Теория и методика профессионального образования | Мир педагогики и психологии №06 (107) Июнь 2025

Python как инструмент развития интеллектуальных способностей студентов-медиков

Шадрина Инна Александровна
ассистент кафедры медицинской физики, Амурская государственная медицинская академия, РФ, г. Благовещенск, e-mail: shadrina-bpk@mail.ru
Колмогорова Дарья Евгеньевна
ассистент кафедры медицинской физики, Амурская государственная медицинская академия, РФ, г. Благовещенск, e-mail: Kolmogorova2002@list.ru
Назимок Алина Максимовна
преподаватель, АНО ПОО ММ колледж цифровых технологий «Академия ТОП», РФ, г. Благовещенск, shadrina-al@mail.ru

Аннотация: В статье рассматриваются интеллектуальные способности, в частности различные виды мышления, которые развиваются у студентов-медиков в процессе освоения языка программирования Python., Представлены также примеры заданий, способствующих развитию указанных когнитивных навыков. Статья акцентирует внимание на значимости владения языком Python для повышения профессиональной востребованности выпускников медицинских вузов, что делает его необходимым элементом современного медицинского образования.
Ключевые слова: Python, медицинское образование, мышление, анализ данных, моделирование.

Shadrina Inna Aleksandrovna
Assistant of the Department of Medical Physics, Amur State Medical Academy, Russia, Blagoveshchensk
Kolmogorova Daria Evgenievna
Assistant of the Department of Medical Physics, Amur State Medical Academy, Russia, Blagoveshchensk
Nazimok Alina Maksimovna
Teacher, ANO POO MM College of Digital Technologies "TOP Academy", Russia, Blagoveshchensk

Abstract: The article discusses intellectual abilities, in particular, various types of thinking that develop in medical students in the process of mastering the Python programming language. Examples of tasks that promote the development of these cognitive skills are also presented. The article emphasizes the importance of mastering the Python language for increasing the professional relevance of medical university graduates, which makes it an essential element of modern medical education.
Keywords: Python, medical education, thinking, data analysis, and modeling.

Современная медицина характеризуется экспоненциальным ростом объема данных, появлением сложных диагностических и лечебных технологий, а также необходимостью индивидуализированного подхода к пациенту. В этих условиях традиционные методы обучения, ориентированные преимущественно на запоминание и воспроизведение информации, становятся недостаточными. Будущие врачи должны не только обладать глубокими знаниями в своей профессиональной области, но и уметь критически мыслить, анализировать большие объемы данных, принимать обоснованные решения и постоянно адаптироваться к новым вызовам.

Анализ больших данных, автоматизация процессов, искусственный интеллект и машинное обучение становятся неотъемлемой частью здравоохранения и изучение программирования является важным компонентом подготовки студентов-медиков.

В рамках дисциплины «Введение в искусственный интеллект» изучается язык программирования Python.

Python, благодаря своей простоте, универсальности и мощным библиотекам, является идеальным инструментом для обучения студентов-медиков не только техническим навыкам и программированию, но и способствует развитию различных видов мышления, которые являются ключевыми интеллектуальными способностями человека. Эти способности помогают студентам-медикам эффективно решать сложные задачи в медицинской практике.

В.В. Давыдов указывал, что любая учебная задача в этапах ее реализации включает анализ фактического материала с целью обнаружения в нем исходного отношения, выведение на основе абстракции и обобщения частных отношений данного материала и синтеза в некоторый целостный объект, а также овладение в подобном аналитико-синтетическом процессе общим способом построения изучаемого объекта. Таким образом, мышление как процесс скрывает важные составляющие развития теоретического мышления в лице компонентов любой учебной задачи [1, с. 190].

Исследование было направлено на изучение влияния языка программирования Python на развитие различных видов мышления у студентов-медиков.

Рассмотрим виды мышления, которые формируются и развиваются при освоении Python в контексте медицинского образования.

Аналитическое мышление - это способность разбивать сложные проблемы на более мелкие, управляемые части, выявлять взаимосвязи между ними и находить оптимальные решения. Аналитическое мышление предполагает способность систематизировать информацию, выявлять закономерности и разбивать сложные задачи на простые подзадачи [5, с. 18].

В медицине это проявляется в постановке диагноза, разработке плана лечения и оценке эффективности вмешательств.

Программирование на Python требует структурированного подхода, что укрепляет эту способность. Изучение Python способствует развитию аналитического мышления через следующие аспекты:

- декомпозиция задач: любая задача программирования, будь то анализ набора данных или создание модели, требует разбиения на логические шаги. Студенты учатся определять входные данные, необходимые преобразования, алгоритмы обработки и желаемый вывод;

- поиск закономерностей: использование библиотек для статистического анализа и машинного обучения позволяет студентам выявлять скрытые закономерности и тренды в медицинских данных, что является ключевым аспектом аналитического мышления. Например, они могут обнаружить корреляции между определенными симптомами и заболеваниями или предсказать риск развития осложнений;

- сравнение и оценка методов: при решении одной и той же задачи (например, классификации заболеваний) студенты могут попробовать различные алгоритмы или подходы в Python. Это заставляет их анализировать сильные и слабые стороны каждого метода, сравнивать их эффективность и выбирать наиболее подходящий;

- работа с алгоритмами: изучение и применение алгоритмов (например, сортировки, поиска, регрессии) развивает способность к последовательному и логическому мышлению, необходимому для решения сложных медицинских задач.

Пример задания 1. Студент разрабатывает скрипт на Python с использованием библиотеки pandas для анализа набора данных о пациентах, например, уровня глюкозы в крови. Программа позволяет выявить аномалии, рассчитать средние значения и построить графики, помогая в диагностике и принятии решений.

Пример задания 2. Студент создает программу для анализа корреляции между уровнем холестерина и артериальным давлением, используя библиотеку seaborn для построения тепловой карты корреляций.

Критическое мышление - это способность анализировать информацию, оценивать ее достоверность, выявлять предвзятость, логические ошибки и делать обоснованные выводы. В медицине это умение не принимать информацию на веру, а подвергать ее сомнению, искать доказательства и учитывать контекст [2, с. 189].

Программирование требует точности, так как даже незначительная ошибка в коде может привести к некорректным результатам, что особенно важно в медицинской практике.

Изучение Python способствует развитию критического мышления через следующие аспекты:

- работа с данными: когда студенты используют Python для анализа реальных медицинских данных (например, результатов клинических испытаний, эпидемиологических отчетов), они сталкиваются с необходимостью оценивать качество данных, выявлять пропущенные значения, выбросы и потенциальные ошибки. Это заставляет их критически осмысливать источник данных и методы их сбора;

- интерпретация результатов: после выполнения статистического анализа или построения моделей (pandas, numpy, scipy, scikit-learn) студенты должны интерпретировать полученные результаты, а не просто принимать их как факт. Они учатся задавать вопросы: "Что означают эти p-значения?", "Насколько надежна эта корреляция?", "Может ли этот прогноз быть ошибочным и почему?";

- отладка кода: поиск и исправление ошибок в коде (отладка) требует систематического анализа проблемы, выдвижения гипотез о причинах сбоя и их последовательной проверки. Этот процесс тренирует способность к логическому рассуждению и выявлению неточностей;

- визуализация данных: создание графиков и диаграмм (matplotlib, seaborn) позволяет студентам визуально оценивать паттерны и аномалии, что способствует более глубокому критическому осмыслению данных, чем просто просмотр таблиц чисел.

Пример задания 1. При написании программы для обработки медицинских изображений с использованием библиотеки OpenCV студент должен проверять корректность кода, чтобы избежать ошибок в сегментации или классификации изображений, например, при анализе рентгеновских снимков.

Пример задания 2. Студент разрабатывает скрипт для проверки достоверности медицинских данных, выявляя пропущенные значения в наборе данных с помощью pandas.

Логическое мышление - это способность выстраивать последовательные цепочки рассуждений, делать выводы на основе имеющихся данных и выявлять причинно-следственные связи. В медицине это проявляется в диагностическом процессе, выборе лечения и понимании патогенеза заболеваний.

Написание кода на Python требует четкого определения последовательности операций и условий. Изучение Python способствует развитию логического мышления через следующие аспекты:

- построение алгоритмов: написание кода на Python требует строгого следования логике. Студенты должны четко определить последовательность действий, условия (if-else), циклы (for, while) и функции. Это тренирует умение мыслить пошагово и предвидеть результат каждого шага;

- условные конструкции: использование условных операторов (например, if age > 60: apply_geriatric_protocol()) учит студентов формулировать логические правила и применять их к различным сценариям, что напрямую перекликается с принятием клинических решений;

- отладка: студенты должны методично исключать возможные причины ошибки, проверять промежуточные результаты и локализовать проблему. Это укрепляет их способность к дедуктивному и индуктивному рассуждению;

- булева логика: работа с булевыми операторами (and, or, not) и сравнениями (==, >, <) в Python развивает понимание основ логики, что применимо в любом научном и клиническом рассуждении.

Пример задания 1. Студент создает алгоритм для расчета индекса массы тела (ИМТ) на основе введенных данных (рост, вес). Программа использует формулы и условные операторы (if-else), что развивает способность к логическому рассуждению.

Пример задания 2. Студент разрабатывает программу для определения стадии гипертонии на основе измерений артериального давления.

Абстрактное мышление - это способность оперировать понятиями, не привязанными к конкретным объектам или явлениям, выделять сущности и создавать обобщенные модели. Для медиков это важно при понимании универсальных биологических принципов, работе с классификациями болезней или создании схем лечения.

Абстрактное мышление позволяет работать с обобщенными концепциями, такими как переменные, функции и классы. Python помогает студентам отходить от конкретных данных и создавать универсальные модели. Изучение Python способствует развитию абстрактного мышления через следующие аспекты:

- функции и классы: создание функций и классов в Python – это классический пример абстракции. Студенты учатся инкапсулировать сложные последовательности операций в одну именованную функцию (например, calculate_drug_dosage(weight, age)) или объединять данные и поведение в объекты (например, класс Patient). Это позволяет им работать с более высокоуровневыми концепциями, не вдаваясь каждый раз в детали реализации;

- модульность кода: разделение программы на отдельные модули или библиотеки по функциональному признаку поощряет абстрагирование. Вместо того чтобы думать о всей системе целиком, студенты фокусируются на отдельных, логически завершенных компонентах;

- представление данных: выбор подходящих структур данных (списки, словари, фреймы данных Pandas) для представления медицинских сущностей (пациенты, симптомы, анализы) требует абстрагирования реальных объектов в формализованные структуры;

- работа с моделями: построение статистических моделей или моделей машинного обучения (например, простая линейная регрессия или нейронная сеть) для описания медицинских явлений - это процесс абстрагирования от множества реальных переменных к упрощенному математическому представлению.

Пример задания 1. При разработке программы для классификации пациентов по группам риска (например, риска диабета) студент использует библиотеку scikit-learn, чтобы создать обобщенную модель, применимую к различным наборам данных.

Пример задания 2. Студент создает класс для управления данными пациентов, используя объектно-ориентированное программирование.

Креативное мышление - это способность генерировать новые идеи, находить нестандартные решения и подходы к проблемам [3, с. 103]. В медицине это может быть поиск новых методов диагностики, разработка индивидуализированных планов лечения или оптимизация клинических процессов.

Python предоставляет гибкость для экспериментов с данными и их визуализацией. Изучение Python способствует развитию креативного мышления через следующие аспекты:

- открытость и гибкость: Python – это очень гибкий язык, который позволяет решать одну и ту же задачу множеством разных способов. Студенты могут экспериментировать с различными алгоритмами, библиотеками и структурами данных, находя наиболее эффективные решения;

- проектная деятельность: работа над собственными проектами, где нет единственно верного ответа, стимулирует студентов к поиску оригинальных подходов. Например, разработка уникальной визуализации медицинских данных или создание прототипа нового инструмента для автоматизации рутинных задач;

- итеративное прототипирование: Python идеально подходит для быстрого создания прототипов. Студенты могут быстро реализовать идею, протестировать ее, получить обратную связь и доработать. Этот процесс проб и ошибок поощряет творческий поиск;

- комбинирование библиотек: позволяет комбинировать различные библиотеки для создания уникальных решений. Например, использовать requests для получения данных из веб-источников, BeautifulSoup для их парсинга, pandas для анализа и plotly для интерактивной визуализации - это требует креативного подхода к интеграции.

Пример задания 1. Студент создает визуализацию данных о сердечном ритме с помощью библиотеки seaborn, экспериментируя с различными типами графиков, чтобы наглядно представить информацию для клинического анализа.

Пример задания 2. Студент разрабатывает интерактивную визуализацию данных о температуре тела с помощью библиотеки plotly.

Системное мышление - это способность видеть целостную картину, понимать взаимосвязи между элементами системы, а не только их отдельные части. В медицине это критически важно для понимания человеческого организма как сложной системы, взаимодействия органов, влияния внешних факторов и комплексного подхода к здоровью пациента.

Программирование на Python учит студентов учитывать множество факторов и их взаимодействие. Изучение Python способствует развитию системного мышления через следующие аспекты:

- моделирование сложных систем: создание моделей, имитирующих работу сложных биологических систем (например, сердечно-сосудистой системы, метаболических путей, распространения инфекций). Это позволяет студентам видеть, как изменение одного параметра влияет на всю систему;

- интеграция данных: в медицине данные поступают из множества источников (лабораторные анализы, инструментальные исследования, анамнез). Использование Python для объединения и анализа этих разнородных данных учит студентов воспринимать пациента или клиническую ситуацию как целостную систему информации;

- понимание зависимостей: при работе с большими наборами данных и построении сложных моделей студенты сталкиваются с необходимостью выявлять неочевидные взаимосвязи между различными факторами, что является основой системного подхода;

- разработка комплексных решений: проекты, которые охватывают несколько этапов (например, от сбора данных до их анализа и визуализации для принятия клинического решения), требуют системного взгляда на всю цепочку процессов.

Пример задания 1. При моделировании распространения инфекции с использованием библиотеки SciPy студент должен учитывать скорость передачи, популяционные данные и другие параметры, что развивает способность к системному анализу.

Пример задания 2. Студент создает модель для оценки влияния диеты на уровень сахара в крови, учитывая различные параметры.

Проблемно-ориентированное мышление - это способность идентифицировать проблемы, формулировать их, генерировать возможные решения, оценивать их и выбирать наиболее эффективное. Это основа клинического мышления врача.

Изучение Python способствует развитию проблемно-ориентированного мышления через следующие аспекты:

- решение реальных кейсов: "как автоматизировать расчет дозировки лекарства?", "как проанализировать данные о распространении инфекции?" ставит студентов перед конкретными проблемами, требующими практического решения;

- итеративный подход: программирование часто включает итеративный процесс - написание кода, тестирование, выявление ошибок, модификация и повторное тестирование. Этот цикл "проблема-решение-оценка" тренирует гибкость мышления и способность к постоянному улучшению;

- поиск и использование ресурсов: столкнувшись с проблемой, студенты учатся искать информацию (документацию, форумы, примеры кода), адаптировать чужие решения под свои нужды и применять их для решения конкретной задачи. Это развивает навыки самостоятельного обучения и использования доступных ресурсов;

- оценка эффективности решений: после реализации решения на Python студенты должны оценить его корректность и эффективность. Например, насколько точно модель предсказывает исход заболевания или насколько быстро скрипт обрабатывает данные. Это развивает способность к объективной оценке результатов своей работы.

Пример задания 1. Студент разрабатывает программу для определения приоритетности пациентов в очереди на основе их состояния (например, уровня сатурации кислорода и температуры тела).

Пример задания 2. Студент создает программу для диагностики возможных заболеваний на основе симптомов, введенных пользователем.

Вычислительное мышление - это подход к решению проблем, который включает использование концепций, лежащих в основе информатики. Оно включает в себя декомпозицию, распознавание образов, абстрагирование и алгоритмическое мышление.

Изучение Python способствует развитию вычислительного мышления через следующие аспекты:

- декомпозиция: разбиение сложной задачи на более мелкие, управляемые части. Например, анализ большой базы данных пациентов может быть декомпозирован на этапы: загрузка данных, очистка, статистический анализ, визуализация;

- распознавание образов: выявление общих черт или тенденций в данных. Python-библиотеки для анализа данных и машинного обучения помогают студентам обнаруживать паттерны в медицинских записях, изображениях или генетических последовательностях;

- абстрагирование: фокусировка на важных деталях и игнорирование несущественных. При написании кода студенты учатся создавать функции и классы, которые абстрагируют сложные операции, позволяя сосредоточиться на логике более высокого уровня;

- алгоритмическое мышление: разработка пошаговых инструкций для решения проблемы. Написание скриптов на Python требует четкого определения последовательности действий, условий и циклов, что является сутью алгоритмического мышления.

Пример задания 1. Студент разрабатывает алгоритм для оптимизации расписания приема пациентов на основе их приоритета и времени визита.

Пример задания 2. Студент создает программу для прогнозирования прогрессирования диабета на основе медицинских показателей [4, с. 125].

Внедрение Python в образовательный процесс для студентов-медиков - это не просто шаг в ногу со временем, а стратегическая инвестиция в будущее здравоохранения. Таким образом, Python является не просто инструментом для программирования, работы с данными, моделирования и автоматизации, а мощным средством для всестороннего развития мышления. Каждая грань этого языка способствует формированию высококвалифицированного специалиста, способного мыслить алгоритмически, использовать современные технологии и развиваться в постоянно меняющемся мире медицины.

1. Титов А.А. Мышление как процесс и как деятельность: анализ философско-психологических исследований мышления // Педагогика и психология образования: научный журнал. 2020. № 1. С. 180-197. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42841844 (Дата обращения: 25.06.2025)
2. Ланина С.Ю., Плащевая Е.В., Иванчук О.В. Развитие критического мышления обучающихся на уроках экономики // Проблемы современного педагогического образования: научный журнал. 2023. № 80-2. С. 188-190. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=54961021 (Дата обращения: 26.06.2025)
3. Тартышева В.М. Понятие креативного мышления. Типы креативного мышления // Проблемы управления в государственном и корпоративном секторах экономики: сборник научных трудов Международной научно-практической конференции, Санкт-Петербург: ООО "Скифия-принт", 2020. – С. 101 – 104.
4. Шадрина И.А., Назимок А.М. Опыт применения методов машинного обучения для использования в образовании студентов-медиков. // Наука и практика в медицине: сборник материалов VII международного образовательного форума, 10-11 апреля 2025 г. – Благовещенск: ФГБОУ ВО Амурская ГМА Минздрава России, 2025. – С. 125 – 128.

Список источников
5. Реверчук И.В. Психофизиология и патопсихология мышления. Учебное пособие. – Ижевск, 2016. – 56 с.