综合性实验在医学信息专业编程课中的实践研究

叶远浓，靳 帅，王 敏，张晓娅，黄梦雅

（贵州医科大学 大健康学院，贵州 贵阳 550025）

引言

随着大数据技术的兴起，大数据相关人才极度缺乏，对此，国内不少高校相继开设大数据类专业以培养大数据技术人才［1］。不少医学院校也相继开设了针对医疗健康大数据分析挖掘人才培养的专业，如医学信息工程、生物医学工程、生物医药数据科学等专业。针对大数据分析挖掘人才培养目标，许多高校把“程序设计”课程作为该类专业学生的专业核心课程，目的是使学生掌握编写计算机程序用于分析大数据的能力，以提高学生对算法基本方法和思路的理解与认识，提升学生综合分析问题和灵活运用知识的能力［2］。我校医学信息工程于2017年开始招生，开设了“Python与大数据分析挖掘”和“R语言与可视化”两门编程类课程。

编程类课程属于实践性课程，如何合理地设计实验课程非常重要。传统的实验课程设置是以基础实验为主，即学生按照实验指导书，按部就班地操作，输出结果与实验指导书一致即可。这导致每个学生的实验成绩区分度不高，学生缺乏独立思考意识，进而打击了学生的积极性并抑制了学生的个性发展［3］。这与培养创新能力的目标相背离，因此，如何创新实验课程以激发学生独立思考和钻研的积极性，成为编程类课程的一个课题。

我们不断地对编程类实验课程进行改革探索，逐渐将综合性实验引入编程类课程中，学生根据自己的兴趣选择一个综合性实验题目，自主思考，综合利用所学知识进行了操作，以达到实验的要求。为了保证综合性实验能在编程类课程中有更好的教学效果，我们只将综合性实验引入“R语言与可视化”课程中，而“Python与大数据分析挖掘”依旧采用基础实验的模式［4］。

一、方法与材料

本研究以2017级和2018级两个年级的“Python与大数据分析挖掘”和“R语言与可视化”课程的教学效果为研究对象。首先，这两门课程均由同一位教师授课，可以避免由不同教师的不同教学水平导致的差异。其次，这两门课程的实验学时相同，均为36学时的实验学时，保证在学时上统一。

2017级的“Python与大数据分析挖掘”和“R语言与可视化”两门课程均采用基础实验，即将实验分散到教学周，每逢双周上1次实验课，每次4学时，完成前一次理论课程所学知识的上机实验，按照实验指导书完成上机编程实验。2018、2017级的“Python与大数据分析挖掘”仍然采用基础实验模式，每逢双周上1次实验课，每次4学时，按照实验指导书完成上机编程实验，以作为综合性实验成效的对比。不同的是，2018级“R语言与可视化”课程采用综合性实验模式进行。为了更好地开展综合性实验，“R语言与可视化”实验课程安排在后九个教学周进行，即第10～18周每周进行实验课，每次4个学时。以此保证学生在进行综合性实验时能有足够多的知识储备来独立创新地完成实验。

“Python与大数据分析挖掘”开设学期是第二学期，“R语言与可视化”开课学期为第三学期，因此可以避免由于“R语言与可视化”的综合性实验学习成效对“Python与大数据分析挖掘”学习成效的影响。上述两门课程信息如表1。

表1 课程信息表

二、综合性实验教学成效分析

为了研究综合性实验对学生创新能力和课程学习能力的提升效果，我们以期末考试卷面成绩作为分析对象，通过成绩分析，发现每个年级都有1个成绩为个位数的学生，为了保证统计有意义，我们将其视为异常点删除，删除后成绩统计结果如表2。

表2 成绩统计

图1 成绩分布图

图2 各年级不同课程成绩分布比较图

由以上成绩统计和分布图我们可以看出，两个年级都存在不同水平的学生，通过t检验比较2017 级“Python 与大数据分析挖掘”和“R 语言与可视化”的成绩，发现差异显著性P值为0.30，平均分分别为68.14和69.66。表示两门课编程类均采用基础性实验的情况下，课程学习效果没有差别。

再对比2017级和2018级两个年级的两门课程学习效果，“Python与大数据分析挖掘”课程在两个年级中，都采用基础性实验模式，通过两个年级的比较发现，两者平均分分别为68.14和67.26，经过t检验分析，发现其P值为0.36，没有显著差异，表示在基础性实验情况下，两个年级的“Python与大数据分析挖掘”课程学习效果相当。

对比2017级和2018级两个年级“R语言与可视化”课程的学习效果，2017级的实验课采用的是基础性实验模式，2018级的实验课采用的是综合性实验模式。通过两个年级的比较发现，两者平均分分别为69.66和77.05，经过t检验分析，其P值为9.20×10-6，远远小于0.01，显示这两个年级的成绩分布有显著差异，表示在综合性实验情况下，学生的学习成效更好。

结论

对于信息类和大数据类专业，编程类课程属于实践性很强的课程，该类课程的实验教学设置具有重要意义。在教学设计安排中，为贯彻我院“实践育人、科研育人、文化育人、健康育人”的办学理念，进一步深化教育教学改革，加强实践能力的培养，我们不断进行实践教学改革和探索不同实验课程方式对学生实践动手能力的影响，包括采用综合实验设计等实验模式，加强实践教学力度，增设综合性、创新性实验，以提高学生综合应用所学编程知识解决实际问题的能力。

综合性实验是以模块实验为主导的一种新型实验，不是真的采用单一的实验模块进行实验。学生在教师的引导下，根据自身的能力和兴趣选择自己感兴趣的实验题目，并且学生经过独立思考（或团队合作）完成实验步骤。指导教师在整个实验中只起到答疑的作用，总体实验设计由学生探索和实施，以充分发挥学生的主观能动性和独立操作能力。通过引入综合性实验，培养了学生的综合设计能力和创新意识，使学生具备可视化开发环境下的编程设计能力、良好的程序设计素养与规范的程序设计方法，从而能独立开发出具有实际意义的程序，毕业时能更好地适应市场的需求，并且加强了学生对编程类课程的学习兴趣和学习成效。