(yǎng)和訓(xùn)練了醫(yī)學(xué)生計算思維能力，讓學(xué)生掌握了計算思維的思想，提高了運用計算思維能力解決醫(yī)學(xué)問題的能力。

參考文獻：

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

[2]Wing J. Computational Thinkings Influence on Research and Education for All. International Journal of Educational Technology， 2017（2）.

[3]高園園，楊誼， 邊兆英， 馬建華.“VB程序設(shè)計”混合式教學(xué)探索與實踐[J].教育教學(xué)論壇， 2017（46）.

[4]寧小美.高校醫(yī)學(xué)生計算思維培養(yǎng)模式研究[J].衛(wèi)生職業(yè)教育，2018（23）：14-15.

[5]高園園.運用實例教學(xué)法提高VB教學(xué)效果[J].南方醫(yī)學(xué)教育，2012（2）.

[6]森干，石永芳. 基于計算機與信息技術(shù)基礎(chǔ)課程培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生計算思維能力[J].電腦知識與技術(shù)，2016（25）.