新医科背景下大学计算机金课实践探索

2024-04-09宁小美马占春张文晶侯健俣赵春兰

卫生职业教育 2024年7期

宁小美，马占春，崔杰，吴明，张文晶，侯健俣，赵春兰

（1.齐齐哈尔医学院，黑龙江齐齐哈尔 161000；2.齐齐哈尔大学，黑龙江齐齐哈尔 161000）

新医科概念的提出使医工结合更加紧密，也要求进一步推进医、工、理、文学科交叉渗透，加强融合创新。新医科背景下，将医学知识与工科方法有机融合，寻找医学问题，用工科方法解决，是应用型人才应具备的能力。为了培养新时代应用型医学人才，提升课程教学质量，打造符合“两性一度”标准的金课[1]，很多学者进行了教学改革，也取得了一定成效[2-4]。

新医科具有跨学科、新时代和多元化的特点，建设大学计算机金课就是将新医科与“两性一度”有机融合。信息化时代需要医工、文理融汇，多学科贯通的复合型高层次医学人才。（1）跨学科与高阶性有机融合。新一轮科技革命和产业变革要求医工结合，而培养学生解决复杂医学问题的计算思维和信息素质则需要知识、能力和素质有机融合。（2）新时代与创新性有机融合。一方面，随着网络和大数据技术的快速发展，新时代的教学内容要能引导学生利用物联网、大数据、人工智能等信息化手段解决实际问题；另一方面，大学计算机课程的实践内容是针对医学综合实践项目利用计算思维解决复杂问题，以培养学生计算思维和信息素养，从而进行创新性的学习和工作。（3）多元化与挑战度有机融合。课程内容要有难度，以培养医学生创新思维、创新精神、创新意识，提高医学生抽象思维能力、构造能力，促进医学生多元化能力的形成。

打造新医科背景下大学计算机金课，要对教学内容、方法和模式进行改革。近年来，虽然进行了各种教学改革，但是对培养学生创新思维和实践能力的帮助不大。目前，各种网络资源与应用软件不断涌现，有助于合理应用已有资源进行教学，提高学生参与度，促进学生不断学习，并将所学知识应用于医学实践。而培养学生“医学+”思维则是大学计算机课程要解决的问题。

1 大学计算机金课建设

大学计算机课程要通过与医学应用相结合，培养学生科学与工程思维——计算思维，同时促进计算思维与医学思维交叉融合形成复合型思维，为后续课程学习奠定基础，也为医学生将来从事临床工作提供保障。为实现该课程教学目标，课程组进行了旨在体现跨学科、新时代和多元化特点的课程建设。

1.1 线上资源建设

大学计算机理论课教学内容包含四大部分6 个维度。四大部分为：（1）计算机与计算。首先，讲授现实世界利用计算思维解决问题的实例——小白鼠检验毒水瓶，让学生了解计算思维的价值；然后，讲解计算机的本质：现实问题的符号化—基于0和1 符号的计算化—实现机器的自动化；最后，讲授计算系统的构造方法：递归与迭代。（2）计算系统。主要讲授机器自动化执行过程的实现，包括内存环境下程序的执行、操作系统管理下程序的执行、计算机语言的编写和执行。（3）算法思维。先讲授算法求解的五大步骤：问题与数学建模、算法策略设计、数据结构、控制结构、算法复杂性与正确性，以旅行商（TSP）案例形式介绍利用五大步骤解决问题的过程。然后，讲解基本排序和PageRank 排序经典算法的排序过程。最后讲解难度较大、涉及问题较广的算法——遗传算法，让学生了解难解性问题的算法实现过程。（4）数据化与网络化思维。数据化思维：先获取数据，然后对获取的数据进行管理，对数据进行分析与运用，最终形成网络化思维，即以机器网络为基础、信息网络为媒介，构建群体互动网络，最终实现网络化社会。6 个维度为计算技术的奠基性思维、通用计算环境的进化思维、交替促进与共同进化的问题求解思维、计算与社会/自然环境的融合思维、网络化思维和数据化思维，各维度密不可分，相互支撑和促进，推动多学科计算思维的深度融合。

理论教学内容共186 个视频，时长2 788 分钟。教学目标是使学生理解计算思维的本质，初步形成信息素养。实验教学内容为课程组录制的24 个教学视频，时长446 分钟。

1.2 试题库资源

自建试题库，其中选择题557 题、填空题80 题、判断题87题、程序填空题42 题，按照试题的挑战性划分为易、中、难3 个级别。学生自学后，可以通过章节测试题检验学习效果。

2023 年6 月，超星网络学习平台推出了AI 教学工具——知识图谱，课程组结合大学计算机课程教学内容整理出214 个知识点，创建大学计算机课程知识图谱（见图1）。

图1 大学计算机课程知识图谱Figure 1 Knowledge graph of computer courses in university

1.3 教学方法

大学计算机课程采用BOPPPS 线上线下混合教学（见图2）。为了激发学生学习积极性，我们以学生为中心开展课程教学改革，探索适合医学院校本科生的大学计算机金课。

图2 BOPPPS 线上线下混合教学模型Figure 2 BOPPPS mixed teaching model of online and offline

课前线上学习：课程组将知识点进行分类，划分为记忆、理解、应用、分析和评价5 个层次，即事实性知识——记忆、概念性知识——理解、程序性知识——应用、元认知知识——分析和评价。学生以学习小组为单位，在自主学习的基础上，组内沟通、合作，共同完成学习任务。课前，学生可以利用试题库中的试题进行自我检测，加深对知识的理解和掌握。同时，也有助于教师了解学生知识掌握情况，以便在教学中进行重点讲解。

课中线下学习：教师的主要任务由“讲”转变为“引”，即引导和掌控课堂教学进度，利用问题引导学生思考，解答学生疑问，介绍前沿性内容，激发学生学习兴趣，引导学生不断探索创新。课堂是学生展示学习成果的舞台，可以是学生一个人主讲，也可以是多人互补式讲解，每组讲解完毕后，其他组可以提问，教师在这个过程中起引导作用，主要体现在两方面。一方面是时间的引导，学生要想在有限的时间内掌握教学内容，就需要教师指出教学重点和难点，并在课上加以引导。另一方面是内容的引导，当学生的讲解和讨论偏离教学内容时，教师要及时引导。BOPPPS 线上线下混合教学中，学生的学习积极性较高，课堂气氛活跃。课上，学生质疑思辨和教师答疑解惑，有助于培养学生批判性思维。

课后线上学习：课堂教学结束后，为了检验学生学习效果，布置的课后作业要有一定难度，即增加具有时代性、跨学科、多元化的题目。同时，教师在尔雅平台发起专题讨论，以便学有余力的学生深入探索，通过观察、发现学习或生活中的实际问题，逐步形成解决问题能力。

2 教学实施

2.1 教学目标

我院第六届三次职工代表大会提出，深化改革创新，提升内涵质量，全面建设高水平特色应用型本科示范高校。新医科背景下，对照“两性一度”进行教学改革，将知识目标、能力目标、素质目标和课程思政目标细化到每节课，不断完善、有机融合。高阶性的教学内容要通过具有挑战度的学习，才能形成具有创新性的计算思维和信息素质。我院秉承“大学至善、大医精诚、崇尚学术、追求卓越”办学理念，将课程内容进行医工交叉，培养学生解决实际问题的能力。

计算思维是当今社会任何人都应具备的一种思维。对于应用型本科医学生而言，计算思维就是运用计算机科学的基础概念，在面对新问题和新挑战时，理解问题并选择解决方法的思维过程。信息素养不仅是指学生掌握信息技术，而且关注学生在形成正确情感、态度、价值观的同时，自觉科学地面对现实问题，综合运用多学科方法解决实际问题的能力。大学计算机课程改革围绕培养学生计算思维和信息素养展开，通过细化课程教学目标，改革教学内容，提高课程目标与医学的契合度（见图3）。

应用SPSS22.0处理分析本研究数据，颅内压水平等计量资料用（±s）表示，组内比较应用配对t检验，组间比较则用独立样本t检验；计数资料采用%表示，应用Fisher确切检验进行两组间并发症发生率比较，等级资料比较采用秩和检验。P＜0.05则差异有统计学意义。

图3 大学计算机课程教学目标Figure 3 Teaching objectives of computer courses in university

（1）知识目标：理解计算思维的本质。掌握计算机基础知识，能够利用计算机和互联网获取、筛选、存储、组织信息，具备较全面的信息素养。（2）能力目标：通过线上学习，培养学生自主学习和发现问题的能力；通过翻转课堂、线下教学，培养学生分析、评价能力；通过实验教学，培养学生解决复杂问题的能力，在探究式学习中融入计算思维培养。（3）素质目标：使学生对计算思维产生浓厚兴趣；形成将计算思维融入医学的“医学+”思维，解决实际问题；学生通过刻苦学习提高能力和素质；通过质疑、思辨促进学生深入思考，团队合作，培养沟通和表达能力。（4）思政目标：形成科学的态度、高尚的医德，成为德才兼备的医学人才，为人民健康事业做出应有的贡献。培养学生计算思维，使学生在今后的学习和工作中，更好地使用计算机及相关技术解决本专业的问题。

2.2 教学内容

理论教学的核心是培养计算思维与信息素养（见图4）。以“小白鼠测毒”为例，“0 和1”“程序”“递归”为计算思维树根，“医学+”计算机体系发展为计算思维树干，“抽象”和“自动化”为核心，“医学+”网络、“医学+”大数据和“医学+”云计算等为果实。期间有语义符号化、计算自动化、算法程序等方法“施肥浇灌”，使计算机在复杂环境下分工、协同合作。这样的计算之树在学生心中生长，以“医学+”为核心的计算思维也随之形成。线上资源的使用有助于学生课前掌握记忆性和理解性知识，线下教学则更多的是进行应用、分析、评价以及知识的讲解和学习。

图4 大学计算机理论教学内容Figure 4 Teaching content of computer theory in universities

大学计算机实验教学内容包括Raptor 软件应用。Raptor 软件操作简单易学，使用6 个基本图形就可以完成编程，初学者很容易掌握，对培养学生编程思维、提高实践能力效果明显。大学计算机课程实验内容包括12 个项目（见图5）。其中，8 个是以基本问题求解算法为基础的训练集合，4 个是以计算思维与医学专业相结合而设计的综合实验（生物基因序列比对问题、动态规划算法求解医院资源分配问题、利用朴素贝叶斯算法进行疾病的预测、由心血管病人的样本数据集判定疾病分类问题）。综合实验能够考查学生的信息素养、解决医学问题的能力。学生通过完成实验课上的各项训练，形成发现问题、分析问题和解决问题能力。

图5 大学计算机课程实验教学Figure 5 Experimental teaching of computer courses in university

2.3 课程考核

期末综合成绩由线上成绩和线下成绩构成。

线上成绩：（1）视频任务。从186 个视频资源中选择20 个设置任务，要求学生课前完成。（2）课前测试。学生自学线上视频内容后，进行课前测验，可以多次测试。（3）课后作业与专题讨论。学生在完成课后作业的基础上，参加专题讨论，旨在拓展知识的深度和广度。

线下成绩：（1）课堂互动。包括教师提问、学生抢答、课程问卷等，达到200 积分就可获得满分。（2）实验报告。要求学生当堂完成实验内容并填写实验报告，每学期12 个实验。（3）期末考试。线下统一安排，采用在线答题的形式，了解学生理论知识、实验教学内容掌握情况，满分100 分，以40%的比例计入期末综合成绩。

2.4 教学方法与手段

（1）课前自学。以疑促学，学生自学后提出问题并解决问题。教师介绍教学目标，整合教学内容，将记忆和理解性内容以视频形式上传SPOC 平台，布置教学任务。学生了解学习内容、明确教学目标后，利用线上资源自主学习。通过测试了解自学效果，最终掌握所学内容。

现代化教学工具知识图谱的使用提高了学生学习兴趣，有助于学生了解所学内容，而将自测结果以图像的形式进行展示，也能提高学生学习兴趣。教师通过知识图谱了解班级及个人学习情况，关注整体效果的同时可以开展个性化指导。

（2）课堂教学。采用学生为主、教师精讲和翻转课堂等多种形式进行课堂教学。学生为主体的参与式学习，改变了教师讲、学生听的教学模式。学生以小组为单位学习，各组派代表展示课前学习成果，其他小组提问，教师也由传统的讲授者转变为指导者、评价者。教学结束后，进行课堂测试，了解学习效果，之后进行生生互评，由教师总结教学内容，并对学生进行评价。

（3）课后拓展。课后，学生按时完成作业，及时查缺补漏，利用线上学习资源（习题、导学案、易错点总结和知识图谱）深入学习。专题讨论可以拓展学生学习的深度和广度。课后教师总结反思，针对学生线上学习情况和线下反馈，优化课程资源与教学方法。

3 教学评价

共177 名学生参与该课程学习，随机分为两组，其中实验组87 人，采用BOPPPS 线上线下混合教学法；对照组90 人采用传统教学法。

3.1 考核方式

采用形成性评价和综合性评价相结合的考核形式。形成性评价包括：（1）课前测试，考查学生自主学习效果。（2）拓展应用，教师从试题库随机抽取试题进行课堂测试，并提出有一定难度的问题让学生讨论后给出答案。（3）课堂生生互评，包括组内评价和组间评价。（4）教师评价，教学结束后，教师给出班级评价和个人评价。综合性评价包括：（1）期末综合测试，主要考查学生知识运用能力。（2）实验测试，主要考查学生运用所学知识解决实际问题的能力。满分100 分，课前测试10 分，课后作业10 分，实验测试20 分，拓展应用（课堂测试、专题讨论）10分，课堂互动10 分，期末综合测试40 分。

采用SPSS 23.0 软件进行数据处理，定量资料采用均数+标准差（±s）描述，以P＜0.05 为差异有统计学意义。

实验组实验测试、拓展应用及期末综合测试成绩高于对照组，且差异有统计学意义（P＜0.05），证明实验组的教学方法在保证学生掌握基础知识的情况下，对提高学生实践能力和创新能力有一定成效（见表1）。

表1 两组成绩比较（±s）Table 1 Comparison of results between two groups（±s）

组别课后作业实验测试拓展应用课堂互动实验组对照组P课前测试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期末综合测试26.38±2.40 19.99±4.00 0.001

3.2 问卷调查

对实验组进行问卷调查，了解学生教学反馈。学生普遍认为本组教学方法优于传统教学方法，课程内容有一定难度，有助于提高分析、解决问题能力，具体见表2。

表2 实验组问卷调查结果[n（%）]Table 2 Questionnaire survey results of experimental group[n（%）]

3.3 教学成果

共16 个专业的3 838 名学生利用线上资源完成了大学计算机课程学习，并通过了考核。SPOC 网页浏览量为21 141 507人次，累计互动次数为105 826 次。2019 年黑龙江省首届一流课程评比中，我院大学计算机课程被评为线上线下混合式一流课程。新医科背景下大学计算机金课建设取得了初步成效。