基于计算思维的地方医学院校计算机基础课程改革*

夏金存

(厦门医学院信息中心 厦门 361023)

1 引言

1.1 研究背景

当前信息技术发展日新月异，深刻影响着整个社会形态。移动互联网、物联网、云计算、大数据、5G通信技术和人工智能等新技术在医疗卫生领域的应用，引发医疗模式变革。“互联网+医疗”改变了传统医疗服务模式，大数据、人工智能技术广泛应用于临床辅助诊断、药物研发、慢病管理和健康管理等领域，医学进入了整合医学时代。信息技术不再是单纯的工具，而是与医学技术交叉融合。在此背景下医学生能否利用计算思维，结合先进的计算科学技术分析处理相关专业问题已成为计算机基础教育所面临的重大挑战[1]。

1.2 计算思维概念

最早由周以真教授提出，是指运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计，以及人类行为理解的涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动[2]，其认为计算思维不仅仅是计算机科学家特有的思维方式，而是人人都应具备的一种科学思维。计算思维本质是抽象和自动化。2010年国内9所高校在西安发表“以计算思维为核心的大学计算机基础课程教学改革”的联合声明，提出要将培养学生计算思维能力作为计算机基础教学的核心任务[3]。此后国内许多学者对计算思维内涵和外延、课程知识结构和体系进行深入研究[4-11]，许多高校对如何培养计算思维也进行大量探索。其中原第四军医大学卢虹冰团队开展较为系统的研究与实践，对医学院校具有很好的借鉴意义[12-14]。然而对于大部分地方医学院校，计算机课程一直不受重视，长期以来仍然以办公软件为核心的应用软件教学为主，偏重学生信息技术技能的培养，而利用信息技术解决本专业领域问题的应用思维能力的培养没有得到应有的重视。这与当前“新医科”建设背景下的医学人才培养要求不相适应。

2 当前地方医学院校计算机课程教学存在的问题

2.1 学生基础差异大，利用信息技术解决实际问题能力相对薄弱

近年来国家加强了中小学信息技术教育，学生信息素养得到很大提高。但是长期以来应试教育的观念依然存在，一些中小学不重视信息技术教育，不同地区、不同学校的学生信息技术知识能力水平差别很大。为了解学生入学前计算机知识和能力水平，在开学初对厦门医学院5个医学相关专业学生开展问卷调查。结果显示学生自我评价平均分仅为45.78分，19%学生对自我评价在60～80分之间，80分以上的仅占2%，其余79%学生在60分以下；在办公软件使用方面，约有10%学生表示完全不懂，约25%学生略有了解，30%学生表示一般，约25%学生表示熟悉，另有约5%左右表示精通。学生对办公软件的掌握仅停留在较低层次的软件使用上，对高级应用普遍掌握不足，特别是使用Excel进行数据分析的能力比较薄弱。仅有约10%学生表示熟悉Excel的数据分析处理操作，30%学生表示完全不懂。总的来看目前大部分学生具备一定的计算机基础，但是利用计算机解决实际问题的能力依然薄弱，特别是依然有极少部分学生几乎没有接触计算机。

2.2 授课学时减少与教学内容多、要求高相矛盾

由于医学专业的特殊性，学生专业课程负担较重，计算机课时被大量压缩[14]。目前大部分地方医学院校仅开设大学计算机基础这一门必修课程，学时数一般在48学时内，笔者所在学校仅有34学时。另外随着大数据、人工智能等各种新技术的快速发展以及在医疗领域的深度应用，学生需要掌握的新知识、新技术不断增加，要求不断提高。大学计算机基础课程在有限学时内既要承担学生应用能力的培养任务，又要培养计算思维，面临严峻挑战。

2.3 教学内容陈旧，与专业联系不够紧密

大部分地方医学院校大学计算机基础课程教学内容仍然由计算机概述、操作系统、计算机网络、办公软件几部分构成，多为概括性介绍或基础性操作教学，内容陈旧、缺乏深度，一方面与中学信息技术教学内容缺乏有效衔接，另一方面与未来岗位应用要求脱节，特别是与专业有效融合不足。学生难以真正理解计算机技术在专业学习以及未来工作中的深度应用，对课程学习积极性不高，难以达到思维培养的目的。

2.4 教师重视不足，缺乏对学生的引导

长期以来受狭义“工具论”影响，专业教师对计算机教育不够重视，缺乏从专业学习和发展角度对学生进行引导，导致学生认识不足，缺乏学习主动性，对计算机技术缺乏深入了解。

3 地方医学院校计算机课程改革思路

3.1 概述

以计算思维为导向的大学计算机基础教育改革不是要将原有的教学内容和体系彻底推翻，而是在原有教学内容体系的基础上进一步凝练提升，改进教学模式与方法和评价体系，使其更有利于应用思维能力培养[15]。

3.2 明确以计算思维为导向的教学理念

虽然以计算思维为导向的大学计算机教育得到广泛认可，但是许多教师在实际教学过程中依然停留在较低层次的应用能力培养上。教师应转变教学理念，坚持以培养计算思维为导向，以此来选择教学内容、设计教学过程。

3.3 构建“1+X”课程体系

计算思维培养是长期而系统的过程，需要根据思维自身发展规律，结合专业特点，构建合理的课程体系。参照2016年教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会发布的“大学计算机基础课程教学基本要求”，构建以大学计算机基础为必修课，高级办公应用、医学图像处理、健康医疗大数据、程序设计语言、人工智能等课程为选修课的多层次课程体系，见图1。大学计算机基础作为大学阶段唯一一门计算机必修课，一方面要普及计算机基本原理和知识，培养学生应用能力；另一方面应起到计算机导论课程的作用。通过该课程学习，学生对计算机领域有全局性的了解，可以根据专业特点、个人兴趣选修相应课程，达到分层次、个性化教学目的。

图1 课程体系

3.4 改革基础课程内容

大学计算机基础是新生入学后的第1门计算机课程，也是大部分地方医学院校最核心的计算机必修课程，在培养学生计算机应用能力和计算思维方面具有重要作用。对医药院校计算机基础核心课程教学内容的建设是教学改革的核心所在[12]。课程内容设计上，一方面要衔接中学信息技术教育，剔除重复内容，增加体现计算思维的内容，保持知识连贯性和延续性，符合计算思维培养的内在规律；另一方面要与具体医学专业深度融合，防止计算机技术和专业应用分离。例如信息与编码部分，不再简单重复字符、汉字等各种编码规则，而是侧重从抽象与信息化的角度探寻如何将物理世界的事物转换成计算机能表达和处理的形式，结合医学专业领域探讨ICD10编码、医学影像编码等技术。在新兴技术方面，主要从专业应用角度对基本原理、关键技术以及云计算、大数据、人工智能等新兴技术在医学领域的应用进行宏观层面介绍，重点使学生理解何时以及如何应用这些技术。在计算机网络应用方面，结合慕课学习中知识碎片化特点，以信息检索、获取、管理和再利用为主线，培养学生利用计算机技术辅助学习，提高学习效率。

3.5 开展以学生为中心的线上线下混合式教学

长期以来大学计算机基础课程教学都是以教师为中心，采用“理实一体”的方法开展教学。这种教学方式学生易于接受，能较好地培养动手能力，但在没有开展分层教学的情况下存在基础差的学生跟不上、基础好的学生学习需求未满足的现象[14]。随着近年来私播课的兴起，以学生为中心的翻转课堂在计算机教学中得到广泛应用[14]。探索基于私播课的线上线下混合式教学，事先将课程知识以及基本操作教程录制成微课，供学生课前学习，课堂上主要针对案例，采取小组讨论、案例分析等方法，突出重点，解决难点，重点培养学生解决问题的思维能力。

3.6 创建实际应用情境

指导学生参加“互联网+”大学生创新创业计划大赛。参赛过程中学生完成资料收集、数据分析、项目书撰写、路演展示等工作，培养学生综合利用各种软件解决实际问题的能力和思维。通过参加比赛项目，学生加强信息技术在医学领域应用的理解，提高利用信息技术解决医学领域问题的能力和创新能力。组织学生参加“全国大学生计算机应用能力与信息素养大赛”等各类比赛，通过比赛激发学生学习热情，培养综合应用能力，改善教学效果。

3.7 采用多维度评价方式，突出应用和思维能力评价

目前大学计算机课程大都采用过程性评价方式，但由于传统教学多采用大班制，教师课时较多，每位教师应对学生数量较多，课程评价多采用在线考试的考核方法。这种考核方式由系统自动评分，简单易行，一定程度上能反映学生知识和技能的掌握程度，但是难以对学生解决实际问题的思维能力进行评价。随着各种在线教育平台在教学中的应用，借助信息化手段对学生进行个性化评价。一方面引入全国计算机等级考试系统考核学生基础知识和基本技能；另一方面通过设计综合性、设计型的测试项目，利用在线教学平台的作业互评、优秀作品展示、在线讨论等功能，评价学生学习行为以及解决实际问题的计算思维能力。

4 结语

通过完善选修课程体系，实现分层次、差异化教学，拓宽学生视野，培养学生利用大数据、人工智能等新兴技术解决本专业问题的思维能力。建设慕课资源，开展线上线下混合式教学，实现以教师为中心到以学生为中心的转变。转变教学理念，重构教学内容、改变教学模式和方法，改进教学评价体系，教学改革取得一定成效。