綜合性實驗在醫(yī)學(xué)信息專業(yè)編程課中的實踐研究

葉遠濃，靳 帥，王 敏，張曉婭，黃夢雅

（貴州醫(yī)科大學(xué) 大健康學(xué)院，貴州 貴陽 550025）

引言

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的興起，大數(shù)據(jù)相關(guān)人才極度缺乏，對此，國內(nèi)不少高校相繼開設(shè)大數(shù)據(jù)類專業(yè)以培養(yǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)人才［1］。不少醫(yī)學(xué)院校也相繼開設(shè)了針對醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)分析挖掘人才培養(yǎng)的專業(yè)，如醫(yī)學(xué)信息工程、生物醫(yī)學(xué)工程、生物醫(yī)藥數(shù)據(jù)科學(xué)等專業(yè)。針對大數(shù)據(jù)分析挖掘人才培養(yǎng)目標(biāo)，許多高校把“程序設(shè)計”課程作為該類專業(yè)學(xué)生的專業(yè)核心課程，目的是使學(xué)生掌握編寫計算機程序用于分析大數(shù)據(jù)的能力，以提高學(xué)生對算法基本方法和思路的理解與認(rèn)識，提升學(xué)生綜合分析問題和靈活運用知識的能力［2］。我校醫(yī)學(xué)信息工程于2017年開始招生，開設(shè)了“Python與大數(shù)據(jù)分析挖掘”和“R語言與可視化”兩門編程類課程。

編程類課程屬于實踐性課程，如何合理地設(shè)計實驗課程非常重要。傳統(tǒng)的實驗課程設(shè)置是以基礎(chǔ)實驗為主，即學(xué)生按照實驗指導(dǎo)書，按部就班地操作，輸出結(jié)果與實驗指導(dǎo)書一致即可。這導(dǎo)致每個學(xué)生的實驗成績區(qū)分度不高，學(xué)生缺乏獨立思考意識，進而打擊了學(xué)生的積極性并抑制了學(xué)生的個性發(fā)展［3］。這與培養(yǎng)創(chuàng)新能力的目標(biāo)相背離，因此，如何創(chuàng)新實驗課程以激發(fā)學(xué)生獨立思考和鉆研的積極性，成為編程類課程的一個課題。

我們不斷地對編程類實驗課程進行改革探索，逐漸將綜合性實驗引入編程類課程中，學(xué)生根據(jù)自己的興趣選擇一個綜合性實驗題目，自主思考，綜合利用所學(xué)知識進行了操作，以達到實驗的要求。為了保證綜合性實驗?zāi)茉诰幊填愓n程中有更好的教學(xué)效果，我們只將綜合性實驗引入“R語言與可視化”課程中，而“Python與大數(shù)據(jù)分析挖掘”依舊采用基礎(chǔ)實驗的模式［4］。

一、方法與材料

本研究以2017級和2018級兩個年級的“Python與大數(shù)據(jù)分析挖掘”和“R語言與可視化”課程的教學(xué)效果為研究對象。首先，這兩門課程均由同一位教師授課，可以避免由不同教師的不同教學(xué)水平導(dǎo)致的差異。其次，這兩門課程的實驗學(xué)時相同，均為36學(xué)時的實驗學(xué)時，保證在學(xué)時上統(tǒng)一。

2017級的“Python與大數(shù)據(jù)分析挖掘”和“R語言與可視化”兩門課程均采用基礎(chǔ)實驗，即將實驗分散到教學(xué)周，每逢雙周上1次實驗課，每次4學(xué)時，完成前一次理論課程所學(xué)知識的上機實驗，按照實驗指導(dǎo)書完成上機編程實驗。2018、2017級的“Python與大數(shù)據(jù)分析挖掘”仍然采用基礎(chǔ)實驗?zāi)Ｊ?，每逢雙周上1次實驗課，每次4學(xué)時，按照實驗指導(dǎo)書完成上機編程實驗，以作為綜合性實驗成效的對比。不同的是，2018級“R語言與可視化”課程采用綜合性實驗?zāi)Ｊ竭M行。為了更好地開展綜合性實驗，“R語言與可視化”實驗課程安排在后九個教學(xué)周進行，即第10～18周每周進行實驗課，每次4個學(xué)時。以此保證學(xué)生在進行綜合性實驗時能有足夠多的知識儲備來獨立創(chuàng)新地完成實驗。

“Python與大數(shù)據(jù)分析挖掘”開設(shè)學(xué)期是第二學(xué)期，“R語言與可視化”開課學(xué)期為第三學(xué)期，因此可以避免由于“R語言與可視化”的綜合性實驗學(xué)習(xí)成效對“Python與大數(shù)據(jù)分析挖掘”學(xué)習(xí)成效的影響。上述兩門課程信息如表1。

表1 課程信息表

二、綜合性實驗教學(xué)成效分析

為了研究綜合性實驗對學(xué)生創(chuàng)新能力和課程學(xué)習(xí)能力的提升效果，我們以期末考試卷面成績作為分析對象，通過成績分析，發(fā)現(xiàn)每個年級都有1個成績?yōu)閭€位數(shù)的學(xué)生，為了保證統(tǒng)計有意義，我們將其視為異常點刪除，刪除后成績統(tǒng)計結(jié)果如表2。

表2 成績統(tǒng)計

圖1 成績分布圖

圖2 各年級不同課程成績分布比較圖

由以上成績統(tǒng)計和分布圖我們可以看出，兩個年級都存在不同水平的學(xué)生，通過t檢驗比較2017 級“Python 與大數(shù)據(jù)分析挖掘”和“R 語言與可視化”的成績，發(fā)現(xiàn)差異顯著性P值為0.30，平均分分別為68.14和69.66。表示兩門課編程類均采用基礎(chǔ)性實驗的情況下，課程學(xué)習(xí)效果沒有差別。

再對比2017級和2018級兩個年級的兩門課程學(xué)習(xí)效果，“Python與大數(shù)據(jù)分析挖掘”課程在兩個年級中，都采用基礎(chǔ)性實驗?zāi)Ｊ?，通過兩個年級的比較發(fā)現(xiàn)，兩者平均分分別為68.14和67.26，經(jīng)過t檢驗分析，發(fā)現(xiàn)其P值為0.36，沒有顯著差異，表示在基礎(chǔ)性實驗情況下，兩個年級的“Python與大數(shù)據(jù)分析挖掘”課程學(xué)習(xí)效果相當(dāng)。

對比2017級和2018級兩個年級“R語言與可視化”課程的學(xué)習(xí)效果，2017級的實驗課采用的是基礎(chǔ)性實驗?zāi)Ｊ剑?018級的實驗課采用的是綜合性實驗?zāi)Ｊ?。通過兩個年級的比較發(fā)現(xiàn)，兩者平均分分別為69.66和77.05，經(jīng)過t檢驗分析，其P值為9.20×10-6，遠遠小于0.01，顯示這兩個年級的成績分布有顯著差異，表示在綜合性實驗情況下，學(xué)生的學(xué)習(xí)成效更好。

結(jié)論

對于信息類和大數(shù)據(jù)類專業(yè)，編程類課程屬于實踐性很強的課程，該類課程的實驗教學(xué)設(shè)置具有重要意義。在教學(xué)設(shè)計安排中，為貫徹我院“實踐育人、科研育人、文化育人、健康育人”的辦學(xué)理念，進一步深化教育教學(xué)改革，加強實踐能力的培養(yǎng)，我們不斷進行實踐教學(xué)改革和探索不同實驗課程方式對學(xué)生實踐動手能力的影響，包括采用綜合實驗設(shè)計等實驗?zāi)Ｊ剑訌妼嵺`教學(xué)力度，增設(shè)綜合性、創(chuàng)新性實驗，以提高學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)編程知識解決實際問題的能力。

綜合性實驗是以模塊實驗為主導(dǎo)的一種新型實驗，不是真的采用單一的實驗?zāi)K進行實驗。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，根據(jù)自身的能力和興趣選擇自己感興趣的實驗題目，并且學(xué)生經(jīng)過獨立思考（或團隊合作）完成實驗步驟。指導(dǎo)教師在整個實驗中只起到答疑的作用，總體實驗設(shè)計由學(xué)生探索和實施，以充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和獨立操作能力。通過引入綜合性實驗，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合設(shè)計能力和創(chuàng)新意識，使學(xué)生具備可視化開發(fā)環(huán)境下的編程設(shè)計能力、良好的程序設(shè)計素養(yǎng)與規(guī)范的程序設(shè)計方法，從而能獨立開發(fā)出具有實際意義的程序，畢業(yè)時能更好地適應(yīng)市場的需求，并且加強了學(xué)生對編程類課程的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)成效。