以計(jì)算思維培養(yǎng)為導(dǎo)向的醫(yī)學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程改革與實(shí)踐

黃 旭，林加論

（海南醫(yī)學(xué)院 醫(yī)學(xué)信息學(xué)院，海南 ?？?571199）

0 引言

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)是高校重要的基礎(chǔ)課程，在我國(guó)高等教育中已有30 多年的歷史，先后經(jīng)歷了兩次重要的改革。第1 次改革在1997 年，確立了“計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)－計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)－計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)”3 個(gè)層次的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)課程體系。第2 次改革始于2004 年，確立了“4 領(lǐng)域×3 層次”計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容知識(shí)結(jié)構(gòu)的總體構(gòu)架，構(gòu)建了“1+X”的課程設(shè)置方案，并將大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)作為第一門課程[1]。

2010 年，《九校聯(lián)盟（C9）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》掀開了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)第3次改革的序幕。2016 年，教育部高等學(xué)校大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)編制了《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》（以下簡(jiǎn)稱基本要求），明確指出計(jì)算思維能力的培養(yǎng)將成為今后大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的新常態(tài)，確立了“寬”“?！薄叭凇?個(gè)層次的課程新體系[2]。

1 教學(xué)存在的問題

筆者從事計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)20 余年，其間經(jīng)歷了兩次計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的改革，也感受到許多改革獲得的成效，但總結(jié)近年來(lái)的教學(xué)過程，發(fā)現(xiàn)依然存在如下一些問題。

（1）學(xué)生水平參差不齊。由于來(lái)自不同地區(qū)的學(xué)生在進(jìn)入大學(xué)前受到的計(jì)算機(jī)教育程度不同，導(dǎo)致學(xué)生的計(jì)算機(jī)水平參差不齊，加上醫(yī)學(xué)專業(yè)分類多，開展面向?qū)I(yè)服務(wù)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)難上加難。

（2）學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)主動(dòng)性。以教師和計(jì)算機(jī)為教學(xué)中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式的沿襲,加上教學(xué)內(nèi)容的陳舊乏味，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。

（3）學(xué)生思維能力的培養(yǎng)不夠?！肮ぞ哒摗钡慕虒W(xué)理念，加上各類計(jì)算機(jī)考試類型的局限，導(dǎo)致學(xué)生只注重軟件的操作，缺乏對(duì)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域科學(xué)探索的興趣，自然無(wú)法形成基于計(jì)算機(jī)解決現(xiàn)實(shí)問題的思維能力。

2 教學(xué)改革思路

教學(xué)形勢(shì)的變化，驅(qū)動(dòng)了新的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)改革，而教學(xué)改革的順利實(shí)施，首要任務(wù)就是厘清思路，建立和完善與改革相一致的教育理念。本次教學(xué)改革的導(dǎo)向是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力，其落腳點(diǎn)在于課程的具體建設(shè)和實(shí)施。因此，首先要構(gòu)建新的課程教學(xué)體系，并把計(jì)算思維能力培養(yǎng)作為新的課程教學(xué)目標(biāo)，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和教學(xué)方法等方面進(jìn)行改革和創(chuàng)新。

理論教學(xué)可以探索實(shí)施任務(wù)驅(qū)動(dòng)式、SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂、研討式、科技活動(dòng)+技術(shù)指導(dǎo)等教學(xué)方法和手段的相互融合，將計(jì)算思維的概念、方法、過程融入課程的教學(xué)過程中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)新性，使學(xué)生能夠達(dá)到應(yīng)用計(jì)算思維解決本專業(yè)的實(shí)際應(yīng)用問題的目的[3]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與理論內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)的觀察和驗(yàn)證，消化、理解理論知識(shí)點(diǎn)，并從中獲得思維能力的培養(yǎng)。與此同時(shí)，還應(yīng)充分利用可能的教學(xué)資源，構(gòu)建適合學(xué)生自主學(xué)習(xí)的數(shù)字環(huán)境，通過現(xiàn)代教育技術(shù)和手段，將教學(xué)與數(shù)字化、過程化管理緊密結(jié)合，使教與學(xué)獲得更大程度的相互促進(jìn)。

3 醫(yī)學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系

根據(jù)教學(xué)改革的基本思路，我們首先構(gòu)建一個(gè)適于新教學(xué)形勢(shì)的醫(yī)學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)體系。參照基本要求給出的體系框架，總結(jié)部分學(xué)校的改革實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[4-5]，結(jié)合海南醫(yī)學(xué)院計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的實(shí)際情況，構(gòu)建基于“寬”“?！薄叭凇? 個(gè)層次的醫(yī)學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系，見表1。新課程體系以計(jì)算思維為主線，以培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維意識(shí)、計(jì)算思維方法和計(jì)算思維能力為目標(biāo)，分為3 個(gè)層次，每個(gè)層次設(shè)置不同的課程，滿足不同專業(yè)的各類信息需求。

4 教學(xué)改革實(shí)踐

4.1 以計(jì)算思維視角組織課程內(nèi)容

根據(jù)新課程體系的教學(xué)目標(biāo)，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的認(rèn)知能力、信息素養(yǎng)和計(jì)算思維意識(shí)，也就是說課程主要知識(shí)點(diǎn)還屬于原來(lái)的內(nèi)容范疇，只不過需要將計(jì)算思維的理念滲透其中。因此，新修訂的課程體系構(gòu)成基本還是原來(lái)的內(nèi)容，但從計(jì)算思維的角度重新梳理，學(xué)生可以在課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)過程中逐步建立計(jì)算思維意識(shí)。修訂后的課程內(nèi)容體系由5 個(gè)模塊組成。

模塊1：計(jì)算思維問題的提出（主要包括問題描述、問題抽象、問題求解方法）；

模塊2：計(jì)算機(jī)信息數(shù)字化基礎(chǔ)（主要包括數(shù)制及其轉(zhuǎn)換、數(shù)值/字符/多媒體編碼）；

模塊3：計(jì)算機(jī)三大平臺(tái)（主要包括硬件平臺(tái)、軟件平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)）；

模塊4：算法與程序設(shè)計(jì)（主要包括典型算法、程序設(shè)計(jì)）；

模塊5：實(shí)用軟件應(yīng)用（主要包括文字處理、數(shù)據(jù)處理、報(bào)告處理、圖像處理）。

在新的課程體系中，課程內(nèi)容按照計(jì)算思維強(qiáng)調(diào)的“用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解和系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的技術(shù)路線進(jìn)行組織，課程教學(xué)以“計(jì)算思維問題的提出”為開篇，給出計(jì)算思維的定義，并簡(jiǎn)要說明基于計(jì)算機(jī)求解問題的方法過程；緊跟著通過信息編碼的介紹，闡述數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中表示的形式化方法，并映射出硬件控制原理和軟件需要解決的問題；接下來(lái)從計(jì)算機(jī)的三大平臺(tái)層面，展現(xiàn)計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本原理和方法，強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)的自動(dòng)化控制原理、資源管理機(jī)制和基于系統(tǒng)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算服務(wù)；最后通過算法與程序設(shè)計(jì)及實(shí)用軟件應(yīng)用內(nèi)容的補(bǔ)充，幫助各個(gè)專業(yè)從計(jì)算機(jī)科學(xué)中找到對(duì)計(jì)算需求及實(shí)際應(yīng)用的支持[6]。雖然還是原來(lái)的知識(shí)點(diǎn)，但是通過“基于計(jì)算機(jī)的問題求解”的主線串聯(lián)起來(lái)，使整個(gè)教學(xué)過程更連貫，并滲透入計(jì)算思維的基本理念，更容易達(dá)到既定的課程培養(yǎng)目標(biāo)。

表1 基于“寬”“專”“融”的醫(yī)學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系

4.2 以網(wǎng)絡(luò)課程應(yīng)用輔助理論教學(xué)

使所有學(xué)生更加主動(dòng)、積極地參與學(xué)習(xí)，是課程教學(xué)努力的一個(gè)方向，而學(xué)生計(jì)算機(jī)水平參差不齊，是目前擺在所有大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程授課教師面前的教學(xué)現(xiàn)狀。如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，保證基礎(chǔ)弱的學(xué)生打好基礎(chǔ)，而能力強(qiáng)的學(xué)生學(xué)到更多知識(shí)，就必須在教學(xué)模式和教學(xué)方法等方面進(jìn)行改革和創(chuàng)新。鑒于此，可將網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與傳統(tǒng)課堂進(jìn)行整合設(shè)計(jì)，構(gòu)建一種線上線下教學(xué)/學(xué)習(xí)的混合教學(xué)模式。

課程教學(xué)設(shè)計(jì)主要分為課前、課中、課后3個(gè)階段，通過線上或線下的方式完成。其中課前屬于課程的導(dǎo)學(xué)階段（即提出問題），由學(xué)生在課前依據(jù)教師給定的教學(xué)目標(biāo)，觀看教師推薦的視頻或者按照個(gè)性化的學(xué)習(xí)自己查找視頻，瀏覽課程資源，并完成相應(yīng)任務(wù)，在不懂或測(cè)試遇到難題的時(shí)候可以通過討論探究；課中屬于課程的研學(xué)階段（即解決問題），教師根據(jù)知識(shí)點(diǎn)的不同，依據(jù)問題導(dǎo)向的教學(xué)方法，確定合適的教學(xué)活動(dòng)展開師生、生生間的交流互動(dòng)，學(xué)生則根據(jù)教師的引導(dǎo)，逐步完成學(xué)習(xí)目標(biāo)；課后屬于課程的練學(xué)階段（即鞏固提升），由教師布置測(cè)試題讓學(xué)生及時(shí)鞏固所學(xué)知識(shí)，并給出下節(jié)需要預(yù)習(xí)的問題。在這3 個(gè)階段中，課中研學(xué)主要通過線下課堂教學(xué)開展，而課前導(dǎo)學(xué)和課后練學(xué)則依靠學(xué)校提供的Blackboard 教學(xué)平臺(tái)，通過學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)開展。

Blackboard 由美國(guó)Blackboard 公司開發(fā)，是目前市場(chǎng)上唯一支持百萬(wàn)級(jí)用戶的教學(xué)平臺(tái)，海南醫(yī)學(xué)院于10 多年前便引入Blackboard 教學(xué)平臺(tái)并加以應(yīng)用。不管在任何地方，只要能聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)，都可以隨時(shí)、方便獲取到相應(yīng)的課程資源，其便捷且符合信息時(shí)代的學(xué)習(xí)方式，受到了學(xué)生的歡迎，也成為學(xué)校教學(xué)工作的一大亮點(diǎn)。目前校內(nèi)幾乎所有課程都構(gòu)建了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)課程。海南醫(yī)學(xué)院大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)Blackboard 網(wǎng)絡(luò)課程屬于校內(nèi)較早構(gòu)建并應(yīng)用的課程之一，經(jīng)過多年的資源建設(shè)和應(yīng)用推廣，不但課程資源得到了極大的豐富和完善，其應(yīng)用模式也趨向成熟，更加符合現(xiàn)有課程教學(xué)模式的進(jìn)一步推行。

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)Blackboard 網(wǎng)絡(luò)課程主要由9 個(gè)板塊組成：課程通知、教師信息、課程信息、課程文檔、操作視頻、作業(yè)/實(shí)驗(yàn)、主題討論、詞匯表、電子圖書，各板塊主要包含內(nèi)容及說明見表2。

表2 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)Blackboard網(wǎng)絡(luò)課程各板塊包含內(nèi)容及說明

4.3 以虛擬實(shí)驗(yàn)方法推進(jìn)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)

“虛擬實(shí)驗(yàn)”方法在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容的補(bǔ)充，基本原理和重要概念的深刻詮釋，重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容的形象表達(dá)等方面都不失為一種行之有效的方法，為課程實(shí)驗(yàn)體系的創(chuàng)建和完善以及為計(jì)算思維在課程中落地找到了一條有效途徑[7]。海南醫(yī)學(xué)院自2017 年起引入北京理工大學(xué)開發(fā)的“虛擬實(shí)驗(yàn)工場(chǎng)”實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，根據(jù)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程內(nèi)容，選用于課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的虛擬實(shí)驗(yàn)見表3。

目前虛擬實(shí)驗(yàn)已在兩輪課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中加以應(yīng)用，并達(dá)到了預(yù)期良好的教學(xué)效果。相較之前的枯燥理論講解，虛擬實(shí)驗(yàn)往往可以帶來(lái)事半功倍的效果。譬如在講解計(jì)算機(jī)的工作原理時(shí)，抽象的理論經(jīng)常讓學(xué)生聽得云里霧里，而通過觀看“一條指令的執(zhí)行過程”虛擬實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)演示，再結(jié)合實(shí)驗(yàn)執(zhí)行過程記錄表（表4）的填寫，學(xué)生可以很快掌握其中原理。

表3 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程虛擬實(shí)驗(yàn)

表4 一條指令的執(zhí)行過程記錄表

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)除了提供若干個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)外，還提供了實(shí)驗(yàn)報(bào)告組件，可實(shí)現(xiàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告的數(shù)據(jù)記錄、自動(dòng)批閱、成績(jī)管理等功能。該組件不但可以快速檢測(cè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效果，還減輕了教師的工作量，同時(shí)在一定程度上豐富了課程形式化考核的手段。

5 結(jié)語(yǔ)

通過大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)實(shí)踐成效可以看出，以計(jì)算思維培養(yǎng)為導(dǎo)向的課程改革在很大程度上解決了目前教學(xué)中存在的問題，是一種符合目前教學(xué)現(xiàn)狀，切實(shí)可行，行之有效的教學(xué)策略。但是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展及教學(xué)現(xiàn)狀的不斷變化，還會(huì)不斷涌現(xiàn)出越來(lái)越多的問題。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的改革是一個(gè)系統(tǒng)工程，只有結(jié)合實(shí)際，不斷調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方式/手段，探索適合的教學(xué)模式，才能達(dá)到提升醫(yī)學(xué)生信息素養(yǎng)、應(yīng)用能力和思維能力的培養(yǎng)目標(biāo)。