以计算思维为核心的教学改革

1教学内容

　　在教学内容上应该围绕让学生了解计算思维的基本内容来开展。根据陈国良院士给出了部分教学内容的建议[1]，对教学内容可以采取以下的组织方式：

（1）信息技术基础与计算思维基础知识：这部分主要包括了信息技术概念、数制转换与计算以及计算思维的一些基本概念。

（2）计算机组成原理：包括了计算机的组成、CPU工作原理、存储器工作原理、常见I/O设备以及常见医疗仪器的介绍。

（3）计算机软件：包括算法的概念、程序设计语言、系统软件和常用的应用软件以及软件工程等概念的介绍，增加医院信息系统的介绍。

（4）计算机网络：包括网络的分类、常见组网方式、因特网以及网络应用等。

（5）计算机多媒体：包括图形图像、声音、动画和视频等，介绍一些在医学中常见的应用。

（6）数据库知识：包括数据库的分类、常见数据库介绍等。

这些内容讲解时并不是孤立存在的，一些知识而是贯穿于整个教学过程中，如冯·诺依曼计算机模型在硬件基础、操作系统、程序设计中都得到了体现和应用。

    通过内容讲解重点培养学生的几大思维能力[6]，任何一个计算手段的研究都离不开这些核心的计算思维：

（1）“0和1”的思维、“程序”的思维、“递归”的思维。

（2）冯.诺依曼机、个人计算环境、并行与分布计算环境、云计算环境。

（3）“算法”、“系统”。

（4）“社会/自然的计算化”、“计算/求解的自然化”

    计算思维使得各学科均可以应用计算手段进行科学问题的研究和创新。如在医学院校可以重点生命科学中的案例，利用各种仪器获取大量实验数据通过计算、模拟和比较分析等方法可以研究细胞、组织、器官等的生理、病例与药理机制，产生疾病治疗的新手段新药物等。

根据这些特点可以编写出适合医学院校学生使用的计算机基础教材，使得能从根本上强化学生的计算思维能力。

2教学方法

在教学过程中应该时刻以计算思维基本解题步骤为导向，可以通过实际范例、练习来强化学生对基础概念的理解，这样才能提高学生的计算思维能力。

　　例如在讲解程序设计中具体问题的时候，不是将程序直接告诉学生去验证，而应该通过讲解算法类建立数学模型，再进行算法的设计和分析，最后通过程序设计语言编写出相应的程序。

课堂教学时应该采取提出问题——分析问题——解决问题——评价解决方案的方式，充分发挥学生学习的主动性，改变以老师讲为主为学生思考为主，诱导学生以科学的思维方式，数学的思维模式来对知识进行分析从而理解和接受知识。对于相同的问题允许学生从不同的方面考虑和认知，从而养成学生进行计算思维的习惯和培养相应的能力。

3考核方式

教学内容和教学方法的改变必然需要改变相应的考核方式来进行教学检验，否则依然会回到传统教学模式中去。

应当要采取恰当的考核办法来考核学生完成任务的情况及其计算思维运用的能力。即改革形式单一的考试制度，运用科学、合理、全面的考核方式。

在目前状态下，无法完全取消考试，可以先通过降低考试比重，侧重于平时教学环节的考核中的方法来客观地评价学生的学习情况，使教学评价从多角度关注学生不同阶段的成长过程。

4改革实例

对于教学内容不拘泥于考试，拓展学生的思维，提高计算机素养。如讲到excel的应用时，将其应用扩展到医学方面，这样更能针对学生的专业提高其思维能力。如在参与的2011年度教指委试点项目《“医学信息分析与决策”核心课程教学模式与实验平台研究》中用Excel进行计算机仿真，产生随机数并利用样本数据仿真药品库存情况，该项目在教指委试点项目中获得优秀。仿真实验主要利用电子表格软件Excel中提供的各类函数和内嵌的数据分析工具，进行仿真模型构建，用仿真模型来预测各种决策的结果。

实验内容：

某医院丙种球蛋白药品进药量调整的问题分析

目前医院药房已掌握的情况包括：①为保证不因药房缺药而影响开药治疗，要求丙种球蛋白药进药临界值为100盒，即该药存货小于100盒，必须进药，进药送货费为100元。②药品进库后，在药房存储的存储费用为0.1元/盒/天，但如果缺货，造成医院的损失是0.3元/盒/天。③每盒药品的进价为一服从均值为4元，标准差为0.5元正态分布的随机变量，售出价格为5元。④根据以往经验知道该药品的使用量x的概率分布表1所示。

现在医院管理人员希望了解如下问题的答案：

（1）药房为该药品的管理支付的期望费用是多少？

（2）如果药房缺药，医院的期望损失是多少？

（3）医院从该药获得的期望收入是多少？

（4）药房为了不使药品发生积压造成损失，希望寻求一个最合适的进药量，使支出的费用校少。最合适量为多少？

表1 药品每天使用量的分布

首先要对实验目的进行分析，主要是为了解决管理人员的问题，需要知道每天医院开出的该药品的数量和订购量。由于每天药品使用量是一个离散概率分布的随机变量，而药价是一个服从均值为4，标准差为0.5正态分布的随机变量，因此采用Excel随机数生成函数对药品库存进行仿真模拟。接下来建立药品仿真模型，最后完成仿真模型构造。该仿真模型的构造完全采用Excel中提供的各种函数完成。

类似实验内容对于医学类院校学生来说既贴近专业知识，又能针对性地锻炼思维方式，可以取得事半功倍的教学效果。