医科院校程序设计课程教学改革实践探究

王萌 弭博岩 郑奋

关键词：医科院校；程序设计课程；教学改革；医工结合

0引言

2023年，教育部等五部门印发的《普通高等教育学科专业设置调整优化改革方案》[1]是新时代背景下党和国家对医学教育模式的全新探索。其中明确指出的“大力推进医科与理科、工科、文科等学科深度交叉融合”为新时代背景下医科院校的教育新模式改革指明了方向。近年来，人工智能等新兴技术蓬勃发展，医学生在图像处理、计算机辅助诊断、医学数据分析等方面的需求不断提升，培养“医工结合”的复合型人才是推动医学科技创新发展的必然趋势。

程序设计是计算机学科的公共基础课程，目前已纳入“中国高等院校计算机基础教育课程体系”[2]。在互联网、云计算、大数据、“人工智能+”等技术飞速发展的今天，程序设计课程在人才培养过程中发挥着越来越突出的作用，已渐渐成为“医工结合”背景下医学生提升信息化素养的必修课程之一。程序设计逐渐成为现代信息技术发展下医学生应掌握的基本技能。

本文深入分析了医科院校程序设计课程中存在的诸多弊端问题，提出相应创新改革方案，以适应新形势下“医工结合”的人才培养需求，为医科院校程序设计课程的教学优化提供参考。

1医科院校程序设计课程现状分析

目前，多数医科院校的程序设计课程内容主要以理工科院校为参考[3]：在有限学时下，所有专业均学习同一种语言，主要以C、Java、VB.Net等高级语言为主，课程的重点在于理论层面，例如代码的底层原理等。在实际教学实践过程中，这样普遍化、难度高、理论性强的课程设计方法使得学生学情、学生兴趣度与课程内容设置、教学方法等方面存在着诸多矛盾，不利于学生工学素养的培养，教学效果有很大的提升空间。

1.1课程内容设置与学生学情实际的矛盾

理工科院校的教学方法往往从高级语言的底层逻辑开始讲起，例如其基本组成原理、数据结构以及结构化方法等。但诸如C、Java、VB.Net等语言的知识点多、知识体系抽象复杂，对于抽象思维和逻辑思维的要求高。而医学生普遍未经过系统的计算机基础知识培训，他们的基础不牢，未建立基本的计算思维，因此他们学习此类课程非常吃力，对于晦涩难懂的知识点不免产生畏难情绪，无法对将所学知识点与医学专业知识进行结合应用。因此，照搬理工科学校的教学模式并不符合医学生的学习实际。

除此之外，在课程内容方面，往往将所有专业都设置相同的学东西内容。然而，不同专业的学生对知识点的掌握和理解程度具有显著差异，这种一致性的人才培养方案导致课程设置过于宽泛、缺乏专业性，无法使学生所学内容与其具体职业发展相联系，难以满足医学不同专业的差异需求，学生无法做到学以致用，往往会对学习失去兴趣，只是通过死记硬背和机械重复的训练疲于应付考试，其素质与能力无法得到根本提高。

1.2理论学习与应用实践的矛盾

程序设计是一门实践性较强的课程，上机实训是教学过程中必不可少的关键环节。部分医科院校在授课过程中主要讲授理论知识，将实践练习以作业形式放在课下，学生看不到直接的程序编写与调试过程，只能从幻灯片或课本中抄写复述代码。这种教学模式将侧重点放在理论知识的传授上，反而忽视了实际操作的重要意义，学生普遍缺乏计算机技术与所学专业相结合的实战训练，错误地将代码的逻辑梳理与调试过程转变成死记硬背的背诵过程。这样重理论知识输出、轻主观能动性的教学方式限制了对学生实践能力的培养效果，忽视了教学过程中提升学生工学素养的重要意义。

1.3传统教学方式与教学资源的矛盾

传统的教学方式以线下教学为主。在线下面对面教学过程中，知识的选择与传递方式往往取决于教师的个人意志，教学的内容局限于教材，教学的形式局限于口头，学生所接触到的知识形式非常有限，无法体现教学的丰富性与灵活化，致使学生的主观能动性不强。结合医学院校实际，程序设计课程分配的学时非常有限，在线下课程授课环节中，较少的教学课时规划难以让学生从零基础到了解底层逻辑并熟练地进行实战应用，加之程序设计课程需要一定的软硬件环境，学生无法在课下随时随地进行练习与实践。囿于学生自主性及时间与空间的限制，学生不能在熟练掌握基础语法的基础上进行拓展，使得课程线下教学效率低下，理论与实践结合不够紧密，学习效果必然受到很大影响。现如今，线上教学的优势[4]十分明显，如何实现线上教学模式的拓展是利用现有教学资源提升学习效果的关键所在。

2医科院校程序设计课程改革

为进一步提升医科院校程序设计课程教学效果，解决课程内容设置与学生学情实际、理论学习与应用实践、传统教学方式与教学资源间的矛盾问题，本文采取面向专业需求、理论实践相交融、线上线下全过程相融合的教学改革方式，将工学素养的培养充分嵌入课程中，开展全方位多维度的信息科学和医学的交叉学科教育，适应智能化、数据化的现代信息化课堂，以打造具有高阶性、创新性和挑战度的“金课”。

2.1因材施教的分层教学课程体系

医学不同专业的学生生源结构具有复杂化、多元化的特点，不同专业学生不仅对知识点的掌握和理解程度差异较大，而且其信息化需求也有所不同。因此，面向不同专业设置不同难度、不同应用面的多样化课程，实施分层、差异式教学，构造因材施教[5]的课程体系，是全方位满足不同专业需求差异的必然趋势。

为建设因材施教的分层教学体系，我们根据不同专业教学内容及目标，完成相应教学实施计划的制订以及相关教案的编写，凝练开设如图1所示的不同方向的教学内容。例如，对于医学信息管理等相关专业的学生，由于其专业对现代化信息处理及信息管理系统的要求逐年提升，因此采用界面性较强、可视化程度较高的C#语言进行教学；对于影像、生物技术等专业，其未来的岗位对于图像处理、人工智能、数据分析等方面需求度高，因此采用与人工智能、数据处理结合更为紧密的Python语言进行教学。引导不同专业的学生学习适合自己岗位需求的课程，更在教学过程中加突出面向专业需求的信息化素质的培养与计算思维的建立。

2.2实战化、模块化的教学方法

在教学过程中，如何打破理论知识讲授与实践实战练习间的界限是事关知识运用的关键所在。为强化实战练习的重要性，采取实战化、模块化的教学方法：采用最直接的现场实战方式进行，全程在机房上课，课程以案例为驱动的方式分模块进行授课。教师结合启发式教学方法，通过教师机实时分享教师机屏幕，边编写程序边同步讲解，学生可以直接观察到教师编程的思路与方法、整体框架与分步细节。在每个模块讲解过后释放学生机屏幕，学生通过及时练习进行巩固，查缺补漏。在练习时学生随时提问，加深对知识点的理解与体会。运用这种实战化、模块化的教学方法打破理论授课和学生实践的界限，充分调动学生的主体作用以及教师的主导作用，课程设计如图2所示。

在案例设置方面，以模块化手段通过医学相关案例使学生完成个性化的训练。聚焦医学信息化人才培养，潜移默化地影响学生对职业发展的关注以及自觉运用现代信息分析手段处理实际问题的能力，为培养“医工结合”的现代化医学人才奠定基础。例如在讲解Python数据分析的相关案例时，以numpy工具包为例，引导学生完成医学相关数据的筛选与清洗，以机器学习模型进行训练与分析，让学生体会各个模型对于数据分析的优缺点，充分调动学生的主观能动性，培养学生独立分析问题的能力。

在讲解理论课程时，对于较为抽象难懂的问题时，将物联网试验箱、仿真机器人、智能小车、可视化编程工具等现代化教学工具引入课堂教学，运用软硬件相结合的方式让学生直观地看到程序设计的应用效果，给学生沉浸式的课堂体验。在设置具体案例时，融入信息安全、5G、区块链、人工智能内容，深入挖掘思政元素切入点，时刻不忘立德树人的根本教学目标，潜移默化地树立学生的爱国意识。

2.3线上线下相融合的教学手段

程序设计课程有着知识点多、涵盖面广、扩展面宽等特点，运用有限的线下教学学时难以达到面面俱到的教学效果。“在线教育”是一种较新的教育模式[6]，以其不受时间和地域的限制等优势，已逐渐成为推动高等教育变革的重要组成部分。为打破时间与空间的诸多限制，消解学生的畏难情绪，拓宽学生的知识获取渠道，采用线上线下相融合的教学手段，充分挖掘线上教学的优势，以线上丰富的学习资源及灵活的学习方法来弥补线下教学的不足，满足学生丰富的个性化学习需求。

整体课程设计将相对基础的知识和课堂拓展部分的内容放到线上，着重于学生自主学习，以导学的方式增添趣味性；将课堂上有限的时间着重用来解决逻辑性强、实战性强、要求高的内容，教师在有限的线下教学学时内提升课堂效率，讲重点、讲难点、讲要点，以线上线下混合教学的方式提升整体教学效果。

在线上利用头歌[7]、智慧树等线上实践教学平台，构建在线程序设计环境，不需要额外去配置软件环境，只要能连接网络，无论在电脑端还是手机端都可以随时学习。以“理论导学、在线编程、模块训练、闯关练习、作业积分排名”等方式形成良性竞争的学习氛围。学生的线上学习时间、学习进度、答题闯关情况会以报表的形式得到统计结果，便于教师关注学生个性化的学习问题。此外，以腾讯会议方式定期举行“线上答疑”“远程调试”等环节梳理与回答学生问题，在课前、课中、课后的全过程都做到线上线下协同，营造突破时间与空间的教学氛围（如图3所示），充分拓宽学生的知识渠道，提升学生的自主学习意识，培养学生的学习思维。

3教学模式实施及效果

经过一个学年的教学实践，本文提出的改革方法总体上取得良好的教学效果。通过实施分层教学课程体系，以教学大纲为基准，为不同专业的学生定制了面向学生未来岗位需求的个性化课程教学计划；通过实施实战化、模块化的教学方法，挖掘和形成了一系列富有创新性的优秀教学案例，同时提高了教师软硬件结合、思政融入的教学能力；通过实施线上线下相融合的教学手段，完善了线上现代化教学平台建设。总体来看，学生的学习兴趣与学习效率得到明显提升。

通过对2022年底结课后随机抽取两个专业学生的考试成绩进行分析、统计，两专业平均成绩同比提高6.3%、7.9%，优秀率同比提高5%、3%，学生的编程能力、逻辑思维能力得到显著提升，验证了本文提出改革方法的有效性。根据普遍问卷调查，91.5%的学生认为分层教学课程体系对于结合医学专业实际起着积极作用，94.5%的学生认为实战化、模块化的教学方法更加符合医科院校程序设计课程的学习实际需求，88%的学生认为线上线下相结合的方式能有效提高学习兴趣，提升学习效率。

4结语

针对当前医科院校程序设计课程教学过程中的痛点和难点，提出了因材施教的分层教学课程体系、实战化模块化的教学方法、线上线下相融合的教学手段。教学实践证明，运用本文方法进行教学改革，能够有效激发学生的学习兴趣，进一步提升医学生的工学素养，为培养优秀的医学信息化人才奠定基础。