軍醫(yī)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)新模式研究

徐肖攀，劉 洋，馬曉玉，李寶娟，盧虹冰，戎軍艷，杜 鵬

（空軍軍醫(yī)大學(xué)軍事生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)系，西安 710032）

0 引言

軍醫(yī)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)融合了生物學(xué)、軍事醫(yī)學(xué)和工程學(xué)等學(xué)科的理論和方法，是一門高度綜合的交叉學(xué)科[1]。高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一，它為整個(gè)學(xué)科的學(xué)習(xí)和發(fā)展提供重要的技術(shù)支撐，也為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)生的科研和學(xué)習(xí)提供重要的編程和計(jì)算思維[2]能力。在實(shí)際教學(xué)中，高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)課程涉及的理論知識(shí)多，基于對(duì)象的編程知識(shí)框架復(fù)雜，學(xué)生編程訓(xùn)練不足、自主性不高等，均是影響授課質(zhì)量的因素[3-4]。原課程教學(xué)模式是通過教師講解、PPT或多媒體輔助演示、課后自主學(xué)習(xí)，該方式是以教師為主體，學(xué)生跟著教師的導(dǎo)向被動(dòng)地接受知識(shí)的灌輸，無法充分發(fā)揮個(gè)人的主觀能動(dòng)性，尤其軍醫(yī)大學(xué)的軍事管理特性更使得學(xué)生的知識(shí)壓迫感、學(xué)習(xí)效率以及積極性低下[5]。此外，原課程教學(xué)模式的教師主導(dǎo)特性會(huì)對(duì)課程的知識(shí)體系形成一定程度的固化，學(xué)生跳躍性強(qiáng)、思維發(fā)散、好奇心重的特性受抑，創(chuàng)新思維受阻，這會(huì)影響學(xué)生程序設(shè)計(jì)的自主創(chuàng)新學(xué)習(xí)能力。因此如何利用現(xiàn)有的資源進(jìn)行整合，融合新的教學(xué)方法，針對(duì)高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)的課程特性以及傳統(tǒng)模式的不足，建立一套行之有效的課程教學(xué)設(shè)計(jì)以及學(xué)習(xí)指導(dǎo)方法，是提升程序設(shè)計(jì)教學(xué)課程質(zhì)量的關(guān)鍵[6]。

小規(guī)模限制性在線課程（small private online course，SPOC）是伴隨著大規(guī)模在線開放課程（massive open online course，MOOC）的發(fā)展而出現(xiàn)的，學(xué)習(xí)者人數(shù)較少，通過提供高質(zhì)量的教學(xué)服務(wù)和靈活的學(xué)習(xí)方式保證教學(xué)效果[5，7]。SPOC的優(yōu)勢(shì)在于在線學(xué)習(xí)，它不是傳統(tǒng)課堂內(nèi)容的復(fù)制，而是探索一種更為靈活和有效的教學(xué)方式[8]。根據(jù)我校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)生較少、原課程教學(xué)模式大大限制了學(xué)生課后及課前主動(dòng)學(xué)習(xí)的實(shí)際情況，通過SPOC教學(xué)模式的探索性引入，期望彌補(bǔ)該不足，充分發(fā)揮我校小規(guī)模、個(gè)性化以及靈活性的優(yōu)勢(shì)，從而有效提升教學(xué)效果。

BOPPPS教學(xué)模式將教學(xué)方案的設(shè)計(jì)過程分成6個(gè)階段（如圖1所示）：B是Bridge-in（導(dǎo)言），即教師在教學(xué)開始階段時(shí)通過合適導(dǎo)言引入所學(xué)知識(shí)點(diǎn)；O是Outcome（學(xué)習(xí)目標(biāo)），在導(dǎo)言引入問題之后具體明確地?cái)⑹霰倦A段學(xué)生需要掌握的內(nèi)容；第一個(gè)P是Pre-assessment（前測(cè)），即教師在正式開始講授新知識(shí)前通過提出問題或者其他一些方式了解學(xué)生所具備的先備知識(shí)與能力等；第二個(gè)P是Participatory Learning（參與學(xué)習(xí)），如何鼓勵(lì)學(xué)生積極地參與呢？一是可以通過小組討論教材中的問題，二是可以通過在講課中停頓一下，學(xué)生進(jìn)行反思；第三個(gè)P是Post-assessment（后測(cè)），跟蹤學(xué)生學(xué)習(xí)脈絡(luò)，從全局掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)；S是Summary（總結(jié)），總結(jié)課堂內(nèi)容、說明學(xué)生整體學(xué)習(xí)情況、預(yù)告下堂課內(nèi)容[9-12]。該教學(xué)模式能夠充分彌補(bǔ)原課程教學(xué)模式中學(xué)習(xí)參與度低、創(chuàng)新思維不足、積極性不高等問題[6，12]，使課程教學(xué)環(huán)節(jié)中學(xué)生化被動(dòng)為主動(dòng)，充分發(fā)揮學(xué)生的主體創(chuàng)造作用，有效提升課程的教學(xué)效果。

圖1 BOPPPS教學(xué)模型

本文以軍醫(yī)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)課程為例，通過構(gòu)建SPOC和BOPPPS教學(xué)法相融合的教學(xué)新模式，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)資源和實(shí)際教學(xué)的融合，發(fā)揮出傳統(tǒng)課堂教學(xué)和在線學(xué)習(xí)的優(yōu)勢(shì)，提高學(xué)生的積極主動(dòng)性和自主性，降低分散知識(shí)點(diǎn)的難度，增加學(xué)習(xí)的趣味性和生動(dòng)性，以期為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革提供新思路。

1 基于SPOC和BOPPPS模式的高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)課程的設(shè)計(jì)

在生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)中，高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)課程是必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，是現(xiàn)在生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科發(fā)展中必不可少的基礎(chǔ)技能。

1.1 原教學(xué)模式中存在的問題

通過對(duì)原課程教學(xué)模式的分析，結(jié)合學(xué)生課程效果及調(diào)查反饋，總結(jié)出原模式存在以下問題：

（1）學(xué)生自主編程能力弱。程序設(shè)計(jì)課程是實(shí)踐性非常強(qiáng)的一門課程，原模式是教師主導(dǎo)的授課方式，學(xué)生的個(gè)人空間得不到有效的發(fā)揮，因此學(xué)生自主編程能力無法得到有效鍛煉。

（2）學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高、興趣不濃厚。原教學(xué)模式通過大量的課后作業(yè)和實(shí)驗(yàn)作業(yè)提升學(xué)生的編程設(shè)計(jì)能力，導(dǎo)致學(xué)生具有強(qiáng)烈的壓迫感，從心理和生理上產(chǎn)生抗拒，積極性不高，個(gè)別學(xué)生甚至“談編程色變”。

（3）教師未能充分發(fā)揮引導(dǎo)作用。傳統(tǒng)的課程教學(xué)設(shè)計(jì)中，教師把所有的教學(xué)過程都包攬下來，無形中限制了學(xué)生的求知欲和探索欲[13]。

（4）課程教學(xué)氛圍不夠濃厚。傳統(tǒng)教學(xué)模式中，課堂上學(xué)生與教師的互動(dòng)配合不夠，在實(shí)踐編程階段學(xué)生之間缺乏有效的討論式互動(dòng)[13]。此外，由于軍醫(yī)大學(xué)的軍事管理特性，學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力普遍較大，課堂注意力難以集中，無法在教師與學(xué)生中形成良性循環(huán)，導(dǎo)致整體教學(xué)氛圍不濃厚。

（5）學(xué)生的主動(dòng)性不足。課前預(yù)習(xí)以及課后鞏固在前期的教學(xué)實(shí)踐中得不到有效的發(fā)揮，學(xué)生往往不會(huì)自主進(jìn)行預(yù)習(xí)和課后鞏固。

1.2 基于SPOC和BOPPPS模式的課程優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)原教學(xué)模式存在的不足，在程序設(shè)計(jì)課程中通過資源整合并結(jié)合SPOC和BOPPPS的教學(xué)模式優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行課程優(yōu)化設(shè)計(jì)（如圖2所示），主要是教師的SPOC課程視頻制作、學(xué)生的在線學(xué)習(xí)管理、學(xué)生的BOPPPS模式課程設(shè)計(jì)以及課程的考核評(píng)價(jià)管理4個(gè)模塊的優(yōu)化。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

圖2 基于SPOC和BOPPPS模式的高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)框架

（1）基于生活方面的實(shí)例，深入淺出激發(fā)學(xué)生興趣。

高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)是一門基礎(chǔ)課程，在實(shí)際運(yùn)用過程中需要把人的思維轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)思維，利用計(jì)算機(jī)的思維方式去解決教學(xué)中的實(shí)際問題[3-4]，因此程序設(shè)計(jì)需要通過大量的實(shí)例加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的運(yùn)用與理解。高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)主要面對(duì)軍醫(yī)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的學(xué)生，因此需要從軍事醫(yī)學(xué)問題處理的實(shí)際出發(fā)，利用醫(yī)學(xué)相關(guān)的實(shí)例去引導(dǎo)學(xué)生，有利于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。例如，在學(xué)習(xí)類與對(duì)象的概念時(shí)，可以將醫(yī)院比作一個(gè)大類，不同的醫(yī)院就是具體不同的對(duì)象，每個(gè)具體的醫(yī)院都具備不同的優(yōu)勢(shì)，比如口腔醫(yī)院、婦科醫(yī)院、兒童醫(yī)院等。醫(yī)院的共有屬性，如名稱、規(guī)模、隸屬關(guān)系等，可看作數(shù)據(jù)成員；醫(yī)院具體科室設(shè)置是根據(jù)醫(yī)院的具體功能定位去設(shè)置的，可看作成員函數(shù)。利用這些符合學(xué)生日常生活的例子引入，能深入淺出地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

（2）基于任務(wù)式的引導(dǎo)，開展互動(dòng)參與式學(xué)習(xí)。

傳統(tǒng)抽象的線下理論知識(shí)授課容易造成學(xué)生的學(xué)習(xí)疲勞[3-4]，因此通過線下任務(wù)式的引導(dǎo)，理論聯(lián)系實(shí)際，積極開展互動(dòng)參與式學(xué)習(xí)，能從傳統(tǒng)的以教師為主，轉(zhuǎn)化成以學(xué)生為主的參與式學(xué)習(xí)。因此在BOPPPS模式課程設(shè)計(jì)展開前，教師要設(shè)計(jì)課程導(dǎo)引任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)本次課的重難點(diǎn)；課程展開時(shí)，運(yùn)用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式，幫助學(xué)生理解課程內(nèi)容的知識(shí)點(diǎn)；課程結(jié)束后，需要設(shè)計(jì)特定的復(fù)習(xí)和鞏固任務(wù)，幫助學(xué)生運(yùn)用課程所學(xué)的知識(shí)內(nèi)容。通過有效的課前任務(wù)驅(qū)動(dòng)和課后復(fù)習(xí)鞏固，活躍課堂學(xué)習(xí)氛圍，發(fā)揮教師的引導(dǎo)作用，充分肯定學(xué)生的主體作用。

（3）以興趣為導(dǎo)向，在實(shí)踐中深化理論學(xué)習(xí)。

實(shí)踐性強(qiáng)是高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)的顯著特點(diǎn)，前期的教學(xué)模式中課后實(shí)驗(yàn)的實(shí)例引導(dǎo)雖然繁多，但針對(duì)性不強(qiáng)，典型性不夠。因此，新模式在優(yōu)化時(shí)充分結(jié)合學(xué)生的興趣愛好特點(diǎn)，以學(xué)生興趣為切入點(diǎn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和課后作業(yè)實(shí)例的優(yōu)化設(shè)計(jì)；充分發(fā)揮內(nèi)在的心理驅(qū)動(dòng)力，推動(dòng)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，鍛煉個(gè)人獨(dú)立思考能力；在潛移默化中，把編程當(dāng)成學(xué)生的興趣去培養(yǎng)，化被動(dòng)完成作業(yè)為主動(dòng)編程思考，在大量的編程實(shí)踐中強(qiáng)化理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。

2 基于SPOC和BOPPPS模式的高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)課程的實(shí)施

結(jié)合課程的優(yōu)化設(shè)計(jì)理念，在課程的具體實(shí)施中根據(jù)SPOC和BOPPPS的模式特點(diǎn)有針對(duì)性地設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)。BOPPPS模式是強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體的互動(dòng)參與式學(xué)習(xí)方法，在進(jìn)行具體的教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，需要明確課程的教學(xué)目標(biāo)以及學(xué)生應(yīng)掌握與理解的知識(shí)與技能。課前的SPOC學(xué)習(xí)以及相關(guān)的任務(wù)引導(dǎo)呈現(xiàn)的都是碎片化的理論知識(shí)，因此BOPPPS模式設(shè)計(jì)的過程需要把碎片化的知識(shí)進(jìn)行整合，這就要求教師對(duì)授課知識(shí)的認(rèn)識(shí)有更深層次的提升與理解，充分把握住教學(xué)設(shè)計(jì)的主線。此外，通過BOPPPS模式的教學(xué)設(shè)計(jì)，教師要達(dá)到幫助學(xué)生處理在線上學(xué)習(xí)過程中可能遇到的疑惑以及容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤點(diǎn)、混淆點(diǎn)和疑難點(diǎn)，教學(xué)不僅僅局限在課本的理論知識(shí)中，更強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解與運(yùn)用，注重對(duì)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力和計(jì)算思維的培養(yǎng)。通過合理運(yùn)用教學(xué)設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，教師能夠及時(shí)地掌握教學(xué)目標(biāo)的完成情況，準(zhǔn)確把握住學(xué)生學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的問題，進(jìn)而可以對(duì)整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行更深入的分析，從而找出需要調(diào)整和改善的環(huán)節(jié)，最后達(dá)到優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)的目的。整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)的完成是以學(xué)生為主體的，教師需要充分發(fā)揮引導(dǎo)者、解惑者、設(shè)計(jì)者的作用，使學(xué)生的學(xué)習(xí)效果得到最大提升。針對(duì)上述特點(diǎn)，具體的教學(xué)實(shí)施過程如圖3所示。

圖3 基于SPOC和BOPPPS模式的高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)課程實(shí)施過程

此外，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容的不同，教師在進(jìn)行線下課程設(shè)計(jì)時(shí)可以融合案例式教學(xué)、分組式討論教學(xué)、互動(dòng)式教學(xué)等多種教學(xué)組織形式，通過適當(dāng)?shù)娜诤线M(jìn)一步提升新模式的教學(xué)效果，使得課程教學(xué)環(huán)節(jié)更具備實(shí)踐創(chuàng)新性、及時(shí)反饋性、活躍主動(dòng)性的特點(diǎn)。算法是計(jì)算思維的很好體現(xiàn)，也是高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，本文以選擇排序算法為具體實(shí)例，進(jìn)行融合SPOC和BOPPPS模式的線下教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)施，具體見表1。

表1 融合SPOC和BOPPPS模式的線下教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)施方法

3 效果評(píng)價(jià)分析

教學(xué)的中心是學(xué)生，合理的評(píng)價(jià)方式能夠充分反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和教師的教導(dǎo)情況，對(duì)于教與學(xué)都有良好的促進(jìn)作用。在基于SPOC和BOPPPS模式的高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)課程的體系中，需要一改傳統(tǒng)的考核評(píng)價(jià)方式，適當(dāng)增加在線學(xué)習(xí)情況的考核比重，這是反映學(xué)生是否主動(dòng)進(jìn)行學(xué)習(xí)的重要標(biāo)準(zhǔn)。因此在最終的課程成績中，理論成績約占比70%（包括60%期末成績和約10%線上理論測(cè)試），實(shí)踐成績約占比30%（包括25%實(shí)驗(yàn)成績和5%線上作業(yè)成績）。2017年首次采用新模式進(jìn)行試點(diǎn)授課，對(duì)象是2016級(jí)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的學(xué)生，表2顯示了2015—2017年的學(xué)生考核成績。從表中可以看出，采用新模式后，學(xué)生的總體成績標(biāo)準(zhǔn)差更低，表明成績水平更加穩(wěn)定，兩極分化的趨勢(shì)趨于平緩，是因?yàn)樾履Ｊ降慕虒W(xué)授課能讓所有的學(xué)生都參與到課程的設(shè)計(jì)中，學(xué)生的學(xué)習(xí)氛圍濃厚，互相討論交流的次數(shù)較多，總體思維活躍性有了明顯的提升。高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程，程序代碼的復(fù)制容易造成作業(yè)以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告抄襲情況的發(fā)生，因此在上交的作業(yè)以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，更加注重程序的編寫思路、流程圖的繪制等的描述。表2中學(xué)生2017年的理論成績雖然有所下降（這與試題難易程度有一定關(guān)系），但實(shí)踐成績的明顯提升表明新模式在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐編程能力方面是有一定效果的。

表2 2015—2017年高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)課程成績統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)語

高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)是軍醫(yī)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的重難點(diǎn)課程之一，而混合式教學(xué)法為該課程學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來了一種全新的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。融合SPOC和BOPPPS模式的高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)教學(xué)方法吸收了SPOC在線視頻學(xué)習(xí)的優(yōu)點(diǎn)，也融合了BOPPPS模式線下課程教授的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)模式的短板與不足，也拓展了教師的授課模式與方法。生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的學(xué)生更加注重對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，因此不斷改進(jìn)傳統(tǒng)的教學(xué)方式，能夠充分挖掘?qū)W生的自主學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)生的自主性和積極性，不管在線下還是線上都能時(shí)刻把握學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，持續(xù)加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的吸收與運(yùn)用。新模式教學(xué)能夠?yàn)檐娛箩t(yī)科類院校的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的教學(xué)改革帶來新的思考，為構(gòu)建更合理、更科學(xué)、更創(chuàng)新的生物醫(yī)學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)體系提供了新的思路。