综合性实验在医学信息专业编程课中的实践研究

叶远浓，靳 帅，王 敏，张晓娅，黄梦雅  

（贵州医科大学 大健康学院，贵州 贵阳 550025）

[摘  要] 编程类课程作为一门实践性课程，传统的实验课程设置是以基础实验为主，导致每个学生的实验成绩区分度不够，学生独立思考不够，进而打消学生积极性并抑制了学生的个性发展。本研究通过比较传统的基础实验和综合性实验设置对学生学习成效的影响，发现综合性实验能有效提高学生的学习成效。因此，综合性实验能充分发挥学生的主观能动性和独立操作能力, 以培养学生的综合设计能力和创新意识。使学生具备可视化开发环境下的编程设计能力、良好的程序设计素养与规范的程序设计方法，从而能独立开发出具有实际意义的程序，毕业时能更好地适应市场的需求。并且能加强学生对编程课程类的学习兴趣和学习成效。

[关键词]综合性实验；医学院校；学习成效；编程课程

[基金项目] 2021年全国高等院校计算机基础教育研究会计算机基础教育教学研究项目《基于产学合作协同育人的医学信息工程专业核心课程实施方式的研究与实践》（2021-AFCEC-188）；2019年贵州医科大学教学内容和课程体系改革项目《新工科背景下贵州医科大学“人工智能+医学”大数据类课程体系改革研究》（0620302050136）。

[作者简介]叶远浓，男，(1985-)，博士，广东省紫金县人，贵州医科大学大健康学院副院长，副教授（五级），硕士生导师/博士生导师，研究方向为生物医学信息学

[中图分类号]  G642    [文献标识码] A   

一、引言

随着大数据技术的兴起，大数据相关人才极度缺乏，对此，国内不少高校相继开设大数据类专业以培养大数据技术人才^[1]。 不少医学院校也相继开展了针对医疗健康大数据分析挖掘人才培养的专业，如医学信息工程、生物医学工程、生物医药数据科学等专业。针对大数据分析挖掘人才培养目标，许多高校把程序设计课程作为该类专业学生的专业核心课程，目的是为了使学生掌握编写计算机程序用于分析大数据，以提高学生对算法基本方法和思路的理解与加强，提高学生综合分析问题和灵活运用知识的能力^[2]。我校医学信息工程于2017年开始招生，开设了《Python与大数据分析挖掘》和《R语言与可视化》两门编程类课程。

编程类课程作为一门实践性课程，如何合理的设计实验课程是重要的部分。传统的实验课程设置是以基础实验为主，即学生按照实验指导书，按部就班地操作，输出结果与实验指导书一致即可。导致每个学生的实验成绩区分度不够，学生独立思考不够，进而打消学生积极性并抑制了学生的个性发展^[3]。这与培养创新能力的目标相背离，因此，如何创新实验课程以激发学生独立思考和钻研成为编程类课程的一个课题。

对此，我们不断地对编程类实验课程进行改革探索，逐渐将“综合性实验”引入到编程类课程中，学生根据自己兴趣选择一个综合性实验题目，自主思考，综合利用所学知识来达到实验的要求^[4]，为了保证“综合性实验”能在编程类课程中有更好的教学效果，我们只将综合性实验引入到《R语言与可视化》课程中，而《Python与大数据分析挖掘》依旧采用基础实验的模式。

二、方法与材料

本研究以2017级和2018级两个年级的《Python与大数据分析挖掘》和《R语言与可视化》课程的教学效果为研究对象，首先，这两门课程均由同一位老师授课，可以消除由不同教师的不同教学水平而导致的差异。其次，这两门课程的实验学时相同，均为36学时的实验学时，保证在学时上统一。

2017级的《Python与大数据分析挖掘》和《R语言与可视化》两门课程均采用基础实验，即将实验分散到教学周，每逢双周上1次实验课，每次4学时，完成前一次理论课程所学知识的上机实验，按照实验指导书完成上机编程实验。2018级2017级的《Python与大数据分析挖掘》仍然采用基础实验模式，每逢双周上1次实验课，每次4学时，按照实验指导书完成上机编程实验，以作为综合性实验成效的对比。不同的是，2018级《R语言与可视化》课程采用综合性实验模式进行。为了更好地开展综合性实验，《R语言与可视化》实验课程安排在后九个教学周进行，即第10-18周每周进行实验课，每次4个学时。以此保证学生在进行综合性实验时能有足够多的知识储备来独立创新地完成实验。

《Python与大数据分析挖掘》开设学期是第二学期，《R语言与可视化》开课学期为第三学期，因此可以避免由于《R语言与可视化》的综合性实验学习成效对《Python与大数据分析挖掘》学习成效的影响。上述两门课程信息如表1。

表2. 课程信息表

三、综合性实验教学成效分析

为了研究综合性实验对学生创新能力和课程学习能力的提升，我们以期末考试卷面成绩作为分析比较，通过成绩分析，发现每个年级都有1个成绩为个位数的学生，为了保证统计有意义，我们将其视为异常点删除。删除后成绩统计结果如表2。

表2. 成绩统计

图1 成绩分布图

图2 各年级不同课程成绩分布比较图

由以上成绩统计和分布图我们可以看出，两个年级都存在不同水平的学生，通过T检验比较2017级《Python与大数据分析挖掘》和《R语言与可视化》的成绩，发现差异显著性p值为0.30，平均分分别为68.14和69.66。表示两门课均采用基础性实验的情况下，两门编程类课程学习效果上没有差别。

再对比2017级和2018级两个年级的两门课程学习效果，《Python与大数据分析挖掘》课程在两个年级中，都采用基础性实验模式，通过两个年级的比较发现，两者平均分分别为68.14和67.26，经过T检验分析，发现其p值为0.36，没有显著差异，表示在基础性实验情况下，两个年级的《Python与大数据分析挖掘》课程学习效果相当。

通过对比2017级和2018级两个年级对《R语言与可视化》课程的学习效果，2017级的实验课采用的是基础性实验模式，2018级的实验课采用的是综合性实验模式。通过两个年级的比较发现，两者平均分分别为69.66和77.05，经过T检验分析，其p值为9.20*10^-6，远远小于0.01，显示这两个年级的成绩分布有显著差异，表示在综合性实验情况下，学生的学习成效更好。

四、结论

针对信息类和大数据类专业，编程类课程属于实践性很强的课程，该类课程在实验教学设置具有重要意义。在教学设计安排中，为贯彻我院“实践育人、科研育人、文化育人、健康育人”的办学理念，进一步深化教育教学改革，加强实践能力的培养，我们不断进行实践教学改革和探索不同实验课程方式对学生实践动手能力的影响，包括采用“综合实验设计”等实验模式，加强实践教学力度，增设综合性、创新性实验，以提高学生们综合应用所学编程知识解决实际问题的能力。  

综合性实验是以模块实验为主导的一种新型实验，不是真的单一的实验模块进行实验。学生在教师的引导下，根据自身的能力和兴趣选择自己感兴趣的实验题目，并且学生独立思考（或团队合作）设计完成实验步骤。指导老师在整个实验中只起到答疑的作用，总体实验设计由学生探索和实施，以充分发挥学生的主观能动性和独立操作能力。培养了学生的综合设计能力和创新意识。使学生具备可视化开发环境下的编程设计能力、良好的程序设计素养与规范的程序设计方法，从而能独立开发出具有实际意义的程序，毕业时能更好地适应市场的需求。并且能加强学生对编程课程类的学习兴趣和学习成效。

[参考文献]

[1] 贾蓓. 学科融合视角下的数据科学与大数据技术专业人才培养思考[J]. 大学教育, 2020(1):4.

[2] 唐文静, 杨洪勇, 田生文,等. 基于工程教育认证的应用型高校计算机相关专业高级语言程序设计课程分析[J]. 中国现代教育装备, 2018, 000(021):109-112.

[3] 黄东炎. 学生设计实验初探[J]. 教育与装备研究, 2000, 016(007):11-12.

[4] 冯茜. 综合性、设计性实验教学在控制类课程中的实践与探讨[J]. 河北联合大学学报：社会科学版, 2016(1):4.

Practice Research of Comprehensive Experiment in Programming Course of Information Specialty in Medical University

YE Yuan-Nong* ,JIN Shuai, WANG Min ZHANG Xiao-Ya, and HUANG Mengya

（School of Big Health, Guizhou Medical University, Guiyang, Guizhou,550025 China）

Abstract：The programming courses are practical courses. The traditional programming experimental curriculum is based on the basic experiment, which leads to the lack of differentiation of experimental scores of each student and the lack of independent thinking of students, thus reducing the enthusiasm of students and inhibiting the development of their personality. In this study, we found that comprehensive experiment can effectively improve students learning effect by comparing the traditional basic experiment and comprehensive experiment. Therefore, comprehensive experiment can give full play to subjective initiative and independent operation ability of students. The comprehensive experiment could cultivate students comprehensive design ability and innovation consciousness. And it could enable students to have visual development environment programming design ability, good programming literacy and standard programming methods, so as to independently develop meaningful programs, graduation can better adapt to the needs of the market. And it can strengthen students' interest in programming courses and learning results.

Key words: Comprehensive Experiment; Medical Universities; Learning Effectiveness; Programming Courses