军队医科院校计算机基础课程设计——以Python程序设计模块为例

王 萌 李东 方陆 江东 郑 奋

（中国人民解放军海军军医大学，上海 200433）

计算机基础课程是中央军委训练管理部规定的全军各专业必修的通用基础科学文化课程[1]。随着信息化水平的不断提高，计算机在众多应用场景中与其他学科的交叉和融合愈发紧密，例如医学数据处理与分析、虚拟仿真手术、模拟实验等等。在大力发展科技兴军的今天，学好计算机课程对于培养学员的逻辑思维能力，提升学员的信息化素养，增强学员对新技术的理解起着至关重要的作用。

与国外医学生由理工预科培养的模式相比，我国的医学生在本科期间课程门类多、学时紧张，工学大类课程仅安排在公共基础教学阶段，工科素养培养的时间在全部课时中占比很小。2020年9月23日，国务院办公厅印发的《关于加快医学教育创新发展的指导意见》[2]中明确指出：“要全面优化医学人才培养结构，加快高层次复合型医学人才培养，促进医工等学科交叉融合。”这为医科院校的计算机课程设计指明了方向。现代医学正逐步向医工结合为代表的新医科发展。

对于军队医科院校而言，计算机基础课程作为人才培养过程中为数不多的工学课程之一，课时相对较少，课程种类较少。绝大部分学员入学前计算机基础较差，未系统学习过计算机相关知识。面对计算机学科知识日新月异的发展，如何结合医工结合的教学理念，有的放矢地、有指向性地设计计算机基础课程，形成符合专业个性化需求的课程体系，是值得军队院校计算机教员思考的问题。

为了使学员能够更好适应智能化、数据化的现代信息化条件，计算机基础课程中包含众多模块，例如信息处理、数据分析、数字多媒体、程序设计等等。随着近些年人工智能、大数据行业的蓬勃发展，Python语言成为现如今最热门、应用最广泛的编程语言之一，越来越多非计算机专业人士将Python语言作为自动化办公的工具。对于军队医科院校的学员来说，Python语言简洁、高效、可扩展性强等优秀特点，是帮助他们初步了解程序设计的逻辑框架与结构、初步锻炼计算思维能力的有力手段，同时也是辅助他们提高日常学习生活效率的得力工具。因此，Python程序设计模块深受广大学员的喜爱。

结合军队医科院校现状，为使学员在较少的课时内高效地掌握计算机基础知识，本文从三个方面进行了课程教学设计。下面以Python程序设计模块为例具体论述。

3.1 以问题为导向的启发式教学

传统程序设计类的计算机课堂将整体课程割裂为讲授为主的理论模块与用以巩固理论知识的实验模块两大部分[3]。对于基础较差的军队医科院校学员而言，在有限时长的课堂中将理论知识与实践操作割裂开，极易造成学员丧失兴趣、欠缺动手能力、无法将所学应用于实际等问题，从而无法适应未来医工结合的现实需求。因此，在课堂教学过程中，设计了以问题为导向的启发式教学方式，以具体案例为出发点，课堂中不再将理论与实际分隔开，而是由教员提出联系学员日常的问题，进而引导学员分析问题，解决问题，以应用关联知识点，以知识点促进应用，将知识点与操作过程、代码书写有机融合。

针对军队医科院校的学科特点，在设计具体案例时，要考虑贴合学员学习日常，在课程中融入医学元素，更重要的是考虑到课程思政在培养合格军校学员过程中的巨大作用[4]。从课程实际出发，结合具体课程内容，设计了具体的教学案例，从而实现计算机课程与学员日常应用及思政有机地、无痕地结合，在引起学员兴趣的同时，达到“润物细无声”的效果。案例设计举例如下：

案例1：分支语句是根据不同的条件判断结果，给程序以不同的走向。根据该知识点的特点，结合医学理论、党在新时代的强军目标等军队医科院校学员应知应会的知识来构建简易问答题库系统。例如输入“听党指挥”，程序返回其具体含义“听党指挥是灵魂，决定军队建设的政治方向”等等。通过构建题库的案例，在引起学员共鸣的同时，潜移默化地将学员的理论知识水平和政治理论素养协同提高。在讲解与具体分析案例时，由于题库包含多个问题，学员容易联想到利用多分支语句if…elif…else结构书写。但解决问题的思维方式不应局限于一种，向学员抛出问题：“如果题库进一步扩充，如何优化整体逻辑？”提示学员可结合Python语言特有的列表、字典数据类型，将整体思路优化为“判断问题与答案是否已存储”，即可利用双分支语句if…else结构解决问题。在构建学员计算思维的同时，培养学员举一反三、多角度分析与综合的辩证思维能力。

案例2：循环结构是程序设计三大结构中较难理解的一种，学习这种结构时，学员的学习兴趣会有所减退，易产生畏难情绪。因此，在设计案例时，结合学员平常学习中遇到的血压判断、血糖单位转换、身体质量指数计算等等应用场景由浅入深地构建自动化的、可手动跳出的简易循环交互系统，贴近学员生活实际进行讲解。使学员熟练掌握医学专业知识的同时，深入理解代码的运行逻辑，提升学员的思辨能力。

案例3：turtle库是Python语言中常用的图形绘制函数库，能给学员直观的视觉感受。在案例设置时，选择红十字、中国人民解放军军徽等元素，由易到难训练学员编写代码的能力，并且，对于较为复杂的图案，让学员以分组讨论的方式完成。这样的方式既能加深学员对程序逻辑的理解，又能锻炼学员的团队协作能力。借助此案例，学员能深入了解turtle库中基本函数的语法及应用，同时掌握以顺序结构为例的程序的基本运行结构，在潜移默化中引导学员不断提升身为医者、身为军人崇尚荣誉的行动自觉。

案例4：Python的一大特点是可扩展性强，可通过对第三方库的引用快速便捷地完成工作任务，例如运用jieba库、wordcloud库可以快捷地进行词频统计与分析。根据这两个库的特点设计词频统计案例。此案例结合《习近平总书记系列重要讲话读本》中关于“建设一支听党指挥、能打胜仗、作风优良的人民军队”这部分内容进行词频分析，并且生成词云图的程序设计（如图1所示）。通过该案例，加深学员对字符串、列表等基本数据类型、函数、方法的理解，且通过对习近平总书记系列重要讲话读本的文档进行分析，在潜移默化中加强学员对党忠诚的思想引领。

图1 词云图程序设计案例

3.2 化抽象为具体的沉浸式教学

对于军队医科院校学员而言，抽象思维能力薄弱是重要的学习制约因素[5]。针对此问题，整个教学过程采用视觉与听觉多个角度来将整体课程具象化，给学员以实体呈现的沉浸式体验。

在进行分支语句、循环语句、函数定义等较难理解的知识点时，采用LabVIEW图形化编辑系统辅助编写程序，以框图的形式使整体代码具象化（如图2所示），让程序设计过程不再聚焦于看不到、摸不到的抽象思维逻辑，而是让学员能以简单的操作方法去理解复杂的思维逻辑。

图2 LabVIEW图形化编辑系统

此外，在课堂中引入先进的人工智能技术，例如内置Python运行环境的智能机器人来辅助教学。例如，在案例1（问答题库系统）的具体实施过程中，运用机器人的语音模块来替代Python教学中常用的“print函数”作为输出，以生动的语音代替枯燥的屏幕输出，带动学员调试修改程序的积极性；
在讲解程序结构的过程中，将“敬礼”动作手臂运动的步骤与顺序结构相联系，运用机器人的手臂运动模块设计“敬礼”动作，具体流程如图3所示，让学员能在视觉上感知程序设计的基本概念。通过人工智能机器人技术，让学员能在视觉、听觉多个角度形象地了解程序运行逻辑的同时，逐步构建起计算思维逻辑。

图3 “敬礼”动作流程图

3.3 多角度考核的教学评价方式

教学评价是衡量教学效果的主要手段，也是提升课程质量的重要组成部分[6]。通常而言，计算机基础课程中的教学评价手段往往分为三个部分：学员出勤情况、平时作业以及期末考试成绩。在Python程序设计课程学习过程中，对于学员的教学评价不应仅仅拘泥于理论知识，还应体现在学员的思维能力、品行品质上。例如在学员提交的代码中所体现的学员的逻辑思维能力，以及在完成一些综合性强的作业中体现的团队协作能力等等。将学员的考试成绩与课堂中的随堂表现情况以7:3的比例进行综合评价，以专业技术知识考察为主，以学员思维能力、品行品质考察为辅，构建多角度、全周期的评价方式，推动立德树人建设持续高效发展。

经过两个学期的课程设计与具体实践，本文所提出的Python程序设计课程教学效果显著，获得高度认可。

我们于2021年7月份及2022年2月份结课后随机对四个教学班次的125名学员进行了统计与问卷调研。经统计，学员Python程序设计模块的成绩同比上升5.4%。问卷调研结果显示：100%的参与者认为对Python程序设计课程的兴趣度得到明显提高，98%的参与者认为自身计算思维水平得到显著提升，93%的参与者认为对于程序设计课程的畏难情绪有所缓解，100%的参与者认为课程中的案例对于提升医学、军政理论知识有积极作用，100%的参与者认为LabVIEW与人工智能机器人对学习Python很有帮助，98%的参与者认为多角度的教学评价方式更为合理，91%的参与者希望能再额外学习一些程序设计课程，100%参与者对Python程序课程的教学设计持肯定态度。

综上，本文提出的课程教学方法让军队医科院校学员以强烈的兴趣在较短的时间内获得实践的体验，提升了学员的逻辑思维能力和信息素养，为军队医科院校计算机基础课程的实施与发展提供了良好借鉴。在今后的工作中将继续挖掘与丰富教学案例，在不断探索与实践中提炼改进教学方法。