由于我国高中教育存在严重的应试教育倾向，大多数学生失去了学习的内在动力。进入大学阶段后，没有了老师的督促和约束，学生的听课积极性、自我加强训练的积极性降低。要想改变这种状况和更好的把计算机技术和专业课程进行融合，就必须彻底改变传统的直线式、不可逆的“瀑布型”教学过程模型，替代为结合并创新应用多种教学理论和方法构建学习理论，包括基于学习产出的教育模型OBE (Outcomes-Based Education)、有效教学设计BOPPPS、慕课(MOOCs)、翻转课堂的教学过程。以课堂和关键知识点为核心，通过挑战项目式学习模式CPBL (Challenging Project-Based Learning)把课堂上积累的知识，结合最新技术的应用和自己的专业进行融合。挑战项目性学习模式的核心是挑战性项目是学生自己发现并和导师讨论得到的，按照科学研究的方法，团队合作探究并求解问题 [2] 。

教育部在计算机基础课程的教学大纲中提到：计算机基础课程教学的主要任务是培养学生以计算机为工具来解决工作与生活中实际问题的能力；让学生拥有根据工作需求运用计算机，使用计算机的相关技术获取信息、处理信息、分析信息、发布信息，最终逐渐养成独立思考、主动探究的学习习惯以及严谨的科学态度。对大学生而言，项目研究的困难较大，容易让学生产生畏难情绪，而团队是非常好的一种合作研究模式。构建如 图1 所示的“团队–教师–学生”共同成长机制，让学生在合作研究过程中自然而然自我认同，端正“三观”，达成能力目标，收获成长喜悦，同时提升教师自我认同感、使命感和幸福感教。建设团队文化，规划个人成长目和路径，组织教学教研教改学习活动，这些活动支撑教师产生自我认同，提升教学能力，教师教学能力的增长可以作用于学生的个人成长，让学生自我认同，端正“三观”，达成能力目标，学生的个人成长又反作用于教师团队，让教师获得自我认同感，产生团队归属感，再促进整个教师团队文化的建设，增强团队凝聚力。

计算机课程具有很强的应用型特点，而实践教学是提高学生实际应用能力和创新能力的必由之路和有效手段 [3] 。通过往年教育教学活动经验总结，设置三个层次的大学计算机通识教育课程实践体系，采用工具、平台、程序、数据、仿真五种方式开展实验教学，培养学生五种计算机应用能力，如 图2 所示。

实践教学搭建成“基础层–进阶层–创新层”递进式体系，让学生能够通过体系训练逐步锻炼并提高计算机实际操作能力 [4] 。“基础层”实践教学主要在本科的第一个学期，安排相关的计算机必修课程，形式以虚拟仿真课程为主，课程的教学目标是让学生能够掌握一些软件操作的基础、常用硬件设备的基本操作以及锻造一些简单工程项目开发的基本能力；“进阶层”旨在学生可以把书本知识转化应用能力。从知识的学习转化知识的运用不是一蹴而就的，书本知识只有通过足够的相关实践活动，才能让学生达到融会贯通的程度。“进阶层”实践活动主要安排在第二个学期，对应专业的计算机基础课程。主要形式为基于医学计算机工具的使用以及医学信息平台的应用；“创新层”的教学目标是实现在校学生向校外相关专业人才的过渡。区别学生与专业人才的根本是：在校学生面对的是书本知识体系，相关专业人才面对的是工作中的实际问题。过渡的唯一途径是让学生参与大量的创新性实践活动，只有这样才能让学生参与分析和解决实际问题，最终过渡到专业人才。“创新层”实践活动主要安排在第3至第8学期，对应专业的计算机应用课程。“创新层”主要是项目型实验，学生自主寻找基于程序的设计与开发类和基于医学数据的分析与应用类项目，通过组建团队和教师指导的方式来完成项目实验。

基于以上对大学计算机通识教育课程教学设计能力目标和教学实施后要达成五方面育人目标和实践阶段培养的学生五种计算机应用能力，我们提出了实现学生从“拥有知识”到“具备能力”的学习目标转变的理论模型——5A5S (五能五会)模式，如 图3 所示 [2] 。

要推动学生从教学目标向实践目标递进，就要在计算机实践过程中培养他们解决复杂问题的综合科研能力，这些能力包括“使用计算机技术，拥有计算思维，可以创新性解决医学问题，会写科研论文，最后还可以进行成果展示”，“自我管理自我学习能力，计算机理解能力，模块化思维能力”是积累基础知识阶段，这个阶段可以建设相关的MOOC/SPOC课程，采用线上线下相结合的混合式教学等方法。关于“学习总结能力”和“团队合作能力”，可以编写大量的应用案例，这些案例应该是计算机与医学专业紧密结合的。学生选择需要完成的部分案例，选择方式根据学生专业特点以及个人兴趣，在完成案例的过程中需要团队合作，最后由老师或助教进行面对面检查。

要提升五能到五会，不能仅通过线上线下课堂和案例复现就能实现，还必须进行实战。五会是采用在教师或助教指导下的“挑战性项目学习”(Challenge Project-Based Learning，简称CPBL)学习方式，最终通过提交研究成果、科技论文并进行成果展示来实现的 [2] 。

在前面章节中重新确定了教学目标和实践目标，并重新设定了教学内容，如何让学生能达成这些目标和吸收这些有一定难度和深度的知识点是问题的关键。具体而言，必须要对教学过程进行重新设计，要彻底改变传统的直线式、不可逆的“瀑布型”教学过程模型，替代为依赖提炼的关键知识点，重新构造“线上线下混合式教学、案例复现、研究探索性学习”的教学过程模型。借助当前先进的教学理念，如慕课、翻转课堂、BOPPPS教学设计、CBPL研究探索性学习，利用互联网技术为手段(云服务、移动APP等)来重新设计、定义和构造行之有效的教学过程，整个教学过程使用了多种教学模式，如下所述。

第一种教学模式是线上线下混合教学模式。该模式是按照首先提出问题，然后讨论解决问题的方法，然后解决问题及提出新问题。按照难易程度对教学内容进行分类，把难度大的，学生不易接受的知识点做成MOOC/SPOC，让学生在老师上课前先进行线上课程自主学习，对课程内容有初步的了解，积累课中不能理解的问题到线下上课时有针对性的学习和提问，加强课堂上老师学生之间和学生与学生之间的互动，包括答疑解惑、合作探究、完成学业等，用这种线上线下混合式翻转课堂教学更有利于学生对知识难点的接受和吸收，从而达到更好的效果。

第二种教学模式是BOPPPS。我们针对教学中的每一个知识点和能力目标进行基于BOPPPS的教学设计，如 图4 所示的教学流程包括问题导入(Bridge-in)、学习目标(Objective/Outcome)、前测(Pre-assessment)、参与式学习(Participatory Learning)、后测(Post-assessment)和总结(Summary)六个教学环节 [5] 。基于BOPPPS的教学设计主要包括如下环节：B是学生自学，学生课前可以利用MOOC等相关网上资源进行在线学习；O是课堂教学目标，课堂的内容主要是教师根据在线自主学习测试的结果(P前测)，进行重点难点的讲解以及基于学生问题的翻转课堂；P课堂参与式学习，学生在实践课上进行上机实际操作(包括程序设计练习、案例练习)；P是课后测试，一般采取的方式是完成章节测试和小组问题求解等内容；S代表课程学习总结，是教师对课程内容、案例复现和项目求解情况进行总结和评价。

第三种教学模式是案例复现。案例复现是一种完全自主学习的教学模式，教师可以发掘计算机基本应用案例，以及各学科中的一些研究课题，形成与学科紧密结合的案例，学生通过自主学习和复习案例，了解和感受多种用计算机辅助求解问题的思路和方法扩展视野。教师在案例复现的整个过程进行答疑并一对一检查学习效果，案例复现的整个学习流程是提出方法，介绍相关知识工具方法，问题求解来对学习进行拓展。

第四种教学模式是研究探索项目性学习方法。“挑战性项目学习”由南开大学首次提出，这种教学模式力图通过有趣有价值的挑战性项目吸引学生，激发学生的好奇心和想象力。CPBL模式的核心是通过学生组建团队，团队内高强度“生生互动”和“师生互动”，使学生把线上线下吸收的知识，结合最新技术的应用和自己专业热点，快速获取新知识并综合运用相关知识，最后写出规范性的学术论文，在教师、组内或组间进行成果评价展示，CPBL旨在培养学生沟通、合作和创新能力，促进学生敢于善于挑战自我、主动学习，使学生在完成挑战性任务的过程中获得成就感，进而增强作为拔尖学生的勇气、信心和能力 [6] 。让学生掌握使用计算机及相关技术解决实际问题的方法，初步掌握科学研究的基本过程和方法，做到能发现问题并组建团队去解决问题。