基于計算機(jī)與信息技術(shù)基礎(chǔ)課程培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生計算思維能力

森干+石永芳

摘要：計算思維在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有重要的作用，計算機(jī)與信息技術(shù)基礎(chǔ)課程是培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生計算思維的主要課程，因此，該文提出將計算思維引入到醫(yī)學(xué)院校的計算機(jī)與信息技術(shù)基礎(chǔ)課程中，通過項目驅(qū)動式教學(xué)模式及案例和對比教學(xué)方法，訓(xùn)練和提高醫(yī)學(xué)生的計算思維能力及邏輯分析處理能力。

關(guān)鍵詞：計算機(jī)與信息技術(shù)；基礎(chǔ)計算；思維；醫(yī)學(xué)生

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）25-0046-02

1 概述

美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)周以真教授[1]為計算思維作出了準(zhǔn)確的定義：計算思維（Computational Thinking）是運用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類的行為；計算思維的本質(zhì)是抽象和自動化，其體系包括“計算、抽象、自動化、設(shè)計、通信、協(xié)作、記憶和評估”。計算思維、實證思維與邏輯思維是人類在認(rèn)識世界、改造世界過程中表現(xiàn)出的三種基本思維特征。而計算機(jī)與信息技術(shù)基礎(chǔ)課程是培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生計算機(jī)能力及計算思維能力的重要課程，在講授過程中注重和深化計算思維，教授學(xué)生更側(cè)重利用計算機(jī)解決問題時的思路及過程，使學(xué)生掌握計算思維的思想和方法，使其有助于學(xué)生對醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的一些問題的分析和解決，成為兼具醫(yī)學(xué)與現(xiàn)代化信息技術(shù)的復(fù)合型人才。

2 項目驅(qū)動式教學(xué)模式

以計算思維和邏輯思維為導(dǎo)向，運用項目驅(qū)動式教學(xué)模式，通過項目的分析與實現(xiàn)過程，強(qiáng)化醫(yī)學(xué)生對計算、抽象及自動化等計算思維本質(zhì)要素的理解，提高利用計算思維和邏輯算法科學(xué)分析及解決問題的能力，從而達(dá)到鍛煉學(xué)生通過計算機(jī)信息技術(shù)處理醫(yī)藥領(lǐng)域及臨床信息的目的，同時也增強(qiáng)了理論結(jié)合實踐，改善動手實踐少的教學(xué)不足，拓寬課程的深度和內(nèi)容。驅(qū)動式教學(xué)模式是基于計算模型的方式構(gòu)建計算機(jī)處理信息的模式，以面向問題分析、算法設(shè)計、軟件實現(xiàn)的方式組織知識，通過循序漸進(jìn)引導(dǎo)實踐，強(qiáng)化動手能力，培養(yǎng)學(xué)生在形成用計算思維方式處理問題的能力中少走彎路。這種模式能更好發(fā)揮學(xué)生的主動性及創(chuàng)新性，養(yǎng)成良好的計算思維和計算科學(xué)分析解決問題的能力。

3教學(xué)方法

在計算機(jī)與信息技術(shù)基礎(chǔ)課程的教學(xué)過程中，采用案例教學(xué)法和對比教學(xué)法相結(jié)合的教學(xué)方法，并在醫(yī)學(xué)信息問題求解過程中涉及計算、程序、算法、迭代和推理等計算思維的核心概念，使得在計算機(jī)與信息技術(shù)基礎(chǔ)知識講授的基礎(chǔ)上，增加醫(yī)學(xué)信息分析與處理的教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化醫(yī)學(xué)生對可計算性的醫(yī)學(xué)問題的理解和處理的能力。

3.1案例教學(xué)法

案例教學(xué)法是從問題入手，啟發(fā)學(xué)生思考、分析案例，引導(dǎo)學(xué)生在案例解決中構(gòu)造算法，進(jìn)而掌握相關(guān)的概念、函數(shù)、功能及應(yīng)用，真正達(dá)到教學(xué)目的[1]。本課程通過案例將醫(yī)學(xué)應(yīng)用問題轉(zhuǎn)化為計算機(jī)可以處理的小過程展示給學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生利用計算機(jī)技術(shù)分析并解決實際問題的能力，鍛煉學(xué)生計算思維的能力。以案例驅(qū)動為中心的教學(xué)模式可分為如下步驟。

1） 引入案例：通過引入醫(yī)學(xué)案例來開展教學(xué)，梳理出解決案例的知識點，引導(dǎo)學(xué)生找到解決問題的根本。

2） 構(gòu)建算法模型：分析案例，提取關(guān)鍵因素及相互的關(guān)系，構(gòu)建相應(yīng)的算法與計算模型。

3） 軟件（函數(shù)）實現(xiàn)：把求解問題的過程轉(zhuǎn)為計算機(jī)能處理的“輸入”→ “計算”→“輸出”的過程，同時，規(guī)劃好存放數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)[2]，建立各變量及函數(shù)之間的關(guān)系。

案例 ：某制藥廠生產(chǎn)Ⅰ、Ⅱ兩種抗生素藥品，都需要在A、B兩種不同的設(shè)備上加工。表1各藥品在各臺設(shè)備上所需要的臺時數(shù)及可得的利潤。已知設(shè)備A、B的有效臺時數(shù)是120和80。求如何安排生產(chǎn)計劃可使的利潤最大化。

通過定義決策變量、目標(biāo)函數(shù)及明確約束條件，形成制藥廠問題完整的線性優(yōu)化模型算法的如下：

MaX Z = 240X1+300X2

s.t 2X1+2X2≤120

X1+2X2≤80

X1≥0，X2≥0

用Excel2010的規(guī)劃求解功能實現(xiàn)及運算結(jié)果如下圖：

3.3.2 對比教學(xué)法

算法是求解問題的重要環(huán)節(jié)，代表著用信息系統(tǒng)的方法描述解決問題的策略機(jī)制，實現(xiàn)了對一定規(guī)范的輸入，在有限時間內(nèi)獲得所要求的輸出的過程，而這一過程是計算思維的一種體現(xiàn)。對于同一問題的求解，可能存在不同的算法設(shè)計及軟件實現(xiàn)，因此在計算機(jī)與信息技術(shù)基礎(chǔ)課程中，培養(yǎng)學(xué)生交流對同一問題的不同算法設(shè)計及軟件實現(xiàn)，對比算法和軟件的確切性、可行性、高效性、健壯性，使學(xué)生進(jìn)行更深入的探索性學(xué)習(xí)，從而進(jìn)一步鍛煉和增強(qiáng)學(xué)生的計算思維，提高創(chuàng)新精神、探索精神及問題求解的能力。

4總結(jié)

基于計算思維的教學(xué)方法的改進(jìn)，在醫(yī)學(xué)生的計算機(jī)與信息技術(shù)基礎(chǔ)課程中得到實踐，以項目驅(qū)動式教學(xué)模式為主，把計算機(jī)與信息技術(shù)基礎(chǔ)與醫(yī)學(xué)信息有機(jī)相結(jié)合，突出醫(yī)學(xué)生計算思維能力和邏輯思維能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練，讓學(xué)生掌握計算思維的思想，從而提高在信息技術(shù)環(huán)境下，對解決醫(yī)學(xué)信息問題的處理能力。

參考文獻(xiàn)：

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