醫(yī)學(xué)院校Python程序設(shè)計課程的教學(xué)改革研究

魏晉　郝文延　王曉云

摘? 要： 針對于醫(yī)學(xué)院校程序設(shè)計課程中存在的問題，提出了具有醫(yī)學(xué)專業(yè)特點的程序設(shè)計課程教學(xué)改革方案。教學(xué)改革方案以TPACK模式為核心設(shè)計思想，以醫(yī)學(xué)各專業(yè)的應(yīng)用需求為關(guān)注點，從教學(xué)內(nèi)容設(shè)計、TAPCK模式中各元素設(shè)計、線上與線下互動教學(xué)環(huán)境、評價體系設(shè)計、以及教學(xué)反饋五個方面，構(gòu)造了完整的課程教學(xué)體系結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞： 程序設(shè)計; TPACK; 教學(xué)改革; 教學(xué)方法

中圖分類號：G642;G434? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2022）05-96-03

Teaching reform of Python language-based programming courses

in medical universities and colleges

Wei Jin Hao Wenyan ?Wang Xiaoyun

Abstract： Aiming at the problems confronted in programming courses in medical universities and colleges， a teaching reform scheme for programming courses with the characteristics of medical specialty is proposed. With the TPACK framework as the core idea and the application needs in various medical specialties as the focus， an integral course teaching system is constructed. This system includes teaching content design， element design in the TAPCK framework， online and offline interactive teaching environment， assessment system design and teaching feedbacks into account.

Key words： programming; TPACK; teaching reform; teaching method

引言

隨著我國醫(yī)療科學(xué)的快速發(fā)展，以及人工智能、大數(shù)據(jù)、機器學(xué)習(xí)等技術(shù)在醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，社會對醫(yī)學(xué)院校畢業(yè)生綜合能力的要求也越來越高，要求畢業(yè)生具備良好的科學(xué)素養(yǎng)和基礎(chǔ)科研能力[1]。

2018年我校將“Python程序設(shè)計”課程設(shè)置為面向全校所有醫(yī)學(xué)專業(yè)的必修課，2019年開始在我校各專業(yè)開展教學(xué)。Python語言由于編寫簡單、功能強大，只需調(diào)用強大的第三方庫就可以實現(xiàn)功能完整、技術(shù)先進的程序，所以越來越多的醫(yī)學(xué)院校都將Python語言作為計算機程序設(shè)計課程的編程語言[2-3]。

醫(yī)學(xué)院校不同于理工科院校，在醫(yī)學(xué)院校中開設(shè)“Python程序設(shè)計”課程的目的就是要將程序設(shè)計作為解決醫(yī)學(xué)專業(yè)中實際問題的一個強大工具。醫(yī)學(xué)院校的程序設(shè)計課程不能完全照搬工科院校的教學(xué)模式。根據(jù)我校開設(shè)“Python程序設(shè)計”課程的教學(xué)情況，我們提出了一個面向醫(yī)學(xué)院校各專業(yè)的課程教學(xué)改革方案。

1 醫(yī)學(xué)院校程序設(shè)計課程中存在的問題

1.1 教學(xué)模式與考核形式固定單一

當(dāng)前醫(yī)學(xué)院校的“Python程序設(shè)計”課程大都采用了“理論+實驗”的教學(xué)模式[6]，即教師在課堂上先進行理論知識的講解，然后在實驗課中學(xué)生再按照布置的實驗題目進行實踐操作練習(xí)，課堂教學(xué)中以教師講授為主，實驗課以學(xué)生練習(xí)為主。課程考試形式以“筆試+機試”的模式進行，筆試側(cè)重于對理論知識的考核，實驗考試題目多為計算機算法與數(shù)學(xué)計算類問題居多，例如排序、最大值與計數(shù)等。

1.2 課程與醫(yī)學(xué)各專業(yè)需求關(guān)聯(lián)性不強，遠(yuǎn)離應(yīng)用場景

醫(yī)學(xué)各專業(yè)具有非常強的學(xué)科方向性特點，因此將Python語言作為工具來解決本專業(yè)中實際問題的側(cè)重點也不相同。在課程教學(xué)過程中采用的實例多為計算機算法、數(shù)學(xué)類問題，由于沒有與醫(yī)學(xué)各專業(yè)的應(yīng)用需求相結(jié)合，所以遠(yuǎn)離了各專業(yè)的實際需求場景，在這種情況下學(xué)生學(xué)習(xí)課程的興趣不高。

1.3 課程內(nèi)容滯后于專業(yè)實際需求，專業(yè)性特點不強

“Python程序設(shè)計”課程的理論與實驗內(nèi)容深度不夠，與醫(yī)學(xué)各專業(yè)提出的實際應(yīng)用需求與側(cè)重方向有較大差距。例如預(yù)防醫(yī)學(xué)專業(yè)希望學(xué)生在學(xué)習(xí)課程后，具有使用Python語言進行數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)可視化以及構(gòu)造簡單流行病模型的能力，但是當(dāng)前“Python程序設(shè)計”課程內(nèi)容屬于通識教育，無法滿足提出的需求。

1.4 課程缺乏對學(xué)生計算思維與實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

在教學(xué)過程中教師大部分時間用于解答學(xué)生在程序中遇到的語法、調(diào)試與運行等錯誤，更多關(guān)注的是程序語法層面的內(nèi)容，較少關(guān)注如何應(yīng)用所學(xué)知識去解決問題的思路、方法等內(nèi)容，教學(xué)過程缺乏培養(yǎng)學(xué)生計算思維層面提升的環(huán)節(jié)[7]。

2 課程教學(xué)改革方案設(shè)計

在分析我校“Python程序設(shè)計”課程的教學(xué)現(xiàn)狀后，我們從以下四個方面來設(shè)計課程教學(xué)改革方案。

2.1 根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，劃分課程內(nèi)容為通識知識與專業(yè)知識兩部分

根據(jù)教學(xué)大綱、教學(xué)目標(biāo)與各專業(yè)的實際需求，將課程內(nèi)容分為“通識部分”和“專業(yè)部分”。兩部分都分別包括理論和實驗內(nèi)容，課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)如圖1所示。“通識部分”內(nèi)容是每個專業(yè)都必須掌握的基礎(chǔ)知識，面向全部醫(yī)學(xué)各專業(yè)進行教學(xué)。“專業(yè)部分”的內(nèi)容以各醫(yī)學(xué)專業(yè)的應(yīng)用需求來制定，內(nèi)容側(cè)重于應(yīng)用Python語言解決本專業(yè)中實際問題的相關(guān)內(nèi)容。例如預(yù)防醫(yī)學(xué)專業(yè)的應(yīng)用需求在數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)可視化等方向，教學(xué)內(nèi)容就側(cè)重于數(shù)據(jù)類型、Matplotlib、Pandas和Numpy等方面;醫(yī)學(xué)影像專業(yè)的應(yīng)用需求在圖像處理方向，教學(xué)內(nèi)容就側(cè)重于文件操作、PIL與OpenCV等方面。根據(jù)不同專業(yè)需求、側(cè)重點制定出的課程內(nèi)容，可以極大地增加學(xué)生學(xué)習(xí)的動力。

2.2 設(shè)計TPACK模式下的Python程序設(shè)計課程體系

由于醫(yī)學(xué)各專業(yè)對計算機程序設(shè)計的需求與應(yīng)用側(cè)重方向的不同，所以采用單一的、固定的教學(xué)模式已經(jīng)無法滿足在醫(yī)學(xué)院校中的教學(xué)需求。TPACK（Technology Pedagogical and content knowledge）教學(xué)模式是由美國密歇根州立大學(xué)Matthew J.Koehler和Punya Mishra兩位學(xué)者，在PCK（Pedagogical Content Knowledge）方法的基礎(chǔ)上提出來的[8]。TPACK模式除了由學(xué)科知識CK（Content Knowledge）、教學(xué)法知識PK（Pedagogical Knowledge）和技術(shù)知識TK（Technology Knowledge）三部分外，還包括了整合技術(shù)的學(xué)科知識（TCK）、學(xué)科教學(xué)知識（PCK）、整合技術(shù)的教學(xué)法知識（TPK）與整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)知識（TPACK）四個復(fù)合部分[9]，TPACK模式結(jié)構(gòu)如圖2所示。

設(shè)計TPACK中的CK、TK和PK基本元素，根據(jù)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)技術(shù)以及專業(yè)需求來進行。例如對“程序控制結(jié)構(gòu)”章節(jié)的TPACK基本元素設(shè)計（如表1）。CK的設(shè)計要以學(xué)情分析與專業(yè)需求為主要因素，課程與實驗內(nèi)容的設(shè)置要從簡單到復(fù)雜，先通識內(nèi)容再專業(yè)內(nèi)容，逐步進行[10];PK的設(shè)計要利用教學(xué)策略，設(shè)計符合專業(yè)需求的課程教學(xué)方法。醫(yī)學(xué)院校中的程序設(shè)計課程要注重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，在教學(xué)中教師可以采用如以實際需求來創(chuàng)建應(yīng)用場景的方法，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的動力，培養(yǎng)學(xué)生的編程思維。在實驗課程教學(xué)中，教師可以采用如自主討論、實踐練習(xí)、結(jié)果評價等方法開展教學(xué)活動;在教學(xué)中要最大化開發(fā)和利用現(xiàn)代信息化的技術(shù)來設(shè)計TK[11]，通過采用不同的信息化技術(shù)可以直觀的展現(xiàn)知識的內(nèi)在涵義，可以幫助學(xué)生快速理解和掌握知識。

2.3 利用現(xiàn)代化信息技術(shù)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，延申課堂空間

“Python程序設(shè)計”的教學(xué)過程是一個讓學(xué)生通過不斷進行探索、不斷解決遇到的問題而獲得技能的過程，所以將課堂空間延伸至課下，構(gòu)建開放式網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，采用線上與線下混合式的教學(xué)模式就顯就尤為重要了。構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺不僅可以創(chuàng)設(shè)教學(xué)形式多樣、教學(xué)資源豐富、教學(xué)內(nèi)容直觀的現(xiàn)代化課程網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境，還可以向各個專業(yè)、不同需求的學(xué)生開展系列化與專題化的教學(xué)工作。此外，在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上還可以開展課前預(yù)習(xí)、在線討論和答疑、課程單元測試、課程教學(xué)線上問卷與反饋等多種類型的線上活動。

2.4 構(gòu)建基于TPACK架構(gòu)的過程性評價體系

傳統(tǒng)的程序設(shè)計課程考核評定由作業(yè)成績、理論成績與實驗成績?nèi)糠纸M成，因為本文提出的“Python程序設(shè)計”課程教學(xué)改革方案采用了TPACK教學(xué)模式，所以評價方式也需按照TAPCK模式進行。TPACK考核要采用靈活的評定方式，考核內(nèi)容由理論知識的掌握向注重考核實際應(yīng)用能力的方向轉(zhuǎn)變，成績評定的方式也要轉(zhuǎn)換為過程性評價。實驗考核不采用統(tǒng)一的試題形式，而是靈活的通過課程設(shè)計、項目設(shè)計、案例設(shè)計等專項評定任務(wù)來實施考核。

3 設(shè)計教學(xué)反饋表，促進與完善教學(xué)改革過程

評價教學(xué)改革方案的過程中，離不開教學(xué)過程中的教學(xué)反饋環(huán)節(jié)。對教學(xué)情況進行科學(xué)、合理與及時的評價，對于調(diào)整、修改和完善教學(xué)改革方案是一個必不可少的過程。教學(xué)反饋表的內(nèi)容首先要確定由“教學(xué)內(nèi)容設(shè)定”，“采用的教學(xué)方法”和“教學(xué)效果反饋”構(gòu)成的最高級評價指標(biāo)，每個最高級評價指標(biāo)又分為多個分支評價指標(biāo)，每個評價指標(biāo)都需設(shè)置權(quán)重與分值。教學(xué)情況的反饋一定要及時，否則會削弱問題的導(dǎo)入效果，弱化教學(xué)改革方案的實施結(jié)果，同時也會失去調(diào)整和完善教學(xué)改革方案的最好時機。為了能及時、快捷的開展教學(xué)反饋工作，可以將教學(xué)反饋表發(fā)布到課程網(wǎng)絡(luò)平臺上并接收反饋。

4 結(jié)束語

以TPACK模式為理論基礎(chǔ)，以CK、PK、TK及TCK等各部分為切入點，設(shè)計與構(gòu)建“Python程序設(shè)計”課程體系，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式與教學(xué)方法，是對創(chuàng)建新理念、新思維角度的具有醫(yī)學(xué)特色的“Python程序設(shè)計”課程體系的探索。目前，針對于“Python程序設(shè)計”課程提出的教學(xué)改革方案還在實施階段，需要通過不斷地改進與調(diào)整在實施過程中出現(xiàn)的問題與不足，才能使得教學(xué)方案更加科學(xué)與合理。

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收稿日期：2021-11-02

*基金項目：山西省高等學(xué)校教學(xué)改革創(chuàng)新項目“以賽促教、TPACK架構(gòu)下醫(yī)學(xué)專業(yè)‘Python程序設(shè)計’的課程改革研究”（J2020229）

作者簡介：魏晉（1975-），男，山西長治人，碩士，副教授，主要研究方向：量子計算與量子算法。