以計(jì)算思維為核心的教學(xué)改革

1教學(xué)內(nèi)容

　　在教學(xué)內(nèi)容上應(yīng)該圍繞讓學(xué)生了解計(jì)算思維的基本內(nèi)容來開展。根據(jù)陳國(guó)良院士給出了部分教學(xué)內(nèi)容的建議[1]，對(duì)教學(xué)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(jì)算思維基礎(chǔ)知識(shí)：這部分主要包括了信息技術(shù)概念、數(shù)制轉(zhuǎn)換與計(jì)算以及計(jì)算思維的一些基本概念。

（2）計(jì)算機(jī)組成原理：包括了計(jì)算機(jī)的組成、CPU工作原理、存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)軟件：包括算法的概念、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)多媒體：包括圖形圖像、聲音、動(dòng)畫和視頻等，介紹一些在醫(yī)學(xué)中常見的應(yīng)用。

（6）數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)：包括數(shù)據(jù)庫(kù)的分類、常見數(shù)據(jù)庫(kù)介紹等。

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

    通過內(nèi)容講解重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的幾大思維能力[6]，任何一個(gè)計(jì)算手段的研究都離不開這些核心的計(jì)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(jī)、個(gè)人計(jì)算環(huán)境、并行與分布計(jì)算環(huán)境、云計(jì)算環(huán)境。

（3）“算法”、“系統(tǒng)”。

（4）“社會(huì)/自然的計(jì)算化”、“計(jì)算/求解的自然化”

    計(jì)算思維使得各學(xué)科均可以應(yīng)用計(jì)算手段進(jìn)行科學(xué)問題的研究和創(chuàng)新。如在醫(yī)學(xué)院校可以重點(diǎn)生命科學(xué)中的案例，利用各種儀器獲取大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過計(jì)算、模擬和比較分析等方法可以研究細(xì)胞、組織、器官等的生理、病例與藥理機(jī)制，產(chǎn)生疾病治療的新手段新藥物等。

根據(jù)這些特點(diǎn)可以編寫出適合醫(yī)學(xué)院校學(xué)生使用的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教材，使得能從根本上強(qiáng)化學(xué)生的計(jì)算思維能力。

2教學(xué)方法

在教學(xué)過程中應(yīng)該時(shí)刻以計(jì)算思維基本解題步驟為導(dǎo)向，可以通過實(shí)際范例、練習(xí)來強(qiáng)化學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)概念的理解，這樣才能提高學(xué)生的計(jì)算思維能力。

　　例如在講解程序設(shè)計(jì)中具體問題的時(shí)候，不是將程序直接告訴學(xué)生去驗(yàn)證，而應(yīng)該通過講解算法類建立數(shù)學(xué)模型，再進(jìn)行算法的設(shè)計(jì)和分析，最后通過程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫出相應(yīng)的程序。

課堂教學(xué)時(shí)應(yīng)該采取提出問題——分析問題——解決問題——評(píng)價(jià)解決方案的方式，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，改變以老師講為主為學(xué)生思考為主，誘導(dǎo)學(xué)生以科學(xué)的思維方式，數(shù)學(xué)的思維模式來對(duì)知識(shí)進(jìn)行分析從而理解和接受知識(shí)。對(duì)于相同的問題允許學(xué)生從不同的方面考慮和認(rèn)知，從而養(yǎng)成學(xué)生進(jìn)行計(jì)算思維的習(xí)慣和培養(yǎng)相應(yīng)的能力。

3考核方式

教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改變必然需要改變相應(yīng)的考核方式來進(jìn)行教學(xué)檢驗(yàn)，否則依然會(huì)回到傳統(tǒng)教學(xué)模式中去。

應(yīng)當(dāng)要采取恰當(dāng)?shù)目己宿k法來考核學(xué)生完成任務(wù)的情況及其計(jì)算思維運(yùn)用的能力。即改革形式單一的考試制度，運(yùn)用科學(xué)、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(shí)教學(xué)環(huán)節(jié)的考核中的方法來客觀地評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，使教學(xué)評(píng)價(jià)從多角度關(guān)注學(xué)生不同階段的成長(zhǎng)過程。

4改革實(shí)例

對(duì)于教學(xué)內(nèi)容不拘泥于考試，拓展學(xué)生的思維，提高計(jì)算機(jī)素養(yǎng)。如講到excel的應(yīng)用時(shí)，將其應(yīng)用擴(kuò)展到醫(yī)學(xué)方面，這樣更能針對(duì)學(xué)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(diǎn)項(xiàng)目《“醫(yī)學(xué)信息分析與決策”核心課程教學(xué)模式與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研究》中用Excel進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)并利用樣本數(shù)據(jù)仿真藥品庫(kù)存情況，該項(xiàng)目在教指委試點(diǎn)項(xiàng)目中獲得優(yōu)秀。仿真實(shí)驗(yàn)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(jìn)行仿真模型構(gòu)建，用仿真模型來預(yù)測(cè)各種決策的結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

某醫(yī)院丙種球蛋白藥品進(jìn)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(jìn)藥臨界值為100盒，即該藥存貨小于100盒，必須進(jìn)藥，進(jìn)藥送貨費(fèi)為100元。②藥品進(jìn)庫(kù)后，在藥房存儲(chǔ)的存儲(chǔ)費(fèi)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(jìn)價(jià)為一服從均值為4元，標(biāo)準(zhǔn)差為0.5元正態(tài)分布的隨機(jī)變量，售出價(jià)格為5元。④根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)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(fèi)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(gè)最合適的進(jìn)藥量，使支出的費(fèi)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(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)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(gòu)量。由于每天藥品使用量是一個(gè)離散概率分布的隨機(jī)變量，而藥價(jià)是一個(gè)服從均值為4，標(biāo)準(zhǔn)差為0.5正態(tài)分布的隨機(jī)變量，因此采用Excel隨機(jī)數(shù)生成函數(shù)對(duì)藥品庫(kù)存進(jìn)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容對(duì)于醫(yī)學(xué)類院校學(xué)生來說既貼近專業(yè)知識(shí)，又能針對(duì)性地鍛煉思維方式，可以取得事半功倍的教學(xué)效果。