医学院校计算机基础教学与计算思维培养

余远波，陈明锐

(1.海南医学院医学信息系，海南海口 571101;2.海南大学信息科学技术学院，海南海口 570228)

医学院校计算机基础教学与计算思维培养

余远波1，陈明锐2

(1.海南医学院医学信息系，海南海口 571101;2.海南大学信息科学技术学院，海南海口 570228)

介绍了医学院校大学计算机基础课程培养学生计算思维的重要性，分析了教学中存在的问题，然后从教学目标的设定、考核手段、教学内容、教学方法等方面分析计算思维与医学的联系，并阐述如何培养医学生“计算思维”的方式与方法，为医学院校大学计算机基础教育提供了一种以提高学生计算思维能力为目标的新型模式.

计算机基础教学;计算思维;医学院校

1 计算机基础课程对培养学生计算思维的重要性

随着国家信息化进程的加快，信息技术的发展正在改变人们的生活、工作、学习、思维方式和价值观.2010年《九校联盟(C9)计算机基础教学发展战略联合声明》［1］中，强调了把“计算思维能力的培养”作为计算机基础教学的核心任务、加强以计算思维能力培养为核心的计算机基础教学课程体系和教学内容的研究.孙家广院士［2］在《计算机科学的变革》一文中明确指出:(计算机科学界)最具有基础性和长期性的思想是计算思维.中国科学院计算技术研究所研究员徐志伟总工［3］认为:计算思维是一种本质的、所有人都必须具备的思维方式，就像识字、做算术一样;在2050年以前，让地球上每一个公民都应具备计算思维的能力.例如，计算机科学对生物学的贡献决不限于其能够在海量序列数据中搜索寻找模式规律的本领，而最终的希望是数据结构和算法(自身的计算抽象和方法)能够以其体现自身功能的方式来表示蛋白质的结构.计算机基础教学不仅要培养学生对计算环境的认识，更应该培养学生在计算环境下掌握问题求解方法，这是高校学生应用计算机技术解决专业问题的重要基础.另外，计算思维能力的培养还展现了计算机学科独特的思维方式，为将来创新性地解决专业问题奠定了基础［4］.因此，在高校计算机基础教育中提出了新的要求，主要体现2个方面［5］:一是必须进一步同其他各个学科专业交叉与融合，二是迫切要求提高学生利用信息技术解决专业领域问题的能力.

目前，医学院校计算机基础教育教学的课程安排中，尚未体现医学领域信息技术的广泛应用和应用前景，也未体现医学领域对计算思维的需求.因此，面向医学信息化发展，以培养“计算思维”为着眼点的医学院校计算机基础教学改革势在必行.

2 计算机基础教学中计算思维培养的对策

2.1 转变教学观念，强化计算思维训练，建立多元化的考核体系 当今社会已进入了信息化时代，善于运用计算机技术和手段进行学习、工作、解决专业问题已是高级人才必备的素质.随着信息科学技术的迅速发展，医疗卫生事业、数字化医院的建设与先进的数字诊疗技术的应用，都越来越多地依赖医学信息化、计算机化和网络化技术、设备的支持和帮助.从培养学生计算思维能力的角度看，计算机基础教学不仅培养学生对计算环境的认识，更重要的是培养面向典型计算环境下的问题求解方法，包括初步了解抽象级的问题求解方法，掌握语言级的问题求解技术，并根据专业的应用特征了解或掌握应用系统级或计算机系统级的问题求解方法［2］.

大学计算机基础教学不仅是大学通识教育的一个重要组成部分，更重要的是培养大学生潜移默化地养成用计算思维方式解决专业问题的良好习惯，使其成为复合型创新人才.计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为.医学院校计算机基础教育，是让学生掌握基本知识的应用技能，并在此基础上了解信息技术在医学领域的广泛应用，训练其计算思维.通过典型案例的分析和对信息技术在医学领域应用的了解，使学生对计算机基础课程重要性的认识得到不断提高，使其计算思维能力，尤其是在信息的获取、分析和处理能力等方面都得到比较全面的提升，使他们更能适应现代社会发展的需要.

在大学计算机基础课程的考核中，应有部分题目结合计算机在医学领域的应用;考题形式上，除了现有的操作题之外，一方面应有体现计算思维的题材，另一方面也应有鼓励学生想象的思考题.通过考试，不仅考察学生基础知识的掌握情况，也应该考察学生的创新思维能力，从而发现学生的“闪光点”，使他们成为计算机基础扎实的复合型人才.

2.2 更新教学内容，适应医学信息化的发展 目前，在大学计算机基础课程的教学中出现了一些问题，主要是“狭义工具论”的问题［6］.“狭义工具论”认为计算机基础教学就是教学生怎样将计算机作为工具使用.应该说，这种认识对计算机基础教育非常有害，这样会使学生对计算学科的认识淡化，不利于计算技术中最重要的核心思想与方法的掌握.哈尔滨工业大学战德臣教授等人［7］将计算机基础课程分为9个教学单元，即引论、计算原理、操作系统基础、问题求解框架、算法描述与程序设计基础、互联网计算基础、数据库系统基础、科技文章/文稿电子化制作及编排与发布、计算机安全与信息安全.覆盖了计算思维(思维牵引的知识)讲授和基本素质的培养，使“大学计算机”课程的教学改革，转向思维性教学为主，收到了较好的教学效果.

医学信息化已是医学院校计算机基础教育的方向，了解国内外计算机技术的最新发展动态，结合学生就业需要，针对学生的专业特点，确保教学内容紧扣时代发展步伐和社会需要，是培养医学复合型创新人才的基本要求，因此，在医学院校应为大学新生开设“计算思维与医学”的专题讲座，设法激发医学生对计算思维的兴趣，使计算思维成为常识.在课堂中应给学生介绍医学信息化的发展和趋势，教学案例的设计也应选取医学领域的实际应用，突出医学院校计算机基础教育的特点.

2.3 革新教学方法，培养计算思维 美国卡内基·梅隆大学周以真(WING J M)教授认为［8］:计算思维(Computational Thinking)是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为;计算思维的本质是抽象(Abstraction)和自动化(Automation).计算思维如同所有人都具备是非判断、文字读写和进行算术运算一样，也是一种本质的、所有人都必须具备的思维能力.周以真教授认为，用操作的方法来教学生是一种最糟糕的计算机教育.

在讲授“大学计算机”课程时，宜与所面向的学科专业进一步结合，通过合适的、面向不同学科专业的实例，使其既阐释计算学科的普适思维，又能给出面向特定学科专业的范例，从而提高教学效果.

典型的思维、可实现的思维［7］:例如，计算机利用键盘输入、利用显示器显示内容作为输出，这一内容既直观又简单，作为“知识”不一定需要学习，但是作为“思维”则值得学习.以键盘输入与屏幕显示为例可以讲授“信息处理的思维”，即位置→电信号→编码→存取/ASCII→解码→字形→显示.学生掌握这一思维之后，可以很容易地推广至其他语言文字的处理，如汉字等.更进一步，这一例子蕴含着一种普适思维——信息处理思维，即物理对象通过设备采集相关信息(物理－信息映射)，然后按一定的编码规则使用编码器进行编码及存储，再按编码规则使用解码器进行解码，识别所需信息并进行显示.那么，声音、视频等多媒体信息以及各种新型设备如RFID(即射频识别)等的处理是否可以利用这种思维进行处理?例如，医学高频超声编码成像中解码压缩技术的研究［9］:将数字编码激励与现有眼科高频超声成像技术相结合，提出一种全新的高速数据检测和信号处理方法.由FPGA产生16位Golay互补序列，激励换能器产生超声波.数据采集电路实现了15 MHz高频超声回波信号的数字化，采样频率120 MHz，采样位数14 bits.解码压缩算法由FPGA实时实现，A序列解码和B序列解码交替进行，分别将回波信号与A，B解码序列卷积运算，两路延迟叠加即实现了Glayo码的实时解码压缩.该研究的编码激励信号由FPGA产生，经激励电路激励超声换能器.换能器在编码信号激励下，发射超声波;超声信号经反射面反射，驱动换能器产生回波信号.回波信号经放大后，通过A/D采样进入FPGA进行数据处理和解码，并最终通过D/A输出到示波器输出显示.

计算机学科中有很多类似于上述思维的普适思维，这些思维不仅反映了计算、计算机的原理，使非计算机专业学生能够深刻地理解，更重要的是体现了基于计算技术/计算机的问题求解思路与方法，从而有助于培养非计算机专业学生的创新能力，为未来应用计算手段进行学科的研究与创新奠定坚实的基础.如借鉴计算机及相关系统，研制支持生物技术研究的计算平台.

以医学影像学专业的学生为例，一部分学生的方向是病理诊断，另一部分学生侧重于医疗技术，计算思维的培养有助于他们理解医学影像(X线，CT，MRI等)的检测技术实现过程，实现病理诊断“知其然，知其所以然”，也为研究医学影像技术奠定思维基础.因此，非计算机专业大学计算机课程也应该挖掘这种思维，不仅培养学生具有“思维”，而且也要使学生“看见”并确立“思维”是能够实现的.

3 小结

计算思维在医学领域有着广泛的应用前景，计算思维的培养能为医学生将来创新性地解决专业问题奠定基础.计算思维的培养作为医学院校计算机基础教学的核心任务，不仅是一个长期的过程，而且是需要在教学目标、教学内容、教学方法、考核手段等方面不断探索、努力实践的过程.只要坚持不断地改革，医学院校的计算机基础教育一定能上新台阶.

［1］九校联盟(C9).九校联盟(C9)计算机基础教学发展战略联合声明［J］.中国大学教学，2010(9):4，9.

［2］孙家广.计算机科学的变革［J］.中国计算机学会通讯，2009，5(2):6 －9.

［3］徐志伟.21世纪计算机科学的研究热点［J］.中国计算机学会通讯，2009，5(2):15－22.

［4］何钦铭，陆汉权，冯博琴.计算机基础教学的核心任务是计算思维能力的培养［J］.中国大学教学，2010(9):5－9.

［5］陈国良，冯博琴，张龙.抓住实施“质量工程”机遇 提高高校计算机基础教育水平［J］.中国大学教学，2008(4):7－9，13.

［6］陈国良，董荣胜.计算思维与大学计算机基础教育［J］.中国大学教学，2011(1):7－11，32.

［7］战德臣，聂兰顺，徐晓飞.“大学计算机”—所有大学生都应学习的一门计算思维基础教育课程［J］.中国大学教学，2011(4):15－20.

［8］WING J M.Computational Thinking［J］.Communications of ACM，2006，49(3):33 －35.

［9］周盛，王晓春，杨军，等.医学高频超声编码成像中解码压缩技术的研究［J］.中国医疗器械杂志，2011(6):409－413.

Teaching of Computer Basic Course and Cultivation of Computational Thinking in Medical School

YU Yuan-bo1，CHEN Ming-rui2

(1.Department of Medical Information，Hainan Medical University，Haikou 571101，China;2.College of Information Science＆ Technology，Hainan University，Haikou 570228，China)

In the paper，the significance of cultivating students’computational thinking via basic computer course was highlighted and the problems existing in current teaching method were analyzed.Based on teaching goal，assessment tool，and teaching content of basic computer course，the correlation between computational thinking and understanding of medical science were discussed，and how to culture“computational thinking”of medical student were explored，all of which provide a new model for improving computational thinking capability of student.

basic computer course;computational thinking;medical universities

G 434 < class="emphasis_bold">文献标志码:A

A

1004－1729(2012)02－0184－03

2011－12－22

海南省教育厅基金项目(HJJSJ201016);海南省教育科学十一五重点课题(Qji11518)

余远波(1981－)，陕西旬阳人，海南医学院医学信息系讲师.

陈明锐(1960－)，男，教授，博士生导师.