醫學專業相結合數學實驗教學研究

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摘要：“健康中國”戰略的建設對新時代醫學院校人才培養提出了新的要求。高等數學是醫學專業的一門必修課程，但其理論性強，與其在專業知識中的應用銜接不夠緊密。數學實驗課程是聯系高等數學理論知識與實際應用的橋梁，能彌補高等數學知識與專業知識銜接中的漏洞，提高學生對高等數學知識學以致用的能力，增強理論聯系實際的理念，培養學生的探索精神、創新意識和應用能力。本文旨在探討醫學專業開設數學實驗課的必要性、數學實驗課程的教學內容的選擇、教學方法、教學模式、評價體系以及數學實驗的課程思政等，并列舉相關教學案例進行具體說明。

關鍵詞：醫學專業；數學實驗；Matlab；教學內容；課程思政

“健康中國”戰略的建設對新時代醫學院校人才培養提出了新的要求，醫學院校培養學生以需求為導向，以創新創業型人才為導向，課程的設置需要以培養人才為目的。傳統的課程模式陳舊，不利于創新醫學人才的培養。

1醫學院開始數學實驗課的必要性

高等數學是醫學專業的一門必修課程，但是這門課理論性強，與其在專業知識中的應用銜接不夠緊密。以上海健康醫學院為例，目前康復治療、臨床醫學、生物醫學工程、醫學檢驗技術、醫學影像技術、藥學等專業都開設了高等數學課，但是課時少、內容多、難度大、不知道如何應用在專業知識中等問題困擾著大多數學生。隨著計算機科學技術的發展，數學實驗已經成為將數學知識應用于實際問題的重要橋梁，彌補了高等數學知識與專業知識銜接中的漏洞，數學實驗課的教學重要性顯得與日俱增。數學實驗課的開設有利于培養學生的應用能力和提高科研水平，提高學生對高等數學知識學以致用的能力和科學計算能力，增強理論聯系實際的理念，培養學生的科學探索精神和創新意識。開設數學實驗課可以利用Matlab等數學軟件借助于直觀圖形、數值計算等形式對所學的高等數學知識進一步強化理解，還可以對專業問題進行數據分析、圖像處理、仿真實驗等，從而降低學習難度，增強學習興趣，能順利地將高等數學知識應用在后續專業課程的學習中。醫學院校的專業實踐性強，因此更需要像數學實驗這樣從理論過渡到實踐的中間型課程，數學實驗課程的開始有利于創新醫學人才的培養。

2數學實驗課程內容的選擇

數學實驗課程是培養學生信息素養、綜合素質、應用能力不可或缺的重要環節。不同的專業對數學知識的需求也不盡相同，下面我們將針對醫學專業的數學實驗課程的教學內容進行探討。數學實驗課程內容可以分為數學軟件基礎知識、高等數學知識的軟件計算與實現、與醫學類專業相關的案例操作實驗。其中與醫學類專業相關的案例相關內容的選擇關鍵。下面將以Matlab軟件為基礎，舉例加以說明。案例1考慮一種在妥善治療下疾病消失的模型。假定疾病傳染人數的變化率dx／dt同人數x成正比。受治療的人數同傳染疾病的人數x成正比。假設在某一年中，一種疾病的患病人數減少30％。如果當前有20000個病例，患病人數將在多少年后減少到2000人？分析：由題意，可得到如下初值問題：案例2在第二次世界大戰期間，需要對大量新兵實施驗血。對N位士兵驗血有兩種標準方法：第一種方法，對每人單獨檢驗；第二種方法，把x位士兵的血樣集中在一起，作為一個大血樣檢驗。如果檢驗結果呈陽性，再對每位士兵做單獨檢驗，需要總共進行x＋1次檢驗。利用第二種方法和某些概率論可以證明，平均而言，檢驗的總次數y將是案例3在一次謀殺發生后，尸體的溫度從原來的37℃按照牛頓冷卻定律開始下降。假設周圍空氣的溫度保持20℃不變，試求出尸體溫度T隨時間t的變化規律。又如果尸體被發現時的溫度是30℃，時間是下午4點整，那么謀殺是何時發生的？已知案發后兩小時尸體溫度為35℃。注：牛頓冷卻定律：物體溫度的變化率與物體溫度和當時空氣溫度之差成正比。從而案發時間應為警察趕到現場前約8．42小時，故案發時間是在早上7：35左右。醫學專業數學實驗課程內容的選擇要“以學生為中心”，有助于學生專業知識應用能力的提升，不同專業還需要有針對性的案例，例如醫學影像技術專業還要涉及醫學圖像處理的相關實驗內容，臨床醫學專業、藥學專業則要增加血液濃度、傳染病模型等相關的實驗，中藥專業需要統計知識相關的實驗內容。課程內容的選擇還要注意能讓學生接觸到前沿問題，引導學生將高等數學的理論知識應用于專業問題，培養學生主動學習的精神和科研創新精神。

3數學實驗課的教學方法、教學模式、評價體系

數學實驗課由于實踐性強，因此可以結合多種教學方法使用。比如，啟發式、案例式、問題導向教學法等。伴隨著互聯網的普及，全球的課程教學模式正開展一系列變革，慕課、翻轉課堂等教學模式也可以應用在數學實驗教學中，尤其是疫情期間的線上課程，為數學實驗課程的教學提供了更多的教學模式。通過互聯網，建設線上數學實驗課程，使得學生能夠進行線上學習。如何更好地建設線上數學實驗課程，理論與實踐相結合是值得深入探討的問題。我們目前的做法是借助于超星平臺，建設數學實驗課程網站，充分利用超星平臺諸多示范課程的講解視頻等教學資源，結合教師自己錄制理論和操作示范的講解視頻，使得學生能夠從安裝軟件到操作實踐能夠系統地在網上進行學習，自己動手安裝軟件進行課后鞏固操作練習。根據實際教學情況，線上自學及線下強化和操作實踐的模式比較適合我校學生。在學生操作過程中需要及時解決各種突發的操作錯誤，因此要能及時為學生答疑解惑，引導學生上機操作，及時掌握所學的知識點，提升學生學習的成就感，進而激發學生的學習興趣。合理的評價體系有助于充分發揮學生的學習積極性與主動性。數學實驗課程的評價體系應該以生為本，充分考慮學生的參與度，鼓勵學生自主探索，重視實驗過程成績的考核。可以將每次上機操作計入平時成績，最后的考試可以是開放式的，有多種途徑可以供同學們選擇，例如可以考具體的數學知識的操作題，也可以是指定幾道與實際問題相關的實驗題目，或者是讓學生自己尋找與所學專業相關的實際問題進行實際操作，并完成實驗報告。可以是自己完成任務，也可以是組隊完成任務。平時的實驗操作題和期末的操作題都應該考慮充分讓學生參與實驗軟件的操作，并熟練掌握軟件操作方法和計算命令，引導學生主動學習，調動學生的學習積極性。

4課程思政

在數學實驗課教學中，我們還需要做好課程思政工作，將課程思政融入課程教學中，增強學生的科學文明素養，提升社會責任意識，提高實踐能力，培養全面發展的社會主義建設者和接班人。數學實驗課程的作業基本上都是上機操作題目，實驗報告完成后及容易被復制。因此需要注意避免有些學生直接使用別的同學的勞動，養成依賴性。在上機練習的時候要隨時關注學生的練習情況和實驗報告完成進度，對于進度慢的同學予以督促和幫助關懷，以免最后來不及的時候用別的同學的成果應付提交，而且耽誤了知識點的掌握。對知識點掌握不牢的地方加以指點和引導，甚至是詳細的講解，使得學生能正確掌握。教師及時引導解惑能夠幫助學生樹立自信心，養成良好的學習習慣。在教學設計環節中，要充分挖掘課程的思政元素，構建數學實驗的內容，實現價值引領的作用。例如，在將微分方程求解的Matlab命令舉例中，可以結合傳染病模型講解。傳染病傳播機理的定量描述和預測是傳染病研究和預防的重要依據，通過實驗計算，分析數據，可以為傳染病防疫隔離措施提供科學的重要依據。結合資料使得學生能夠了解傳染病的歷史以及人類在應對傳染病方面做了哪些工作。我們要能科學的看待疫情，必要的防控措施能夠有效地遏制病毒的傳播。抗疫過程中體現出來的凝聚力、中國精神和中國速度，可以增強學生的愛國意識和社會責任感。在講解畫圖命令的時候，可以舉例國旗的繪制，相信每一個學生一定會更加深刻理解五星紅旗的含義。在教學過程中，始終要注意潛移默化地對學生進行思想教育，用實際行動影響學生，引導學生愛國愛家愛父母，把理論知識的認知轉化為信念和信仰追求并真正付諸到實際行動中，引導學生樹立正確的人生觀、價值觀，落實立德樹人的根本任務。

5結束語

在醫學專業的學習中，數學實驗是聯系數學知識和醫學問題的橋梁，課程的教學至關重要。落實立德樹人的根本任務并培養合格的社會主義建設者則需要做好課程思政的工作，將課程思政元素和育人工作有效地融入課程教學。如何更好地開展并不斷地完善醫學專業的數學實驗課程教學是我們將一直不斷探索的課題。

作者：董鴿 王宏杰 陳立范 閔建中 單位：上海健康醫學院文理教學部