軍隊醫(yī)科院校計算機(jī)基礎(chǔ)課程設(shè)計
——以Python程序設(shè)計模塊為例

王 萌 李東 方陸 江東 鄭 奮

（中國人民解放軍海軍軍醫(yī)大學(xué)，上海 200433）

1 引言

計算機(jī)基礎(chǔ)課程是中央軍委訓(xùn)練管理部規(guī)定的全軍各專業(yè)必修的通用基礎(chǔ)科學(xué)文化課程[1]。隨著信息化水平的不斷提高，計算機(jī)在眾多應(yīng)用場景中與其他學(xué)科的交叉和融合愈發(fā)緊密，例如醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)處理與分析、虛擬仿真手術(shù)、模擬實(shí)驗等等。在大力發(fā)展科技興軍的今天，學(xué)好計算機(jī)課程對于培養(yǎng)學(xué)員的邏輯思維能力，提升學(xué)員的信息化素養(yǎng)，增強(qiáng)學(xué)員對新技術(shù)的理解起著至關(guān)重要的作用。

2 現(xiàn)狀分析

與國外醫(yī)學(xué)生由理工預(yù)科培養(yǎng)的模式相比，我國的醫(yī)學(xué)生在本科期間課程門類多、學(xué)時緊張，工學(xué)大類課程僅安排在公共基礎(chǔ)教學(xué)階段，工科素養(yǎng)培養(yǎng)的時間在全部課時中占比很小。2020年9月23日，國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于加快醫(yī)學(xué)教育創(chuàng)新發(fā)展的指導(dǎo)意見》[2]中明確指出：“要全面優(yōu)化醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)結(jié)構(gòu)，加快高層次復(fù)合型醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)，促進(jìn)醫(yī)工等學(xué)科交叉融合?！边@為醫(yī)科院校的計算機(jī)課程設(shè)計指明了方向。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)正逐步向醫(yī)工結(jié)合為代表的新醫(yī)科發(fā)展。

對于軍隊醫(yī)科院校而言，計算機(jī)基礎(chǔ)課程作為人才培養(yǎng)過程中為數(shù)不多的工學(xué)課程之一，課時相對較少，課程種類較少。絕大部分學(xué)員入學(xué)前計算機(jī)基礎(chǔ)較差，未系統(tǒng)學(xué)習(xí)過計算機(jī)相關(guān)知識。面對計算機(jī)學(xué)科知識日新月異的發(fā)展，如何結(jié)合醫(yī)工結(jié)合的教學(xué)理念，有的放矢地、有指向性地設(shè)計計算機(jī)基礎(chǔ)課程，形成符合專業(yè)個性化需求的課程體系，是值得軍隊院校計算機(jī)教員思考的問題。

3 課程教學(xué)設(shè)計

為了使學(xué)員能夠更好適應(yīng)智能化、數(shù)據(jù)化的現(xiàn)代信息化條件，計算機(jī)基礎(chǔ)課程中包含眾多模塊，例如信息處理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)字多媒體、程序設(shè)計等等。隨著近些年人工智能、大數(shù)據(jù)行業(yè)的蓬勃發(fā)展，Python語言成為現(xiàn)如今最熱門、應(yīng)用最廣泛的編程語言之一，越來越多非計算機(jī)專業(yè)人士將Python語言作為自動化辦公的工具。對于軍隊醫(yī)科院校的學(xué)員來說，Python語言簡潔、高效、可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)秀特點(diǎn)，是幫助他們初步了解程序設(shè)計的邏輯框架與結(jié)構(gòu)、初步鍛煉計算思維能力的有力手段，同時也是輔助他們提高日常學(xué)習(xí)生活效率的得力工具。因此，Python程序設(shè)計模塊深受廣大學(xué)員的喜愛。

結(jié)合軍隊醫(yī)科院校現(xiàn)狀，為使學(xué)員在較少的課時內(nèi)高效地掌握計算機(jī)基礎(chǔ)知識，本文從三個方面進(jìn)行了課程教學(xué)設(shè)計。下面以Python程序設(shè)計模塊為例具體論述。

3.1 以問題為導(dǎo)向的啟發(fā)式教學(xué)

傳統(tǒng)程序設(shè)計類的計算機(jī)課堂將整體課程割裂為講授為主的理論模塊與用以鞏固理論知識的實(shí)驗?zāi)K兩大部分[3]。對于基礎(chǔ)較差的軍隊醫(yī)科院校學(xué)員而言，在有限時長的課堂中將理論知識與實(shí)踐操作割裂開，極易造成學(xué)員喪失興趣、欠缺動手能力、無法將所學(xué)應(yīng)用于實(shí)際等問題，從而無法適應(yīng)未來醫(yī)工結(jié)合的現(xiàn)實(shí)需求。因此，在課堂教學(xué)過程中，設(shè)計了以問題為導(dǎo)向的啟發(fā)式教學(xué)方式，以具體案例為出發(fā)點(diǎn)，課堂中不再將理論與實(shí)際分隔開，而是由教員提出聯(lián)系學(xué)員日常的問題，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)員分析問題，解決問題，以應(yīng)用關(guān)聯(lián)知識點(diǎn)，以知識點(diǎn)促進(jìn)應(yīng)用，將知識點(diǎn)與操作過程、代碼書寫有機(jī)融合。

針對軍隊醫(yī)科院校的學(xué)科特點(diǎn)，在設(shè)計具體案例時，要考慮貼合學(xué)員學(xué)習(xí)日常，在課程中融入醫(yī)學(xué)元素，更重要的是考慮到課程思政在培養(yǎng)合格軍校學(xué)員過程中的巨大作用[4]。從課程實(shí)際出發(fā)，結(jié)合具體課程內(nèi)容，設(shè)計了具體的教學(xué)案例，從而實(shí)現(xiàn)計算機(jī)課程與學(xué)員日常應(yīng)用及思政有機(jī)地、無痕地結(jié)合，在引起學(xué)員興趣的同時，達(dá)到“潤物細(xì)無聲”的效果。案例設(shè)計舉例如下：

案例1：分支語句是根據(jù)不同的條件判斷結(jié)果，給程序以不同的走向。根據(jù)該知識點(diǎn)的特點(diǎn)，結(jié)合醫(yī)學(xué)理論、黨在新時代的強(qiáng)軍目標(biāo)等軍隊醫(yī)科院校學(xué)員應(yīng)知應(yīng)會的知識來構(gòu)建簡易問答題庫系統(tǒng)。例如輸入“聽黨指揮”，程序返回其具體含義“聽黨指揮是靈魂，決定軍隊建設(shè)的政治方向”等等。通過構(gòu)建題庫的案例，在引起學(xué)員共鳴的同時，潛移默化地將學(xué)員的理論知識水平和政治理論素養(yǎng)協(xié)同提高。在講解與具體分析案例時，由于題庫包含多個問題，學(xué)員容易聯(lián)想到利用多分支語句if…elif…else結(jié)構(gòu)書寫。但解決問題的思維方式不應(yīng)局限于一種，向?qū)W員拋出問題：“如果題庫進(jìn)一步擴(kuò)充，如何優(yōu)化整體邏輯？”提示學(xué)員可結(jié)合Python語言特有的列表、字典數(shù)據(jù)類型，將整體思路優(yōu)化為“判斷問題與答案是否已存儲”，即可利用雙分支語句if…else結(jié)構(gòu)解決問題。在構(gòu)建學(xué)員計算思維的同時，培養(yǎng)學(xué)員舉一反三、多角度分析與綜合的辯證思維能力。

案例2：循環(huán)結(jié)構(gòu)是程序設(shè)計三大結(jié)構(gòu)中較難理解的一種，學(xué)習(xí)這種結(jié)構(gòu)時，學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣會有所減退，易產(chǎn)生畏難情緒。因此，在設(shè)計案例時，結(jié)合學(xué)員平常學(xué)習(xí)中遇到的血壓判斷、血糖單位轉(zhuǎn)換、身體質(zhì)量指數(shù)計算等等應(yīng)用場景由淺入深地構(gòu)建自動化的、可手動跳出的簡易循環(huán)交互系統(tǒng)，貼近學(xué)員生活實(shí)際進(jìn)行講解。使學(xué)員熟練掌握醫(yī)學(xué)專業(yè)知識的同時，深入理解代碼的運(yùn)行邏輯，提升學(xué)員的思辨能力。

案例3：turtle庫是Python語言中常用的圖形繪制函數(shù)庫，能給學(xué)員直觀的視覺感受。在案例設(shè)置時，選擇紅十字、中國人民解放軍軍徽等元素，由易到難訓(xùn)練學(xué)員編寫代碼的能力，并且，對于較為復(fù)雜的圖案，讓學(xué)員以分組討論的方式完成。這樣的方式既能加深學(xué)員對程序邏輯的理解，又能鍛煉學(xué)員的團(tuán)隊協(xié)作能力。借助此案例，學(xué)員能深入了解turtle庫中基本函數(shù)的語法及應(yīng)用，同時掌握以順序結(jié)構(gòu)為例的程序的基本運(yùn)行結(jié)構(gòu)，在潛移默化中引導(dǎo)學(xué)員不斷提升身為醫(yī)者、身為軍人崇尚榮譽(yù)的行動自覺。

案例4：Python的一大特點(diǎn)是可擴(kuò)展性強(qiáng)，可通過對第三方庫的引用快速便捷地完成工作任務(wù)，例如運(yùn)用jieba庫、wordcloud庫可以快捷地進(jìn)行詞頻統(tǒng)計與分析。根據(jù)這兩個庫的特點(diǎn)設(shè)計詞頻統(tǒng)計案例。此案例結(jié)合《習(xí)近平總書記系列重要講話讀本》中關(guān)于“建設(shè)一支聽黨指揮、能打勝仗、作風(fēng)優(yōu)良的人民軍隊”這部分內(nèi)容進(jìn)行詞頻分析，并且生成詞云圖的程序設(shè)計（如圖1所示）。通過該案例，加深學(xué)員對字符串、列表等基本數(shù)據(jù)類型、函數(shù)、方法的理解，且通過對習(xí)近平總書記系列重要講話讀本的文檔進(jìn)行分析，在潛移默化中加強(qiáng)學(xué)員對黨忠誠的思想引領(lǐng)。

圖1 詞云圖程序設(shè)計案例

3.2 化抽象為具體的沉浸式教學(xué)

對于軍隊醫(yī)科院校學(xué)員而言，抽象思維能力薄弱是重要的學(xué)習(xí)制約因素[5]。針對此問題，整個教學(xué)過程采用視覺與聽覺多個角度來將整體課程具象化，給學(xué)員以實(shí)體呈現(xiàn)的沉浸式體驗。

在進(jìn)行分支語句、循環(huán)語句、函數(shù)定義等較難理解的知識點(diǎn)時，采用LabVIEW圖形化編輯系統(tǒng)輔助編寫程序，以框圖的形式使整體代碼具象化（如圖2所示），讓程序設(shè)計過程不再聚焦于看不到、摸不到的抽象思維邏輯，而是讓學(xué)員能以簡單的操作方法去理解復(fù)雜的思維邏輯。

圖2 LabVIEW圖形化編輯系統(tǒng)

此外，在課堂中引入先進(jìn)的人工智能技術(shù)，例如內(nèi)置Python運(yùn)行環(huán)境的智能機(jī)器人來輔助教學(xué)。例如，在案例1（問答題庫系統(tǒng)）的具體實(shí)施過程中，運(yùn)用機(jī)器人的語音模塊來替代Python教學(xué)中常用的“print函數(shù)”作為輸出，以生動的語音代替枯燥的屏幕輸出，帶動學(xué)員調(diào)試修改程序的積極性；在講解程序結(jié)構(gòu)的過程中，將“敬禮”動作手臂運(yùn)動的步驟與順序結(jié)構(gòu)相聯(lián)系，運(yùn)用機(jī)器人的手臂運(yùn)動模塊設(shè)計“敬禮”動作，具體流程如圖3所示，讓學(xué)員能在視覺上感知程序設(shè)計的基本概念。通過人工智能機(jī)器人技術(shù)，讓學(xué)員能在視覺、聽覺多個角度形象地了解程序運(yùn)行邏輯的同時，逐步構(gòu)建起計算思維邏輯。

圖3 “敬禮”動作流程圖

3.3 多角度考核的教學(xué)評價方式

教學(xué)評價是衡量教學(xué)效果的主要手段，也是提升課程質(zhì)量的重要組成部分[6]。通常而言，計算機(jī)基礎(chǔ)課程中的教學(xué)評價手段往往分為三個部分：學(xué)員出勤情況、平時作業(yè)以及期末考試成績。在Python程序設(shè)計課程學(xué)習(xí)過程中，對于學(xué)員的教學(xué)評價不應(yīng)僅僅拘泥于理論知識，還應(yīng)體現(xiàn)在學(xué)員的思維能力、品行品質(zhì)上。例如在學(xué)員提交的代碼中所體現(xiàn)的學(xué)員的邏輯思維能力，以及在完成一些綜合性強(qiáng)的作業(yè)中體現(xiàn)的團(tuán)隊協(xié)作能力等等。將學(xué)員的考試成績與課堂中的隨堂表現(xiàn)情況以7:3的比例進(jìn)行綜合評價，以專業(yè)技術(shù)知識考察為主，以學(xué)員思維能力、品行品質(zhì)考察為輔，構(gòu)建多角度、全周期的評價方式，推動立德樹人建設(shè)持續(xù)高效發(fā)展。

4 教學(xué)效果實(shí)踐與討論

經(jīng)過兩個學(xué)期的課程設(shè)計與具體實(shí)踐，本文所提出的Python程序設(shè)計課程教學(xué)效果顯著，獲得高度認(rèn)可。

我們于2021年7月份及2022年2月份結(jié)課后隨機(jī)對四個教學(xué)班次的125名學(xué)員進(jìn)行了統(tǒng)計與問卷調(diào)研。經(jīng)統(tǒng)計，學(xué)員Python程序設(shè)計模塊的成績同比上升5.4%。問卷調(diào)研結(jié)果顯示：100%的參與者認(rèn)為對Python程序設(shè)計課程的興趣度得到明顯提高，98%的參與者認(rèn)為自身計算思維水平得到顯著提升，93%的參與者認(rèn)為對于程序設(shè)計課程的畏難情緒有所緩解，100%的參與者認(rèn)為課程中的案例對于提升醫(yī)學(xué)、軍政理論知識有積極作用，100%的參與者認(rèn)為LabVIEW與人工智能機(jī)器人對學(xué)習(xí)Python很有幫助，98%的參與者認(rèn)為多角度的教學(xué)評價方式更為合理，91%的參與者希望能再額外學(xué)習(xí)一些程序設(shè)計課程，100%參與者對Python程序課程的教學(xué)設(shè)計持肯定態(tài)度。

綜上，本文提出的課程教學(xué)方法讓軍隊醫(yī)科院校學(xué)員以強(qiáng)烈的興趣在較短的時間內(nèi)獲得實(shí)踐的體驗，提升了學(xué)員的邏輯思維能力和信息素養(yǎng)，為軍隊醫(yī)科院校計算機(jī)基礎(chǔ)課程的實(shí)施與發(fā)展提供了良好借鑒。在今后的工作中將繼續(xù)挖掘與豐富教學(xué)案例，在不斷探索與實(shí)踐中提煉改進(jìn)教學(xué)方法。