李秀敏，王希杰，刁麗娟

（濱州醫(yī)學(xué)院,山東 煙臺(tái) 264003）

隨著我國(guó)科技和經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,國(guó)家需要越來(lái)越多高質(zhì)量、高素質(zhì)、高水平的創(chuàng)新型人才。習(xí)近平總書(shū)記在十九大報(bào)告中提出的實(shí)施健康中國(guó)戰(zhàn)略,為高校培養(yǎng)研究型、應(yīng)用型醫(yī)學(xué)人才隊(duì)伍指明了方向。人才是醫(yī)藥衛(wèi)生事業(yè)發(fā)展的重要基石,在提升國(guó)家整體醫(yī)療服務(wù)水平和實(shí)現(xiàn)全民健康目的進(jìn)程中起著關(guān)鍵作用[1]。

醫(yī)學(xué)人才的研究能力和實(shí)踐應(yīng)用能力包括醫(yī)學(xué)研究、臨床決策、指導(dǎo)臨床應(yīng)用等,是衡量醫(yī)學(xué)院校人才培養(yǎng)的重要指標(biāo)之一[2]。計(jì)算機(jī)科學(xué)在醫(yī)學(xué)發(fā)展和研究中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用,在電子病歷、移動(dòng)醫(yī)療、生物信息學(xué)、健康物聯(lián)網(wǎng)等新型交叉學(xué)科方面有著廣泛的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)知識(shí)和應(yīng)用能力已成為醫(yī)學(xué)生綜合素質(zhì)的重要標(biāo)志。

1 醫(yī)學(xué)院校研究型和應(yīng)用型人才培養(yǎng)現(xiàn)狀與建議

1.1 現(xiàn)狀

隨著社會(huì)的發(fā)展,對(duì)醫(yī)學(xué)生的綜合能力要求越來(lái)越高。醫(yī)學(xué)生必須具備良好的科學(xué)素養(yǎng)和科研能力,善于從醫(yī)學(xué)實(shí)踐中客觀地分析和解決問(wèn)題,才能適應(yīng)當(dāng)代社會(huì)發(fā)展的需要?？蒲心芰χ饕冈陂_(kāi)展科學(xué)研究活動(dòng)時(shí),運(yùn)用科學(xué)方法探求并解決問(wèn)題的過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的本領(lǐng),主要包括信息分析判斷和處理能力以及實(shí)踐動(dòng)手能力等[3]。近些年來(lái),我國(guó)醫(yī)學(xué)教育事業(yè)蓬勃發(fā)展,但也存在著資源短缺、師資不足、學(xué)生綜合素質(zhì)下滑等現(xiàn)象。部分醫(yī)學(xué)畢業(yè)生就業(yè)后在繼續(xù)學(xué)習(xí)能力、知識(shí)應(yīng)用能力、科研創(chuàng)新能力等方面存在不足,學(xué)生綜合素質(zhì)參差不齊。醫(yī)學(xué)本科生專業(yè)課程繁多且理論課時(shí)一般多于實(shí)踐課時(shí),同時(shí)教學(xué)計(jì)劃中涉及創(chuàng)新性、應(yīng)用性、設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)課較少,在本科生中未開(kāi)展相關(guān)課程的學(xué)習(xí),科研基礎(chǔ)知識(shí)和方法未普及,使得學(xué)生科研意識(shí)薄弱。

現(xiàn)階段,我國(guó)從事醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)工作的人員數(shù)量在不斷增多,城鄉(xiāng)醫(yī)療機(jī)構(gòu)分布不均、人員素質(zhì)偏低,這與我國(guó)的高等本科教育中實(shí)踐應(yīng)用型的人才培養(yǎng)不足有很大關(guān)系[4]。本科教學(xué)中要培養(yǎng)學(xué)生全面發(fā)展,不僅要教授其理論知識(shí),還要讓學(xué)生具備足夠的實(shí)踐能力,尤其在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下,要使其能夠熟練應(yīng)用某種數(shù)據(jù)分析工具來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。

1.2 實(shí)施課程改革，更新教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法

為培養(yǎng)醫(yī)學(xué)院校學(xué)生的研究和應(yīng)用能力,需進(jìn)一步厘清思路,改革與創(chuàng)新教育教學(xué)模式,深化“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代下的教育改革。醫(yī)學(xué)院校學(xué)生掌握一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言,能夠更好地掌握專業(yè)前沿知識(shí),有利于今后的科研與技術(shù)創(chuàng)新。

大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下程序設(shè)計(jì)課程的授課中除了掌握基本的程序開(kāi)發(fā)方法外,還應(yīng)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析所需的技能素養(yǎng)和思維方式的訓(xùn)練及培養(yǎng)。Python已經(jīng)成為流行的編程語(yǔ)言和科學(xué)計(jì)算的重要平臺(tái),在數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、Web開(kāi)發(fā)、圖像處理等多個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,因而Python已經(jīng)成為醫(yī)療等數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域中最常用的語(yǔ)言。Python語(yǔ)言語(yǔ)法清晰易懂,在培養(yǎng)醫(yī)學(xué)院校學(xué)生專業(yè)能力方面具有很高的教學(xué)價(jià)值。教學(xué)中采取讓學(xué)生多參與、多討論等方式,多為學(xué)生提供一些實(shí)踐案例,做好研究型學(xué)習(xí)。

2 醫(yī)學(xué)院校Python程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)實(shí)踐

2.1 Python程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的特點(diǎn)

Python語(yǔ)言設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔優(yōu)雅,安裝便捷,學(xué)習(xí)效率比較高。通過(guò)Python的學(xué)習(xí),可以促使學(xué)生把更多精力放在解決問(wèn)題能力和思維能力的培養(yǎng)上,而不是關(guān)注其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。Python語(yǔ)法簡(jiǎn)單,沒(méi)有C語(yǔ)言中的指針、地址等涉及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的元素,對(duì)于具有醫(yī)學(xué)背景的學(xué)生而言比較容易學(xué)習(xí)。

在Python中,不需要事先聲明變量名及其類型,直接賦值即可創(chuàng)建各種類型的對(duì)象變量,這一點(diǎn)適用于Python任意類型的對(duì)象。Python是一種動(dòng)態(tài)類型語(yǔ)言,變量的類型也是可以隨時(shí)變化的,見(jiàn)圖1（示例中安裝軟件為Python3.6,所有程序在IDLE中進(jìn)行）。變量x的類型從int變?yōu)榱藄tr類型。Python中的變量并不直接存儲(chǔ)值,而是存儲(chǔ)了值的內(nèi)存地址或者引用,這也是變量類型隨時(shí)可以改變的原因。在Python中,沒(méi)有字符常量和變量的概念,只有字符串類型的常量和變量,單個(gè)字符也是字符串。邏輯運(yùn)算符and和or具有惰性求值或邏輯短路的特點(diǎn)。在編寫(xiě)復(fù)雜條件表達(dá)式時(shí)充分利用這個(gè)特點(diǎn),合理安排不同條件的先后順序,在一定程度上可以提高代碼運(yùn)行速度。例如3＞5anda＞3語(yǔ)句中,結(jié)果為False,并沒(méi)有定義變量a。語(yǔ)句3＜5ora＞3,結(jié)果為 True,不需要計(jì)算 a＞3。Python 主要有 for循環(huán)和while循環(huán)兩種形式的循環(huán)結(jié)構(gòu),這里帶有else子句是Python循環(huán)語(yǔ)句的特色之一。如果循環(huán)自然結(jié)束時(shí)則執(zhí)行else結(jié)構(gòu)中的語(yǔ)句,如果循環(huán)是因?yàn)閳?zhí)行了break語(yǔ)句而導(dǎo)致循環(huán)提前結(jié)束則不會(huì)執(zhí)行else中的語(yǔ)句,見(jiàn)圖2～3（圖2中的代碼執(zhí)行結(jié)果為圖3所示,可見(jiàn)并不執(zhí)行else子句）。

圖1 查看變量類型

圖2else子句的理解

圖3 圖2語(yǔ)句執(zhí)行結(jié)果

Python突出的優(yōu)勢(shì)還體現(xiàn)在擁有豐富的圖形庫(kù)和科學(xué)計(jì)算庫(kù),主要包括以Pandas為代表的數(shù)據(jù)分析庫(kù)、矩陣計(jì)算模塊Numpy、科學(xué)計(jì)算模塊Scipy、數(shù)據(jù)可視化工具M(jìn)atplotlib等。通過(guò)學(xué)習(xí)Python,不但可以培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力,提升學(xué)生的科研和應(yīng)用創(chuàng)新意識(shí),而且有助于學(xué)生掌握一種終身受用的編程語(yǔ)言。

2.2 Python課程教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置

程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的通用方法,從而培養(yǎng)計(jì)算思維能力[5]。針對(duì)醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生而言,結(jié)合各自的專業(yè)和興趣進(jìn)行Python模塊的學(xué)習(xí),適當(dāng)增加學(xué)生的知識(shí)面和學(xué)習(xí)深度,同時(shí)結(jié)合所學(xué)內(nèi)容開(kāi)展大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目的科學(xué)研究,掌握數(shù)據(jù)處理的主要方法。

Python基礎(chǔ)知識(shí)部分主要有基本數(shù)據(jù)類型、變量、運(yùn)算符、表達(dá)式、程序流程控制、函數(shù)和模塊等,涉及的類庫(kù)主要有Turtle庫(kù)、Math庫(kù)、Random庫(kù)和部分內(nèi)置函數(shù)等。例如求5的階乘可以通過(guò)內(nèi)置函數(shù)用語(yǔ)句：reduce（operator.mul,range（1,6））來(lái)實(shí)現(xiàn),程序簡(jiǎn)潔流暢。能力提升部分主要包括字符串、高級(jí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的列表、元組、字典、集合等,涉及的類庫(kù)主要有Datetime庫(kù)、Calendar庫(kù)、Time庫(kù)。應(yīng)用部分中主要是圖像處理和數(shù)據(jù)處理、分析與可視化,涉及的類庫(kù)主要有Graphics庫(kù)、PIL庫(kù)、Numpy庫(kù)、Pandas庫(kù)和 Matplotlib 庫(kù)等[6]。

大數(shù)據(jù)背景下醫(yī)學(xué)院校的學(xué)生應(yīng)掌握大數(shù)據(jù)分析的基本技能,所以除了基本的程序設(shè)計(jì)技能外,更應(yīng)側(cè)重?cái)?shù)據(jù)分析挖掘基本思想以及主要應(yīng)用方法的學(xué)習(xí)。在Python語(yǔ)言數(shù)據(jù)處理過(guò)程中,首先將獲取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成numpy數(shù)字,然后用Python提供的Pandas和Scipy模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及處理,最后提取數(shù)據(jù)特征并用Matplotlib庫(kù)中合適的圖形、圖表表示出來(lái)[7]。例如,使用Python繪制出的散點(diǎn)圖和直方圖（見(jiàn)圖4～5）。課程教學(xué)過(guò)程中,可以結(jié)合專業(yè)的不同特點(diǎn)選取介紹不同的類庫(kù),從而加強(qiáng)學(xué)生研究和應(yīng)用能力的培養(yǎng),為未來(lái)從事數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用工作打下基礎(chǔ)。

圖4散點(diǎn)圖

2.3 教學(xué)方法的合理選擇與思考

課堂教學(xué)中并非獨(dú)立地應(yīng)用一種教學(xué)方法,而是在不同的教學(xué)階段,根據(jù)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)對(duì)象的不同,選用適合的教學(xué)方法進(jìn)行教學(xué)[8]?？梢圆捎冒咐虒W(xué)法、演示法、討論法,并嘗試運(yùn)用慕課、微課程、翻轉(zhuǎn)課堂等在線課程模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式相融合,進(jìn)行教學(xué)方法的改革。教師要積極推行以學(xué)生為中心的教學(xué)理念,教師授課和學(xué)生討論可以同步進(jìn)行,同時(shí)配合相應(yīng)練習(xí),以鞏固學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解[9]。課下給學(xué)生推薦網(wǎng)上教學(xué)資源,拓寬知識(shí)面,提高學(xué)習(xí)效率。

圖5 直方圖

我校已在2016級(jí)、2017級(jí)醫(yī)學(xué)生中開(kāi)設(shè)了Python程序設(shè)計(jì)選修課程,在教學(xué)過(guò)程中,為了激發(fā)醫(yī)學(xué)生對(duì)算法中晦澀難懂知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣和思考積極性,采用了所見(jiàn)即所得的動(dòng)態(tài)交互模式進(jìn)行授課,將抽象、枯燥的教學(xué)內(nèi)容以生動(dòng)形象的形式展現(xiàn),深入分析編寫(xiě)代碼所涉及的算法思想,增加趣味性,促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解與消化,增強(qiáng)教學(xué)效果。例如,通過(guò)使用Pythontutor圖形化工具,可以觀察程序執(zhí)行過(guò)程,更好地理解代碼,并對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。選取的Python案例,包含模塊、函數(shù)、程序控制結(jié)構(gòu)、列表的綜合應(yīng)用,箭頭表示當(dāng)前運(yùn)行到的位置（見(jiàn)圖6）。從程序執(zhí)行的可視化過(guò)程可以很清楚地跟蹤變量的變化和函數(shù)的調(diào)用（見(jiàn)圖7）,輸出結(jié)果見(jiàn)圖8。這種動(dòng)態(tài)演示使抽象的算法簡(jiǎn)單明了,通過(guò)這種方式與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng),便于學(xué)生通過(guò)直接比較結(jié)果的方式掌握Python程序設(shè)計(jì)的精髓。

圖6 代碼

工欲善其事,必先利其器。選擇合理的調(diào)試方法和工具對(duì)提升學(xué)習(xí)效果至關(guān)重要,我們可以在程序中增加輸出語(yǔ)句,了解程序的運(yùn)行和變量的值,缺點(diǎn)是程序變得稍微復(fù)雜。另一種較直觀的方式就是使用斷點(diǎn)調(diào)試和單步調(diào)試。例如利用Py-Charm調(diào)試程序時(shí),在某行增加斷點(diǎn)后,當(dāng)程序運(yùn)行到斷點(diǎn)時(shí)就會(huì)停下,可查看此時(shí)各變量的值,從而進(jìn)行代碼的調(diào)整。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)科研能力和應(yīng)用能力的要求是研究型人才培養(yǎng)規(guī)格的核心。本科階段培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成主動(dòng)思考、主動(dòng)實(shí)踐的思維方式,使學(xué)生能盡早掌握科研基本思路、基本方法,有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力和創(chuàng)新精神[10]。應(yīng)用型人才要被實(shí)際應(yīng)用于某個(gè)領(lǐng)域,重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)其分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力,還包括自我發(fā)展能力、終身學(xué)習(xí)能力。

圖7 程序執(zhí)行可視化模擬

圖8 程序輸出

教學(xué)實(shí)踐表明,Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)可以鍛煉學(xué)生的臨床思維和科研思維能力,是培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生數(shù)據(jù)分析處理能力的較好途徑。我們將繼續(xù)以學(xué)生為教學(xué)主體,持續(xù)探索如何將課程與專業(yè)實(shí)踐應(yīng)用更好地結(jié)合,為培養(yǎng)研究型和應(yīng)用型醫(yī)學(xué)人才而努力。