基于計(jì)算思維的醫(yī)學(xué)院校大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)模式研究與實(shí)踐

張 榮，張 爍，楊俊麗，閻 潔，吳燕萍

（1.山西醫(yī)科大學(xué) 計(jì)算機(jī)教學(xué)部，山西 太原030001；2.山西青年職業(yè)學(xué)院 計(jì)算機(jī)系，山西 太原030024）

0 引 言

大學(xué)計(jì)算機(jī)教學(xué)作為大學(xué)通識(shí)教育的一個(gè)重要組成部分，不只是培養(yǎng)學(xué)生熟練掌握計(jì)算機(jī)基本操作的能力，更注重的是對(duì)于計(jì)算思維的培養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維來(lái)解決專業(yè)問(wèn)題成為當(dāng)前計(jì)算機(jī)教學(xué)發(fā)展的新目標(biāo)[1]。九校聯(lián)盟（C9）[2]計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程研討會(huì)上曾強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)教學(xué)的核心任務(wù)是“計(jì)算思維能力的培養(yǎng)”，計(jì)算機(jī)教學(xué)課程體系和教學(xué)內(nèi)容都應(yīng)以計(jì)算思維能力培養(yǎng)為核心[3]。在日常的計(jì)算機(jī)教學(xué)中，提高醫(yī)學(xué)院校學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)計(jì)算機(jī)課程的積極性至關(guān)重要，使學(xué)生不僅了解計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，熟練操作計(jì)算機(jī)相關(guān)應(yīng)用，更能具備計(jì)算思維，并善于運(yùn)用計(jì)算思維思考和解決問(wèn)題，為將來(lái)從事醫(yī)務(wù)工作夯實(shí)基礎(chǔ)。

1 醫(yī)學(xué)院校大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)概況

醫(yī)學(xué)院校的大學(xué)計(jì)算機(jī)課程的教學(xué)對(duì)象一般是非計(jì)算機(jī)類專業(yè)的學(xué)生，主要包括臨床、麻醉、影像、口腔等醫(yī)學(xué)專業(yè)以及英語(yǔ)、社會(huì)工作、勞動(dòng)保障等非醫(yī)學(xué)專業(yè)。多個(gè)醫(yī)學(xué)院校多次在培養(yǎng)方案、授課內(nèi)容等方面進(jìn)行調(diào)整，以山西醫(yī)科大學(xué)的計(jì)算機(jī)課程教學(xué)為例，該校的計(jì)算機(jī)教學(xué)部在2015年更換了教材，新版教材在對(duì)舊版教材中部分內(nèi)容刪減的基礎(chǔ)上更加重視對(duì)計(jì)算思維的培養(yǎng)，經(jīng)過(guò)不斷地摸索和實(shí)踐，雖然在改進(jìn)教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容方面取得了一定成效，但還是存在以下問(wèn)題。

1）學(xué)生基礎(chǔ)差異較明顯。

當(dāng)前，大部分醫(yī)學(xué)院校大學(xué)計(jì)算機(jī)課程的教學(xué)并未考慮到學(xué)生基礎(chǔ)差異的問(wèn)題，對(duì)所有學(xué)生“一視同仁”，這種方式導(dǎo)致基礎(chǔ)好的學(xué)生感到教學(xué)內(nèi)容過(guò)于簡(jiǎn)單，無(wú)法獲得更多、更新的計(jì)算機(jī)知識(shí)和技能，而基礎(chǔ)較差的學(xué)生感到無(wú)法完全消化課堂內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)操作難度過(guò)大，跟不上教學(xué)進(jìn)度。因此課堂無(wú)法同時(shí)照顧到所有學(xué)生，影響授課效果。

2）計(jì)算思維對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)較為抽象、難以理解。

2006年，美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)周以真[4]教授對(duì)計(jì)算思維進(jìn)行了清晰系統(tǒng)的闡述。然而，醫(yī)學(xué)院校的大學(xué)計(jì)算機(jī)課程面向?qū)ο蠖际欠怯?jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，他們并沒(méi)有深厚的計(jì)算機(jī)理論基礎(chǔ)，對(duì)于這一闡述仍難以理解，因此，單純闡述并不能讓學(xué)生理解和掌握概念，我們需要進(jìn)一步研究如何將計(jì)算思維解釋為可以開(kāi)展教學(xué)的、更易于學(xué)生理解的問(wèn)題，讓教學(xué)具有可操作性。

2 課程內(nèi)容學(xué)習(xí)的計(jì)算思維能力培養(yǎng)

自計(jì)算思維的概念被廣泛提出之后，全國(guó)各高校紛紛開(kāi)展基于計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革，試圖將計(jì)算思維能力的培養(yǎng)貫穿于課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)之中。山西醫(yī)科大學(xué)在2014年更換教材，新教材在開(kāi)篇就引入了計(jì)算思維的概念，但在實(shí)際教學(xué)中，以計(jì)算思維為導(dǎo)向，探索思維層面引導(dǎo)與內(nèi)容層面提煉的雙向互動(dòng)式計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革策略進(jìn)行得并不順利，計(jì)算思維的各個(gè)核心概念與計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)不能恰當(dāng)?shù)貪B透和結(jié)合，導(dǎo)致教師只是在“講”計(jì)算思維，抽象難以形象，學(xué)生只是在“聽(tīng)”計(jì)算思維，枯燥難以理解。因此，山西醫(yī)科大學(xué)相關(guān)的教師對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了分析和整理，構(gòu)建了各章節(jié)內(nèi)容與計(jì)算思維知識(shí)點(diǎn)相融合的知識(shí)內(nèi)容體系，見(jiàn)表1。

為了強(qiáng)化思維性教學(xué)，教學(xué)過(guò)程應(yīng)該根據(jù)表1列舉的計(jì)算思維知識(shí)體系進(jìn)行“三步教學(xué)法”。第一步，介紹計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論及處理問(wèn)題的基本方法；第二步，分析總結(jié)相關(guān)的計(jì)算思維方法及其適用條件；第三步，列舉生活中或是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中涉及計(jì)算思維的具體案例，研究如何靈活運(yùn)用計(jì)算思維處理和解決實(shí)際問(wèn)題的方法[5]。通過(guò)實(shí)施“三步教學(xué)法”，計(jì)算思維的核心概念不再脫離計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，與教材緊密相融，與實(shí)際問(wèn)題緊密結(jié)合，真正實(shí)現(xiàn)思維的傳授，達(dá)到對(duì)學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。

3 “MOOC+翻轉(zhuǎn)課堂”的混合教學(xué)模式

“MOOC+翻轉(zhuǎn)課堂”的混合教學(xué)模式將以“教師”為主體的教學(xué)模式改為以“學(xué)生”為主體的教學(xué)模式，有效改進(jìn)了傳統(tǒng)教學(xué)模式。翻轉(zhuǎn)課堂[6]“課前傳授+課堂內(nèi)化”的形式一改傳統(tǒng)課堂“課堂傳授+課后內(nèi)化”的形式，把一些基本概念的學(xué)習(xí)放在課前，給課上留下足夠多的時(shí)間開(kāi)展學(xué)生和師生之間的討論，通過(guò)課堂上的教學(xué)互動(dòng)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行深度剖析，使學(xué)生能夠理解疑點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題，對(duì)概念進(jìn)行充分理解和深層加工，達(dá)到知識(shí)的內(nèi)化。

3.1 MOOC與翻轉(zhuǎn)課堂的結(jié)合

MOOC（massive open online course）即大規(guī)模在線開(kāi)放課程，不僅提供教學(xué)視頻、課件等資源，而且提供網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)教學(xué)社區(qū)[7]。MOOC的課程一般由名校的專業(yè)團(tuán)隊(duì)制作完成，結(jié)構(gòu)較為完整，包括名師主講課程內(nèi)容以及測(cè)試、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)等，因此可以很好地保證教學(xué)資源的質(zhì)量。學(xué)生在翻轉(zhuǎn)課堂的課前預(yù)習(xí)以及課內(nèi)訓(xùn)練中可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)免費(fèi)使用MOOC提供的優(yōu)質(zhì)資源，不受時(shí)間、地點(diǎn)等限制地觀看視頻，這給翻轉(zhuǎn)課堂提供了更加便捷的課前學(xué)習(xí)條件。

3.2 在線教學(xué)平臺(tái)的使用

超星學(xué)習(xí)通是一款在線教學(xué)平臺(tái)，可以有效輔助翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，教師起主導(dǎo)作用，以學(xué)生為中心，營(yíng)造一個(gè)平等、開(kāi)放、共享、互動(dòng)、互助的教學(xué)環(huán)境，可充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和自覺(jué)性，加強(qiáng)教學(xué)過(guò)程中教師與學(xué)生的互動(dòng)，改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，沒(méi)有時(shí)間、空間的約束，真正實(shí)現(xiàn)師生、學(xué)生之間的有效互動(dòng)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)知識(shí)的興趣以及用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的能力。

表1 大學(xué)計(jì)算機(jī)課程計(jì)算思維知識(shí)點(diǎn)分布

3.3 教學(xué)過(guò)程

根據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模型并結(jié)合醫(yī)學(xué)院校學(xué)生的特點(diǎn)，構(gòu)建“MOOC+翻轉(zhuǎn)課堂”混合教學(xué)模式設(shè)計(jì)模型。模型將整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)劃分為MOOC平臺(tái)的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)和翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)兩大模塊，教學(xué)過(guò)程主要包括課前、課中和課后，如圖1所示。

3.3.1 MOOC平臺(tái)的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

基于MOOC平臺(tái)開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)主要是利用MOOC中的教學(xué)資源，如課程視頻、在線測(cè)試、課后討論交流、相關(guān)課程閱讀資料等。借助超星學(xué)習(xí)通在線教學(xué)平臺(tái)，由學(xué)生課前通過(guò)MOOC觀看下次課程內(nèi)容。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中通過(guò)階段測(cè)試來(lái)了解學(xué)習(xí)情況，教學(xué)平臺(tái)自動(dòng)記錄產(chǎn)生的問(wèn)題，學(xué)生可針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行在線交流，獲得解決方案，或者在翻轉(zhuǎn)課堂由師生共同解決，完成對(duì)教學(xué)內(nèi)容的基本掌握。在完成了課前準(zhǔn)備以及翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)活動(dòng)后，學(xué)生可以基本掌握課堂內(nèi)容，課后還需進(jìn)一步鞏固和完善，學(xué)生通過(guò)教學(xué)平臺(tái)完成教師布置的作業(yè)，教師根據(jù)學(xué)生的MOOC學(xué)習(xí)情況、自測(cè)情況、課堂作業(yè)、課后作業(yè)完成情況綜合給出每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)。

3.3.2 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)的核心是“以學(xué)生為中心”，主要考慮學(xué)生如何內(nèi)化在MOOC平臺(tái)所獨(dú)立學(xué)習(xí)的知識(shí)，將教學(xué)模式由傳統(tǒng)的“教師講，學(xué)生聽(tīng)”變?yōu)椤敖處焼?wèn)，學(xué)生答”的任務(wù)為驅(qū)動(dòng)的自主學(xué)習(xí)模式。上課之前教師需將班級(jí)劃分為若干學(xué)習(xí)小組，小組成員在教師的指導(dǎo)下共同完成所有教學(xué)活動(dòng)。課堂上教師應(yīng)針對(duì)本次教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)、難點(diǎn)以及涉及計(jì)算思維的知識(shí)點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論，使學(xué)生理解和掌握計(jì)算思維的方法，該階段安排2學(xué)時(shí)。首先，學(xué)生回顧課前MOOC課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容，由教師或者學(xué)生提出在MOOC課程的學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題，小組成員共同討論獲得解決問(wèn)題的方法；其次，教師要“因材施教”，根據(jù)不同學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的不同問(wèn)題和學(xué)生自身的特點(diǎn)采用個(gè)性化、多樣化的教學(xué)模式來(lái)進(jìn)行指導(dǎo)，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)交流，滿足學(xué)生的不同需求，幫助學(xué)生自主解決學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題，加深對(duì)知識(shí)的理解和掌握；再次，學(xué)生根據(jù)自身的學(xué)習(xí)情況不斷總結(jié)反思，鞏固練習(xí)，對(duì)重點(diǎn)以及難點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)習(xí)；最后，教師根據(jù)學(xué)生在翻轉(zhuǎn)課堂上的表現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行整體性評(píng)價(jià)，激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。為了達(dá)到個(gè)性化的教學(xué)目的，教師應(yīng)隨時(shí)注意學(xué)生的學(xué)習(xí)反饋，及時(shí)進(jìn)行總結(jié)和評(píng)價(jià)。

圖1 “MOOC+翻轉(zhuǎn)課堂”混合教學(xué)模式設(shè)計(jì)

4 教學(xué)改革效果分析

山西醫(yī)科大學(xué)于2016—2017年度上半學(xué)期在2016級(jí)某專業(yè)進(jìn)行教學(xué)改革試點(diǎn)，教學(xué)效果良好，達(dá)到教學(xué)改革的目標(biāo)。

4.1 課堂教學(xué)效果分析

采用“MOOC+翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式后，課堂整體氛圍以及學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性都有了明顯的提高。

（1）由于采用了互動(dòng)式教學(xué)，課堂上學(xué)生與學(xué)生之間，學(xué)生與老師之間的交流互動(dòng)大大增多，所有的學(xué)生都參與其中，因此學(xué)生的注意力比傳統(tǒng)授課模式更加集中，而且精神狀態(tài)飽滿有活力，打瞌睡、看手機(jī)的現(xiàn)象少了許多。

（2）因?yàn)閷W(xué)生都是提前預(yù)習(xí)過(guò)課堂內(nèi)容的，所以在討論互動(dòng)環(huán)節(jié)學(xué)生會(huì)更有針對(duì)性地參與其中，主動(dòng)討論遇到的難點(diǎn)、重點(diǎn)問(wèn)題，學(xué)習(xí)主動(dòng)性增強(qiáng)，教師提問(wèn)環(huán)節(jié)學(xué)生都能主動(dòng)回答，不再需要老師點(diǎn)名。

4.2 課程考核結(jié)果分析

此次試點(diǎn)班級(jí)大學(xué)計(jì)算機(jī)的平均成績(jī)?yōu)?9.3，比同一老師同時(shí)授課的另一個(gè)專業(yè)的平均成績(jī)高出5.3分。通過(guò)對(duì)此次期末成績(jī)的分析，可以看出：①學(xué)生對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)的掌握很扎實(shí)，基礎(chǔ)題失分很少，說(shuō)明對(duì)于重點(diǎn)知識(shí)能夠深刻理解和掌握。②一些分值較高的主觀題的得分率也很高，并且大部分同學(xué)都可以運(yùn)用計(jì)算思維的方法來(lái)分析和解答問(wèn)題，說(shuō)明在思維拓展方面，同學(xué)們得到了一定的提高。

4.3 存在的問(wèn)題

通過(guò)進(jìn)一步的分析，此次教學(xué)改革還存在以下問(wèn)題：

（1）試點(diǎn)班級(jí)的期末成績(jī)平均分雖然比其他未參與教改的專業(yè)高，但是提高的分值并不多，可能是因?yàn)樵谡n程考核里面有50%的成績(jī)是機(jī)試成績(jī)，相較理論課來(lái)說(shuō)，機(jī)試的考核內(nèi)容主要由實(shí)習(xí)課完成，所以需進(jìn)一步完善考核評(píng)價(jià)機(jī)制，全面地評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)于課程內(nèi)容的掌握情況，避免片面的、單一的、不公平的考核效果。

（2）MOOC與課程不配套。此次教改使用的MOOC平臺(tái)上國(guó)內(nèi)知名高校的精品課程與課程教材并不匹配，學(xué)生普遍反映如果能由自己的教師來(lái)錄制MOOC視頻的話，會(huì)更有親切感，學(xué)習(xí)效果會(huì)更好，因此，學(xué)?；蛘呓萄惺铱梢约弦恍┙虒W(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的教師錄制自己的教學(xué)視頻。

（3）計(jì)算思維與相關(guān)知識(shí)點(diǎn)結(jié)合度不夠。大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程內(nèi)容中包含很多用計(jì)算思維解決問(wèn)題的教學(xué)案例，應(yīng)該在課堂中引入更多的典型教學(xué)案例，通過(guò)案例的展開(kāi)，帶入計(jì)算機(jī)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，掌握計(jì)算思維解決問(wèn)題的方法。

5 結(jié) 語(yǔ)

當(dāng)前大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)的核心內(nèi)容不再只是掌握計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，熟練操作計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，還包括以培養(yǎng)計(jì)算思維能力為核心，掌握計(jì)算思維解決問(wèn)題的方法。因此，必須打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，改革現(xiàn)有的教學(xué)方法、內(nèi)容以及考核機(jī)制。筆者提出的教學(xué)改革措施在實(shí)踐中取得了一定成效，但仍有不足。在今后的工作中，還需進(jìn)一步推廣和完善教學(xué)改革，不斷調(diào)整和改善課堂教學(xué)內(nèi)容，引入案例教學(xué)，做好考核評(píng)價(jià)機(jī)制。

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