軍隊醫科院校計算機基礎課程設計
——以Python程序設計模塊為例

王 萌 李東 方陸 江東 鄭 奮

（中國人民解放軍海軍軍醫大學，上海 200433）

1 引言

計算機基礎課程是中央軍委訓練管理部規定的全軍各專業必修的通用基礎科學文化課程[1]。隨著信息化水平的不斷提高，計算機在眾多應用場景中與其他學科的交叉和融合愈發緊密，例如醫學數據處理與分析、虛擬仿真手術、模擬實驗等等。在大力發展科技興軍的今天，學好計算機課程對于培養學員的邏輯思維能力，提升學員的信息化素養，增強學員對新技術的理解起著至關重要的作用。

2 現狀分析

與國外醫學生由理工預科培養的模式相比，我國的醫學生在本科期間課程門類多、學時緊張，工學大類課程僅安排在公共基礎教學階段，工科素養培養的時間在全部課時中占比很小。2020年9月23日，國務院辦公廳印發的《關于加快醫學教育創新發展的指導意見》[2]中明確指出：“要全面優化醫學人才培養結構，加快高層次復合型醫學人才培養，促進醫工等學科交叉融合。”這為醫科院校的計算機課程設計指明了方向。現代醫學正逐步向醫工結合為代表的新醫科發展。

對于軍隊醫科院校而言，計算機基礎課程作為人才培養過程中為數不多的工學課程之一，課時相對較少，課程種類較少。絕大部分學員入學前計算機基礎較差，未系統學習過計算機相關知識。面對計算機學科知識日新月異的發展，如何結合醫工結合的教學理念，有的放矢地、有指向性地設計計算機基礎課程，形成符合專業個性化需求的課程體系，是值得軍隊院校計算機教員思考的問題。

3 課程教學設計

為了使學員能夠更好適應智能化、數據化的現代信息化條件，計算機基礎課程中包含眾多模塊，例如信息處理、數據分析、數字多媒體、程序設計等等。隨著近些年人工智能、大數據行業的蓬勃發展，Python語言成為現如今最熱門、應用最廣泛的編程語言之一，越來越多非計算機專業人士將Python語言作為自動化辦公的工具。對于軍隊醫科院校的學員來說，Python語言簡潔、高效、可擴展性強等優秀特點，是幫助他們初步了解程序設計的邏輯框架與結構、初步鍛煉計算思維能力的有力手段，同時也是輔助他們提高日常學習生活效率的得力工具。因此，Python程序設計模塊深受廣大學員的喜愛。

結合軍隊醫科院校現狀，為使學員在較少的課時內高效地掌握計算機基礎知識，本文從三個方面進行了課程教學設計。下面以Python程序設計模塊為例具體論述。

3.1 以問題為導向的啟發式教學

傳統程序設計類的計算機課堂將整體課程割裂為講授為主的理論模塊與用以鞏固理論知識的實驗模塊兩大部分[3]。對于基礎較差的軍隊醫科院校學員而言，在有限時長的課堂中將理論知識與實踐操作割裂開，極易造成學員喪失興趣、欠缺動手能力、無法將所學應用于實際等問題，從而無法適應未來醫工結合的現實需求。因此，在課堂教學過程中，設計了以問題為導向的啟發式教學方式，以具體案例為出發點，課堂中不再將理論與實際分隔開，而是由教員提出聯系學員日常的問題，進而引導學員分析問題，解決問題，以應用關聯知識點，以知識點促進應用，將知識點與操作過程、代碼書寫有機融合。

針對軍隊醫科院校的學科特點，在設計具體案例時，要考慮貼合學員學習日常，在課程中融入醫學元素，更重要的是考慮到課程思政在培養合格軍校學員過程中的巨大作用[4]。從課程實際出發，結合具體課程內容，設計了具體的教學案例，從而實現計算機課程與學員日常應用及思政有機地、無痕地結合，在引起學員興趣的同時，達到“潤物細無聲”的效果。案例設計舉例如下：

案例1：分支語句是根據不同的條件判斷結果，給程序以不同的走向。根據該知識點的特點，結合醫學理論、黨在新時代的強軍目標等軍隊醫科院校學員應知應會的知識來構建簡易問答題庫系統。例如輸入“聽黨指揮”，程序返回其具體含義“聽黨指揮是靈魂，決定軍隊建設的政治方向”等等。通過構建題庫的案例，在引起學員共鳴的同時，潛移默化地將學員的理論知識水平和政治理論素養協同提高。在講解與具體分析案例時，由于題庫包含多個問題，學員容易聯想到利用多分支語句if…elif…else結構書寫。但解決問題的思維方式不應局限于一種，向學員拋出問題：“如果題庫進一步擴充，如何優化整體邏輯？”提示學員可結合Python語言特有的列表、字典數據類型，將整體思路優化為“判斷問題與答案是否已存儲”，即可利用雙分支語句if…else結構解決問題。在構建學員計算思維的同時，培養學員舉一反三、多角度分析與綜合的辯證思維能力。

案例2：循環結構是程序設計三大結構中較難理解的一種，學習這種結構時，學員的學習興趣會有所減退，易產生畏難情緒。因此，在設計案例時，結合學員平常學習中遇到的血壓判斷、血糖單位轉換、身體質量指數計算等等應用場景由淺入深地構建自動化的、可手動跳出的簡易循環交互系統，貼近學員生活實際進行講解。使學員熟練掌握醫學專業知識的同時，深入理解代碼的運行邏輯，提升學員的思辨能力。

案例3：turtle庫是Python語言中常用的圖形繪制函數庫，能給學員直觀的視覺感受。在案例設置時，選擇紅十字、中國人民解放軍軍徽等元素，由易到難訓練學員編寫代碼的能力，并且，對于較為復雜的圖案，讓學員以分組討論的方式完成。這樣的方式既能加深學員對程序邏輯的理解，又能鍛煉學員的團隊協作能力。借助此案例，學員能深入了解turtle庫中基本函數的語法及應用，同時掌握以順序結構為例的程序的基本運行結構，在潛移默化中引導學員不斷提升身為醫者、身為軍人崇尚榮譽的行動自覺。

案例4：Python的一大特點是可擴展性強，可通過對第三方庫的引用快速便捷地完成工作任務，例如運用jieba庫、wordcloud庫可以快捷地進行詞頻統計與分析。根據這兩個庫的特點設計詞頻統計案例。此案例結合《習近平總書記系列重要講話讀本》中關于“建設一支聽黨指揮、能打勝仗、作風優良的人民軍隊”這部分內容進行詞頻分析，并且生成詞云圖的程序設計（如圖1所示）。通過該案例，加深學員對字符串、列表等基本數據類型、函數、方法的理解，且通過對習近平總書記系列重要講話讀本的文檔進行分析，在潛移默化中加強學員對黨忠誠的思想引領。

圖1 詞云圖程序設計案例

3.2 化抽象為具體的沉浸式教學

對于軍隊醫科院校學員而言，抽象思維能力薄弱是重要的學習制約因素[5]。針對此問題，整個教學過程采用視覺與聽覺多個角度來將整體課程具象化，給學員以實體呈現的沉浸式體驗。

在進行分支語句、循環語句、函數定義等較難理解的知識點時，采用LabVIEW圖形化編輯系統輔助編寫程序，以框圖的形式使整體代碼具象化（如圖2所示），讓程序設計過程不再聚焦于看不到、摸不到的抽象思維邏輯，而是讓學員能以簡單的操作方法去理解復雜的思維邏輯。

圖2 LabVIEW圖形化編輯系統

此外，在課堂中引入先進的人工智能技術，例如內置Python運行環境的智能機器人來輔助教學。例如，在案例1（問答題庫系統）的具體實施過程中，運用機器人的語音模塊來替代Python教學中常用的“print函數”作為輸出，以生動的語音代替枯燥的屏幕輸出，帶動學員調試修改程序的積極性；在講解程序結構的過程中，將“敬禮”動作手臂運動的步驟與順序結構相聯系，運用機器人的手臂運動模塊設計“敬禮”動作，具體流程如圖3所示，讓學員能在視覺上感知程序設計的基本概念。通過人工智能機器人技術，讓學員能在視覺、聽覺多個角度形象地了解程序運行邏輯的同時，逐步構建起計算思維邏輯。

圖3 “敬禮”動作流程圖

3.3 多角度考核的教學評價方式

教學評價是衡量教學效果的主要手段，也是提升課程質量的重要組成部分[6]。通常而言，計算機基礎課程中的教學評價手段往往分為三個部分：學員出勤情況、平時作業以及期末考試成績。在Python程序設計課程學習過程中，對于學員的教學評價不應僅僅拘泥于理論知識，還應體現在學員的思維能力、品行品質上。例如在學員提交的代碼中所體現的學員的邏輯思維能力，以及在完成一些綜合性強的作業中體現的團隊協作能力等等。將學員的考試成績與課堂中的隨堂表現情況以7:3的比例進行綜合評價，以專業技術知識考察為主，以學員思維能力、品行品質考察為輔，構建多角度、全周期的評價方式，推動立德樹人建設持續高效發展。

4 教學效果實踐與討論

經過兩個學期的課程設計與具體實踐，本文所提出的Python程序設計課程教學效果顯著，獲得高度認可。

我們于2021年7月份及2022年2月份結課后隨機對四個教學班次的125名學員進行了統計與問卷調研。經統計，學員Python程序設計模塊的成績同比上升5.4%。問卷調研結果顯示：100%的參與者認為對Python程序設計課程的興趣度得到明顯提高，98%的參與者認為自身計算思維水平得到顯著提升，93%的參與者認為對于程序設計課程的畏難情緒有所緩解，100%的參與者認為課程中的案例對于提升醫學、軍政理論知識有積極作用，100%的參與者認為LabVIEW與人工智能機器人對學習Python很有幫助，98%的參與者認為多角度的教學評價方式更為合理，91%的參與者希望能再額外學習一些程序設計課程，100%參與者對Python程序課程的教學設計持肯定態度。

綜上，本文提出的課程教學方法讓軍隊醫科院校學員以強烈的興趣在較短的時間內獲得實踐的體驗，提升了學員的邏輯思維能力和信息素養，為軍隊醫科院校計算機基礎課程的實施與發展提供了良好借鑒。在今后的工作中將繼續挖掘與豐富教學案例，在不斷探索與實踐中提煉改進教學方法。