綜合性實驗在醫學信息專業編程課中的實踐研究

葉遠濃，靳 帥，王 敏，張曉婭，黃夢雅

（貴州醫科大學 大健康學院，貴州 貴陽 550025）

引言

隨著大數據技術的興起，大數據相關人才極度缺乏，對此，國內不少高校相繼開設大數據類專業以培養大數據技術人才［1］。不少醫學院校也相繼開設了針對醫療健康大數據分析挖掘人才培養的專業，如醫學信息工程、生物醫學工程、生物醫藥數據科學等專業。針對大數據分析挖掘人才培養目標，許多高校把“程序設計”課程作為該類專業學生的專業核心課程，目的是使學生掌握編寫計算機程序用于分析大數據的能力，以提高學生對算法基本方法和思路的理解與認識，提升學生綜合分析問題和靈活運用知識的能力［2］。我校醫學信息工程于2017年開始招生，開設了“Python與大數據分析挖掘”和“R語言與可視化”兩門編程類課程。

編程類課程屬于實踐性課程，如何合理地設計實驗課程非常重要。傳統的實驗課程設置是以基礎實驗為主，即學生按照實驗指導書，按部就班地操作，輸出結果與實驗指導書一致即可。這導致每個學生的實驗成績區分度不高，學生缺乏獨立思考意識，進而打擊了學生的積極性并抑制了學生的個性發展［3］。這與培養創新能力的目標相背離，因此，如何創新實驗課程以激發學生獨立思考和鉆研的積極性，成為編程類課程的一個課題。

我們不斷地對編程類實驗課程進行改革探索，逐漸將綜合性實驗引入編程類課程中，學生根據自己的興趣選擇一個綜合性實驗題目，自主思考，綜合利用所學知識進行了操作，以達到實驗的要求。為了保證綜合性實驗能在編程類課程中有更好的教學效果，我們只將綜合性實驗引入“R語言與可視化”課程中，而“Python與大數據分析挖掘”依舊采用基礎實驗的模式［4］。

一、方法與材料

本研究以2017級和2018級兩個年級的“Python與大數據分析挖掘”和“R語言與可視化”課程的教學效果為研究對象。首先，這兩門課程均由同一位教師授課，可以避免由不同教師的不同教學水平導致的差異。其次，這兩門課程的實驗學時相同，均為36學時的實驗學時，保證在學時上統一。

2017級的“Python與大數據分析挖掘”和“R語言與可視化”兩門課程均采用基礎實驗，即將實驗分散到教學周，每逢雙周上1次實驗課，每次4學時，完成前一次理論課程所學知識的上機實驗，按照實驗指導書完成上機編程實驗。2018、2017級的“Python與大數據分析挖掘”仍然采用基礎實驗模式，每逢雙周上1次實驗課，每次4學時，按照實驗指導書完成上機編程實驗，以作為綜合性實驗成效的對比。不同的是，2018級“R語言與可視化”課程采用綜合性實驗模式進行。為了更好地開展綜合性實驗，“R語言與可視化”實驗課程安排在后九個教學周進行，即第10～18周每周進行實驗課，每次4個學時。以此保證學生在進行綜合性實驗時能有足夠多的知識儲備來獨立創新地完成實驗。

“Python與大數據分析挖掘”開設學期是第二學期，“R語言與可視化”開課學期為第三學期，因此可以避免由于“R語言與可視化”的綜合性實驗學習成效對“Python與大數據分析挖掘”學習成效的影響。上述兩門課程信息如表1。

表1 課程信息表

二、綜合性實驗教學成效分析

為了研究綜合性實驗對學生創新能力和課程學習能力的提升效果，我們以期末考試卷面成績作為分析對象，通過成績分析，發現每個年級都有1個成績為個位數的學生，為了保證統計有意義，我們將其視為異常點刪除，刪除后成績統計結果如表2。

表2 成績統計

圖1 成績分布圖

圖2 各年級不同課程成績分布比較圖

由以上成績統計和分布圖我們可以看出，兩個年級都存在不同水平的學生，通過t檢驗比較2017 級“Python 與大數據分析挖掘”和“R 語言與可視化”的成績，發現差異顯著性P值為0.30，平均分分別為68.14和69.66。表示兩門課編程類均采用基礎性實驗的情況下，課程學習效果沒有差別。

再對比2017級和2018級兩個年級的兩門課程學習效果，“Python與大數據分析挖掘”課程在兩個年級中，都采用基礎性實驗模式，通過兩個年級的比較發現，兩者平均分分別為68.14和67.26，經過t檢驗分析，發現其P值為0.36，沒有顯著差異，表示在基礎性實驗情況下，兩個年級的“Python與大數據分析挖掘”課程學習效果相當。

對比2017級和2018級兩個年級“R語言與可視化”課程的學習效果，2017級的實驗課采用的是基礎性實驗模式，2018級的實驗課采用的是綜合性實驗模式。通過兩個年級的比較發現，兩者平均分分別為69.66和77.05，經過t檢驗分析，其P值為9.20×10-6，遠遠小于0.01，顯示這兩個年級的成績分布有顯著差異，表示在綜合性實驗情況下，學生的學習成效更好。

結論

對于信息類和大數據類專業，編程類課程屬于實踐性很強的課程，該類課程的實驗教學設置具有重要意義。在教學設計安排中，為貫徹我院“實踐育人、科研育人、文化育人、健康育人”的辦學理念，進一步深化教育教學改革，加強實踐能力的培養，我們不斷進行實踐教學改革和探索不同實驗課程方式對學生實踐動手能力的影響，包括采用綜合實驗設計等實驗模式，加強實踐教學力度，增設綜合性、創新性實驗，以提高學生綜合應用所學編程知識解決實際問題的能力。

綜合性實驗是以模塊實驗為主導的一種新型實驗，不是真的采用單一的實驗模塊進行實驗。學生在教師的引導下，根據自身的能力和興趣選擇自己感興趣的實驗題目，并且學生經過獨立思考（或團隊合作）完成實驗步驟。指導教師在整個實驗中只起到答疑的作用，總體實驗設計由學生探索和實施，以充分發揮學生的主觀能動性和獨立操作能力。通過引入綜合性實驗，培養了學生的綜合設計能力和創新意識，使學生具備可視化開發環境下的編程設計能力、良好的程序設計素養與規范的程序設計方法，從而能獨立開發出具有實際意義的程序，畢業時能更好地適應市場的需求，并且加強了學生對編程類課程的學習興趣和學習成效。