關于醫學院校程序設計課程教學的探討

徐娟+李永生+李霞+白靜

摘 要：在醫學院開展程序設計的教學過程中，通過精選醫學數學模型，對授課內容以及教學方式進行改革，引入任務型教學法和分組討論的教學模式，有助于提高學生對于程序設計課程的理解和學習的積極性，把程序設計當成生物數據分析的基本工具，進而培養學生的思考和動手能力。

關鍵詞：程序設計 教學模式 任務型教學法

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（b）-0220-02

Abstract：Improving the teaching effects of the programing design is important for bioinformatic students. We proposed that the teacher should carefully selected the biomedical models and adopted the problem-based learning method to help students to give an active role in the teaching process. The application of this method combind with discussion among the students provides a new way of program design in higher medical university.

Key Words：Programming design； Model of teaching； Problem-based study

隨著新一代測序技術的不斷成熟和廣泛應用，越來越多的研究者可通過“基因測序”等高通量技術來認識生命的本源，從而探索造物主構建“自我”的好奇心。然而面對海量的數據，普通人只能束手無策甚至望塵莫及，因此一批專注于生物大數據分析的弄潮兒在基因組數據分析行業嶄露頭角—即生物信息學。面對當前生物大數據的潮流以及大數據的4V特點[1]：數據量巨大（Volume）、數據處理速度快（Velocity）、數據類型繁多（Variety）、數據科學價值大（Value）。醫學院校特別是生物信息專業的學生必須熟練的掌握多種高效的高級計算程序設計語言，以適應當前大數據分析的需要，能在合理時間內達到提取、管理、處理、并整理歸納出大數據背后的生物學意義。因此，如何改進醫學院校學生程序設計課程的教學方法，提高醫學工作者的程序設計能力，正成為醫學院校教育者廣泛關注的問題。針對這一問題，我們生物信息科學與技術學院在程序設計類課程中進行了一系列的改革，以訓練學生的基本程序設計能力為主，培養學生以目的為出發點，以完成任務為目標，在課堂教學中穿插分組討論，實例教學的方式，擴展教學內容，以提高學生的程序設計能力。

1 培養醫學生程序設計能力的重要意義

隨著人類基因組計劃的完成和后續研究工作的開展，生命科學研究已經進入了快速、低耗、準確地分析隱藏在復雜疾病背后的遺傳和表達等多種組學數據的信息時代。大量的研究結果表明，復雜疾病的發生是多種基因與環境聯合作用的結果。面對如此復雜的疾病，及時、充分、有效地利用不斷增長的生物信息資源進行分析和探索，已經成為當前生物醫學領域研究與應用的必備手段。然而，目前醫學院校大部分開設課程為基礎醫學相關內容，很少涉獵程序設計等理工科教學內容。此外，大部分理工類院校對于醫學知識了解的又是非常少的，當務之急是解決生物醫學和信息科學兼通的復合型人才缺乏困境。

2 醫學院校程序設計課程適合采用以R和Matlab作為教學語言

作為醫學院校生物信息專業，開設程序設計的目的是為了培養醫學生的程序設計能力并解決生物學問題。使醫學生掌握程序設計的基本思路、基本方法，學會書寫程序源代碼，編制出風格良好的程序文件，為以后的生物醫學科研打下良好的基礎。由于醫學生所學課程的限制，其思維邏輯往往受到一定的限制。而R和Matlab語言是目前流行的面向對象的程序設計語言，程序書寫風格比較靈活，并且這兩種編程語音針對生物信息學的研究開發了很多程序軟件包，以便研究者使用，并實現了生物信息分析工具包的建立。此外，這兩種編程軟件支持與很多生物醫學數據資源的連接，能夠在多個生物醫學數據資源平臺間建立聯系，所以，本院不僅率先在醫學院校開設了生物信息學專業，同時，也在本專業的教學中開設了R和Matlab程序設計課程，并對基礎七年制學生也開設了程序設計課程。通過了解學生思想動態，不斷改進教學方法，我們改變了以往的以教師教為主的教學方式，讓學生成為教學中的主體，形成了以問題為引導的生物信息學專業的程序設計類課程的改造。

3 生物信息學專業程序設計類課程教學的初步探索

在生物信息學專業的R和Matlab程序設計課程教學中，我們旨在通過選取醫學相關的數學模型，然后培養學生用R和Matlab語言書寫相關程序以解決生物醫學問題，在解決問題的同時掌握程序設計的基本思想以及編程語音的基本語法結構。

3.1 合理選擇生物醫學模型

鑒于此程序設計課程開設于醫學生的基礎課程階段，學生對于生物醫學的知識了解還是比較有限的。在選擇教學模型時，盡量選擇貼近生活實際的醫學研究問題。選取的模型要有針對性，體現生物醫學和數學模型的交叉特點，例如臨床診斷、疾病復發等模型。使學生充分理解生物醫學問題的關鍵所在，能夠建立簡單的數學模型，進而在教學實施過程中才能讓學生掌握如何程序設計的目標和過程。此外，選擇的生物醫學模型要有趣味性，激發學生的學習興趣。

3.2 使用合理的教學方法

以往的程序設計教學過程中，大部分教師主要是以“老師教，學生聽”的方式進行教學，教師照本宣科，上課效果不是很理想，課上學生不愿意聽，課后也沒有興趣復習，學生反映到學期末基礎知識的記憶已所剩無幾。endprint

鑒于此，我們對教學方式進行了改革，由教師提出生物醫學模型，帶領學生通過分析生物醫學問題，然后建立數學模型。接下來將學生進行分組，將教材綱要發放給學生首先自學，以解決生物醫學問題為目標，進行程序設計，并書寫程序代碼。接下來，通過學生講解自己解決生物醫學問題的過程，教師組織學生對其書寫的程序進行討論，闡明程序設計的基本思路和本次課程的知識點。最后，由教師進行總結，布置新的課余任務對程序設計的知識進行鞏固。

這種以任務為目標的程序設計教學方法和討論穿插的教學模式不僅使教學課堂氣氛更加活躍，充分調動學生的積極性，也培養了他們的創新思維和程序設計的能力，同時，也讓學生體會了解決實際問題后帶來的快樂，培養其發現問題、分析問題和解決問題的能力。

3.3 理論和實驗緊密結合

程序設計課程是一門比較枯燥無味的課程，如果只是偏重于理論的教學而忽略學生動手實踐的能力，學生雖然在當時掌握了理論知識，但是過一段時間就會很快遺忘[2]。程序設計的教學也要以學習基礎知識為主導，從理論聯系實際的角度去理解程序設計的基本知識，并注重學生的學以致用，發展學生的動手能力，領悟程序設計的基本思想和過程。

3.4 可能存在的問題

以問題為出發點的學習模式在我國一些醫學院中的基礎課和臨床課中已取得了較好的效果[3]，并初步積累了一些經驗，但是在教學過程中可能會出現一些問題：學生習慣于傳統的灌輸式學習方式，開始學習的過程中可能不太適應；學生可能由于傳統的師道尊嚴而在學習過程中感到比較拘謹，阻礙教師的教學過程；部分學生的合作能力可能不強，依賴于其他學生的結果。

盡管醫學院校生物信息學專業的程序設計課程還需要進一步的改進和完善，但采用任務型教學法并理論聯系實際，在培養學生綜合素質方面較傳統教學法有明顯的優勢。因此，在傳統程序設計教學的基礎上結合任務型教學方式，必將為高等醫學院校程序設計課程的教學改革提供一個新的思路。

參考文獻

[1] 王波，呂筠，李立明.生物醫學大數據：現狀與展望[J].中華流行病學雜志，2014，35（6）：617-620.

[2] 楊永吉.改革教學方法提高學生分析實際問題的能力與實踐[J].力學與實踐，1998（4）.

[3] 王婷，于淼，劉琳琳，等.醫學教育PBL教學實施方式的探討[J].中國高等醫學教育，2007（12）：1-2.endprint