医学院校Python程序设计课程的教学改革研究

2022-05-27魏晋郝文延王晓云

计算机时代 2022年5期

魏晋　郝文延　王晓云

摘要：针对于医学院校程序设计课程中存在的问题，提出了具有医学专业特点的程序设计课程教学改革方案。教学改革方案以TPACK模式为核心设计思想，以医学各专业的应用需求为关注点，从教学内容设计、TAPCK模式中各元素设计、线上与线下互动教学环境、评价体系设计、以及教学反馈五个方面，构造了完整的课程教学体系结构。

关键词：程序设计; TPACK; 教学改革; 教学方法

中图分类号：G642;G434 文献标识码：A 文章编号：1006-8228（2022）05-96-03

Teaching reform of Python language-based programming courses

in medical universities and colleges

Wei Jin Hao Wenyan Wang Xiaoyun

Abstract： Aiming at the problems confronted in programming courses in medical universities and colleges， a teaching reform scheme for programming courses with the characteristics of medical specialty is proposed. With the TPACK framework as the core idea and the application needs in various medical specialties as the focus， an integral course teaching system is constructed. This system includes teaching content design， element design in the TAPCK framework， online and offline interactive teaching environment， assessment system design and teaching feedbacks into account.

Key words： programming; TPACK; teaching reform; teaching method

引言

随着我国医疗科学的快速发展，以及人工智能、大数据、机器学习等技术在医学研究领域的广泛应用，社会对医学院校毕业生综合能力的要求也越来越高，要求毕业生具备良好的科学素养和基础科研能力[1]。

2018年我校将“Python程序设计”课程设置为面向全校所有医学专业的必修课，2019年开始在我校各专业开展教学。Python语言由于编写简单、功能强大，只需调用强大的第三方库就可以实现功能完整、技术先进的程序，所以越来越多的医学院校都将Python语言作为计算机程序设计课程的编程语言[2-3]。

医学院校不同于理工科院校，在医学院校中开设“Python程序设计”课程的目的就是要将程序设计作为解决医学专业中实际问题的一个强大工具。医学院校的程序设计课程不能完全照搬工科院校的教学模式。根据我校开设“Python程序设计”课程的教学情况，我们提出了一个面向医学院校各专业的课程教学改革方案。

1 医学院校程序设计课程中存在的问题

1.1 教学模式与考核形式固定单一

当前医学院校的“Python程序设计”课程大都采用了“理论+实验”的教学模式[6]，即教师在课堂上先进行理论知识的讲解，然后在实验课中学生再按照布置的实验题目进行实践操作练习，课堂教学中以教师讲授为主，实验课以学生练习为主。课程考试形式以“笔试+机试”的模式进行，笔试侧重于对理论知识的考核，实验考试题目多为计算机算法与数学计算类问题居多，例如排序、最大值与计数等。

1.2 课程与医学各专业需求关联性不强，远离应用场景

医学各专业具有非常强的学科方向性特点，因此将Python语言作为工具来解决本专业中实际问题的侧重点也不相同。在课程教学过程中采用的实例多为计算机算法、数学类问题，由于没有与医学各专业的应用需求相结合，所以远离了各专业的实际需求场景，在这种情况下学生学习课程的兴趣不高。

1.3 課程内容滞后于专业实际需求，专业性特点不强

“Python程序设计”课程的理论与实验内容深度不够，与医学各专业提出的实际应用需求与侧重方向有较大差距。例如预防医学专业希望学生在学习课程后，具有使用Python语言进行数据整理、数据统计、数据可视化以及构造简单流行病模型的能力，但是当前“Python程序设计”课程内容属于通识教育，无法满足提出的需求。

1.4 课程缺乏对学生计算思维与实践创新能力的培养

在教学过程中教师大部分时间用于解答学生在程序中遇到的语法、调试与运行等错误，更多关注的是程序语法层面的内容，较少关注如何应用所学知识去解决问题的思路、方法等内容，教学过程缺乏培养学生计算思维层面提升的环节[7]。

2 课程教学改革方案设计

在分析我校“Python程序设计”课程的教学现状后，我们从以下四个方面来设计课程教学改革方案。

2.1 根据教学目标，划分课程内容为通识知识与专业知识两部分

根据教学大纲、教学目标与各专业的实际需求，将课程内容分为“通识部分”和“专业部分”。两部分都分别包括理论和实验内容，课程内容结构如图1所示。“通识部分”内容是每个专业都必须掌握的基础知识，面向全部医学各专业进行教学。“专业部分”的内容以各医学专业的应用需求来制定，内容侧重于应用Python语言解决本专业中实际问题的相关内容。例如预防医学专业的应用需求在数据统计、数据可视化等方向，教学内容就侧重于数据类型、Matplotlib、Pandas和Numpy等方面;医学影像专业的应用需求在图像处理方向，教学内容就侧重于文件操作、PIL与OpenCV等方面。根据不同专业需求、侧重点制定出的课程内容，可以极大地增加学生学习的动力。

2.2 设计TPACK模式下的Python程序设计课程体系

由于医学各专业对计算机程序设计的需求与应用侧重方向的不同，所以采用单一的、固定的教学模式已经无法满足在医学院校中的教学需求。TPACK（Technology Pedagogical and content knowledge）教学模式是由美国密歇根州立大学Matthew J.Koehler和Punya Mishra两位学者，在PCK（Pedagogical Content Knowledge）方法的基础上提出来的[8]。TPACK模式除了由学科知识CK（Content Knowledge）、教学法知识PK（Pedagogical Knowledge）和技术知识TK（Technology Knowledge）三部分外，还包括了整合技术的学科知识（TCK）、学科教学知识（PCK）、整合技术的教学法知识（TPK）与整合技术的学科教学知识（TPACK）四个复合部分[9]，TPACK模式结构如图2所示。

设计TPACK中的CK、TK和PK基本元素，根据课程的教学内容、教学方法、教学技术以及专业需求来进行。例如对“程序控制结构”章节的TPACK基本元素设计（如表1）。CK的设计要以学情分析与专业需求为主要因素，课程与实验内容的设置要从简单到复杂，先通识内容再专业内容，逐步进行[10];PK的设计要利用教学策略，设计符合专业需求的课程教学方法。医学院校中的程序设计课程要注重培养学生的学习动力，在教学中教师可以采用如以实际需求来创建应用场景的方法，激发学生自主学习的动力，培养学生的编程思维。在实验课程教学中，教师可以采用如自主讨论、实践练习、结果评价等方法开展教学活动;在教学中要最大化开发和利用现代信息化的技术来设计TK[11]，通过采用不同的信息化技术可以直观的展现知识的内在涵义，可以帮助学生快速理解和掌握知识。

2.3 利用现代化信息技术构建网络教学平台，延申课堂空间

“Python程序设计”的教学过程是一个让学生通过不断进行探索、不断解决遇到的问题而获得技能的过程，所以将课堂空间延伸至课下，构建开放式网络教学平台，采用线上与线下混合式的教学模式就显就尤为重要了。构建网络教学平台不仅可以创设教学形式多样、教学资源丰富、教学内容直观的现代化课程网络学习环境，还可以向各个专业、不同需求的学生开展系列化与专题化的教学工作。此外，在网络教学平台上还可以开展课前预习、在线讨论和答疑、课程单元测试、课程教学线上问卷与反馈等多种类型的线上活动。

2.4 构建基于TPACK架构的过程性评价体系

传统的程序设计课程考核评定由作业成绩、理论成绩与实验成绩三部分组成，因为本文提出的“Python程序设计”课程教学改革方案采用了TPACK教学模式，所以评价方式也需按照TAPCK模式进行。TPACK考核要采用灵活的评定方式，考核内容由理论知识的掌握向注重考核实际应用能力的方向转变，成绩评定的方式也要转换为过程性评价。实验考核不采用统一的试题形式，而是灵活的通过课程设计、项目设计、案例设计等专项评定任务来实施考核。

3 设计教学反馈表，促进与完善教学改革过程

评价教学改革方案的过程中，离不开教学过程中的教学反馈环节。对教学情况进行科学、合理与及时的评价，对于调整、修改和完善教学改革方案是一个必不可少的过程。教学反馈表的内容首先要确定由“教学内容设定”，“采用的教学方法”和“教学效果反馈”构成的最高级评价指标，每个最高级评价指标又分为多个分支评价指标，每个评价指标都需设置权重与分值。教学情况的反馈一定要及时，否则会削弱问题的导入效果，弱化教学改革方案的实施结果，同时也会失去调整和完善教学改革方案的最好时机。为了能及时、快捷的开展教学反馈工作，可以将教学反馈表发布到课程网络平台上并接收反馈。

4 结束语

以TPACK模式为理论基础，以CK、PK、TK及TCK等各部分为切入点，设计与构建“Python程序设计”课程体系，改变了传统的教学模式与教学方法，是对创建新理念、新思维角度的具有医学特色的“Python程序设计”课程体系的探索。目前，针对于“Python程序设计”课程提出的教学改革方案还在实施阶段，需要通过不断地改进与调整在实施过程中出现的问题与不足，才能使得教学方案更加科学与合理。

参考文献（References）：

[1] 任美萍，王芳，陈思玮.医学本科生科研创新能力培养中的

问题与对策[J].四川生理科学，2017，39（4）：236-238

[2] 李秀敏，王希杰，刁丽娟.面向研究型及应用型医学人才培养

的Python教学探索[J].卫生职业教育，2018，36（16）：74-76

[3] 郭洪彬，王筝杨.Python编程在八年制医学实习生教学中的

应用[J].中国医学教育技术，2020，34（5）：613-616

[4] 周旭，李艷丽.面向医学专业的“Python 程序设计”课程教学

方法研究[J].教育教学论坛，2020（44）：248-251

[5] 李秀敏，雷国华，王希杰.医学院校程序设计课程教学探索与

实践[J].卫生职业教育，2018，36（9）：51-53

[6] 曹蕾，段建颢.基于计算思维能力培养的医学生Python课程