醫(yī)科院校程序設計課程教學改革實踐探究

王萌 弭博巖 鄭奮

關鍵詞：醫(yī)科院校；程序設計課程；教學改革；醫(yī)工結合

0引言

2023年，教育部等五部門印發(fā)的《普通高等教育學科專業(yè)設置調整優(yōu)化改革方案》[1]是新時代背景下黨和國家對醫(yī)學教育模式的全新探索。其中明確指出的“大力推進醫(yī)科與理科、工科、文科等學科深度交叉融合”為新時代背景下醫(yī)科院校的教育新模式改革指明了方向。近年來，人工智能等新興技術蓬勃發(fā)展，醫(yī)學生在圖像處理、計算機輔助診斷、醫(yī)學數(shù)據(jù)分析等方面的需求不斷提升，培養(yǎng)“醫(yī)工結合”的復合型人才是推動醫(yī)學科技創(chuàng)新發(fā)展的必然趨勢。

程序設計是計算機學科的公共基礎課程，目前已納入“中國高等院校計算機基礎教育課程體系”[2]。在互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、“人工智能+”等技術飛速發(fā)展的今天，程序設計課程在人才培養(yǎng)過程中發(fā)揮著越來越突出的作用，已漸漸成為“醫(yī)工結合”背景下醫(yī)學生提升信息化素養(yǎng)的必修課程之一。程序設計逐漸成為現(xiàn)代信息技術發(fā)展下醫(yī)學生應掌握的基本技能。

本文深入分析了醫(yī)科院校程序設計課程中存在的諸多弊端問題，提出相應創(chuàng)新改革方案，以適應新形勢下“醫(yī)工結合”的人才培養(yǎng)需求，為醫(yī)科院校程序設計課程的教學優(yōu)化提供參考。

1醫(yī)科院校程序設計課程現(xiàn)狀分析

目前，多數(shù)醫(yī)科院校的程序設計課程內(nèi)容主要以理工科院校為參考[3]：在有限學時下，所有專業(yè)均學習同一種語言，主要以C、Java、VB.Net等高級語言為主，課程的重點在于理論層面，例如代碼的底層原理等。在實際教學實踐過程中，這樣普遍化、難度高、理論性強的課程設計方法使得學生學情、學生興趣度與課程內(nèi)容設置、教學方法等方面存在著諸多矛盾，不利于學生工學素養(yǎng)的培養(yǎng)，教學效果有很大的提升空間。

1.1課程內(nèi)容設置與學生學情實際的矛盾

理工科院校的教學方法往往從高級語言的底層邏輯開始講起，例如其基本組成原理、數(shù)據(jù)結構以及結構化方法等。但諸如C、Java、VB.Net等語言的知識點多、知識體系抽象復雜，對于抽象思維和邏輯思維的要求高。而醫(yī)學生普遍未經(jīng)過系統(tǒng)的計算機基礎知識培訓，他們的基礎不牢，未建立基本的計算思維，因此他們學習此類課程非常吃力，對于晦澀難懂的知識點不免產(chǎn)生畏難情緒，無法對將所學知識點與醫(yī)學專業(yè)知識進行結合應用。因此，照搬理工科學校的教學模式并不符合醫(yī)學生的學習實際。

除此之外，在課程內(nèi)容方面，往往將所有專業(yè)都設置相同的學東西內(nèi)容。然而，不同專業(yè)的學生對知識點的掌握和理解程度具有顯著差異，這種一致性的人才培養(yǎng)方案導致課程設置過于寬泛、缺乏專業(yè)性，無法使學生所學內(nèi)容與其具體職業(yè)發(fā)展相聯(lián)系，難以滿足醫(yī)學不同專業(yè)的差異需求，學生無法做到學以致用，往往會對學習失去興趣，只是通過死記硬背和機械重復的訓練疲于應付考試，其素質與能力無法得到根本提高。

1.2理論學習與應用實踐的矛盾

程序設計是一門實踐性較強的課程，上機實訓是教學過程中必不可少的關鍵環(huán)節(jié)。部分醫(yī)科院校在授課過程中主要講授理論知識，將實踐練習以作業(yè)形式放在課下，學生看不到直接的程序編寫與調試過程，只能從幻燈片或課本中抄寫復述代碼。這種教學模式將側重點放在理論知識的傳授上，反而忽視了實際操作的重要意義，學生普遍缺乏計算機技術與所學專業(yè)相結合的實戰(zhàn)訓練，錯誤地將代碼的邏輯梳理與調試過程轉變成死記硬背的背誦過程。這樣重理論知識輸出、輕主觀能動性的教學方式限制了對學生實踐能力的培養(yǎng)效果，忽視了教學過程中提升學生工學素養(yǎng)的重要意義。

1.3傳統(tǒng)教學方式與教學資源的矛盾

傳統(tǒng)的教學方式以線下教學為主。在線下面對面教學過程中，知識的選擇與傳遞方式往往取決于教師的個人意志，教學的內(nèi)容局限于教材，教學的形式局限于口頭，學生所接觸到的知識形式非常有限，無法體現(xiàn)教學的豐富性與靈活化，致使學生的主觀能動性不強。結合醫(yī)學院校實際，程序設計課程分配的學時非常有限，在線下課程授課環(huán)節(jié)中，較少的教學課時規(guī)劃難以讓學生從零基礎到了解底層邏輯并熟練地進行實戰(zhàn)應用，加之程序設計課程需要一定的軟硬件環(huán)境，學生無法在課下隨時隨地進行練習與實踐。囿于學生自主性及時間與空間的限制，學生不能在熟練掌握基礎語法的基礎上進行拓展，使得課程線下教學效率低下，理論與實踐結合不夠緊密，學習效果必然受到很大影響?，F(xiàn)如今，線上教學的優(yōu)勢[4]十分明顯，如何實現(xiàn)線上教學模式的拓展是利用現(xiàn)有教學資源提升學習效果的關鍵所在。

2醫(yī)科院校程序設計課程改革

為進一步提升醫(yī)科院校程序設計課程教學效果，解決課程內(nèi)容設置與學生學情實際、理論學習與應用實踐、傳統(tǒng)教學方式與教學資源間的矛盾問題，本文采取面向專業(yè)需求、理論實踐相交融、線上線下全過程相融合的教學改革方式，將工學素養(yǎng)的培養(yǎng)充分嵌入課程中，開展全方位多維度的信息科學和醫(yī)學的交叉學科教育，適應智能化、數(shù)據(jù)化的現(xiàn)代信息化課堂，以打造具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的“金課”。

2.1因材施教的分層教學課程體系

醫(yī)學不同專業(yè)的學生生源結構具有復雜化、多元化的特點，不同專業(yè)學生不僅對知識點的掌握和理解程度差異較大，而且其信息化需求也有所不同。因此，面向不同專業(yè)設置不同難度、不同應用面的多樣化課程，實施分層、差異式教學，構造因材施教[5]的課程體系，是全方位滿足不同專業(yè)需求差異的必然趨勢。

為建設因材施教的分層教學體系，我們根據(jù)不同專業(yè)教學內(nèi)容及目標，完成相應教學實施計劃的制訂以及相關教案的編寫，凝練開設如圖1所示的不同方向的教學內(nèi)容。例如，對于醫(yī)學信息管理等相關專業(yè)的學生，由于其專業(yè)對現(xiàn)代化信息處理及信息管理系統(tǒng)的要求逐年提升，因此采用界面性較強、可視化程度較高的C#語言進行教學；對于影像、生物技術等專業(yè)，其未來的崗位對于圖像處理、人工智能、數(shù)據(jù)分析等方面需求度高，因此采用與人工智能、數(shù)據(jù)處理結合更為緊密的Python語言進行教學。引導不同專業(yè)的學生學習適合自己崗位需求的課程，更在教學過程中加突出面向專業(yè)需求的信息化素質的培養(yǎng)與計算思維的建立。

2.2實戰(zhàn)化、模塊化的教學方法

在教學過程中，如何打破理論知識講授與實踐實戰(zhàn)練習間的界限是事關知識運用的關鍵所在。為強化實戰(zhàn)練習的重要性，采取實戰(zhàn)化、模塊化的教學方法：采用最直接的現(xiàn)場實戰(zhàn)方式進行，全程在機房上課，課程以案例為驅動的方式分模塊進行授課。教師結合啟發(fā)式教學方法，通過教師機實時分享教師機屏幕，邊編寫程序邊同步講解，學生可以直接觀察到教師編程的思路與方法、整體框架與分步細節(jié)。在每個模塊講解過后釋放學生機屏幕，學生通過及時練習進行鞏固，查缺補漏。在練習時學生隨時提問，加深對知識點的理解與體會。運用這種實戰(zhàn)化、模塊化的教學方法打破理論授課和學生實踐的界限，充分調動學生的主體作用以及教師的主導作用，課程設計如圖2所示。

在案例設置方面，以模塊化手段通過醫(yī)學相關案例使學生完成個性化的訓練。聚焦醫(yī)學信息化人才培養(yǎng)，潛移默化地影響學生對職業(yè)發(fā)展的關注以及自覺運用現(xiàn)代信息分析手段處理實際問題的能力，為培養(yǎng)“醫(yī)工結合”的現(xiàn)代化醫(yī)學人才奠定基礎。例如在講解Python數(shù)據(jù)分析的相關案例時，以numpy工具包為例，引導學生完成醫(yī)學相關數(shù)據(jù)的篩選與清洗，以機器學習模型進行訓練與分析，讓學生體會各個模型對于數(shù)據(jù)分析的優(yōu)缺點，充分調動學生的主觀能動性，培養(yǎng)學生獨立分析問題的能力。

在講解理論課程時，對于較為抽象難懂的問題時，將物聯(lián)網(wǎng)試驗箱、仿真機器人、智能小車、可視化編程工具等現(xiàn)代化教學工具引入課堂教學，運用軟硬件相結合的方式讓學生直觀地看到程序設計的應用效果，給學生沉浸式的課堂體驗。在設置具體案例時，融入信息安全、5G、區(qū)塊鏈、人工智能內(nèi)容，深入挖掘思政元素切入點，時刻不忘立德樹人的根本教學目標，潛移默化地樹立學生的愛國意識。

2.3線上線下相融合的教學手段

程序設計課程有著知識點多、涵蓋面廣、擴展面寬等特點，運用有限的線下教學學時難以達到面面俱到的教學效果。“在線教育”是一種較新的教育模式[6]，以其不受時間和地域的限制等優(yōu)勢，已逐漸成為推動高等教育變革的重要組成部分。為打破時間與空間的諸多限制，消解學生的畏難情緒，拓寬學生的知識獲取渠道，采用線上線下相融合的教學手段，充分挖掘線上教學的優(yōu)勢，以線上豐富的學習資源及靈活的學習方法來彌補線下教學的不足，滿足學生豐富的個性化學習需求。

整體課程設計將相對基礎的知識和課堂拓展部分的內(nèi)容放到線上，著重于學生自主學習，以導學的方式增添趣味性；將課堂上有限的時間著重用來解決邏輯性強、實戰(zhàn)性強、要求高的內(nèi)容，教師在有限的線下教學學時內(nèi)提升課堂效率，講重點、講難點、講要點，以線上線下混合教學的方式提升整體教學效果。

在線上利用頭歌[7]、智慧樹等線上實踐教學平臺，構建在線程序設計環(huán)境，不需要額外去配置軟件環(huán)境，只要能連接網(wǎng)絡，無論在電腦端還是手機端都可以隨時學習。以“理論導學、在線編程、模塊訓練、闖關練習、作業(yè)積分排名”等方式形成良性競爭的學習氛圍。學生的線上學習時間、學習進度、答題闖關情況會以報表的形式得到統(tǒng)計結果，便于教師關注學生個性化的學習問題。此外，以騰訊會議方式定期舉行“線上答疑”“遠程調試”等環(huán)節(jié)梳理與回答學生問題，在課前、課中、課后的全過程都做到線上線下協(xié)同，營造突破時間與空間的教學氛圍（如圖3所示），充分拓寬學生的知識渠道，提升學生的自主學習意識，培養(yǎng)學生的學習思維。

3教學模式實施及效果

經(jīng)過一個學年的教學實踐，本文提出的改革方法總體上取得良好的教學效果。通過實施分層教學課程體系，以教學大綱為基準，為不同專業(yè)的學生定制了面向學生未來崗位需求的個性化課程教學計劃；通過實施實戰(zhàn)化、模塊化的教學方法，挖掘和形成了一系列富有創(chuàng)新性的優(yōu)秀教學案例，同時提高了教師軟硬件結合、思政融入的教學能力；通過實施線上線下相融合的教學手段，完善了線上現(xiàn)代化教學平臺建設。總體來看，學生的學習興趣與學習效率得到明顯提升。

通過對2022年底結課后隨機抽取兩個專業(yè)學生的考試成績進行分析、統(tǒng)計，兩專業(yè)平均成績同比提高6.3%、7.9%，優(yōu)秀率同比提高5%、3%，學生的編程能力、邏輯思維能力得到顯著提升，驗證了本文提出改革方法的有效性。根據(jù)普遍問卷調查，91.5%的學生認為分層教學課程體系對于結合醫(yī)學專業(yè)實際起著積極作用，94.5%的學生認為實戰(zhàn)化、模塊化的教學方法更加符合醫(yī)科院校程序設計課程的學習實際需求，88%的學生認為線上線下相結合的方式能有效提高學習興趣，提升學習效率。

4結語

針對當前醫(yī)科院校程序設計課程教學過程中的痛點和難點，提出了因材施教的分層教學課程體系、實戰(zhàn)化模塊化的教學方法、線上線下相融合的教學手段。教學實踐證明，運用本文方法進行教學改革，能夠有效激發(fā)學生的學習興趣，進一步提升醫(yī)學生的工學素養(yǎng)，為培養(yǎng)優(yōu)秀的醫(yī)學信息化人才奠定基礎。