以計算思維為核心的教學改革

1教學內(nèi)容

　　在教學內(nèi)容上應(yīng)該圍繞讓學生了解計算思維的基本內(nèi)容來開展。根據(jù)陳國良院士給出了部分教學內(nèi)容的建議[1]，對教學內(nèi)容可以采取以下的組織方式：

（1）信息技術(shù)基礎(chǔ)與計算思維基礎(chǔ)知識：這部分主要包括了信息技術(shù)概念、數(shù)制轉(zhuǎn)換與計算以及計算思維的一些基本概念。

（2）計算機組成原理：包括了計算機的組成、CPU工作原理、存儲器工作原理、常見I/O設(shè)備以及常見醫(yī)療儀器的介紹。

（3）計算機軟件：包括算法的概念、程序設(shè)計語言、系統(tǒng)軟件和常用的應(yīng)用軟件以及軟件工程等概念的介紹，增加醫(yī)院信息系統(tǒng)的介紹。

（4）計算機網(wǎng)絡(luò)：包括網(wǎng)絡(luò)的分類、常見組網(wǎng)方式、因特網(wǎng)以及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等。

（5）計算機多媒體：包括圖形圖像、聲音、動畫和視頻等，介紹一些在醫(yī)學中常見的應(yīng)用。

（6）數(shù)據(jù)庫知識：包括數(shù)據(jù)庫的分類、常見數(shù)據(jù)庫介紹等。

這些內(nèi)容講解時并不是孤立存在的，一些知識而是貫穿于整個教學過程中，如馮·諾依曼計算機模型在硬件基礎(chǔ)、操作系統(tǒng)、程序設(shè)計中都得到了體現(xiàn)和應(yīng)用。

    通過內(nèi)容講解重點培養(yǎng)學生的幾大思維能力[6]，任何一個計算手段的研究都離不開這些核心的計算思維：

（1）“0和1”的思維、“程序”的思維、“遞歸”的思維。

（2）馮.諾依曼機、個人計算環(huán)境、并行與分布計算環(huán)境、云計算環(huán)境。

（3）“算法”、“系統(tǒng)”。

（4）“社會/自然的計算化”、“計算/求解的自然化”

    計算思維使得各學科均可以應(yīng)用計算手段進行科學問題的研究和創(chuàng)新。如在醫(yī)學院?？梢灾攸c生命科學中的案例，利用各種儀器獲取大量實驗數(shù)據(jù)通過計算、模擬和比較分析等方法可以研究細胞、組織、器官等的生理、病例與藥理機制，產(chǎn)生疾病治療的新手段新藥物等。

根據(jù)這些特點可以編寫出適合醫(yī)學院校學生使用的計算機基礎(chǔ)教材，使得能從根本上強化學生的計算思維能力。

2教學方法

在教學過程中應(yīng)該時刻以計算思維基本解題步驟為導(dǎo)向，可以通過實際范例、練習來強化學生對基礎(chǔ)概念的理解，這樣才能提高學生的計算思維能力。

　　例如在講解程序設(shè)計中具體問題的時候，不是將程序直接告訴學生去驗證，而應(yīng)該通過講解算法類建立數(shù)學模型，再進行算法的設(shè)計和分析，最后通過程序設(shè)計語言編寫出相應(yīng)的程序。

課堂教學時應(yīng)該采取提出問題——分析問題——解決問題——評價解決方案的方式，充分發(fā)揮學生學習的主動性，改變以老師講為主為學生思考為主，誘導(dǎo)學生以科學的思維方式，數(shù)學的思維模式來對知識進行分析從而理解和接受知識。對于相同的問題允許學生從不同的方面考慮和認知，從而養(yǎng)成學生進行計算思維的習慣和培養(yǎng)相應(yīng)的能力。

3考核方式

教學內(nèi)容和教學方法的改變必然需要改變相應(yīng)的考核方式來進行教學檢驗，否則依然會回到傳統(tǒng)教學模式中去。

應(yīng)當要采取恰當?shù)目己宿k法來考核學生完成任務(wù)的情況及其計算思維運用的能力。即改革形式單一的考試制度，運用科學、合理、全面的考核方式。

在目前狀態(tài)下，無法完全取消考試，可以先通過降低考試比重，側(cè)重于平時教學環(huán)節(jié)的考核中的方法來客觀地評價學生的學習情況，使教學評價從多角度關(guān)注學生不同階段的成長過程。

4改革實例

對于教學內(nèi)容不拘泥于考試，拓展學生的思維，提高計算機素養(yǎng)。如講到excel的應(yīng)用時，將其應(yīng)用擴展到醫(yī)學方面，這樣更能針對學生的專業(yè)提高其思維能力。如在參與的2011年度教指委試點項目《“醫(yī)學信息分析與決策”核心課程教學模式與實驗平臺研究》中用Excel進行計算機仿真，產(chǎn)生隨機數(shù)并利用樣本數(shù)據(jù)仿真藥品庫存情況，該項目在教指委試點項目中獲得優(yōu)秀。仿真實驗主要利用電子表格軟件Excel中提供的各類函數(shù)和內(nèi)嵌的數(shù)據(jù)分析工具，進行仿真模型構(gòu)建，用仿真模型來預(yù)測各種決策的結(jié)果。

實驗內(nèi)容：

某醫(yī)院丙種球蛋白藥品進藥量調(diào)整的問題分析

目前醫(yī)院藥房已掌握的情況包括：①為保證不因藥房缺藥而影響開藥治療，要求丙種球蛋白藥進藥臨界值為100盒，即該藥存貨小于100盒，必須進藥，進藥送貨費為100元。②藥品進庫后，在藥房存儲的存儲費用為0.1元/盒/天，但如果缺貨，造成醫(yī)院的損失是0.3元/盒/天。③每盒藥品的進價為一服從均值為4元，標準差為0.5元正態(tài)分布的隨機變量，售出價格為5元。④根據(jù)以往經(jīng)驗知道該藥品的使用量x的概率分布表1所示。

現(xiàn)在醫(yī)院管理人員希望了解如下問題的答案：

（1）藥房為該藥品的管理支付的期望費用是多少？

（2）如果藥房缺藥，醫(yī)院的期望損失是多少？

（3）醫(yī)院從該藥獲得的期望收入是多少？

（4）藥房為了不使藥品發(fā)生積壓造成損失，希望尋求一個最合適的進藥量，使支出的費用校少。最合適量為多少？

表1 藥品每天使用量的分布

首先要對實驗?zāi)康倪M行分析，主要是為了解決管理人員的問題，需要知道每天醫(yī)院開出的該藥品的數(shù)量和訂購量。由于每天藥品使用量是一個離散概率分布的隨機變量，而藥價是一個服從均值為4，標準差為0.5正態(tài)分布的隨機變量，因此采用Excel隨機數(shù)生成函數(shù)對藥品庫存進行仿真模擬。接下來建立藥品仿真模型，最后完成仿真模型構(gòu)造。該仿真模型的構(gòu)造完全采用Excel中提供的各種函數(shù)完成。

類似實驗內(nèi)容對于醫(yī)學類院校學生來說既貼近專業(yè)知識，又能針對性地鍛煉思維方式，可以取得事半功倍的教學效果。