軍醫(yī)大學(xué)Python課程教學(xué)模式的改革與探索

劉靜樂 常小紅 見偉平 李改霞 張國鵬

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計(jì)課程；項(xiàng)目和任務(wù)驅(qū)動(dòng)法；評價(jià)機(jī)制；實(shí)踐模式

當(dāng)今是一個(gè)信息化的時(shí)代，計(jì)算機(jī)技術(shù)已廣泛應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，比如醫(yī)學(xué)圖像處理、計(jì)算機(jī)輔助診斷、醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)分析等。醫(yī)學(xué)生除了掌握專業(yè)知識外，還需要具備一定的計(jì)算機(jī)知識和能力，基于此，空軍軍醫(yī)大學(xué)開設(shè)了Python程序設(shè)計(jì)課程，該課程是所有醫(yī)學(xué)相關(guān)專業(yè)的一門必修課，具有概念多，邏輯性強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，該課程的教學(xué)目標(biāo)旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握程序設(shè)計(jì)的基本思想和方法，具備編程的技能，會(huì)用計(jì)算機(jī)解決以后專業(yè)實(shí)際問題。然而，對于醫(yī)學(xué)院校，該課程在一年級開設(shè)，后續(xù)沒有其他的程序設(shè)計(jì)類課程，是一門相對孤立的課程，學(xué)生在后續(xù)學(xué)習(xí)專業(yè)課時(shí)，程序設(shè)計(jì)課程所學(xué)知識和技能大多遺忘，很難將其應(yīng)用在專業(yè)課領(lǐng)域。通過學(xué)期末的調(diào)查問卷，相當(dāng)一部分學(xué)生反映程序設(shè)計(jì)課程難度很大，認(rèn)為程序設(shè)計(jì)課程對以后的學(xué)習(xí)工作意義不大；在和學(xué)生交流中，部分學(xué)生反映理論課上知識點(diǎn)也能聽懂，但是一到實(shí)訓(xùn)課就不知如何下手；我們在教學(xué)中也發(fā)現(xiàn)一些問題，上課打瞌睡的現(xiàn)象此起彼伏，課堂中，學(xué)生大多被動(dòng)接受，不善于主動(dòng)思考。

本文從教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)模式、教學(xué)評價(jià)三方面進(jìn)行了詳細(xì)的剖析，針對其存在的問題進(jìn)行了改革研究，目的在于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提升教學(xué)效果。

1 Python 程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)問題分析

1.1 教學(xué)內(nèi)容設(shè)置不合理，教學(xué)方法陳舊單一

Python程序設(shè)計(jì)課程歸屬于大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的一部分，內(nèi)容多、課時(shí)量少，一共44學(xué)時(shí)，其中理論課18個(gè)學(xué)時(shí)，實(shí)踐課26個(gè)學(xué)時(shí)，選修本門課程的學(xué)生大概400多人，由于教室規(guī)模限制，理論課分3個(gè)軌道教學(xué)，每班大約100多人，為了在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)覆蓋所有的知識點(diǎn)，理論課通常采用滿堂灌的方式，先講解每個(gè)知識點(diǎn)的語法語義，之后再舉例說明，課堂上學(xué)生大多被動(dòng)接受，師生間互動(dòng)少，嚴(yán)重剝奪了學(xué)生思考問題與分析問題的時(shí)間，不利于發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，違背了以學(xué)生為中心的教育理念；其次，課堂上所舉案例往往是為了驗(yàn)證語法知識點(diǎn)，各個(gè)案例之間是獨(dú)立的，隨著學(xué)習(xí)的深入，學(xué)生會(huì)對前面知識點(diǎn)有所遺忘，從而喪失興趣，產(chǎn)生畏難情緒，不利于培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)分析問題，解決問題的能力；此外，課堂上所講案例和學(xué)生實(shí)際專業(yè)學(xué)習(xí)關(guān)聯(lián)性不大，以至于后續(xù)學(xué)生在專業(yè)課學(xué)習(xí)過程中很難有意識地應(yīng)用計(jì)算機(jī)來解決學(xué)科問題，而計(jì)算機(jī)與學(xué)科知識的交叉融合正是新工科建設(shè)的必需途徑和潛在要求[1]。

1.2 實(shí)踐教學(xué)模式陳舊落后

Python程序設(shè)計(jì)課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程， 學(xué)生只有通過大量的上機(jī)實(shí)踐練習(xí)才能將知識內(nèi)化， 掌握編寫程序和調(diào)試程序的方法和技能，然而傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)模式存在以下問題：

1）實(shí)踐管理落后，嚴(yán)重制約教學(xué)效果

由于學(xué)生人數(shù)多，受機(jī)房條件的限制，實(shí)訓(xùn)課共分為4個(gè)軌道，每個(gè)軌道100個(gè)學(xué)生左右，共4個(gè)老師輔導(dǎo)，學(xué)生課堂所學(xué)理論知識和機(jī)房上機(jī)實(shí)踐時(shí)間往往存在一定距離，會(huì)出現(xiàn)理論和實(shí)踐脫節(jié)情況。每次上機(jī)實(shí)訓(xùn)前，老師會(huì)帶領(lǐng)學(xué)生回顧實(shí)訓(xùn)所需知識點(diǎn)，然后布置本次實(shí)訓(xùn)的題目，學(xué)生在機(jī)房進(jìn)行編程練習(xí)，老師幫忙答疑，受時(shí)間地點(diǎn)的限制，學(xué)生上機(jī)時(shí)間非常有限；其次，學(xué)生提交作業(yè)后，由于學(xué)生人數(shù)多而教師人工批改效率低，評價(jià)結(jié)果不能及時(shí)反饋給學(xué)生，達(dá)不到“以評促學(xué)”的目的。

2）實(shí)踐案例與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合不足

實(shí)訓(xùn)課上布置的作業(yè)以認(rèn)知和驗(yàn)證型為主，和實(shí)際應(yīng)用結(jié)合不足，比如判斷一個(gè)數(shù)是否是素?cái)?shù)，為什么要編寫這樣一個(gè)程序、如何編寫、有沒有更好的解決辦法，學(xué)生很少主動(dòng)去思考，單純?yōu)榱送瓿勺鳂I(yè)被動(dòng)編程。這種實(shí)踐教學(xué)模式不足以培養(yǎng)學(xué)生分析實(shí)際問題、解決問題的能力，不利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神。課程改革后，所設(shè)計(jì)的實(shí)踐案例以設(shè)計(jì)型和創(chuàng)新型為主，貼近學(xué)生的實(shí)際生活，和學(xué)科專業(yè)的實(shí)際需求相結(jié)合。

1.3 評價(jià)模式不科學(xué)

加德納倡導(dǎo)的多智元理論強(qiáng)調(diào)，考核不應(yīng)是檢測學(xué)習(xí)者記住了多少知識，而應(yīng)考核學(xué)習(xí)者獲取知識和運(yùn)用知識的能力[2]，傳統(tǒng)的考核主要包括平時(shí)上機(jī)實(shí)訓(xùn)作業(yè)和期末紙質(zhì)卷考試，平時(shí)實(shí)訓(xùn)作業(yè)成績占比55%，期末考試成績占比45%，期末考試題型包括判斷和選擇題，這種紙質(zhì)卷考試變相鼓勵(lì)學(xué)生死記硬背知識點(diǎn)，很難考查學(xué)生的真實(shí)編程水平，從而出現(xiàn)考分高的學(xué)生不一定編程能力強(qiáng)，編程能力強(qiáng)的學(xué)生不一定考分高，而軍醫(yī)大學(xué)學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)課程的目標(biāo)旨在培養(yǎng)學(xué)生用計(jì)算機(jī)解決醫(yī)學(xué)領(lǐng)域相關(guān)問題的信息素養(yǎng)，而這種考核方式和教學(xué)目標(biāo)是相背離的，所以急需改革。

2 教學(xué)模式改革

2.1 采用項(xiàng)目和任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法

1）項(xiàng)目和任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法概述

項(xiàng)目和任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法都以學(xué)生為中心，重在引導(dǎo)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題[3]。

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是利用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的一種教學(xué)方法與策略，重在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)上。首先，所設(shè)計(jì)的項(xiàng)目須具有綜合性、真實(shí)性、實(shí)踐性，貼近學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)生活，這樣才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主觀能動(dòng)性；其次，所設(shè)計(jì)項(xiàng)目能將相關(guān)知識點(diǎn)串聯(lián)起來，要求學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識點(diǎn)逐步完成一個(gè)完整的項(xiàng)目，提升學(xué)生綜合分析問題和解決問題的能力[3]。

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是利用任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的一種教學(xué)方法與策略。它將傳統(tǒng)的以傳授知識為主的教學(xué)理念，代之以解決問題、完成任務(wù)為主的多維互動(dòng)式的教學(xué)理[4-5]，所采用的教學(xué)方式不再按照教材中各個(gè)知識點(diǎn)的先后順序講解，而是精心設(shè)計(jì)一個(gè)完整的案例或項(xiàng)目，將案例或項(xiàng)目分解成一個(gè)個(gè)任務(wù)，各任務(wù)之間相互銜接，層層遞進(jìn)，每節(jié)課老師引導(dǎo)學(xué)生完成一個(gè)或若干個(gè)任務(wù)，在完成任務(wù)的過程中講解任務(wù)所涉及的知識點(diǎn)，學(xué)生在解決一個(gè)個(gè)任務(wù)過程中，理解了知識點(diǎn)如何應(yīng)用，提升了用計(jì)算機(jī)解決問題能力，逐步培養(yǎng)了計(jì)算思維。

2）項(xiàng)目和任務(wù)驅(qū)動(dòng)法在理論課程中的具體探索和實(shí)施

在實(shí)際的理論課教學(xué)中，項(xiàng)目和任務(wù)驅(qū)動(dòng)法是相輔相成的，如何選取合適的項(xiàng)目案例以及如何將其分解成一個(gè)個(gè)任務(wù)成為了改革的關(guān)鍵[6]，考慮到軍校的學(xué)生每年都要進(jìn)行體能測試，體能測試項(xiàng)目包括BMI 計(jì)算、三公里、引體向上、蛇形跑等，每次統(tǒng)計(jì)所有學(xué)生的考核成績需要耗費(fèi)大量的人力，因此引導(dǎo)學(xué)生思考能否用Python實(shí)現(xiàn)體測成績管理系統(tǒng)。由于該項(xiàng)目貼近學(xué)生實(shí)際生活并有一定的實(shí)踐價(jià)值，學(xué)生普遍比較感興趣。為了實(shí)現(xiàn)完整的系統(tǒng)，首先可以將其分解成多個(gè)功能，而每一個(gè)功能相當(dāng)于一個(gè)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生用Python程序?qū)崿F(xiàn)， 各個(gè)任務(wù)之間由易到難，循序漸進(jìn)，在完成任務(wù)的過程中采用遞進(jìn)的方式引出一個(gè)個(gè)相關(guān)知識點(diǎn)，從而給學(xué)生構(gòu)建了一個(gè)完整系統(tǒng)的知識體系，使得學(xué)生明白知識點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)以及如何應(yīng)用。

學(xué)生體測成績管理系統(tǒng)共包含8個(gè)任務(wù)： （1）打印學(xué)生的信息;（2）計(jì)算學(xué)生BMI指數(shù);（3）計(jì)算任一個(gè)學(xué)生的成績等級;（4）學(xué)生成績排序;（5） 學(xué)生成績統(tǒng)計(jì);（6） 輸出所有學(xué)生的最終綜合體測成績等級;（7） 對統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行可視化展示;（8） 實(shí)現(xiàn)完整的學(xué)生體測成績管理系統(tǒng)。具體如表1所示，每次課程會(huì)引導(dǎo)學(xué)生完成1-2 個(gè)任務(wù)，任務(wù)之間是由淺入深、循序漸進(jìn)的，每個(gè)任務(wù)所涉及的新知識點(diǎn)是1-3個(gè)，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，學(xué)生在完成一個(gè)個(gè)任務(wù)的過程中掌握知識點(diǎn)如何應(yīng)用， 不斷增強(qiáng)自信心和成就感， 最終實(shí)現(xiàn)完整的學(xué)生體測成績管理系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對知識點(diǎn)的融會(huì)貫通，提升綜合分析問題和解決問題的能力。

比如第三個(gè)任務(wù)是“計(jì)算任一個(gè)學(xué)生的成績等級”，任務(wù)要求：輸入任一個(gè)學(xué)生的各個(gè)項(xiàng)目成績，輸出相應(yīng)的成績等級， 其中，優(yōu)秀（>90），良好（80-90），中等（70-80），及格（60-70），不及格（<60）。首先引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考并畫出具體的流程圖，之后如何將流程圖轉(zhuǎn)換成Python代碼，則需要用到分支結(jié)構(gòu)，最后講解分支結(jié)構(gòu)的語法以及注意事項(xiàng)，并鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐操作，從而加深對知識點(diǎn)的理解。

從近兩年的教學(xué)效果可以看出，學(xué)生對該項(xiàng)目興趣濃厚，在完成項(xiàng)目中各個(gè)任務(wù)的過程中，學(xué)生積極思考，邏輯思維和綜合分析解決的問題能力有了較大提高。

2.2 改革實(shí)踐教學(xué)模式

1）采用在線評判系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)踐練習(xí)，提高實(shí)踐效率

空軍軍醫(yī)大學(xué)自主研發(fā)了在線評判系統(tǒng)，老師在上面布置實(shí)訓(xùn)作業(yè)和日常練習(xí)題，學(xué)生只需要一臺電腦，可以不受時(shí)間地點(diǎn)的限制，隨時(shí)在線練習(xí)，提交之后，系統(tǒng)會(huì)給出具體錯(cuò)誤提示，學(xué)生在作業(yè)截止日期前可以多次修改提交，大大的提高了學(xué)習(xí)效率；此外，學(xué)生提交的實(shí)訓(xùn)作業(yè)通過系統(tǒng)實(shí)時(shí)批改，將老師從繁重的作業(yè)批改中解放出來，提升了教學(xué)效果。

2）巧設(shè)實(shí)踐案例，與學(xué)生學(xué)科專業(yè)相結(jié)合

傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)主要培養(yǎng)學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握，而學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)重在應(yīng)用，改革后，在實(shí)踐案例的選取中以設(shè)計(jì)型和綜合型實(shí)驗(yàn)為主，兼顧趣味性和實(shí)用性，重在培養(yǎng)學(xué)生的綜合運(yùn)用知識分析問題和解決問題的能力。考慮軍醫(yī)大學(xué)學(xué)生專業(yè)主要是醫(yī)學(xué)相關(guān)，所以精心設(shè)計(jì)的實(shí)訓(xùn)題目主要和醫(yī)學(xué)結(jié)合，比如在Python文件部分實(shí)訓(xùn)時(shí)，題目為醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)分析案例，該案例包括多個(gè)數(shù)據(jù)文件，每個(gè)數(shù)據(jù)文件中都包含了某醫(yī)院檢驗(yàn)科幾千條的血常規(guī)數(shù)據(jù)，其中包含病人的病人編號（ID），性別（Gender），紅細(xì)胞計(jì)數(shù)（RBC） 和白細(xì)胞計(jì)數(shù)（WBC），血紅蛋白（Hb）和淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)（LY）共6列數(shù)據(jù)。題目要求對用戶輸入的指定數(shù)據(jù)文件，分別統(tǒng)計(jì)男/女人數(shù)、男/女的RBC、WBC平均值共6個(gè)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，將統(tǒng)計(jì)結(jié)果寫入文件。學(xué)生在做此類題目時(shí)，主觀能動(dòng)性得到了發(fā)揮，用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決醫(yī)學(xué)領(lǐng)域問題的能力也得到了鍛煉。

2.3 調(diào)整教學(xué)評價(jià)模式

高效合理的考核方式除了檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果外，還可以有效的培養(yǎng)學(xué)生正確的學(xué)習(xí)方式、激發(fā)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，為了激發(fā)學(xué)生編程的內(nèi)驅(qū)力和切實(shí)提高實(shí)踐能力，期末考試摒棄傳統(tǒng)的紙質(zhì)卷考試，全部采用機(jī)考，題型包括代碼段填空和案例編程題，考試時(shí)學(xué)生可以查閱資料，因?yàn)槌绦蛟O(shè)計(jì)課程重點(diǎn)要培養(yǎng)學(xué)生的編程思想和方法，而不是對語法點(diǎn)的死記硬背?？己朔绞降母母飳?shí)現(xiàn)了從知識考核到能力考核的轉(zhuǎn)變，體現(xiàn)了程序設(shè)計(jì)課程實(shí)踐性的重要性，鼓勵(lì)學(xué)生平時(shí)學(xué)生多動(dòng)手上機(jī)編程。

3 實(shí)踐應(yīng)用效果

自2021年春季學(xué)期Python程序設(shè)計(jì)課程改革以來，取得了明顯的教學(xué)效果。

1）形成性考核成績明顯提升

將改革前2020年的成績和改革后2021年、2022 年的成績進(jìn)行了分析對比，其中形成性成績?yōu)槠綍r(shí)9 次實(shí)訓(xùn)作業(yè)成績的平均值，占比55%，期末考核全部采用機(jī)試，占比45%，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

從表中可以看出，改革后，學(xué)生形成性成績的平均分有了明顯提升，表明采用新的實(shí)踐模式后，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣濃厚，主動(dòng)實(shí)踐練習(xí)的機(jī)會(huì)增多；而期末成績有所下降，是因?yàn)楦母锴盀榧堎|(zhì)卷考試，存在一批學(xué)生考前突擊，效果顯著，而改革后全是機(jī)試，主要取決于學(xué)生平時(shí)的上機(jī)實(shí)踐積累，有利于反向激勵(lì)學(xué)生把功用在平時(shí)。此外，改革后學(xué)生的各項(xiàng)成績（尤其是形成性成績）的標(biāo)準(zhǔn)差有了下降，表明成績更加穩(wěn)定，兩極分化的趨勢趨于平緩，是因?yàn)閷W(xué)生通過在線評判系統(tǒng)作答作業(yè)時(shí)，在截止日期前可以多次提交，每次提交后都有錯(cuò)誤反饋，便于學(xué)生不斷完善，在這個(gè)過程中不斷提升編程能力。實(shí)踐證明，改革后的教學(xué)模式在發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性、提升動(dòng)手實(shí)踐能力方面效果顯著。

2）學(xué)生對課程實(shí)用性的認(rèn)可度有了較大提高

2022年春季學(xué)期課程前后，對342份有效問卷調(diào)查進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖1所示，開課前，只有8%的學(xué)生接觸過編程，6%的學(xué)生在一定的幫助下可以完成具體任務(wù)的程序編寫，而經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)后，73%的學(xué)生能完成程序編寫；開課前只有47%的學(xué)生認(rèn)為Python對以后學(xué)習(xí)工作的實(shí)用性，而開課后，則93%學(xué)生認(rèn)為是有用的。由此可見，改革后學(xué)生的觀念、動(dòng)手編程能力確實(shí)有了較大提升。

4 結(jié)束語

通過教學(xué)模式的改革，Python程序設(shè)計(jì)課程在實(shí)踐教學(xué)中取得了良好的教學(xué)效果，學(xué)生對程序設(shè)計(jì)課程產(chǎn)生了濃厚的興趣，提升了實(shí)踐創(chuàng)新能力和計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，值得廣大老師借鑒，但在實(shí)踐過程中，仍然發(fā)現(xiàn)有一些問題需要解決，比如：大班教學(xué)中，學(xué)生的基礎(chǔ)參差不齊，如何對學(xué)生做到因材施教，如何設(shè)計(jì)大量和專業(yè)相結(jié)合的實(shí)踐案例，這些是需要進(jìn)一步研究和探索的，以不斷提升教學(xué)效果。