徐娟+李永生+李霞+白静
摘 要：在医学院开展程序设计的教学过程中，通过精选医学数学模型，对授课内容以及教学方式进行改革，引入任务型教学法和分组讨论的教学模式，有助于提高学生对于程序设计课程的理解和学习的积极性，把程序设计当成生物数据分析的基本工具，进而培养学生的思考和动手能力。
关键词：程序设计 教学模式 任务型教学法
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（b）-0220-02
Abstract：Improving the teaching effects of the programing design is important for bioinformatic students. We proposed that the teacher should carefully selected the biomedical models and adopted the problem-based learning method to help students to give an active role in the teaching process. The application of this method combind with discussion among the students provides a new way of program design in higher medical university.
Key Words：Programming design； Model of teaching； Problem-based study
随着新一代测序技术的不断成熟和广泛应用，越来越多的研究者可通过“基因测序”等高通量技术来认识生命的本源，从而探索造物主构建“自我”的好奇心。然而面对海量的数据，普通人只能束手无策甚至望尘莫及，因此一批专注于生物大数据分析的弄潮儿在基因组数据分析行业崭露头角—即生物信息学。面对当前生物大数据的潮流以及大数据的4V特点[1]：数据量巨大（Volume）、数据处理速度快（Velocity）、数据类型繁多（Variety）、数据科学价值大（Value）。医学院校特别是生物信息专业的学生必须熟练的掌握多种高效的高级计算程序设计语言，以适应当前大数据分析的需要，能在合理时间内达到提取、管理、处理、并整理归纳出大数据背后的生物学意义。因此，如何改进医学院校学生程序设计课程的教学方法，提高医学工作者的程序设计能力，正成为医学院校教育者广泛关注的问题。针对这一问题，我们生物信息科学与技术学院在程序设计类课程中进行了一系列的改革，以训练学生的基本程序设计能力为主，培养学生以目的为出发点，以完成任务为目标，在课堂教学中穿插分组讨论，实例教学的方式，扩展教学内容，以提高学生的程序设计能力。
1 培养医学生程序设计能力的重要意义
随着人类基因组计划的完成和后续研究工作的开展，生命科学研究已经进入了快速、低耗、准确地分析隐藏在复杂疾病背后的遗传和表达等多种组学数据的信息时代。大量的研究结果表明，复杂疾病的发生是多种基因与环境联合作用的结果。面对如此复杂的疾病，及时、充分、有效地利用不断增长的生物信息资源进行分析和探索，已经成为当前生物医学领域研究与应用的必备手段。然而，目前医学院校大部分开设课程为基础医学相关内容，很少涉猎程序设计等理工科教学内容。此外，大部分理工类院校对于医学知识了解的又是非常少的，当务之急是解决生物医学和信息科学兼通的复合型人才缺乏困境。
2 医学院校程序设计课程适合采用以R和Matlab作为教学语言
作为医学院校生物信息专业，开设程序设计的目的是为了培养医学生的程序设计能力并解决生物学问题。使医学生掌握程序设计的基本思路、基本方法，学会书写程序源代码，编制出风格良好的程序文件，为以后的生物医学科研打下良好的基础。由于医学生所学课程的限制，其思维逻辑往往受到一定的限制。而R和Matlab语言是目前流行的面向对象的程序设计语言，程序书写风格比较灵活，并且这两种编程语音针对生物信息学的研究开发了很多程序软件包，以便研究者使用，并实现了生物信息分析工具包的建立。此外，这两种编程软件支持与很多生物医学数据资源的连接，能够在多个生物医学数据资源平台间建立联系，所以，本院不仅率先在医学院校开设了生物信息学专业，同时，也在本专业的教学中开设了R和Matlab程序设计课程，并對基础七年制学生也开设了程序设计课程。通过了解学生思想动态，不断改进教学方法，我们改变了以往的以教师教为主的教学方式，让学生成为教学中的主体，形成了以问题为引导的生物信息学专业的程序设计类课程的改造。
3 生物信息学专业程序设计类课程教学的初步探索
在生物信息学专业的R和Matlab程序设计课程教学中，我们旨在通过选取医学相关的数学模型，然后培养学生用R和Matlab语言书写相关程序以解决生物医学问题，在解决问题的同时掌握程序设计的基本思想以及编程语音的基本语法结构。
3.1 合理选择生物医学模型
鉴于此程序设计课程开设于医学生的基础课程阶段，学生对于生物医学的知识了解还是比较有限的。在选择教学模型时，尽量选择贴近生活实际的医学研究问题。选取的模型要有针对性，体现生物医学和数学模型的交叉特点，例如临床诊断、疾病复发等模型。使学生充分理解生物医学问题的关键所在，能够建立简单的数学模型，进而在教学实施过程中才能让学生掌握如何程序设计的目标和过程。此外，选择的生物医学模型要有趣味性，激发学生的学习兴趣。
3.2 使用合理的教学方法
以往的程序设计教学过程中，大部分教师主要是以“老师教，学生听”的方式进行教学，教师照本宣科，上课效果不是很理想，课上学生不愿意听，课后也没有兴趣复习，学生反映到学期末基础知识的记忆已所剩无几。endprint
鉴于此，我们对教学方式进行了改革，由教师提出生物医学模型，带领学生通过分析生物医学问题，然后建立数学模型。接下来将学生进行分组，将教材纲要发放给学生首先自学，以解决生物医学问题为目标，进行程序设计，并书写程序代码。接下来，通过学生讲解自己解决生物医学问题的过程，教师组织学生对其书写的程序进行讨论，阐明程序设计的基本思路和本次课程的知识点。最后，由教师进行总结，布置新的课余任务对程序设计的知识进行巩固。
这种以任务为目标的程序设计教学方法和讨论穿插的教学模式不仅使教学课堂气氛更加活跃，充分调动学生的积极性，也培养了他们的创新思维和程序设计的能力，同时，也让学生体会了解决实际问题后带来的快乐，培养其发现问题、分析问题和解决问题的能力。
3.3 理论和实验紧密结合
程序设计课程是一门比较枯燥无味的课程，如果只是偏重于理论的教学而忽略学生动手实践的能力，学生虽然在当时掌握了理论知识，但是過一段时间就会很快遗忘[2]。程序设计的教学也要以学习基础知识为主导，从理论联系实际的角度去理解程序设计的基本知识，并注重学生的学以致用，发展学生的动手能力，领悟程序设计的基本思想和过程。
3.4 可能存在的问题
以问题为出发点的学习模式在我国一些医学院中的基础课和临床课中已取得了较好的效果[3]，并初步积累了一些经验，但是在教学过程中可能会出现一些问题：学生习惯于传统的灌输式学习方式，开始学习的过程中可能不太适应；学生可能由于传统的师道尊严而在学习过程中感到比较拘谨，阻碍教师的教学过程；部分学生的合作能力可能不强，依赖于其他学生的结果。
尽管医学院校生物信息学专业的程序设计课程还需要进一步的改进和完善，但采用任务型教学法并理论联系实际，在培养学生综合素质方面较传统教学法有明显的优势。因此，在传统程序设计教学的基础上结合任务型教学方式，必将为高等医学院校程序设计课程的教学改革提供一个新的思路。
参考文献
[1]王波，吕筠，李立明.生物医学大数据：现状与展望[J].中华流行病学杂志，2014，35（6）：617-620.
[2]杨永吉.改革教学方法提高学生分析实际问题的能力与实践[J].力学与实践，1998（4）.
[3]王婷，于淼，刘琳琳，等.医学教育PBL教学实施方式的探讨[J].中国高等医学教育，2007（12）：1-2.endprint
