醫(yī)學(xué)院校計算機基礎(chǔ)教學(xué)與計算思維培養(yǎng)

余遠(yuǎn)波，陳明銳

(1.海南醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)信息系，海南?？?571101;2.海南大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，海南?？?570228)

醫(yī)學(xué)院校計算機基礎(chǔ)教學(xué)與計算思維培養(yǎng)

余遠(yuǎn)波1，陳明銳2

(1.海南醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)信息系，海南海口 571101;2.海南大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，海南?？?570228)

介紹了醫(yī)學(xué)院校大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程培養(yǎng)學(xué)生計算思維的重要性，分析了教學(xué)中存在的問題，然后從教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定、考核手段、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面分析計算思維與醫(yī)學(xué)的聯(lián)系，并闡述如何培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生“計算思維”的方式與方法，為醫(yī)學(xué)院校大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育提供了一種以提高學(xué)生計算思維能力為目標(biāo)的新型模式.

計算機基礎(chǔ)教學(xué);計算思維;醫(yī)學(xué)院校

1 計算機基礎(chǔ)課程對培養(yǎng)學(xué)生計算思維的重要性

隨著國家信息化進(jìn)程的加快，信息技術(shù)的發(fā)展正在改變?nèi)藗兊纳睢⒐ぷ?、學(xué)習(xí)、思維方式和價值觀.2010年《九校聯(lián)盟(C9)計算機基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》［1］中，強調(diào)了把“計算思維能力的培養(yǎng)”作為計算機基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)、加強以計算思維能力培養(yǎng)為核心的計算機基礎(chǔ)教學(xué)課程體系和教學(xué)內(nèi)容的研究.孫家廣院士［2］在《計算機科學(xué)的變革》一文中明確指出:(計算機科學(xué)界)最具有基礎(chǔ)性和長期性的思想是計算思維.中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所研究員徐志偉總工［3］認(rèn)為:計算思維是一種本質(zhì)的、所有人都必須具備的思維方式，就像識字、做算術(shù)一樣;在2050年以前，讓地球上每一個公民都應(yīng)具備計算思維的能力.例如，計算機科學(xué)對生物學(xué)的貢獻(xiàn)決不限于其能夠在海量序列數(shù)據(jù)中搜索尋找模式規(guī)律的本領(lǐng)，而最終的希望是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法(自身的計算抽象和方法)能夠以其體現(xiàn)自身功能的方式來表示蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu).計算機基礎(chǔ)教學(xué)不僅要培養(yǎng)學(xué)生對計算環(huán)境的認(rèn)識，更應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生在計算環(huán)境下掌握問題求解方法，這是高校學(xué)生應(yīng)用計算機技術(shù)解決專業(yè)問題的重要基礎(chǔ).另外，計算思維能力的培養(yǎng)還展現(xiàn)了計算機學(xué)科獨特的思維方式，為將來創(chuàng)新性地解決專業(yè)問題奠定了基礎(chǔ)［4］.因此，在高校計算機基礎(chǔ)教育中提出了新的要求，主要體現(xiàn)2個方面［5］:一是必須進(jìn)一步同其他各個學(xué)科專業(yè)交叉與融合，二是迫切要求提高學(xué)生利用信息技術(shù)解決專業(yè)領(lǐng)域問題的能力.

目前，醫(yī)學(xué)院校計算機基礎(chǔ)教育教學(xué)的課程安排中，尚未體現(xiàn)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用和應(yīng)用前景，也未體現(xiàn)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)τ嬎闼季S的需求.因此，面向醫(yī)學(xué)信息化發(fā)展，以培養(yǎng)“計算思維”為著眼點的醫(yī)學(xué)院校計算機基礎(chǔ)教學(xué)改革勢在必行.

2 計算機基礎(chǔ)教學(xué)中計算思維培養(yǎng)的對策

2.1 轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，強化計算思維訓(xùn)練，建立多元化的考核體系 當(dāng)今社會已進(jìn)入了信息化時代，善于運用計算機技術(shù)和手段進(jìn)行學(xué)習(xí)、工作、解決專業(yè)問題已是高級人才必備的素質(zhì).隨著信息科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)、數(shù)字化醫(yī)院的建設(shè)與先進(jìn)的數(shù)字診療技術(shù)的應(yīng)用，都越來越多地依賴醫(yī)學(xué)信息化、計算機化和網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)、設(shè)備的支持和幫助.從培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力的角度看，計算機基礎(chǔ)教學(xué)不僅培養(yǎng)學(xué)生對計算環(huán)境的認(rèn)識，更重要的是培養(yǎng)面向典型計算環(huán)境下的問題求解方法，包括初步了解抽象級的問題求解方法，掌握語言級的問題求解技術(shù)，并根據(jù)專業(yè)的應(yīng)用特征了解或掌握應(yīng)用系統(tǒng)級或計算機系統(tǒng)級的問題求解方法［2］.

大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)不僅是大學(xué)通識教育的一個重要組成部分，更重要的是培養(yǎng)大學(xué)生潛移默化地養(yǎng)成用計算思維方式解決專業(yè)問題的良好習(xí)慣，使其成為復(fù)合型創(chuàng)新人才.計算思維是運用計算機科學(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.醫(yī)學(xué)院校計算機基礎(chǔ)教育，是讓學(xué)生掌握基本知識的應(yīng)用技能，并在此基礎(chǔ)上了解信息技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，訓(xùn)練其計算思維.通過典型案例的分析和對信息技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的了解，使學(xué)生對計算機基礎(chǔ)課程重要性的認(rèn)識得到不斷提高，使其計算思維能力，尤其是在信息的獲取、分析和處理能力等方面都得到比較全面的提升，使他們更能適應(yīng)現(xiàn)代社會發(fā)展的需要.

在大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程的考核中，應(yīng)有部分題目結(jié)合計算機在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用;考題形式上，除了現(xiàn)有的操作題之外，一方面應(yīng)有體現(xiàn)計算思維的題材，另一方面也應(yīng)有鼓勵學(xué)生想象的思考題.通過考試，不僅考察學(xué)生基礎(chǔ)知識的掌握情況，也應(yīng)該考察學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，從而發(fā)現(xiàn)學(xué)生的“閃光點”，使他們成為計算機基礎(chǔ)扎實的復(fù)合型人才.

2.2 更新教學(xué)內(nèi)容，適應(yīng)醫(yī)學(xué)信息化的發(fā)展 目前，在大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程的教學(xué)中出現(xiàn)了一些問題，主要是“狹義工具論”的問題［6］.“狹義工具論”認(rèn)為計算機基礎(chǔ)教學(xué)就是教學(xué)生怎樣將計算機作為工具使用.應(yīng)該說，這種認(rèn)識對計算機基礎(chǔ)教育非常有害，這樣會使學(xué)生對計算學(xué)科的認(rèn)識淡化，不利于計算技術(shù)中最重要的核心思想與方法的掌握.哈爾濱工業(yè)大學(xué)戰(zhàn)德臣教授等人［7］將計算機基礎(chǔ)課程分為9個教學(xué)單元，即引論、計算原理、操作系統(tǒng)基礎(chǔ)、問題求解框架、算法描述與程序設(shè)計基礎(chǔ)、互聯(lián)網(wǎng)計算基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基礎(chǔ)、科技文章/文稿電子化制作及編排與發(fā)布、計算機安全與信息安全.覆蓋了計算思維(思維牽引的知識)講授和基本素質(zhì)的培養(yǎng)，使“大學(xué)計算機”課程的教學(xué)改革，轉(zhuǎn)向思維性教學(xué)為主，收到了較好的教學(xué)效果.

醫(yī)學(xué)信息化已是醫(yī)學(xué)院校計算機基礎(chǔ)教育的方向，了解國內(nèi)外計算機技術(shù)的最新發(fā)展動態(tài)，結(jié)合學(xué)生就業(yè)需要，針對學(xué)生的專業(yè)特點，確保教學(xué)內(nèi)容緊扣時代發(fā)展步伐和社會需要，是培養(yǎng)醫(yī)學(xué)復(fù)合型創(chuàng)新人才的基本要求，因此，在醫(yī)學(xué)院校應(yīng)為大學(xué)新生開設(shè)“計算思維與醫(yī)學(xué)”的專題講座，設(shè)法激發(fā)醫(yī)學(xué)生對計算思維的興趣，使計算思維成為常識.在課堂中應(yīng)給學(xué)生介紹醫(yī)學(xué)信息化的發(fā)展和趨勢，教學(xué)案例的設(shè)計也應(yīng)選取醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的實際應(yīng)用，突出醫(yī)學(xué)院校計算機基礎(chǔ)教育的特點.

2.3 革新教學(xué)方法，培養(yǎng)計算思維 美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)周以真(WING J M)教授認(rèn)為［8］:計算思維(Computational Thinking)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(Abstraction)和自動化(Automation).計算思維如同所有人都具備是非判斷、文字讀寫和進(jìn)行算術(shù)運算一樣，也是一種本質(zhì)的、所有人都必須具備的思維能力.周以真教授認(rèn)為，用操作的方法來教學(xué)生是一種最糟糕的計算機教育.

在講授“大學(xué)計算機”課程時，宜與所面向的學(xué)科專業(yè)進(jìn)一步結(jié)合，通過合適的、面向不同學(xué)科專業(yè)的實例，使其既闡釋計算學(xué)科的普適思維，又能給出面向特定學(xué)科專業(yè)的范例，從而提高教學(xué)效果.

典型的思維、可實現(xiàn)的思維［7］:例如，計算機利用鍵盤輸入、利用顯示器顯示內(nèi)容作為輸出，這一內(nèi)容既直觀又簡單，作為“知識”不一定需要學(xué)習(xí)，但是作為“思維”則值得學(xué)習(xí).以鍵盤輸入與屏幕顯示為例可以講授“信息處理的思維”，即位置→電信號→編碼→存取/ASCII→解碼→字形→顯示.學(xué)生掌握這一思維之后，可以很容易地推廣至其他語言文字的處理，如漢字等.更進(jìn)一步，這一例子蘊含著一種普適思維——信息處理思維，即物理對象通過設(shè)備采集相關(guān)信息(物理－信息映射)，然后按一定的編碼規(guī)則使用編碼器進(jìn)行編碼及存儲，再按編碼規(guī)則使用解碼器進(jìn)行解碼，識別所需信息并進(jìn)行顯示.那么，聲音、視頻等多媒體信息以及各種新型設(shè)備如RFID(即射頻識別)等的處理是否可以利用這種思維進(jìn)行處理?例如，醫(yī)學(xué)高頻超聲編碼成像中解碼壓縮技術(shù)的研究［9］:將數(shù)字編碼激勵與現(xiàn)有眼科高頻超聲成像技術(shù)相結(jié)合，提出一種全新的高速數(shù)據(jù)檢測和信號處理方法.由FPGA產(chǎn)生16位Golay互補序列，激勵換能器產(chǎn)生超聲波.數(shù)據(jù)采集電路實現(xiàn)了15 MHz高頻超聲回波信號的數(shù)字化，采樣頻率120 MHz，采樣位數(shù)14 bits.解碼壓縮算法由FPGA實時實現(xiàn)，A序列解碼和B序列解碼交替進(jìn)行，分別將回波信號與A，B解碼序列卷積運算，兩路延遲疊加即實現(xiàn)了Glayo碼的實時解碼壓縮.該研究的編碼激勵信號由FPGA產(chǎn)生，經(jīng)激勵電路激勵超聲換能器.換能器在編碼信號激勵下，發(fā)射超聲波;超聲信號經(jīng)反射面反射，驅(qū)動換能器產(chǎn)生回波信號.回波信號經(jīng)放大后，通過A/D采樣進(jìn)入FPGA進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和解碼，并最終通過D/A輸出到示波器輸出顯示.

計算機學(xué)科中有很多類似于上述思維的普適思維，這些思維不僅反映了計算、計算機的原理，使非計算機專業(yè)學(xué)生能夠深刻地理解，更重要的是體現(xiàn)了基于計算技術(shù)/計算機的問題求解思路與方法，從而有助于培養(yǎng)非計算機專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力，為未來應(yīng)用計算手段進(jìn)行學(xué)科的研究與創(chuàng)新奠定堅實的基礎(chǔ).如借鑒計算機及相關(guān)系統(tǒng)，研制支持生物技術(shù)研究的計算平臺.

以醫(yī)學(xué)影像學(xué)專業(yè)的學(xué)生為例，一部分學(xué)生的方向是病理診斷，另一部分學(xué)生側(cè)重于醫(yī)療技術(shù)，計算思維的培養(yǎng)有助于他們理解醫(yī)學(xué)影像(X線，CT，MRI等)的檢測技術(shù)實現(xiàn)過程，實現(xiàn)病理診斷“知其然，知其所以然”，也為研究醫(yī)學(xué)影像技術(shù)奠定思維基礎(chǔ).因此，非計算機專業(yè)大學(xué)計算機課程也應(yīng)該挖掘這種思維，不僅培養(yǎng)學(xué)生具有“思維”，而且也要使學(xué)生“看見”并確立“思維”是能夠?qū)崿F(xiàn)的.

3 小結(jié)

計算思維在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，計算思維的培養(yǎng)能為醫(yī)學(xué)生將來創(chuàng)新性地解決專業(yè)問題奠定基礎(chǔ).計算思維的培養(yǎng)作為醫(yī)學(xué)院校計算機基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)，不僅是一個長期的過程，而且是需要在教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核手段等方面不斷探索、努力實踐的過程.只要堅持不斷地改革，醫(yī)學(xué)院校的計算機基礎(chǔ)教育一定能上新臺階.

［1］九校聯(lián)盟(C9).九校聯(lián)盟(C9)計算機基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明［J］.中國大學(xué)教學(xué)，2010(9):4，9.

［2］孫家廣.計算機科學(xué)的變革［J］.中國計算機學(xué)會通訊，2009，5(2):6 －9.

［3］徐志偉.21世紀(jì)計算機科學(xué)的研究熱點［J］.中國計算機學(xué)會通訊，2009，5(2):15－22.

［4］何欽銘，陸漢權(quán)，馮博琴.計算機基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)是計算思維能力的培養(yǎng)［J］.中國大學(xué)教學(xué)，2010(9):5－9.

［5］陳國良，馮博琴，張龍.抓住實施“質(zhì)量工程”機遇 提高高校計算機基礎(chǔ)教育水平［J］.中國大學(xué)教學(xué)，2008(4):7－9，13.

［6］陳國良，董榮勝.計算思維與大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育［J］.中國大學(xué)教學(xué)，2011(1):7－11，32.

［7］戰(zhàn)德臣，聶蘭順，徐曉飛.“大學(xué)計算機”—所有大學(xué)生都應(yīng)學(xué)習(xí)的一門計算思維基礎(chǔ)教育課程［J］.中國大學(xué)教學(xué)，2011(4):15－20.

［8］WING J M.Computational Thinking［J］.Communications of ACM，2006，49(3):33 －35.

［9］周盛，王曉春，楊軍，等.醫(yī)學(xué)高頻超聲編碼成像中解碼壓縮技術(shù)的研究［J］.中國醫(yī)療器械雜志，2011(6):409－413.

Teaching of Computer Basic Course and Cultivation of Computational Thinking in Medical School

YU Yuan-bo1，CHEN Ming-rui2

(1.Department of Medical Information，Hainan Medical University，Haikou 571101，China;2.College of Information Science＆ Technology，Hainan University，Haikou 570228，China)

In the paper，the significance of cultivating students’computational thinking via basic computer course was highlighted and the problems existing in current teaching method were analyzed.Based on teaching goal，assessment tool，and teaching content of basic computer course，the correlation between computational thinking and understanding of medical science were discussed，and how to culture“computational thinking”of medical student were explored，all of which provide a new model for improving computational thinking capability of student.

basic computer course;computational thinking;medical universities

G 434 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

A

1004－1729(2012)02－0184－03

2011－12－22

海南省教育廳基金項目(HJJSJ201016);海南省教育科學(xué)十一五重點課題(Qji11518)

余遠(yuǎn)波(1981－)，陜西旬陽人，海南醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)信息系講師.

陳明銳(1960－)，男，教授，博士生導(dǎo)師.