基于計算思維的地方醫(yī)學(xué)院校計算機基礎(chǔ)課程改革*

夏金存

(廈門醫(yī)學(xué)院信息中心 廈門 361023)

1 引言

1.1 研究背景

當(dāng)前信息技術(shù)發(fā)展日新月異，深刻影響著整個社會形態(tài)。移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、5G通信技術(shù)和人工智能等新技術(shù)在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用，引發(fā)醫(yī)療模式變革。“互聯(lián)網(wǎng)+醫(yī)療”改變了傳統(tǒng)醫(yī)療服務(wù)模式，大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)廣泛應(yīng)用于臨床輔助診斷、藥物研發(fā)、慢病管理和健康管理等領(lǐng)域，醫(yī)學(xué)進入了整合醫(yī)學(xué)時代。信息技術(shù)不再是單純的工具，而是與醫(yī)學(xué)技術(shù)交叉融合。在此背景下醫(yī)學(xué)生能否利用計算思維，結(jié)合先進的計算科學(xué)技術(shù)分析處理相關(guān)專業(yè)問題已成為計算機基礎(chǔ)教育所面臨的重大挑戰(zhàn)[1]。

1.2 計算思維概念

最早由周以真教授提出，是指運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計，以及人類行為理解的涵蓋計算機科學(xué)之廣度的一系列思維活動[2]，其認為計算思維不僅僅是計算機科學(xué)家特有的思維方式，而是人人都應(yīng)具備的一種科學(xué)思維。計算思維本質(zhì)是抽象和自動化。2010年國內(nèi)9所高校在西安發(fā)表“以計算思維為核心的大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)改革”的聯(lián)合聲明，提出要將培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力作為計算機基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)[3]。此后國內(nèi)許多學(xué)者對計算思維內(nèi)涵和外延、課程知識結(jié)構(gòu)和體系進行深入研究[4-11]，許多高校對如何培養(yǎng)計算思維也進行大量探索。其中原第四軍醫(yī)大學(xué)盧虹冰團隊開展較為系統(tǒng)的研究與實踐，對醫(yī)學(xué)院校具有很好的借鑒意義[12-14]。然而對于大部分地方醫(yī)學(xué)院校，計算機課程一直不受重視，長期以來仍然以辦公軟件為核心的應(yīng)用軟件教學(xué)為主，偏重學(xué)生信息技術(shù)技能的培養(yǎng)，而利用信息技術(shù)解決本專業(yè)領(lǐng)域問題的應(yīng)用思維能力的培養(yǎng)沒有得到應(yīng)有的重視。這與當(dāng)前“新醫(yī)科”建設(shè)背景下的醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)要求不相適應(yīng)。

2 當(dāng)前地方醫(yī)學(xué)院校計算機課程教學(xué)存在的問題

2.1 學(xué)生基礎(chǔ)差異大，利用信息技術(shù)解決實際問題能力相對薄弱

近年來國家加強了中小學(xué)信息技術(shù)教育，學(xué)生信息素養(yǎng)得到很大提高。但是長期以來應(yīng)試教育的觀念依然存在，一些中小學(xué)不重視信息技術(shù)教育，不同地區(qū)、不同學(xué)校的學(xué)生信息技術(shù)知識能力水平差別很大。為了解學(xué)生入學(xué)前計算機知識和能力水平，在開學(xué)初對廈門醫(yī)學(xué)院5個醫(yī)學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生開展問卷調(diào)查。結(jié)果顯示學(xué)生自我評價平均分僅為45.78分，19%學(xué)生對自我評價在60～80分之間，80分以上的僅占2%，其余79%學(xué)生在60分以下；在辦公軟件使用方面，約有10%學(xué)生表示完全不懂，約25%學(xué)生略有了解，30%學(xué)生表示一般，約25%學(xué)生表示熟悉，另有約5%左右表示精通。學(xué)生對辦公軟件的掌握僅停留在較低層次的軟件使用上，對高級應(yīng)用普遍掌握不足，特別是使用Excel進行數(shù)據(jù)分析的能力比較薄弱。僅有約10%學(xué)生表示熟悉Excel的數(shù)據(jù)分析處理操作，30%學(xué)生表示完全不懂。總的來看目前大部分學(xué)生具備一定的計算機基礎(chǔ)，但是利用計算機解決實際問題的能力依然薄弱，特別是依然有極少部分學(xué)生幾乎沒有接觸計算機。

2.2 授課學(xué)時減少與教學(xué)內(nèi)容多、要求高相矛盾

由于醫(yī)學(xué)專業(yè)的特殊性，學(xué)生專業(yè)課程負擔(dān)較重，計算機課時被大量壓縮[14]。目前大部分地方醫(yī)學(xué)院校僅開設(shè)大學(xué)計算機基礎(chǔ)這一門必修課程，學(xué)時數(shù)一般在48學(xué)時內(nèi)，筆者所在學(xué)校僅有34學(xué)時。另外隨著大數(shù)據(jù)、人工智能等各種新技術(shù)的快速發(fā)展以及在醫(yī)療領(lǐng)域的深度應(yīng)用，學(xué)生需要掌握的新知識、新技術(shù)不斷增加，要求不斷提高。大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程在有限學(xué)時內(nèi)既要承擔(dān)學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)任務(wù)，又要培養(yǎng)計算思維，面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

2.3 教學(xué)內(nèi)容陳舊，與專業(yè)聯(lián)系不夠緊密

大部分地方醫(yī)學(xué)院校大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容仍然由計算機概述、操作系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)、辦公軟件幾部分構(gòu)成，多為概括性介紹或基礎(chǔ)性操作教學(xué)，內(nèi)容陳舊、缺乏深度，一方面與中學(xué)信息技術(shù)教學(xué)內(nèi)容缺乏有效銜接，另一方面與未來崗位應(yīng)用要求脫節(jié)，特別是與專業(yè)有效融合不足。學(xué)生難以真正理解計算機技術(shù)在專業(yè)學(xué)習(xí)以及未來工作中的深度應(yīng)用，對課程學(xué)習(xí)積極性不高，難以達到思維培養(yǎng)的目的。

2.4 教師重視不足，缺乏對學(xué)生的引導(dǎo)

長期以來受狹義“工具論”影響，專業(yè)教師對計算機教育不夠重視，缺乏從專業(yè)學(xué)習(xí)和發(fā)展角度對學(xué)生進行引導(dǎo)，導(dǎo)致學(xué)生認識不足，缺乏學(xué)習(xí)主動性，對計算機技術(shù)缺乏深入了解。

3 地方醫(yī)學(xué)院校計算機課程改革思路

3.1 概述

以計算思維為導(dǎo)向的大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育改革不是要將原有的教學(xué)內(nèi)容和體系徹底推翻，而是在原有教學(xué)內(nèi)容體系的基礎(chǔ)上進一步凝練提升，改進教學(xué)模式與方法和評價體系，使其更有利于應(yīng)用思維能力培養(yǎng)[15]。

3.2 明確以計算思維為導(dǎo)向的教學(xué)理念

雖然以計算思維為導(dǎo)向的大學(xué)計算機教育得到廣泛認可，但是許多教師在實際教學(xué)過程中依然停留在較低層次的應(yīng)用能力培養(yǎng)上。教師應(yīng)轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，堅持以培養(yǎng)計算思維為導(dǎo)向，以此來選擇教學(xué)內(nèi)容、設(shè)計教學(xué)過程。

3.3 構(gòu)建“1+X”課程體系

計算思維培養(yǎng)是長期而系統(tǒng)的過程，需要根據(jù)思維自身發(fā)展規(guī)律，結(jié)合專業(yè)特點，構(gòu)建合理的課程體系。參照2016年教育部高等學(xué)校大學(xué)計算機課程教學(xué)指導(dǎo)委員會發(fā)布的“大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求”，構(gòu)建以大學(xué)計算機基礎(chǔ)為必修課，高級辦公應(yīng)用、醫(yī)學(xué)圖像處理、健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)、程序設(shè)計語言、人工智能等課程為選修課的多層次課程體系，見圖1。大學(xué)計算機基礎(chǔ)作為大學(xué)階段唯一一門計算機必修課，一方面要普及計算機基本原理和知識，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力；另一方面應(yīng)起到計算機導(dǎo)論課程的作用。通過該課程學(xué)習(xí)，學(xué)生對計算機領(lǐng)域有全局性的了解，可以根據(jù)專業(yè)特點、個人興趣選修相應(yīng)課程，達到分層次、個性化教學(xué)目的。

圖1 課程體系

3.4 改革基礎(chǔ)課程內(nèi)容

大學(xué)計算機基礎(chǔ)是新生入學(xué)后的第1門計算機課程，也是大部分地方醫(yī)學(xué)院校最核心的計算機必修課程，在培養(yǎng)學(xué)生計算機應(yīng)用能力和計算思維方面具有重要作用。對醫(yī)藥院校計算機基礎(chǔ)核心課程教學(xué)內(nèi)容的建設(shè)是教學(xué)改革的核心所在[12]。課程內(nèi)容設(shè)計上，一方面要銜接中學(xué)信息技術(shù)教育，剔除重復(fù)內(nèi)容，增加體現(xiàn)計算思維的內(nèi)容，保持知識連貫性和延續(xù)性，符合計算思維培養(yǎng)的內(nèi)在規(guī)律；另一方面要與具體醫(yī)學(xué)專業(yè)深度融合，防止計算機技術(shù)和專業(yè)應(yīng)用分離。例如信息與編碼部分，不再簡單重復(fù)字符、漢字等各種編碼規(guī)則，而是側(cè)重從抽象與信息化的角度探尋如何將物理世界的事物轉(zhuǎn)換成計算機能表達和處理的形式，結(jié)合醫(yī)學(xué)專業(yè)領(lǐng)域探討ICD10編碼、醫(yī)學(xué)影像編碼等技術(shù)。在新興技術(shù)方面，主要從專業(yè)應(yīng)用角度對基本原理、關(guān)鍵技術(shù)以及云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用進行宏觀層面介紹，重點使學(xué)生理解何時以及如何應(yīng)用這些技術(shù)。在計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方面，結(jié)合慕課學(xué)習(xí)中知識碎片化特點，以信息檢索、獲取、管理和再利用為主線，培養(yǎng)學(xué)生利用計算機技術(shù)輔助學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效率。

3.5 開展以學(xué)生為中心的線上線下混合式教學(xué)

長期以來大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)都是以教師為中心，采用“理實一體”的方法開展教學(xué)。這種教學(xué)方式學(xué)生易于接受，能較好地培養(yǎng)動手能力，但在沒有開展分層教學(xué)的情況下存在基礎(chǔ)差的學(xué)生跟不上、基礎(chǔ)好的學(xué)生學(xué)習(xí)需求未滿足的現(xiàn)象[14]。隨著近年來私播課的興起，以學(xué)生為中心的翻轉(zhuǎn)課堂在計算機教學(xué)中得到廣泛應(yīng)用[14]。探索基于私播課的線上線下混合式教學(xué)，事先將課程知識以及基本操作教程錄制成微課，供學(xué)生課前學(xué)習(xí)，課堂上主要針對案例，采取小組討論、案例分析等方法，突出重點，解決難點，重點培養(yǎng)學(xué)生解決問題的思維能力。

3.6 創(chuàng)建實際應(yīng)用情境

指導(dǎo)學(xué)生參加“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃大賽。參賽過程中學(xué)生完成資料收集、數(shù)據(jù)分析、項目書撰寫、路演展示等工作，培養(yǎng)學(xué)生綜合利用各種軟件解決實際問題的能力和思維。通過參加比賽項目，學(xué)生加強信息技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的理解，提高利用信息技術(shù)解決醫(yī)學(xué)領(lǐng)域問題的能力和創(chuàng)新能力。組織學(xué)生參加“全國大學(xué)生計算機應(yīng)用能力與信息素養(yǎng)大賽”等各類比賽，通過比賽激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)綜合應(yīng)用能力，改善教學(xué)效果。

3.7 采用多維度評價方式，突出應(yīng)用和思維能力評價

目前大學(xué)計算機課程大都采用過程性評價方式，但由于傳統(tǒng)教學(xué)多采用大班制，教師課時較多，每位教師應(yīng)對學(xué)生數(shù)量較多，課程評價多采用在線考試的考核方法。這種考核方式由系統(tǒng)自動評分，簡單易行，一定程度上能反映學(xué)生知識和技能的掌握程度，但是難以對學(xué)生解決實際問題的思維能力進行評價。隨著各種在線教育平臺在教學(xué)中的應(yīng)用，借助信息化手段對學(xué)生進行個性化評價。一方面引入全國計算機等級考試系統(tǒng)考核學(xué)生基礎(chǔ)知識和基本技能；另一方面通過設(shè)計綜合性、設(shè)計型的測試項目，利用在線教學(xué)平臺的作業(yè)互評、優(yōu)秀作品展示、在線討論等功能，評價學(xué)生學(xué)習(xí)行為以及解決實際問題的計算思維能力。

4 結(jié)語

通過完善選修課程體系，實現(xiàn)分層次、差異化教學(xué)，拓寬學(xué)生視野，培養(yǎng)學(xué)生利用大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)解決本專業(yè)問題的思維能力。建設(shè)慕課資源，開展線上線下混合式教學(xué)，實現(xiàn)以教師為中心到以學(xué)生為中心的轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容、改變教學(xué)模式和方法，改進教學(xué)評價體系，教學(xué)改革取得一定成效。