新醫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）

新醫科概念的提出使醫工結合更加緊密，也要求進一步推進醫、工、理、文學科交叉滲透，加強融合創新。新醫科背景下，將醫學知識與工科方法有機融合，尋找醫學問題，用工科方法解決，是應用型人才應具備的能力。為了培養新時代應用型醫學人才，提升課程教學質量，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]。

新醫科具有跨學科、新時代和多元化的特點，建設大學計算機金課就是將新醫科與“兩性一度”有機融合。信息化時代需要醫工、文理融匯，多學科貫通的復合型高層次醫學人才。（1）跨學科與高階性有機融合。新一輪科技革命和產業變革要求醫工結合，而培養學生解決復雜醫學問題的計算思維和信息素質則需要知識、能力和素質有機融合。（2）新時代與創新性有機融合。一方面，隨著網絡和大數據技術的快速發展，新時代的教學內容要能引導學生利用物聯網、大數據、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容是針對醫學綜合實踐項目利用計算思維解決復雜問題，以培養學生計算思維和信息素養，從而進行創新性的學習和工作。（3）多元化與挑戰度有機融合。課程內容要有難度，以培養醫學生創新思維、創新精神、創新意識，提高醫學生抽象思維能力、構造能力，促進醫學生多元化能力的形成。

打造新醫科背景下大學計算機金課，要對教學內容、方法和模式進行改革。近年來，雖然進行了各種教學改革，但是對培養學生創新思維和實踐能力的幫助不大。目前，各種網絡資源與應用軟件不斷涌現，有助于合理應用已有資源進行教學，提高學生參與度，促進學生不斷學習，并將所學知識應用于醫學實踐。而培養學生“醫學+”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

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

1.1 線上資源建設

大學計算機理論課教學內容包含四大部分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：現實問題的符號化—基于0和1 符號的計算化—實現機器的自動化；最后，講授計算系統的構造方法：遞歸與迭代。（2）計算系統。主要講授機器自動化執行過程的實現，包括內存環境下程序的執行、操作系統管理下程序的執行、計算機語言的編寫和執行。（3）算法思維。先講授算法求解的五大步驟：問題與數學建模、算法策略設計、數據結構、控制結構、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過程。（4）數據化與網絡化思維。數據化思維：先獲取數據，然后對獲取的數據進行管理，對數據進行分析與運用，最終形成網絡化思維，即以機器網絡為基礎、信息網絡為媒介，構建群體互動網絡，最終實現網絡化社會。6 個維度為計算技術的奠基性思維、通用計算環境的進化思維、交替促進與共同進化的問題求解思維、計算與社會/自然環境的融合思維、網絡化思維和數據化思維，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，初步形成信息素養。實驗教學內容為課程組錄制的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，按照試題的挑戰性劃分為易、中、難3 個級別。學生自學后，可以通過章節測試題檢驗學習效果。

2023 年6 月，超星網絡學習平臺推出了AI 教學工具——知識圖譜，課程組結合大學計算機課程教學內容整理出214 個知識點，創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，在自主學習的基礎上，組內溝通、合作，共同完成學習任務。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：教師的主要任務由“講”轉變為“引”，即引導和掌控課堂教學進度，利用問題引導學生思考，解答學生疑問，介紹前沿性內容，激發學生學習興趣，引導學生不斷探索創新。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，主要體現在兩方面。一方面是時間的引導，學生要想在有限的時間內掌握教學內容，就需要教師指出教學重點和難點，并在課上加以引導。另一方面是內容的引導，當學生的講解和討論偏離教學內容時，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，學生質疑思辨和教師答疑解惑，有助于培養學生批判性思維。

課后線上學習：課堂教學結束后，為了檢驗學生學習效果，布置的課后作業要有一定難度，即增加具有時代性、跨學科、多元化的題目。同時，教師在爾雅平臺發起專題討論，以便學有余力的學生深入探索，通過觀察、發現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，深化改革創新，提升內涵質量，全面建設高水平特色應用型本科示范高校。新醫科背景下，對照“兩性一度”進行教學改革，將知識目標、能力目標、素質目標和課程思政目標細化到每節課，不斷完善、有機融合。高階性的教學內容要通過具有挑戰度的學習，才能形成具有創新性的計算思維和信息素質。我院秉承“大學至善、大醫精誠、崇尚學術、追求卓越”辦學理念，將課程內容進行醫工交叉，培養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具備的一種思維。對于應用型本科醫學生而言，計算思維就是運用計算機科學的基礎概念，在面對新問題和新挑戰時，理解問題并選擇解決方法的思維過程。信息素養不僅是指學生掌握信息技術，而且關注學生在形成正確情感、態度、價值觀的同時，自覺科學地面對現實問題，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學生計算思維和信息素養展開，通過細化課程教學目標，改革教學內容，提高課程目標與醫學的契合度（見圖3）。

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

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。掌握計算機基礎知識，能夠利用計算機和互聯網獲取、篩選、存儲、組織信息，具備較全面的信息素養。（2）能力目標：通過線上學習，培養學生自主學習和發現問題的能力；通過翻轉課堂、線下教學，培養學生分析、評價能力；通過實驗教學，培養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。（3）素質目標：使學生對計算思維產生濃厚興趣；形成將計算思維融入醫學的“醫學+”思維，解決實際問題；學生通過刻苦學習提高能力和素質；通過質疑、思辨促進學生深入思考，團隊合作，培養溝通和表達能力。（4）思政目標：形成科學的態度、高尚的醫德，成為德才兼備的醫學人才，為人民健康事業做出應有的貢獻。培養學生計算思維，使學生在今后的學習和工作中，更好地使用計算機及相關技術解決本專業的問題。

2.2 教學內容

理論教學的核心是培養計算思維與信息素養（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，“醫學+”計算機體系發展為計算思維樹干，“抽象”和“自動化”為核心，“醫學+”網絡、“醫學+”大數據和“醫學+”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”，使計算機在復雜環境下分工、協同合作。這樣的計算之樹在學生心中生長，以“醫學+”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容Figure 4 Teaching content of computer theory in universities

大學計算機實驗教學內容包括Raptor 軟件應用。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的訓練集合，4 個是以計算思維與醫學專業相結合而設計的綜合實驗（生物基因序列比對問題、動態規劃算法求解醫院資源分配問題、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據集判定疾病分類問題）。綜合實驗能夠考查學生的信息素養、解決醫學問題的能力。學生通過完成實驗課上的各項訓練，形成發現問題、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成。

線上成績：（1）視頻任務。從186 個視頻資源中選擇20 個設置任務，要求學生課前完成。（2）課前測試。學生自學線上視頻內容后，進行課前測驗，可以多次測試。（3）課后作業與專題討論。學生在完成課后作業的基礎上，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容并填寫實驗報告，每學期12 個實驗。（3）期末考試。線下統一安排，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，整合教學內容，將記憶和理解性內容以視頻形式上傳SPOC 平臺，布置教學任務。學生了解學習內容、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，最終掌握所學內容。

現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容，而將自測結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，教師也由傳統的講授者轉變為指導者、評價者。教學結束后，進行課堂測試，了解學習效果，之后進行生生互評，由教師總結教學內容，并對學生進行評價。

（3）課后拓展。課后，學生按時完成作業，及時查缺補漏，利用線上學習資源（習題、導學案、易錯點總結和知識圖譜）深入學習。專題討論可以拓展學生學習的深度和廣度。課后教師總結反思，針對學生線上學習情況和線下反饋，優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 人采用傳統教學法。

3.1 考核方式

采用形成性評價和綜合性評價相結合的考核形式。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，包括組內評價和組間評價。（4）教師評價，教學結束后，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10 分，實驗測試20 分，拓展應用（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 軟件進行數據處理，定量資料采用均數+標準差（±s）描述，以P＜0.05 為差異有統計學意義。

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

組別課后作業實驗測試拓展應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 問卷調查

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

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

3.3 教學成果

共16 個專業的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 網頁瀏覽量為21 141 507人次，累計互動次數為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。新醫科背景下大學計算機金課建設取得了初步成效。

4 結語

新醫科背景下，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，將課程內容與醫學問題有機融合，在培養醫學生計算思維、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。

隨著時代的發展，大學計算機課程改革還有很長的路要走，如何將醫學專業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。