劉靜樂 常小紅 見偉平 李改霞 張國鵬

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計課程；項目和任務(wù)驅(qū)動法；評價機制；實踐模式

當今是一個信息化的時代，計算機技術(shù)已廣泛應(yīng)用在醫(yī)學領(lǐng)域，比如醫(yī)學圖像處理、計算機輔助診斷、醫(yī)學數(shù)據(jù)分析等。醫(yī)學生除了掌握專業(yè)知識外，還需要具備一定的計算機知識和能力，基于此，空軍軍醫(yī)大學開設(shè)了Python程序設(shè)計課程，該課程是所有醫(yī)學相關(guān)專業(yè)的一門必修課，具有概念多，邏輯性強、實踐性強的特點，該課程的教學目標旨在培養(yǎng)學生掌握程序設(shè)計的基本思想和方法，具備編程的技能，會用計算機解決以后專業(yè)實際問題。然而，對于醫(yī)學院校，該課程在一年級開設(shè)，后續(xù)沒有其他的程序設(shè)計類課程，是一門相對孤立的課程，學生在后續(xù)學習專業(yè)課時，程序設(shè)計課程所學知識和技能大多遺忘，很難將其應(yīng)用在專業(yè)課領(lǐng)域。通過學期末的調(diào)查問卷，相當一部分學生反映程序設(shè)計課程難度很大，認為程序設(shè)計課程對以后的學習工作意義不大；在和學生交流中，部分學生反映理論課上知識點也能聽懂，但是一到實訓課就不知如何下手；我們在教學中也發(fā)現(xiàn)一些問題，上課打瞌睡的現(xiàn)象此起彼伏，課堂中，學生大多被動接受，不善于主動思考。

本文從教學方法、實踐教學模式、教學評價三方面進行了詳細的剖析，針對其存在的問題進行了改革研究，目的在于激發(fā)學生的學習興趣，發(fā)揮學生的主觀能動性，提升教學效果。

1 Python 程序設(shè)計課程教學問題分析

1.1 教學內(nèi)容設(shè)置不合理，教學方法陳舊單一

Python程序設(shè)計課程歸屬于大學計算機基礎(chǔ)課程的一部分，內(nèi)容多、課時量少，一共44學時，其中理論課18個學時，實踐課26個學時，選修本門課程的學生大概400多人，由于教室規(guī)模限制，理論課分3個軌道教學，每班大約100多人，為了在有限的學時內(nèi)覆蓋所有的知識點，理論課通常采用滿堂灌的方式，先講解每個知識點的語法語義，之后再舉例說明，課堂上學生大多被動接受，師生間互動少，嚴重剝奪了學生思考問題與分析問題的時間，不利于發(fā)揮學生的主觀能動性，違背了以學生為中心的教育理念；其次，課堂上所舉案例往往是為了驗證語法知識點，各個案例之間是獨立的，隨著學習的深入，學生會對前面知識點有所遺忘，從而喪失興趣，產(chǎn)生畏難情緒，不利于培養(yǎng)學生系統(tǒng)分析問題，解決問題的能力；此外，課堂上所講案例和學生實際專業(yè)學習關(guān)聯(lián)性不大，以至于后續(xù)學生在專業(yè)課學習過程中很難有意識地應(yīng)用計算機來解決學科問題，而計算機與學科知識的交叉融合正是新工科建設(shè)的必需途徑和潛在要求[1]。

1.2 實踐教學模式陳舊落后

Python程序設(shè)計課程是一門實踐性很強的課程， 學生只有通過大量的上機實踐練習才能將知識內(nèi)化， 掌握編寫程序和調(diào)試程序的方法和技能，然而傳統(tǒng)的實踐教學模式存在以下問題：

1）實踐管理落后，嚴重制約教學效果

由于學生人數(shù)多，受機房條件的限制，實訓課共分為4個軌道，每個軌道100個學生左右，共4個老師輔導，學生課堂所學理論知識和機房上機實踐時間往往存在一定距離，會出現(xiàn)理論和實踐脫節(jié)情況。每次上機實訓前，老師會帶領(lǐng)學生回顧實訓所需知識點，然后布置本次實訓的題目，學生在機房進行編程練習，老師幫忙答疑，受時間地點的限制，學生上機時間非常有限；其次，學生提交作業(yè)后，由于學生人數(shù)多而教師人工批改效率低，評價結(jié)果不能及時反饋給學生，達不到“以評促學”的目的。

2）實踐案例與實際應(yīng)用結(jié)合不足

實訓課上布置的作業(yè)以認知和驗證型為主，和實際應(yīng)用結(jié)合不足，比如判斷一個數(shù)是否是素數(shù)，為什么要編寫這樣一個程序、如何編寫、有沒有更好的解決辦法，學生很少主動去思考，單純?yōu)榱送瓿勺鳂I(yè)被動編程。這種實踐教學模式不足以培養(yǎng)學生分析實際問題、解決問題的能力，不利于激發(fā)學生的創(chuàng)新精神。課程改革后，所設(shè)計的實踐案例以設(shè)計型和創(chuàng)新型為主，貼近學生的實際生活，和學科專業(yè)的實際需求相結(jié)合。

1.3 評價模式不科學

加德納倡導的多智元理論強調(diào)，考核不應(yīng)是檢測學習者記住了多少知識，而應(yīng)考核學習者獲取知識和運用知識的能力[2]，傳統(tǒng)的考核主要包括平時上機實訓作業(yè)和期末紙質(zhì)卷考試，平時實訓作業(yè)成績占比55%，期末考試成績占比45%，期末考試題型包括判斷和選擇題，這種紙質(zhì)卷考試變相鼓勵學生死記硬背知識點，很難考查學生的真實編程水平，從而出現(xiàn)考分高的學生不一定編程能力強，編程能力強的學生不一定考分高，而軍醫(yī)大學學習程序設(shè)計課程的目標旨在培養(yǎng)學生用計算機解決醫(yī)學領(lǐng)域相關(guān)問題的信息素養(yǎng)，而這種考核方式和教學目標是相背離的，所以急需改革。

2 教學模式改革

2.1 采用項目和任務(wù)驅(qū)動的教學方法

1）項目和任務(wù)驅(qū)動教學法概述

項目和任務(wù)驅(qū)動教學法都以學生為中心，重在引導學生自主發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題[3]。

項目驅(qū)動教學法是利用項目驅(qū)動學生學習的一種教學方法與策略，重在項目的設(shè)計上。首先，所設(shè)計的項目須具有綜合性、真實性、實踐性，貼近學生的實際學習生活，這樣才能激發(fā)學生的學習興趣和主觀能動性；其次，所設(shè)計項目能將相關(guān)知識點串聯(lián)起來，要求學生運用所學知識點逐步完成一個完整的項目，提升學生綜合分析問題和解決問題的能力[3]。

任務(wù)驅(qū)動教學法是利用任務(wù)驅(qū)動學生學習的一種教學方法與策略。它將傳統(tǒng)的以傳授知識為主的教學理念，代之以解決問題、完成任務(wù)為主的多維互動式的教學理[4-5]，所采用的教學方式不再按照教材中各個知識點的先后順序講解，而是精心設(shè)計一個完整的案例或項目，將案例或項目分解成一個個任務(wù)，各任務(wù)之間相互銜接，層層遞進，每節(jié)課老師引導學生完成一個或若干個任務(wù)，在完成任務(wù)的過程中講解任務(wù)所涉及的知識點，學生在解決一個個任務(wù)過程中，理解了知識點如何應(yīng)用，提升了用計算機解決問題能力，逐步培養(yǎng)了計算思維。

2）項目和任務(wù)驅(qū)動法在理論課程中的具體探索和實施

在實際的理論課教學中，項目和任務(wù)驅(qū)動法是相輔相成的，如何選取合適的項目案例以及如何將其分解成一個個任務(wù)成為了改革的關(guān)鍵[6]，考慮到軍校的學生每年都要進行體能測試，體能測試項目包括BMI 計算、三公里、引體向上、蛇形跑等，每次統(tǒng)計所有學生的考核成績需要耗費大量的人力，因此引導學生思考能否用Python實現(xiàn)體測成績管理系統(tǒng)。由于該項目貼近學生實際生活并有一定的實踐價值，學生普遍比較感興趣。為了實現(xiàn)完整的系統(tǒng)，首先可以將其分解成多個功能，而每一個功能相當于一個任務(wù)，引導學生用Python程序?qū)崿F(xiàn)， 各個任務(wù)之間由易到難，循序漸進，在完成任務(wù)的過程中采用遞進的方式引出一個個相關(guān)知識點，從而給學生構(gòu)建了一個完整系統(tǒng)的知識體系，使得學生明白知識點之間的關(guān)聯(lián)以及如何應(yīng)用。

學生體測成績管理系統(tǒng)共包含8個任務(wù)： （1）打印學生的信息;（2）計算學生BMI指數(shù);（3）計算任一個學生的成績等級;（4）學生成績排序;（5） 學生成績統(tǒng)計;（6） 輸出所有學生的最終綜合體測成績等級;（7） 對統(tǒng)計結(jié)果進行可視化展示;（8） 實現(xiàn)完整的學生體測成績管理系統(tǒng)。具體如表1所示，每次課程會引導學生完成1-2 個任務(wù)，任務(wù)之間是由淺入深、循序漸進的，每個任務(wù)所涉及的新知識點是1-3個，符合學生的認知規(guī)律，學生在完成一個個任務(wù)的過程中掌握知識點如何應(yīng)用， 不斷增強自信心和成就感， 最終實現(xiàn)完整的學生體測成績管理系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對知識點的融會貫通，提升綜合分析問題和解決問題的能力。

比如第三個任務(wù)是“計算任一個學生的成績等級”，任務(wù)要求：輸入任一個學生的各個項目成績，輸出相應(yīng)的成績等級， 其中，優(yōu)秀（>90），良好（80-90），中等（70-80），及格（60-70），不及格（<60）。首先引導學生主動思考并畫出具體的流程圖，之后如何將流程圖轉(zhuǎn)換成Python代碼，則需要用到分支結(jié)構(gòu)，最后講解分支結(jié)構(gòu)的語法以及注意事項，并鼓勵學生動手實踐操作，從而加深對知識點的理解。

從近兩年的教學效果可以看出，學生對該項目興趣濃厚，在完成項目中各個任務(wù)的過程中，學生積極思考，邏輯思維和綜合分析解決的問題能力有了較大提高。

2.2 改革實踐教學模式

1）采用在線評判系統(tǒng)進行實踐練習，提高實踐效率

空軍軍醫(yī)大學自主研發(fā)了在線評判系統(tǒng)，老師在上面布置實訓作業(yè)和日常練習題，學生只需要一臺電腦，可以不受時間地點的限制，隨時在線練習，提交之后，系統(tǒng)會給出具體錯誤提示，學生在作業(yè)截止日期前可以多次修改提交，大大的提高了學習效率；此外，學生提交的實訓作業(yè)通過系統(tǒng)實時批改，將老師從繁重的作業(yè)批改中解放出來，提升了教學效果。

2）巧設(shè)實踐案例，與學生學科專業(yè)相結(jié)合

傳統(tǒng)的驗證性實驗主要培養(yǎng)學生對知識點的掌握，而學習程序設(shè)計重在應(yīng)用，改革后，在實踐案例的選取中以設(shè)計型和綜合型實驗為主，兼顧趣味性和實用性，重在培養(yǎng)學生的綜合運用知識分析問題和解決問題的能力。考慮軍醫(yī)大學學生專業(yè)主要是醫(yī)學相關(guān)，所以精心設(shè)計的實訓題目主要和醫(yī)學結(jié)合，比如在Python文件部分實訓時，題目為醫(yī)學數(shù)據(jù)分析案例，該案例包括多個數(shù)據(jù)文件，每個數(shù)據(jù)文件中都包含了某醫(yī)院檢驗科幾千條的血常規(guī)數(shù)據(jù)，其中包含病人的病人編號（ID），性別（Gender），紅細胞計數(shù)（RBC） 和白細胞計數(shù)（WBC），血紅蛋白（Hb）和淋巴細胞計數(shù)（LY）共6列數(shù)據(jù)。題目要求對用戶輸入的指定數(shù)據(jù)文件，分別統(tǒng)計男/女人數(shù)、男/女的RBC、WBC平均值共6個統(tǒng)計指標，將統(tǒng)計結(jié)果寫入文件。學生在做此類題目時，主觀能動性得到了發(fā)揮，用計算機技術(shù)解決醫(yī)學領(lǐng)域問題的能力也得到了鍛煉。

2.3 調(diào)整教學評價模式

高效合理的考核方式除了檢驗學生的學習效果外，還可以有效的培養(yǎng)學生正確的學習方式、激發(fā)學習的主動性和積極性，為了激發(fā)學生編程的內(nèi)驅(qū)力和切實提高實踐能力，期末考試摒棄傳統(tǒng)的紙質(zhì)卷考試，全部采用機考，題型包括代碼段填空和案例編程題，考試時學生可以查閱資料，因為程序設(shè)計課程重點要培養(yǎng)學生的編程思想和方法，而不是對語法點的死記硬背?？己朔绞降母母飳崿F(xiàn)了從知識考核到能力考核的轉(zhuǎn)變，體現(xiàn)了程序設(shè)計課程實踐性的重要性，鼓勵學生平時學生多動手上機編程。

3 實踐應(yīng)用效果

自2021年春季學期Python程序設(shè)計課程改革以來，取得了明顯的教學效果。

1）形成性考核成績明顯提升

將改革前2020年的成績和改革后2021年、2022 年的成績進行了分析對比，其中形成性成績?yōu)槠綍r9 次實訓作業(yè)成績的平均值，占比55%，期末考核全部采用機試，占比45%，統(tǒng)計結(jié)果如表2所示。

從表中可以看出，改革后，學生形成性成績的平均分有了明顯提升，表明采用新的實踐模式后，學生學習興趣濃厚，主動實踐練習的機會增多；而期末成績有所下降，是因為改革前為紙質(zhì)卷考試，存在一批學生考前突擊，效果顯著，而改革后全是機試，主要取決于學生平時的上機實踐積累，有利于反向激勵學生把功用在平時。此外，改革后學生的各項成績（尤其是形成性成績）的標準差有了下降，表明成績更加穩(wěn)定，兩極分化的趨勢趨于平緩，是因為學生通過在線評判系統(tǒng)作答作業(yè)時，在截止日期前可以多次提交，每次提交后都有錯誤反饋，便于學生不斷完善，在這個過程中不斷提升編程能力。實踐證明，改革后的教學模式在發(fā)揮學生主觀能動性、提升動手實踐能力方面效果顯著。

2）學生對課程實用性的認可度有了較大提高

2022年春季學期課程前后，對342份有效問卷調(diào)查進行了統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果如圖1所示，開課前，只有8%的學生接觸過編程，6%的學生在一定的幫助下可以完成具體任務(wù)的程序編寫，而經(jīng)過一個學期的學習后，73%的學生能完成程序編寫；開課前只有47%的學生認為Python對以后學習工作的實用性，而開課后，則93%學生認為是有用的。由此可見，改革后學生的觀念、動手編程能力確實有了較大提升。

4 結(jié)束語

通過教學模式的改革，Python程序設(shè)計課程在實踐教學中取得了良好的教學效果，學生對程序設(shè)計課程產(chǎn)生了濃厚的興趣，提升了實踐創(chuàng)新能力和計算機應(yīng)用能力，值得廣大老師借鑒，但在實踐過程中，仍然發(fā)現(xiàn)有一些問題需要解決，比如：大班教學中，學生的基礎(chǔ)參差不齊，如何對學生做到因材施教，如何設(shè)計大量和專業(yè)相結(jié)合的實踐案例，這些是需要進一步研究和探索的，以不斷提升教學效果。