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基于程序设计课程培养医学生的计算思维能力

来源:用户上传      作者:高园园 杨谊 傅蓉 阳维

  【摘要】随着大数据,机器学习及人工智能的发展,近年来计算思维在医学教育中受到越来越多的关注和重视。将计算思维通过程序设计课程引入到医学院校的计算机教学过程中,通过基于问题学习模式(Problem-Based Learning, PBL) 及翻转课堂教学方法,进一步培养和提高医学生的计算思维能力。
  【关键词】程序设计课程  计算思维  医学生
  【中图分类号】G44 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2020)17-0239-01
  计算机基础课程与程序设计课程是医学院校培养医学生计算思维的重要课程,尤其是程序设计课程,通过具体的程序设计项目,使得学生的计算思维得以培养和锻炼。文中一方面通过翻转课堂的教学形式,加深医学生对计算机知识的学习和理解;另一方面通过PBL的教学模式,锻炼医学生应用计算机解决实际问题的能力,在解决问题过程中使其计算思维能力得到锻炼和提高。
  一、计算思维概述
  2006年,计算思维(Computational Thinking)由卡内基·梅隆大学的周以真教授第一次给出了正式的定义[1],即是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为;计算思维的本质是抽象和自动化,其体系包括“计算、抽象、自动化、设计、通信、协作、记忆和评估”。2017年,周以真教授对于计算思维又给出一个更容易理解的定义[2],即是计算思维是指在制定问题和设计其解决方案时所涉及的思维过程,目的是为了使“计算机”——人或机器可以有效地执行。计算思维概念的进一步清晰,为广大科研人员和教育工作者指明了方向,可以在教学实践中通过多种教学形式、教学模式及教学方法的结合,提高医学生的计算思维,培养出具有较高计算思维素质的医学生。计算思维的核心一个是抽象,另一个是自动化,求解问题是如何从复杂的表象中提取本质,转化成数学问题或计算问题,在此基础上建立数学或计算模型、设计算法和编程实现。
  二、教学活动的设计
  1.PBL教学设置
  程序课程中PBL具体的设计流程是:首先,根据课程教学目标设计问题;然后,进行分组,组织学生进行分工合作及讨论;然后,教师借助学校的爱课平台、蓝墨云班课、雨课堂、QQ等各种教学资源启发学生去解决问题;最后,学生进行成果汇报,教师给予评价、总结[3]。过去的教学中我们主要开展的是知识性、操作性的教学活动,这样学生只能学一点掌握一点。PBL教学设置的基本思想是“以问题为中心,以学生为主力,以教师为引导”。基于此可以培养学生学会怎么用计算机的方法和手段解决问题,学了一点就能解决一类相关相似的问题,提高了抽象思维能力。在程序设计课程中,我们采用小组合作的形式进行小组讨论,组内互助,小组汇报的形式完成教学任务。培养了学生的计算思维力,同时调动学生学习热情,增强了自主学习的能力。
  2.翻转课堂设计
  在教学过程中,我们采用翻转课堂教学模式,把计算机程序课程的基本知识放在课堂之外,鼓励学生自主学习基础知识,查阅资料拓展知识面。在上课时,先用一个学时为学生讲述什么是计算思维,怎样将计算思维与具体问题相结合。剩下的课程留在大家上机实践,在实践中进一步培养计算思维能力。例如,在VB程序设计课程中,我们要求学生设计一个病案信息采集的应用程序,界面如下:
  首先需要学生线下(课下)进行编程基础知识的学习,如单选按钮、多选按钮及文本框的使用。其次根据应用程序要求,考虑需要采集的病案信息,如病人的病历号、姓名、性别,病人的病史及病历的录入等。通过具体的编程实践,将计算机知识和具体问题相结合,编程实现本程序。最后在线上(课上)通过这个程序设计题目引导学生思考,如何编写程序让计算机能够实现我们的要求。需要注意的是,教师应重在引导学生,帮助学生构造一个解决问题的科学体系,而非讲解如何编程。
  通过翻转课堂的教学模式,既可充分发挥学生学习主体的作用,又可以进行更高级别的学习,保证课程的教学质量的同时,锻炼高级别学习能力。此种教学模式可以改善传统教学模式在教学方法单一的不足,采用更多的课堂组织形式如实验教学、小组讨论、分组汇报等,提高了学生的积极性,提高他们的计算思维能力,同时增强了医学生学习程序语言的信心。
  三、 教学思考及总结
  信息时代,掌握基本的计算思维能力是每位医学生的必备技能。作为计算思维培养的主体,医学生自身要重视该项能力的培养,积极配合教学活动,在教师的带领下努力培养自身的计算思维能力。基于计算思维的教学活动的设计,使得医学生在程序课程的具体实践中通过完成相应的任务,把计算机程序设计思想与医学问题有机结合,培养和训练了医学生计算思维能力,让学生掌握了计算思维的思想,提高了运用计算思维能力解决医学问题的能力。
  参考文献:
  [1]Wing, J. M. Computational thinking. Communications of the ACM, 2006(3):33-35.
  [2]Wing J. Computational Thinking’s Influence on Research and Education for All. International Journal of Educational Technology, 2017(2).
  [3]高园園,杨谊, 边兆英, 马建华.“VB程序设计”混合式教学探索与实践[J].教育教学论坛, 2017(46).
  [4]宁小美.高校医学生计算思维培养模式研究[J].卫生职业教育,2018(23):14-15.
  [5]高园园.运用实例教学法提高VB教学效果[J].南方医学教育,2012(2).
  [6]森干,石永芳. 基于计算机与信息技术基础课程培养医学生计算思维能力[J].电脑知识与技术,2016(25).
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