以计算思维培养为导向的医学计算机基础课程改革与实践

黄 旭，林加论

（海南医学院 医学信息学院，海南 海口 571199）

0 引言

计算机基础教学是高校重要的基础课程，在我国高等教育中已有30 多年的历史，先后经历了两次重要的改革。第1 次改革在1997 年，确立了“计算机文化基础－计算机技术基础－计算机应用基础”3 个层次的计算机基础教学课程体系。第2 次改革始于2004 年，确立了“4 领域×3 层次”计算机基础教学内容知识结构的总体构架，构建了“1+X”的课程设置方案，并将大学计算机基础作为第一门课程[1]。

2010 年，《九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明》掀开了计算机基础教学第3次改革的序幕。2016 年，教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会编制了《大学计算机基础课程教学基本要求》（以下简称基本要求），明确指出计算思维能力的培养将成为今后大学计算机基础教学的新常态，确立了“宽”“专”“融”3个层次的课程新体系[2]。

1 教学存在的问题

笔者从事计算机基础教学20 余年，其间经历了两次计算机基础教学的改革，也感受到许多改革获得的成效，但总结近年来的教学过程，发现依然存在如下一些问题。

（1）学生水平参差不齐。由于来自不同地区的学生在进入大学前受到的计算机教育程度不同，导致学生的计算机水平参差不齐，加上医学专业分类多，开展面向专业服务的计算机基础教学难上加难。

（2）学生缺乏学习主动性。以教师和计算机为教学中心的传统教学模式的沿袭,加上教学内容的陈旧乏味，降低了学生学习的主动性和积极性。

（3）学生思维能力的培养不够。“工具论”的教学理念，加上各类计算机考试类型的局限，导致学生只注重软件的操作，缺乏对计算机领域科学探索的兴趣，自然无法形成基于计算机解决现实问题的思维能力。

2 教学改革思路

教学形势的变化，驱动了新的计算机基础教学改革，而教学改革的顺利实施，首要任务就是厘清思路，建立和完善与改革相一致的教育理念。本次教学改革的导向是培养学生计算思维能力，其落脚点在于课程的具体建设和实施。因此，首先要构建新的课程教学体系，并把计算思维能力培养作为新的课程教学目标，在教学内容、教学模式和教学方法等方面进行改革和创新。

理论教学可以探索实施任务驱动式、SPOC+翻转课堂、研讨式、科技活动+技术指导等教学方法和手段的相互融合，将计算思维的概念、方法、过程融入课程的教学过程中，激发学生的学习主动性、积极性和创新性，使学生能够达到应用计算思维解决本专业的实际应用问题的目的[3]。实验教学方面，将实验项目与理论内容有机结合，让学生通过实验的观察和验证，消化、理解理论知识点，并从中获得思维能力的培养。与此同时，还应充分利用可能的教学资源，构建适合学生自主学习的数字环境，通过现代教育技术和手段，将教学与数字化、过程化管理紧密结合，使教与学获得更大程度的相互促进。

3 医学计算机基础课程体系

根据教学改革的基本思路，我们首先构建一个适于新教学形势的医学计算机基础课程教学体系。参照基本要求给出的体系框架，总结部分学校的改革实践经验[4-5]，结合海南医学院计算机基础教学的实际情况，构建基于“宽”“专”“融”3 个层次的医学计算机基础课程体系，见表1。新课程体系以计算思维为主线，以培养学生的计算思维意识、计算思维方法和计算思维能力为目标，分为3 个层次，每个层次设置不同的课程，满足不同专业的各类信息需求。

4 教学改革实践

4.1 以计算思维视角组织课程内容

根据新课程体系的教学目标，大学计算机基础课程重点培养学生对计算机系统的认知能力、信息素养和计算思维意识，也就是说课程主要知识点还属于原来的内容范畴，只不过需要将计算思维的理念渗透其中。因此，新修订的课程体系构成基本还是原来的内容，但从计算思维的角度重新梳理，学生可以在课程内容的学习过程中逐步建立计算思维意识。修订后的课程内容体系由5 个模块组成。

模块1：计算思维问题的提出（主要包括问题描述、问题抽象、问题求解方法）；

模块2：计算机信息数字化基础（主要包括数制及其转换、数值/字符/多媒体编码）；

模块3：计算机三大平台（主要包括硬件平台、软件平台、网络平台）；

模块4：算法与程序设计（主要包括典型算法、程序设计）；

模块5：实用软件应用（主要包括文字处理、数据处理、报告处理、图像处理）。

在新的课程体系中，课程内容按照计算思维强调的“用计算机科学的基础概念进行问题求解和系统设计”的技术路线进行组织，课程教学以“计算思维问题的提出”为开篇，给出计算思维的定义，并简要说明基于计算机求解问题的方法过程；紧跟着通过信息编码的介绍，阐述数据在计算机中表示的形式化方法，并映射出硬件控制原理和软件需要解决的问题；接下来从计算机的三大平台层面，展现计算机科学的基本原理和方法，强调计算机的自动化控制原理、资源管理机制和基于系统平台的网络计算服务；最后通过算法与程序设计及实用软件应用内容的补充，帮助各个专业从计算机科学中找到对计算需求及实际应用的支持[6]。虽然还是原来的知识点，但是通过“基于计算机的问题求解”的主线串联起来，使整个教学过程更连贯，并渗透入计算思维的基本理念，更容易达到既定的课程培养目标。

表1 基于“宽”“专”“融”的医学计算机基础课程体系

4.2 以网络课程应用辅助理论教学

使所有学生更加主动、积极地参与学习，是课程教学努力的一个方向，而学生计算机水平参差不齐，是目前摆在所有大学计算机基础课程授课教师面前的教学现状。如何提高学生的学习主动性和积极性，保证基础弱的学生打好基础，而能力强的学生学到更多知识，就必须在教学模式和教学方法等方面进行改革和创新。鉴于此，可将网络教学与传统课堂进行整合设计，构建一种线上线下教学/学习的混合教学模式。

课程教学设计主要分为课前、课中、课后3个阶段，通过线上或线下的方式完成。其中课前属于课程的导学阶段（即提出问题），由学生在课前依据教师给定的教学目标，观看教师推荐的视频或者按照个性化的学习自己查找视频，浏览课程资源，并完成相应任务，在不懂或测试遇到难题的时候可以通过讨论探究；课中属于课程的研学阶段（即解决问题），教师根据知识点的不同，依据问题导向的教学方法，确定合适的教学活动展开师生、生生间的交流互动，学生则根据教师的引导，逐步完成学习目标；课后属于课程的练学阶段（即巩固提升），由教师布置测试题让学生及时巩固所学知识，并给出下节需要预习的问题。在这3 个阶段中，课中研学主要通过线下课堂教学开展，而课前导学和课后练学则依靠学校提供的Blackboard 教学平台，通过学生线上自主学习开展。

Blackboard 由美国Blackboard 公司开发，是目前市场上唯一支持百万级用户的教学平台，海南医学院于10 多年前便引入Blackboard 教学平台并加以应用。不管在任何地方，只要能联通网络，都可以随时、方便获取到相应的课程资源，其便捷且符合信息时代的学习方式，受到了学生的欢迎，也成为学校教学工作的一大亮点。目前校内几乎所有课程都构建了相应的网络课程。海南医学院大学计算机基础Blackboard 网络课程属于校内较早构建并应用的课程之一，经过多年的资源建设和应用推广，不但课程资源得到了极大的丰富和完善，其应用模式也趋向成熟，更加符合现有课程教学模式的进一步推行。

大学计算机基础Blackboard 网络课程主要由9 个板块组成：课程通知、教师信息、课程信息、课程文档、操作视频、作业/实验、主题讨论、词汇表、电子图书，各板块主要包含内容及说明见表2。

表2 大学计算机基础Blackboard网络课程各板块包含内容及说明

4.3 以虚拟实验方法推进课程实验教学

“虚拟实验”方法在大学计算机基础课程教学内容的补充，基本原理和重要概念的深刻诠释，重点难点内容的形象表达等方面都不失为一种行之有效的方法，为课程实验体系的创建和完善以及为计算思维在课程中落地找到了一条有效途径[7]。海南医学院自2017 年起引入北京理工大学开发的“虚拟实验工场”实验平台，根据大学计算机基础课程内容，选用于课程实验教学的虚拟实验见表3。

目前虚拟实验已在两轮课程实验教学中加以应用，并达到了预期良好的教学效果。相较之前的枯燥理论讲解，虚拟实验往往可以带来事半功倍的效果。譬如在讲解计算机的工作原理时，抽象的理论经常让学生听得云里雾里，而通过观看“一条指令的执行过程”虚拟实验的动态演示，再结合实验执行过程记录表（表4）的填写，学生可以很快掌握其中原理。

表3 大学计算机基础课程虚拟实验

表4 一条指令的执行过程记录表

实验平台除了提供若干个虚拟实验外，还提供了实验报告组件，可实现学生实验报告的数据记录、自动批阅、成绩管理等功能。该组件不但可以快速检测学生的实验效果，还减轻了教师的工作量，同时在一定程度上丰富了课程形式化考核的手段。

5 结语

通过大学计算机基础课程的教学实践成效可以看出，以计算思维培养为导向的课程改革在很大程度上解决了目前教学中存在的问题，是一种符合目前教学现状，切实可行，行之有效的教学策略。但是随着计算机技术的飞速发展及教学现状的不断变化，还会不断涌现出越来越多的问题。计算机基础教学的改革是一个系统工程，只有结合实际，不断调整教学内容，改进教学方式/手段，探索适合的教学模式，才能达到提升医学生信息素养、应用能力和思维能力的培养目标。