基于计算思维的医学院校大学计算机课程教学模式研究与实践

张 荣，张 烁，杨俊丽，阎 洁，吴燕萍

（1.山西医科大学 计算机教学部，山西 太原030001；2.山西青年职业学院 计算机系，山西 太原030024）

0 引 言

大学计算机教学作为大学通识教育的一个重要组成部分，不只是培养学生熟练掌握计算机基本操作的能力，更注重的是对于计算思维的培养，培养学生运用计算思维来解决专业问题成为当前计算机教学发展的新目标[1]。九校联盟（C9）[2]计算机基础课程研讨会上曾强调计算机教学的核心任务是“计算思维能力的培养”，计算机教学课程体系和教学内容都应以计算思维能力培养为核心[3]。在日常的计算机教学中，提高医学院校学生学习大学计算机课程的积极性至关重要，使学生不仅了解计算机基础知识，熟练操作计算机相关应用，更能具备计算思维，并善于运用计算思维思考和解决问题，为将来从事医务工作夯实基础。

1 医学院校大学计算机课程教学概况

医学院校的大学计算机课程的教学对象一般是非计算机类专业的学生，主要包括临床、麻醉、影像、口腔等医学专业以及英语、社会工作、劳动保障等非医学专业。多个医学院校多次在培养方案、授课内容等方面进行调整，以山西医科大学的计算机课程教学为例，该校的计算机教学部在2015年更换了教材，新版教材在对旧版教材中部分内容删减的基础上更加重视对计算思维的培养，经过不断地摸索和实践，虽然在改进教学方法和教学内容方面取得了一定成效，但还是存在以下问题。

1）学生基础差异较明显。

当前，大部分医学院校大学计算机课程的教学并未考虑到学生基础差异的问题，对所有学生“一视同仁”，这种方式导致基础好的学生感到教学内容过于简单，无法获得更多、更新的计算机知识和技能，而基础较差的学生感到无法完全消化课堂内容，实验操作难度过大，跟不上教学进度。因此课堂无法同时照顾到所有学生，影响授课效果。

2）计算思维对于非计算机专业学生来说较为抽象、难以理解。

2006年，美国卡内基·梅隆大学周以真[4]教授对计算思维进行了清晰系统的阐述。然而，医学院校的大学计算机课程面向对象都是非计算机专业的学生，他们并没有深厚的计算机理论基础，对于这一阐述仍难以理解，因此，单纯阐述并不能让学生理解和掌握概念，我们需要进一步研究如何将计算思维解释为可以开展教学的、更易于学生理解的问题，让教学具有可操作性。

2 课程内容学习的计算思维能力培养

自计算思维的概念被广泛提出之后，全国各高校纷纷开展基于计算思维的计算机基础课程教学改革，试图将计算思维能力的培养贯穿于课程内容的学习之中。山西医科大学在2014年更换教材，新教材在开篇就引入了计算思维的概念，但在实际教学中，以计算思维为导向，探索思维层面引导与内容层面提炼的双向互动式计算机基础课程教学改革策略进行得并不顺利，计算思维的各个核心概念与计算机基础知识点不能恰当地渗透和结合，导致教师只是在“讲”计算思维，抽象难以形象，学生只是在“听”计算思维，枯燥难以理解。因此，山西医科大学相关的教师对教学内容进行了分析和整理，构建了各章节内容与计算思维知识点相融合的知识内容体系，见表1。

为了强化思维性教学，教学过程应该根据表1列举的计算思维知识体系进行“三步教学法”。第一步，介绍计算机的基础知识、基本理论及处理问题的基本方法；第二步，分析总结相关的计算思维方法及其适用条件；第三步，列举生活中或是医学领域中涉及计算思维的具体案例，研究如何灵活运用计算思维处理和解决实际问题的方法[5]。通过实施“三步教学法”，计算思维的核心概念不再脱离计算机基础知识，与教材紧密相融，与实际问题紧密结合，真正实现思维的传授，达到对学生计算思维能力的培养。

3 “MOOC+翻转课堂”的混合教学模式

“MOOC+翻转课堂”的混合教学模式将以“教师”为主体的教学模式改为以“学生”为主体的教学模式，有效改进了传统教学模式。翻转课堂[6]“课前传授+课堂内化”的形式一改传统课堂“课堂传授+课后内化”的形式，把一些基本概念的学习放在课前，给课上留下足够多的时间开展学生和师生之间的讨论，通过课堂上的教学互动对问题进行深度剖析，使学生能够理解疑点、难点问题，对概念进行充分理解和深层加工，达到知识的内化。

3.1 MOOC与翻转课堂的结合

MOOC（massive open online course）即大规模在线开放课程，不仅提供教学视频、课件等资源，而且提供网络互动教学社区[7]。MOOC的课程一般由名校的专业团队制作完成，结构较为完整，包括名师主讲课程内容以及测试、作业、实验等，因此可以很好地保证教学资源的质量。学生在翻转课堂的课前预习以及课内训练中可以通过网络免费使用MOOC提供的优质资源，不受时间、地点等限制地观看视频，这给翻转课堂提供了更加便捷的课前学习条件。

3.2 在线教学平台的使用

超星学习通是一款在线教学平台，可以有效辅助翻转课堂教学模式，教师起主导作用，以学生为中心，营造一个平等、开放、共享、互动、互助的教学环境，可充分调动学生学习积极性和自觉性，加强教学过程中教师与学生的互动，改变传统的教学模式，没有时间、空间的约束，真正实现师生、学生之间的有效互动，提高学生学习计算机知识的兴趣以及用计算机解决问题的能力。

表1 大学计算机课程计算思维知识点分布

3.3 教学过程

根据翻转课堂的教学模型并结合医学院校学生的特点，构建“MOOC+翻转课堂”混合教学模式设计模型。模型将整个教学设计划分为MOOC平台的教学活动设计和翻转课堂的教学活动设计两大模块，教学过程主要包括课前、课中和课后，如图1所示。

3.3.1 MOOC平台的教学活动设计

基于MOOC平台开展教学活动主要是利用MOOC中的教学资源，如课程视频、在线测试、课后讨论交流、相关课程阅读资料等。借助超星学习通在线教学平台，由学生课前通过MOOC观看下次课程内容。学生在学习过程中通过阶段测试来了解学习情况，教学平台自动记录产生的问题，学生可针对问题进行在线交流，获得解决方案，或者在翻转课堂由师生共同解决，完成对教学内容的基本掌握。在完成了课前准备以及翻转课堂的教学活动后，学生可以基本掌握课堂内容，课后还需进一步巩固和完善，学生通过教学平台完成教师布置的作业，教师根据学生的MOOC学习情况、自测情况、课堂作业、课后作业完成情况综合给出每个学生的学习成绩。

3.3.2 翻转课堂教学活动设计

翻转课堂教学活动设计的核心是“以学生为中心”，主要考虑学生如何内化在MOOC平台所独立学习的知识，将教学模式由传统的“教师讲，学生听”变为“教师问，学生答”的任务为驱动的自主学习模式。上课之前教师需将班级划分为若干学习小组，小组成员在教师的指导下共同完成所有教学活动。课堂上教师应针对本次教学内容的重点、难点以及涉及计算思维的知识点引导学生进行讨论，使学生理解和掌握计算思维的方法，该阶段安排2学时。首先，学生回顾课前MOOC课程的学习内容，由教师或者学生提出在MOOC课程的学习中遇到的问题，小组成员共同讨论获得解决问题的方法；其次，教师要“因材施教”，根据不同学生在学习过程中遇到的不同问题和学生自身的特点采用个性化、多样化的教学模式来进行指导，指导学生进行互动交流，满足学生的不同需求，帮助学生自主解决学习中遇到的问题，加深对知识的理解和掌握；再次，学生根据自身的学习情况不断总结反思，巩固练习，对重点以及难点进行系统复习；最后，教师根据学生在翻转课堂上的表现对其进行整体性评价，激励学生学习的主观能动性。为了达到个性化的教学目的，教师应随时注意学生的学习反馈，及时进行总结和评价。

图1 “MOOC+翻转课堂”混合教学模式设计

4 教学改革效果分析

山西医科大学于2016—2017年度上半学期在2016级某专业进行教学改革试点，教学效果良好，达到教学改革的目标。

4.1 课堂教学效果分析

采用“MOOC+翻转课堂”教学模式后，课堂整体氛围以及学生的学习主动性都有了明显的提高。

（1）由于采用了互动式教学，课堂上学生与学生之间，学生与老师之间的交流互动大大增多，所有的学生都参与其中，因此学生的注意力比传统授课模式更加集中，而且精神状态饱满有活力，打瞌睡、看手机的现象少了许多。

（2）因为学生都是提前预习过课堂内容的，所以在讨论互动环节学生会更有针对性地参与其中，主动讨论遇到的难点、重点问题，学习主动性增强，教师提问环节学生都能主动回答，不再需要老师点名。

4.2 课程考核结果分析

此次试点班级大学计算机的平均成绩为79.3，比同一老师同时授课的另一个专业的平均成绩高出5.3分。通过对此次期末成绩的分析，可以看出：①学生对于基础知识的掌握很扎实，基础题失分很少，说明对于重点知识能够深刻理解和掌握。②一些分值较高的主观题的得分率也很高，并且大部分同学都可以运用计算思维的方法来分析和解答问题，说明在思维拓展方面，同学们得到了一定的提高。

4.3 存在的问题

通过进一步的分析，此次教学改革还存在以下问题：

（1）试点班级的期末成绩平均分虽然比其他未参与教改的专业高，但是提高的分值并不多，可能是因为在课程考核里面有50%的成绩是机试成绩，相较理论课来说，机试的考核内容主要由实习课完成，所以需进一步完善考核评价机制，全面地评价学生对于课程内容的掌握情况，避免片面的、单一的、不公平的考核效果。

（2）MOOC与课程不配套。此次教改使用的MOOC平台上国内知名高校的精品课程与课程教材并不匹配，学生普遍反映如果能由自己的教师来录制MOOC视频的话，会更有亲切感，学习效果会更好，因此，学校或者教研室可以集合一些教学经验丰富的教师录制自己的教学视频。

（3）计算思维与相关知识点结合度不够。大学计算机基础课程内容中包含很多用计算思维解决问题的教学案例，应该在课堂中引入更多的典型教学案例，通过案例的展开，带入计算机的相关知识点，掌握计算思维解决问题的方法。

5 结 语

当前大学计算机课程教学的核心内容不再只是掌握计算机基础知识，熟练操作计算机的应用，还包括以培养计算思维能力为核心，掌握计算思维解决问题的方法。因此，必须打破传统的教学模式，改革现有的教学方法、内容以及考核机制。笔者提出的教学改革措施在实践中取得了一定成效，但仍有不足。在今后的工作中，还需进一步推广和完善教学改革，不断调整和改善课堂教学内容，引入案例教学，做好考核评价机制。

[1]艾明晶, 李莹. 以计算思维能力培养为核心的大学计算机课程改革[J]. 计算机教育, 2014(5): 5-9.

[2]九校联盟(C9). 九校联盟(C9)计算机基础教学发展战略联合声明[J]. 中国大学教学, 2010(9): 4, 9.

[3]战德臣, 聂兰顺. 计算思维与大学计算机课程改革的基本思路[J]. 中国大学教学, 2013(2): 56-60.

[4]Wing J M. Computational thinking[J]. Communication of the ACM, 2006, 49(3): 33-35.

[5]周钢, 郭福奇. 基于计算思维的大学计算机基础课程混合教学改革实践[J]. 计算机教育, 2017(1): 23-26

[6]张金磊, 王颖, 张宝辉. 翻转课堂教学模式研究[J]. 远程教育杂志, 2012(4): 46-51.

[7]Wikipedia. Massive open online course[EB/OL]. (2012-12-19)[2017-12-10]. http://en.wikipedia.org/ wiki/Massive_open_online_course, .