余遠波，陳明銳

(1.海南醫(yī)學院醫(yī)學信息系，海南海口 571101;2.海南大學信息科學技術學院，海南海口 570228)

醫(yī)學院校計算機基礎教學與計算思維培養(yǎng)

余遠波1，陳明銳2

(1.海南醫(yī)學院醫(yī)學信息系，海南?？?571101;2.海南大學信息科學技術學院，海南?？?570228)

介紹了醫(yī)學院校大學計算機基礎課程培養(yǎng)學生計算思維的重要性，分析了教學中存在的問題，然后從教學目標的設定、考核手段、教學內容、教學方法等方面分析計算思維與醫(yī)學的聯(lián)系，并闡述如何培養(yǎng)醫(yī)學生“計算思維”的方式與方法，為醫(yī)學院校大學計算機基礎教育提供了一種以提高學生計算思維能力為目標的新型模式.

計算機基礎教學;計算思維;醫(yī)學院校

1 計算機基礎課程對培養(yǎng)學生計算思維的重要性

隨著國家信息化進程的加快，信息技術的發(fā)展正在改變人們的生活、工作、學習、思維方式和價值觀.2010年《九校聯(lián)盟(C9)計算機基礎教學發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》［1］中，強調了把“計算思維能力的培養(yǎng)”作為計算機基礎教學的核心任務、加強以計算思維能力培養(yǎng)為核心的計算機基礎教學課程體系和教學內容的研究.孫家廣院士［2］在《計算機科學的變革》一文中明確指出:(計算機科學界)最具有基礎性和長期性的思想是計算思維.中國科學院計算技術研究所研究員徐志偉總工［3］認為:計算思維是一種本質的、所有人都必須具備的思維方式，就像識字、做算術一樣;在2050年以前，讓地球上每一個公民都應具備計算思維的能力.例如，計算機科學對生物學的貢獻決不限于其能夠在海量序列數據中搜索尋找模式規(guī)律的本領，而最終的希望是數據結構和算法(自身的計算抽象和方法)能夠以其體現自身功能的方式來表示蛋白質的結構.計算機基礎教學不僅要培養(yǎng)學生對計算環(huán)境的認識，更應該培養(yǎng)學生在計算環(huán)境下掌握問題求解方法，這是高校學生應用計算機技術解決專業(yè)問題的重要基礎.另外，計算思維能力的培養(yǎng)還展現了計算機學科獨特的思維方式，為將來創(chuàng)新性地解決專業(yè)問題奠定了基礎［4］.因此，在高校計算機基礎教育中提出了新的要求，主要體現2個方面［5］:一是必須進一步同其他各個學科專業(yè)交叉與融合，二是迫切要求提高學生利用信息技術解決專業(yè)領域問題的能力.

目前，醫(yī)學院校計算機基礎教育教學的課程安排中，尚未體現醫(yī)學領域信息技術的廣泛應用和應用前景，也未體現醫(yī)學領域對計算思維的需求.因此，面向醫(yī)學信息化發(fā)展，以培養(yǎng)“計算思維”為著眼點的醫(yī)學院校計算機基礎教學改革勢在必行.

2 計算機基礎教學中計算思維培養(yǎng)的對策

2.1 轉變教學觀念，強化計算思維訓練，建立多元化的考核體系 當今社會已進入了信息化時代，善于運用計算機技術和手段進行學習、工作、解決專業(yè)問題已是高級人才必備的素質.隨著信息科學技術的迅速發(fā)展，醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)、數字化醫(yī)院的建設與先進的數字診療技術的應用，都越來越多地依賴醫(yī)學信息化、計算機化和網絡化技術、設備的支持和幫助.從培養(yǎng)學生計算思維能力的角度看，計算機基礎教學不僅培養(yǎng)學生對計算環(huán)境的認識，更重要的是培養(yǎng)面向典型計算環(huán)境下的問題求解方法，包括初步了解抽象級的問題求解方法，掌握語言級的問題求解技術，并根據專業(yè)的應用特征了解或掌握應用系統(tǒng)級或計算機系統(tǒng)級的問題求解方法［2］.

大學計算機基礎教學不僅是大學通識教育的一個重要組成部分，更重要的是培養(yǎng)大學生潛移默化地養(yǎng)成用計算思維方式解決專業(yè)問題的良好習慣，使其成為復合型創(chuàng)新人才.計算思維是運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統(tǒng)和理解人類的行為.醫(yī)學院校計算機基礎教育，是讓學生掌握基本知識的應用技能，并在此基礎上了解信息技術在醫(yī)學領域的廣泛應用，訓練其計算思維.通過典型案例的分析和對信息技術在醫(yī)學領域應用的了解，使學生對計算機基礎課程重要性的認識得到不斷提高，使其計算思維能力，尤其是在信息的獲取、分析和處理能力等方面都得到比較全面的提升，使他們更能適應現代社會發(fā)展的需要.

在大學計算機基礎課程的考核中，應有部分題目結合計算機在醫(yī)學領域的應用;考題形式上，除了現有的操作題之外，一方面應有體現計算思維的題材，另一方面也應有鼓勵學生想象的思考題.通過考試，不僅考察學生基礎知識的掌握情況，也應該考察學生的創(chuàng)新思維能力，從而發(fā)現學生的“閃光點”，使他們成為計算機基礎扎實的復合型人才.

2.2 更新教學內容，適應醫(yī)學信息化的發(fā)展 目前，在大學計算機基礎課程的教學中出現了一些問題，主要是“狹義工具論”的問題［6］.“狹義工具論”認為計算機基礎教學就是教學生怎樣將計算機作為工具使用.應該說，這種認識對計算機基礎教育非常有害，這樣會使學生對計算學科的認識淡化，不利于計算技術中最重要的核心思想與方法的掌握.哈爾濱工業(yè)大學戰(zhàn)德臣教授等人［7］將計算機基礎課程分為9個教學單元，即引論、計算原理、操作系統(tǒng)基礎、問題求解框架、算法描述與程序設計基礎、互聯(lián)網計算基礎、數據庫系統(tǒng)基礎、科技文章/文稿電子化制作及編排與發(fā)布、計算機安全與信息安全.覆蓋了計算思維(思維牽引的知識)講授和基本素質的培養(yǎng)，使“大學計算機”課程的教學改革，轉向思維性教學為主，收到了較好的教學效果.

醫(yī)學信息化已是醫(yī)學院校計算機基礎教育的方向，了解國內外計算機技術的最新發(fā)展動態(tài)，結合學生就業(yè)需要，針對學生的專業(yè)特點，確保教學內容緊扣時代發(fā)展步伐和社會需要，是培養(yǎng)醫(yī)學復合型創(chuàng)新人才的基本要求，因此，在醫(yī)學院校應為大學新生開設“計算思維與醫(yī)學”的專題講座，設法激發(fā)醫(yī)學生對計算思維的興趣，使計算思維成為常識.在課堂中應給學生介紹醫(yī)學信息化的發(fā)展和趨勢，教學案例的設計也應選取醫(yī)學領域的實際應用，突出醫(yī)學院校計算機基礎教育的特點.

2.3 革新教學方法，培養(yǎng)計算思維 美國卡內基·梅隆大學周以真(WING J M)教授認為［8］:計算思維(Computational Thinking)是運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統(tǒng)和理解人類的行為;計算思維的本質是抽象(Abstraction)和自動化(Automation).計算思維如同所有人都具備是非判斷、文字讀寫和進行算術運算一樣，也是一種本質的、所有人都必須具備的思維能力.周以真教授認為，用操作的方法來教學生是一種最糟糕的計算機教育.

在講授“大學計算機”課程時，宜與所面向的學科專業(yè)進一步結合，通過合適的、面向不同學科專業(yè)的實例，使其既闡釋計算學科的普適思維，又能給出面向特定學科專業(yè)的范例，從而提高教學效果.

典型的思維、可實現的思維［7］:例如，計算機利用鍵盤輸入、利用顯示器顯示內容作為輸出，這一內容既直觀又簡單，作為“知識”不一定需要學習，但是作為“思維”則值得學習.以鍵盤輸入與屏幕顯示為例可以講授“信息處理的思維”，即位置→電信號→編碼→存取/ASCII→解碼→字形→顯示.學生掌握這一思維之后，可以很容易地推廣至其他語言文字的處理，如漢字等.更進一步，這一例子蘊含著一種普適思維——信息處理思維，即物理對象通過設備采集相關信息(物理－信息映射)，然后按一定的編碼規(guī)則使用編碼器進行編碼及存儲，再按編碼規(guī)則使用解碼器進行解碼，識別所需信息并進行顯示.那么，聲音、視頻等多媒體信息以及各種新型設備如RFID(即射頻識別)等的處理是否可以利用這種思維進行處理?例如，醫(yī)學高頻超聲編碼成像中解碼壓縮技術的研究［9］:將數字編碼激勵與現有眼科高頻超聲成像技術相結合，提出一種全新的高速數據檢測和信號處理方法.由FPGA產生16位Golay互補序列，激勵換能器產生超聲波.數據采集電路實現了15 MHz高頻超聲回波信號的數字化，采樣頻率120 MHz，采樣位數14 bits.解碼壓縮算法由FPGA實時實現，A序列解碼和B序列解碼交替進行，分別將回波信號與A，B解碼序列卷積運算，兩路延遲疊加即實現了Glayo碼的實時解碼壓縮.該研究的編碼激勵信號由FPGA產生，經激勵電路激勵超聲換能器.換能器在編碼信號激勵下，發(fā)射超聲波;超聲信號經反射面反射，驅動換能器產生回波信號.回波信號經放大后，通過A/D采樣進入FPGA進行數據處理和解碼，并最終通過D/A輸出到示波器輸出顯示.

計算機學科中有很多類似于上述思維的普適思維，這些思維不僅反映了計算、計算機的原理，使非計算機專業(yè)學生能夠深刻地理解，更重要的是體現了基于計算技術/計算機的問題求解思路與方法，從而有助于培養(yǎng)非計算機專業(yè)學生的創(chuàng)新能力，為未來應用計算手段進行學科的研究與創(chuàng)新奠定堅實的基礎.如借鑒計算機及相關系統(tǒng)，研制支持生物技術研究的計算平臺.

以醫(yī)學影像學專業(yè)的學生為例，一部分學生的方向是病理診斷，另一部分學生側重于醫(yī)療技術，計算思維的培養(yǎng)有助于他們理解醫(yī)學影像(X線，CT，MRI等)的檢測技術實現過程，實現病理診斷“知其然，知其所以然”，也為研究醫(yī)學影像技術奠定思維基礎.因此，非計算機專業(yè)大學計算機課程也應該挖掘這種思維，不僅培養(yǎng)學生具有“思維”，而且也要使學生“看見”并確立“思維”是能夠實現的.

3 小結

計算思維在醫(yī)學領域有著廣泛的應用前景，計算思維的培養(yǎng)能為醫(yī)學生將來創(chuàng)新性地解決專業(yè)問題奠定基礎.計算思維的培養(yǎng)作為醫(yī)學院校計算機基礎教學的核心任務，不僅是一個長期的過程，而且是需要在教學目標、教學內容、教學方法、考核手段等方面不斷探索、努力實踐的過程.只要堅持不斷地改革，醫(yī)學院校的計算機基礎教育一定能上新臺階.

［1］九校聯(lián)盟(C9).九校聯(lián)盟(C9)計算機基礎教學發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明［J］.中國大學教學，2010(9):4，9.

［2］孫家廣.計算機科學的變革［J］.中國計算機學會通訊，2009，5(2):6 －9.

［3］徐志偉.21世紀計算機科學的研究熱點［J］.中國計算機學會通訊，2009，5(2):15－22.

［4］何欽銘，陸漢權，馮博琴.計算機基礎教學的核心任務是計算思維能力的培養(yǎng)［J］.中國大學教學，2010(9):5－9.

［5］陳國良，馮博琴，張龍.抓住實施“質量工程”機遇 提高高校計算機基礎教育水平［J］.中國大學教學，2008(4):7－9，13.

［6］陳國良，董榮勝.計算思維與大學計算機基礎教育［J］.中國大學教學，2011(1):7－11，32.

［7］戰(zhàn)德臣，聶蘭順，徐曉飛.“大學計算機”—所有大學生都應學習的一門計算思維基礎教育課程［J］.中國大學教學，2011(4):15－20.

［8］WING J M.Computational Thinking［J］.Communications of ACM，2006，49(3):33 －35.

［9］周盛，王曉春，楊軍，等.醫(yī)學高頻超聲編碼成像中解碼壓縮技術的研究［J］.中國醫(yī)療器械雜志，2011(6):409－413.

Teaching of Computer Basic Course and Cultivation of Computational Thinking in Medical School

YU Yuan-bo1，CHEN Ming-rui2

(1.Department of Medical Information，Hainan Medical University，Haikou 571101，China;2.College of Information Science＆ Technology，Hainan University，Haikou 570228，China)

In the paper，the significance of cultivating students’computational thinking via basic computer course was highlighted and the problems existing in current teaching method were analyzed.Based on teaching goal，assessment tool，and teaching content of basic computer course，the correlation between computational thinking and understanding of medical science were discussed，and how to culture“computational thinking”of medical student were explored，all of which provide a new model for improving computational thinking capability of student.

basic computer course;computational thinking;medical universities

G 434 < class="emphasis_bold">文獻標志碼:A

A

1004－1729(2012)02－0184－03

2011－12－22

海南省教育廳基金項目(HJJSJ201016);海南省教育科學十一五重點課題(Qji11518)

余遠波(1981－)，陜西旬陽人，海南醫(yī)學院醫(yī)學信息系講師.

陳明銳(1960－)，男，教授，博士生導師.