新醫(yī)科背景下大學計算機金課實踐探索

寧小美，馬占春，崔 杰，吳 明，張文晶，侯健俁，趙春蘭

（1.齊齊哈爾醫(yī)學院，黑龍江 齊齊哈爾 161000；2.齊齊哈爾大學，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

新醫(yī)科概念的提出使醫(yī)工結(jié)合更加緊密，也要求進一步推進醫(yī)、工、理、文學科交叉滲透，加強融合創(chuàng)新。新醫(yī)科背景下，將醫(yī)學知識與工科方法有機融合，尋找醫(yī)學問題，用工科方法解決，是應(yīng)用型人才應(yīng)具備的能力。為了培養(yǎng)新時代應(yīng)用型醫(yī)學人才，提升課程教學質(zhì)量，打造符合“兩性一度”標準的金課[1]，很多學者進行了教學改革，也取得了一定成效[2-4]。

新醫(yī)科具有跨學科、新時代和多元化的特點，建設(shè)大學計算機金課就是將新醫(yī)科與“兩性一度”有機融合。信息化時代需要醫(yī)工、文理融匯，多學科貫通的復合型高層次醫(yī)學人才。（1）跨學科與高階性有機融合。新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革要求醫(yī)工結(jié)合，而培養(yǎng)學生解決復雜醫(yī)學問題的計算思維和信息素質(zhì)則需要知識、能力和素質(zhì)有機融合。（2）新時代與創(chuàng)新性有機融合。一方面，隨著網(wǎng)絡(luò)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的快速發(fā)展，新時代的教學內(nèi)容要能引導學生利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息化手段解決實際問題；另一方面，大學計算機課程的實踐內(nèi)容是針對醫(yī)學綜合實踐項目利用計算思維解決復雜問題，以培養(yǎng)學生計算思維和信息素養(yǎng)，從而進行創(chuàng)新性的學習和工作。（3）多元化與挑戰(zhàn)度有機融合。課程內(nèi)容要有難度，以培養(yǎng)醫(yī)學生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新意識，提高醫(yī)學生抽象思維能力、構(gòu)造能力，促進醫(yī)學生多元化能力的形成。

打造新醫(yī)科背景下大學計算機金課，要對教學內(nèi)容、方法和模式進行改革。近年來，雖然進行了各種教學改革，但是對培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和實踐能力的幫助不大。目前，各種網(wǎng)絡(luò)資源與應(yīng)用軟件不斷涌現(xiàn)，有助于合理應(yīng)用已有資源進行教學，提高學生參與度，促進學生不斷學習，并將所學知識應(yīng)用于醫(yī)學實踐。而培養(yǎng)學生“醫(yī)學+”思維則是大學計算機課程要解決的問題。

1 大學計算機金課建設(shè)

大學計算機課程要通過與醫(yī)學應(yīng)用相結(jié)合，培養(yǎng)學生科學與工程思維——計算思維，同時促進計算思維與醫(yī)學思維交叉融合形成復合型思維，為后續(xù)課程學習奠定基礎(chǔ)，也為醫(yī)學生將來從事臨床工作提供保障。為實現(xiàn)該課程教學目標，課程組進行了旨在體現(xiàn)跨學科、新時代和多元化特點的課程建設(shè)。

1.1 線上資源建設(shè)

大學計算機理論課教學內(nèi)容包含四大部分6 個維度。四大部分為：（1）計算機與計算。首先，講授現(xiàn)實世界利用計算思維解決問題的實例——小白鼠檢驗毒水瓶，讓學生了解計算思維的價值；然后，講解計算機的本質(zhì)：現(xiàn)實問題的符號化—基于0和1 符號的計算化—實現(xiàn)機器的自動化；最后，講授計算系統(tǒng)的構(gòu)造方法：遞歸與迭代。（2）計算系統(tǒng)。主要講授機器自動化執(zhí)行過程的實現(xiàn)，包括內(nèi)存環(huán)境下程序的執(zhí)行、操作系統(tǒng)管理下程序的執(zhí)行、計算機語言的編寫和執(zhí)行。（3）算法思維。先講授算法求解的五大步驟：問題與數(shù)學建模、算法策略設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、控制結(jié)構(gòu)、算法復雜性與正確性，以旅行商（TSP）案例形式介紹利用五大步驟解決問題的過程。然后，講解基本排序和PageRank 排序經(jīng)典算法的排序過程。最后講解難度較大、涉及問題較廣的算法——遺傳算法，讓學生了解難解性問題的算法實現(xiàn)過程。（4）數(shù)據(jù)化與網(wǎng)絡(luò)化思維。數(shù)據(jù)化思維：先獲取數(shù)據(jù)，然后對獲取的數(shù)據(jù)進行管理，對數(shù)據(jù)進行分析與運用，最終形成網(wǎng)絡(luò)化思維，即以機器網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)、信息網(wǎng)絡(luò)為媒介，構(gòu)建群體互動網(wǎng)絡(luò)，最終實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化社會。6 個維度為計算技術(shù)的奠基性思維、通用計算環(huán)境的進化思維、交替促進與共同進化的問題求解思維、計算與社會/自然環(huán)境的融合思維、網(wǎng)絡(luò)化思維和數(shù)據(jù)化思維，各維度密不可分，相互支撐和促進，推動多學科計算思維的深度融合。

理論教學內(nèi)容共186 個視頻，時長2 788 分鐘。教學目標是使學生理解計算思維的本質(zhì)，初步形成信息素養(yǎng)。實驗教學內(nèi)容為課程組錄制的24 個教學視頻，時長446 分鐘。

1.2 試題庫資源

自建試題庫，其中選擇題557 題、填空題80 題、判斷題87題、程序填空題42 題，按照試題的挑戰(zhàn)性劃分為易、中、難3 個級別。學生自學后，可以通過章節(jié)測試題檢驗學習效果。

2023 年6 月，超星網(wǎng)絡(luò)學習平臺推出了AI 教學工具——知識圖譜，課程組結(jié)合大學計算機課程教學內(nèi)容整理出214 個知識點，創(chuàng)建大學計算機課程知識圖譜（見圖1）。

圖1 大學計算機課程知識圖譜Figure 1 Knowledge graph of computer courses in university

1.3 教學方法

大學計算機課程采用BOPPPS 線上線下混合教學（見圖2）。為了激發(fā)學生學習積極性，我們以學生為中心開展課程教學改革，探索適合醫(yī)學院校本科生的大學計算機金課。

圖2 BOPPPS 線上線下混合教學模型Figure 2 BOPPPS mixed teaching model of online and offline

課前線上學習：課程組將知識點進行分類，劃分為記憶、理解、應(yīng)用、分析和評價5 個層次，即事實性知識——記憶、概念性知識——理解、程序性知識——應(yīng)用、元認知知識——分析和評價。學生以學習小組為單位，在自主學習的基礎(chǔ)上，組內(nèi)溝通、合作，共同完成學習任務(wù)。課前，學生可以利用試題庫中的試題進行自我檢測，加深對知識的理解和掌握。同時，也有助于教師了解學生知識掌握情況，以便在教學中進行重點講解。

課中線下學習：教師的主要任務(wù)由“講”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙保匆龑Ш驼瓶卣n堂教學進度，利用問題引導學生思考，解答學生疑問，介紹前沿性內(nèi)容，激發(fā)學生學習興趣，引導學生不斷探索創(chuàng)新。課堂是學生展示學習成果的舞臺，可以是學生一個人主講，也可以是多人互補式講解，每組講解完畢后，其他組可以提問，教師在這個過程中起引導作用，主要體現(xiàn)在兩方面。一方面是時間的引導，學生要想在有限的時間內(nèi)掌握教學內(nèi)容，就需要教師指出教學重點和難點，并在課上加以引導。另一方面是內(nèi)容的引導，當學生的講解和討論偏離教學內(nèi)容時，教師要及時引導。BOPPPS 線上線下混合教學中，學生的學習積極性較高，課堂氣氛活躍。課上，學生質(zhì)疑思辨和教師答疑解惑，有助于培養(yǎng)學生批判性思維。

課后線上學習：課堂教學結(jié)束后，為了檢驗學生學習效果，布置的課后作業(yè)要有一定難度，即增加具有時代性、跨學科、多元化的題目。同時，教師在爾雅平臺發(fā)起專題討論，以便學有余力的學生深入探索，通過觀察、發(fā)現(xiàn)學習或生活中的實際問題，逐步形成解決問題能力。

2 教學實施

2.1 教學目標

我院第六屆三次職工代表大會提出，深化改革創(chuàng)新，提升內(nèi)涵質(zhì)量，全面建設(shè)高水平特色應(yīng)用型本科示范高校。新醫(yī)科背景下，對照“兩性一度”進行教學改革，將知識目標、能力目標、素質(zhì)目標和課程思政目標細化到每節(jié)課，不斷完善、有機融合。高階性的教學內(nèi)容要通過具有挑戰(zhàn)度的學習，才能形成具有創(chuàng)新性的計算思維和信息素質(zhì)。我院秉承“大學至善、大醫(yī)精誠、崇尚學術(shù)、追求卓越”辦學理念，將課程內(nèi)容進行醫(yī)工交叉，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。

計算思維是當今社會任何人都應(yīng)具備的一種思維。對于應(yīng)用型本科醫(yī)學生而言，計算思維就是運用計算機科學的基礎(chǔ)概念，在面對新問題和新挑戰(zhàn)時，理解問題并選擇解決方法的思維過程。信息素養(yǎng)不僅是指學生掌握信息技術(shù)，而且關(guān)注學生在形成正確情感、態(tài)度、價值觀的同時，自覺科學地面對現(xiàn)實問題，綜合運用多學科方法解決實際問題的能力。大學計算機課程改革圍繞培養(yǎng)學生計算思維和信息素養(yǎng)展開，通過細化課程教學目標，改革教學內(nèi)容，提高課程目標與醫(yī)學的契合度（見圖3）。

應(yīng)用SPSS22.0處理分析本研究數(shù)據(jù)，顱內(nèi)壓水平等計量資料用（±s）表示，組內(nèi)比較應(yīng)用配對t檢驗，組間比較則用獨立樣本t檢驗；計數(shù)資料采用%表示，應(yīng)用Fisher確切檢驗進行兩組間并發(fā)癥發(fā)生率比較，等級資料比較采用秩和檢驗。P＜0.05則差異有統(tǒng)計學意義。

圖3 大學計算機課程教學目標Figure 3 Teaching objectives of computer courses in university

（1）知識目標：理解計算思維的本質(zhì)。掌握計算機基礎(chǔ)知識，能夠利用計算機和互聯(lián)網(wǎng)獲取、篩選、存儲、組織信息，具備較全面的信息素養(yǎng)。（2）能力目標：通過線上學習，培養(yǎng)學生自主學習和發(fā)現(xiàn)問題的能力；通過翻轉(zhuǎn)課堂、線下教學，培養(yǎng)學生分析、評價能力；通過實驗教學，培養(yǎng)學生解決復雜問題的能力，在探究式學習中融入計算思維培養(yǎng)。（3）素質(zhì)目標：使學生對計算思維產(chǎn)生濃厚興趣；形成將計算思維融入醫(yī)學的“醫(yī)學+”思維，解決實際問題；學生通過刻苦學習提高能力和素質(zhì)；通過質(zhì)疑、思辨促進學生深入思考，團隊合作，培養(yǎng)溝通和表達能力。（4）思政目標：形成科學的態(tài)度、高尚的醫(yī)德，成為德才兼?zhèn)涞尼t(yī)學人才，為人民健康事業(yè)做出應(yīng)有的貢獻。培養(yǎng)學生計算思維，使學生在今后的學習和工作中，更好地使用計算機及相關(guān)技術(shù)解決本專業(yè)的問題。

2.2 教學內(nèi)容

理論教學的核心是培養(yǎng)計算思維與信息素養(yǎng)（見圖4）。以“小白鼠測毒”為例，“0 和1”“程序”“遞歸”為計算思維樹根，“醫(yī)學+”計算機體系發(fā)展為計算思維樹干，“抽象”和“自動化”為核心，“醫(yī)學+”網(wǎng)絡(luò)、“醫(yī)學+”大數(shù)據(jù)和“醫(yī)學+”云計算等為果實。期間有語義符號化、計算自動化、算法程序等方法“施肥澆灌”，使計算機在復雜環(huán)境下分工、協(xié)同合作。這樣的計算之樹在學生心中生長，以“醫(yī)學+”為核心的計算思維也隨之形成。線上資源的使用有助于學生課前掌握記憶性和理解性知識，線下教學則更多的是進行應(yīng)用、分析、評價以及知識的講解和學習。

圖4 大學計算機理論教學內(nèi)容Figure 4 Teaching content of computer theory in universities

大學計算機實驗教學內(nèi)容包括Raptor 軟件應(yīng)用。Raptor 軟件操作簡單易學，使用6 個基本圖形就可以完成編程，初學者很容易掌握，對培養(yǎng)學生編程思維、提高實踐能力效果明顯。大學計算機課程實驗內(nèi)容包括12 個項目（見圖5）。其中，8 個是以基本問題求解算法為基礎(chǔ)的訓練集合，4 個是以計算思維與醫(yī)學專業(yè)相結(jié)合而設(shè)計的綜合實驗（生物基因序列比對問題、動態(tài)規(guī)劃算法求解醫(yī)院資源分配問題、利用樸素貝葉斯算法進行疾病的預測、由心血管病人的樣本數(shù)據(jù)集判定疾病分類問題）。綜合實驗?zāi)軌蚩疾閷W生的信息素養(yǎng)、解決醫(yī)學問題的能力。學生通過完成實驗課上的各項訓練，形成發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題能力。

圖5 大學計算機課程實驗教學Figure 5 Experimental teaching of computer courses in university

2.3 課程考核

期末綜合成績由線上成績和線下成績構(gòu)成。

線上成績：（1）視頻任務(wù)。從186 個視頻資源中選擇20 個設(shè)置任務(wù)，要求學生課前完成。（2）課前測試。學生自學線上視頻內(nèi)容后，進行課前測驗，可以多次測試。（3）課后作業(yè)與專題討論。學生在完成課后作業(yè)的基礎(chǔ)上，參加專題討論，旨在拓展知識的深度和廣度。

線下成績：（1）課堂互動。包括教師提問、學生搶答、課程問卷等，達到200 積分就可獲得滿分。（2）實驗報告。要求學生當堂完成實驗內(nèi)容并填寫實驗報告，每學期12 個實驗。（3）期末考試。線下統(tǒng)一安排，采用在線答題的形式，了解學生理論知識、實驗教學內(nèi)容掌握情況，滿分100 分，以40%的比例計入期末綜合成績。

2.4 教學方法與手段

（1）課前自學。以疑促學，學生自學后提出問題并解決問題。教師介紹教學目標，整合教學內(nèi)容，將記憶和理解性內(nèi)容以視頻形式上傳SPOC 平臺，布置教學任務(wù)。學生了解學習內(nèi)容、明確教學目標后，利用線上資源自主學習。通過測試了解自學效果，最終掌握所學內(nèi)容。

現(xiàn)代化教學工具知識圖譜的使用提高了學生學習興趣，有助于學生了解所學內(nèi)容，而將自測結(jié)果以圖像的形式進行展示，也能提高學生學習興趣。教師通過知識圖譜了解班級及個人學習情況，關(guān)注整體效果的同時可以開展個性化指導。

（2）課堂教學。采用學生為主、教師精講和翻轉(zhuǎn)課堂等多種形式進行課堂教學。學生為主體的參與式學習，改變了教師講、學生聽的教學模式。學生以小組為單位學習，各組派代表展示課前學習成果，其他小組提問，教師也由傳統(tǒng)的講授者轉(zhuǎn)變?yōu)橹笇д摺⒃u價者。教學結(jié)束后，進行課堂測試，了解學習效果，之后進行生生互評，由教師總結(jié)教學內(nèi)容，并對學生進行評價。

（3）課后拓展。課后，學生按時完成作業(yè)，及時查缺補漏，利用線上學習資源（習題、導學案、易錯點總結(jié)和知識圖譜）深入學習。專題討論可以拓展學生學習的深度和廣度。課后教師總結(jié)反思，針對學生線上學習情況和線下反饋，優(yōu)化課程資源與教學方法。

3 教學評價

共177 名學生參與該課程學習，隨機分為兩組，其中實驗組87 人，采用BOPPPS 線上線下混合教學法；對照組90 人采用傳統(tǒng)教學法。

3.1 考核方式

采用形成性評價和綜合性評價相結(jié)合的考核形式。形成性評價包括：（1）課前測試，考查學生自主學習效果。（2）拓展應(yīng)用，教師從試題庫隨機抽取試題進行課堂測試，并提出有一定難度的問題讓學生討論后給出答案。（3）課堂生生互評，包括組內(nèi)評價和組間評價。（4）教師評價，教學結(jié)束后，教師給出班級評價和個人評價。綜合性評價包括：（1）期末綜合測試，主要考查學生知識運用能力。（2）實驗測試，主要考查學生運用所學知識解決實際問題的能力。滿分100 分，課前測試10 分，課后作業(yè)10 分，實驗測試20 分，拓展應(yīng)用（課堂測試、專題討論）10分，課堂互動10 分，期末綜合測試40 分。

采用SPSS 23.0 軟件進行數(shù)據(jù)處理，定量資料采用均數(shù)+標準差（±s）描述，以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

實驗組實驗測試、拓展應(yīng)用及期末綜合測試成績高于對照組，且差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），證明實驗組的教學方法在保證學生掌握基礎(chǔ)知識的情況下，對提高學生實踐能力和創(chuàng)新能力有一定成效（見表1）。

表1 兩組成績比較（±s）Table 1 Comparison of results between two groups（±s）

表1 兩組成績比較（±s）Table 1 Comparison of results between two groups（±s）

組別課后作業(yè)實驗測試拓展應(yīng)用課堂互動實驗組對照組P課前測試8.46±1.69 8.48±1.03 0.952 9.03±0.13 8.01±5.00 0.947 17.50±2.04 16.67±0.35 0.000 9.027±0.13 8.011±5.00 0.001 9.63±0.83 8.48±1.50 0.000期末綜合測試26.38±2.40 19.99±4.00 0.001

3.2 問卷調(diào)查

對實驗組進行問卷調(diào)查，了解學生教學反饋。學生普遍認為本組教學方法優(yōu)于傳統(tǒng)教學方法，課程內(nèi)容有一定難度，有助于提高分析、解決問題能力，具體見表2。

表2 實驗組問卷調(diào)查結(jié)果[n（%）]Table 2 Questionnaire survey results of experimental group[n（%）]

3.3 教學成果

共16 個專業(yè)的3 838 名學生利用線上資源完成了大學計算機課程學習，并通過了考核。SPOC 網(wǎng)頁瀏覽量為21 141 507人次，累計互動次數(shù)為105 826 次。2019 年黑龍江省首屆一流課程評比中，我院大學計算機課程被評為線上線下混合式一流課程。新醫(yī)科背景下大學計算機金課建設(shè)取得了初步成效。

4 結(jié)語

新醫(yī)科背景下，BOPPPS 線上線下混合教學在大學計算機課程中的實施，貫通課前、課中和課后，將課程內(nèi)容與醫(yī)學問題有機融合，在培養(yǎng)醫(yī)學生計算思維、提高學生分析和解決問題能力方面取得了一定效果，達到了教學目標。

隨著時代的發(fā)展，大學計算機課程改革還有很長的路要走，如何將醫(yī)學專業(yè)與計算機類課程深度融合，使學生成為掌握跨學科知識、具有解決問題能力的復合型高級人才是今后努力的方向。