探討醫(yī)學(xué)院校數(shù)學(xué)實驗課程教學(xué)
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摘要：本文通過對醫(yī)學(xué)院校相關(guān)專業(yè)數(shù)學(xué)實驗課程的教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行研究，結(jié)合醫(yī)學(xué)院校的專業(yè)特點、人才培養(yǎng)需求對數(shù)學(xué)實驗課程的教學(xué)意義、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式等方面進(jìn)行探討，從而提高數(shù)學(xué)實驗課程的教學(xué)質(zhì)量，為社會輸出全方面素質(zhì)突出人才。
關(guān)鍵詞：數(shù)學(xué)實驗；matlab；教學(xué)研究
教學(xué)研究在高校教學(xué)活動中有著重要的意義。教學(xué)研究既能改進(jìn)教學(xué)又能不斷的促進(jìn)高校教師專業(yè)發(fā)展，提升教師的教學(xué)和科研能力[1]。高校教師除了要傳授學(xué)科基礎(chǔ)知識，還有另外很重要的任務(wù)就是不斷學(xué)習(xí)學(xué)科發(fā)展前沿，不斷突破科研瓶頸，將最新的研究成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，讓大學(xué)課程緊跟學(xué)科發(fā)展，成為一門不脫節(jié)、有意義的課程。數(shù)學(xué)實驗是將數(shù)學(xué)、計算機技術(shù)以及軟件結(jié)合在一起引入到課堂當(dāng)中的一門新課程。它的目的就在于將我們所學(xué)習(xí)的數(shù)學(xué)知識結(jié)合一些計算機知識和軟件應(yīng)用起來，這樣既提高了同學(xué)們學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的積極性，又鍛煉了同學(xué)們的動手能力，提升了學(xué)生由理論到實踐的重要技能。由于計算機的幫助以及數(shù)學(xué)軟件包的應(yīng)用，使學(xué)生從繁重復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算中解脫出來，將更多的時間投入到數(shù)學(xué)方法研究和其他具有創(chuàng)造性的工作當(dāng)中。在醫(yī)學(xué)院校的相關(guān)專業(yè)中我們的數(shù)學(xué)實驗課使用的matlab軟件，它是一種功能十分強大，可以應(yīng)用到生產(chǎn)實踐等諸多領(lǐng)域的軟件。
一、醫(yī)學(xué)院校數(shù)學(xué)實驗課程應(yīng)用軟件介紹
數(shù)學(xué)實驗課程我們主要學(xué)習(xí)的是matlab軟件。maltab全名為matrixlaboratory，即翻譯為矩陣實驗室，也就是說它的基本運算單位就是矩陣，主要是解決矩陣等相關(guān)問題的軟件。這點就決定了它的編程要比一般的像C語言、Fortran語言要簡單的多，特別是在處理矩陣方面。我們?nèi)粘Ｉ钪兴龅降膯栴}一般都是多變量的，多變量問題往往又可歸結(jié)到矩陣運算當(dāng)中去，而matlab恰恰具有非常優(yōu)秀的矩陣運算功能。另外，matlab可以應(yīng)用到諸多領(lǐng)域當(dāng)中，比如：數(shù)字信號處理、較強的數(shù)值和符號計算、圖像可視化[2]、通訊系統(tǒng)設(shè)計與仿真、控制系統(tǒng)、數(shù)字圖像處理、財務(wù)與金融工程等等。它的操作簡單易上手、很多內(nèi)部函數(shù)和豐富的工具箱、強大的圖像處理功能等等，matlab最突出以及最吸引人的事它有功能豐富的模塊集合工具箱，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、求解偏微分方程、圖像處理、DSP與通信、模糊邏輯、非線形控制、動力系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域當(dāng)中。
二、醫(yī)學(xué)院校數(shù)學(xué)實驗課程的教學(xué)內(nèi)容
本門課程我們主要以實驗的方式進(jìn)行講授，一共32學(xué)時，分成六個實驗進(jìn)行教學(xué)。分別是：matlab基本操作、matlab求解微積分、matlab繪圖、Matlab程序設(shè)計、matlab求解矩陣、matlab數(shù)據(jù)分析。實驗一：matlab基本操作。在這個實驗中我們分為3個部分進(jìn)行講授，分別是：matlab簡介及基本介紹、matlab中數(shù)據(jù)和變量、matlab中數(shù)組的生成與運算。這個實驗主要介紹了mat⁃lab的基礎(chǔ)內(nèi)容，講述基本操作界面的構(gòu)成以及在matlab中數(shù)組的寫法，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。實驗二：matlab求解微積分。在這個實驗中我們分為2部分進(jìn)行講授，分別是：針對一元函數(shù)求解極限、導(dǎo)數(shù)、積分和不定積分；針對多元函數(shù)求解偏導(dǎo)數(shù)、二重積分、三重積分。在本個實驗中，通過matlab中某些函數(shù)的學(xué)習(xí)加深同學(xué)們對數(shù)學(xué)概念的理解，從而提升數(shù)學(xué)思維。實驗三：matlab繪圖。通過本個實驗，我們可以利用malt⁃ab將數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化，既可以完成二維作圖，又可以完成三維作圖。在三維作圖當(dāng)中，我們可以畫出空間曲線、空間網(wǎng)格、空間曲面。實驗四：matlab程序設(shè)計。本個實驗我們也分為兩部分內(nèi)容來講解，分別是：命令式M文件和函數(shù)文件的建立、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)。在本實驗中需要讓學(xué)生們明白命令窗口和M文件、函數(shù)式文件的區(qū)別。他們的區(qū)別在于，M文件相對編寫的時大型的程序，我們需要對程序進(jìn)行不斷的調(diào)試和修改，如果仍然使用命令窗口編輯的話，那么就需要在每次修改時重新復(fù)制一遍語句，然后再找到相應(yīng)的部分修改，這顯然是很麻煩、很費時的，所以我們需要使用M文件或者函數(shù)式文件進(jìn)行編寫程序。M文件或者函數(shù)式文件的創(chuàng)建路徑是一致的：選擇文件-新建-M文件或者函數(shù)式文件即可。在使用函數(shù)式文件的時候需要注意它要有固定的格式：function輸出形參表=函數(shù)名（輸入形參表）。實驗五：matlab求解矩陣。本個實驗中學(xué)習(xí)求解矩陣行列式、矩陣間的基本運算、利用matlab求解齊次線性方程組和非齊次線性方程組等方面的內(nèi)容。這個實驗主要是讓學(xué)生們能過學(xué)會使用matlab命令來求解矩陣的相關(guān)計算問題，使學(xué)生們能夠從復(fù)雜的迭代計算中解脫出來。實驗六：matlab數(shù)據(jù)分析。本個實驗分兩部分內(nèi)容來講解：利用matlab進(jìn)行插值和利用matlab進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合。在插值這部分內(nèi)容中，我們分為一維插值和二維插值來講解。一維插值介紹拉格朗日插值、三次樣條插值、最鄰近插值、線性插值、立方插值和分段線性插值。二維插值分為兩種：網(wǎng)格節(jié)點插值和散亂節(jié)點插值。主要講最鄰近插值、雙線性插值、雙三次插值。擬合方面就分為多項式擬合和非多項式擬合來講 解。高校是專業(yè)化教學(xué)，無論是教學(xué)內(nèi)容還是實踐內(nèi)容都要為專業(yè)學(xué)習(xí)以及專業(yè)發(fā)展所考慮，所以針對不通的專業(yè)我們的教學(xué)內(nèi)容也應(yīng)該相應(yīng)作出一些調(diào)整，跟專業(yè)不相關(guān)或者偏離很遠(yuǎn)的內(nèi)容應(yīng)該進(jìn)行適當(dāng)刪減，跟專業(yè)學(xué)習(xí)與發(fā)展緊密相關(guān)的內(nèi)容應(yīng)做重點的學(xué)習(xí)和講解，這樣高校教學(xué)才能更有針對性。例如，我們針對醫(yī)學(xué)院校影像學(xué)相關(guān)專業(yè)將matlab圖像處理這部分的內(nèi)容作為重中之重來講解。為他們今后學(xué)習(xí)其他影像處理的課程打下基礎(chǔ)，循序漸進(jìn)不斷深化學(xué)習(xí)圖像處理的相關(guān)內(nèi)容。針對醫(yī)學(xué)院校生物制藥的學(xué)生，我們也有不同的側(cè)重點。他們最常研究的就是藥物在體內(nèi)的濃度變化、化學(xué)的反應(yīng)速度等等，這些都是數(shù)學(xué)當(dāng)中微積分的相關(guān)內(nèi)容，那么針對生物制藥相關(guān)專業(yè)的學(xué)生我們應(yīng)重點講解mat⁃lab求解微積分這部分實驗，這樣有針對性、有側(cè)重點的講解會使數(shù)學(xué)實驗課更加具有實際意義。
三、醫(yī)學(xué)院校數(shù)學(xué)實驗課程的教學(xué)方式
教師想要上一堂好課并不是一件很簡單的事情，它沒有一個絕對的標(biāo)準(zhǔn)，但是還是要達(dá)到一些基本的要求，好課必須要是一堂有效率、有意義的課程，在45分鐘里老師把知識點交代清楚，使學(xué)生對知識點理解透徹，能過跟上老師的思路，在弄懂基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)能力。上一堂課并不難，難的是如何上一堂好課。好課我們不光要有豐富且合理的教學(xué)內(nèi)容，還要有好的教學(xué)方法。所以，我們還要思考教學(xué)方式，進(jìn)而提高我們的課程質(zhì)量。目前比較受歡迎的BOPPPS教學(xué)模式能夠解決教學(xué)過程中無法充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性等諸多在傳統(tǒng)教學(xué)模式中出現(xiàn)的問題[3]。數(shù)學(xué)實驗既然是一門軟件課程，更多的時間是需要同學(xué)們自己進(jìn)行上機操作，老師只是適當(dāng)引導(dǎo)同學(xué)，學(xué)生作為主體，獨立調(diào)試程序，所以這是需要學(xué)生自主去實踐探索的一門課程。由于互聯(lián)網(wǎng)+的概念不斷提出，教師的授課方式由原來傳統(tǒng)的板書式教學(xué)逐步向線上教學(xué)的方向轉(zhuǎn)變。對于實驗類軟件課程來說，不能完全由線上教學(xué)替代，我們可以采用線上和線下混合式教學(xué)的方式來進(jìn)行。線上教學(xué)的部分我們可以使用雨課堂、釘釘、慕課、qq視頻會議等進(jìn)行理論部分課程的學(xué)習(xí)，線上教學(xué)的好處是一方面讓教學(xué)不受教室空間、上課時間的限制，方便同學(xué)和老師，另一方面是線上教學(xué)可以將知識點碎片化，把一節(jié)課的內(nèi)容拆解成若干個小的知識點，錄制成小視頻放在相應(yīng)的教學(xué)軟件中，這樣學(xué)生課上如果有沒聽懂的地方，課下可以反復(fù)觀看小視頻。另外，這樣同時還可以使用學(xué)習(xí)通進(jìn)行提問和布置作業(yè)。線下的部分是帶著學(xué)生們進(jìn)機房，給予他們充分的時間實踐，上機操作獨立完成編程工作。通過這樣線上和線下混合教學(xué)的方式，使同學(xué)們弄懂學(xué)透學(xué)科知識，可以大大提高我們的教學(xué)質(zhì)量。隨著互聯(lián)網(wǎng)+概念的不斷深化，在網(wǎng)絡(luò)上也有非常豐富且優(yōu)秀的教學(xué)資源，作為高校教師要抓住這樣的機會，整合資源，多汲取優(yōu)秀的教學(xué)方法和教學(xué)經(jīng)驗，取長補短，提高我們的教學(xué)水平。
四、組織學(xué)生參與數(shù)學(xué)建模競賽，強化學(xué)科知識
Matlab軟件最有用的地方就是它可應(yīng)用的領(lǐng)域非常廣，幾乎可以解決我們?nèi)粘Ｉ钪兴霈F(xiàn)的所有問題。每年5月和9月都有大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽，可以通過這樣的一個機會，帶領(lǐng)同學(xué)參與到學(xué)科知識學(xué)習(xí)這個大部隊中來，數(shù)學(xué)建模都是給出我們一個實際問題，我們通過對這個問題從定量的角度去研究和分析，并展開深入的調(diào)查研究、了解對象信息、作出簡化假設(shè)、分析內(nèi)在規(guī)律等工作的基礎(chǔ)上，用數(shù)學(xué)的符號和語言作表述來建立數(shù)學(xué)模型。在數(shù)學(xué)建模當(dāng)中，我們最常使用的編程軟件即為matlab，同學(xué)們可以通過數(shù)學(xué)競賽的這樣一個機會，深入matlab的學(xué)習(xí)，對一些知識點能有一個更高度的認(rèn)識且能做到活學(xué)活用、舉一反三。
五、一線教師須提高自身的能力和水平
提高一線教師的能力包括兩方面：科研能力和教學(xué)能力。高校教師與中小學(xué)教師最本質(zhì)的區(qū)別在于：高校教師不僅要教好學(xué)生本學(xué)科的基礎(chǔ)知識，還有不斷進(jìn)行科學(xué)研究，進(jìn)行一些開拓性和創(chuàng)造性的工作，不斷開拓學(xué)科的新思路和新發(fā)展，讓學(xué)生在學(xué)好基礎(chǔ)知識的同時也要不斷了解學(xué)科的最先進(jìn)的科研成果。高校教師要緊跟時展的步伐，特別是信息技術(shù)不斷發(fā)展的步伐。原來的課堂是老師為主，老師在講臺一味的講授，學(xué)生在被動接受，這樣的教學(xué)模式不能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造性思維。我們可以不斷嘗試先進(jìn)的信息技術(shù)，’互聯(lián)網(wǎng)+網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)+師生互動’階段MOOC等一些優(yōu)秀的教學(xué)資源不斷出現(xiàn)，我們可以將一些優(yōu)秀的教學(xué)資源引入到我們的課堂中來，抓住并利用好這些優(yōu)秀的資源，不斷強化學(xué)習(xí)，提高自身的教學(xué)水平和能力，豐富自己的課堂教學(xué)，為學(xué)生上一堂有趣、生動且有意義的好課[4]。
六、結(jié)語
醫(yī)學(xué)院校數(shù)學(xué)實驗課一方面是要加深學(xué)生們對數(shù)學(xué)概念的理解，另一方面也是想通過這樣的課程讓學(xué)生們學(xué)會使用計算機軟件去完成一些重復(fù)性的計算工作，這樣可以大大節(jié)省我們的運算時間，把更多的精力放在研究數(shù)學(xué)理論和方法當(dāng)中去。這門課程還在一個不斷完善的過程當(dāng)中，我們邊研究邊改進(jìn)，有針對性的調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，不斷尋求更好的教學(xué)方式將更好的教學(xué)手法引入到課堂當(dāng)中，做好終身學(xué)習(xí)的思想準(zhǔn)備，不斷學(xué)習(xí)、提高自身各方面的能力，在將學(xué)科基礎(chǔ)知識傳授給學(xué)生的同時還要將學(xué)科最前沿的知識和理論傳授給學(xué)生、做一節(jié)生動有趣的數(shù)學(xué)實驗課。
參考文獻(xiàn)：
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[2]谷艷紅，高先和，石朝毅，盧軍，周澤華，張勝，胡學(xué)友.基于Matlab的數(shù)值方法強化教學(xué)研究[J].中國多媒體與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)學(xué)報（上旬刊），2020（01）.
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[4]黃自謙，上官王佐，袁穎，汪旭升.醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)高等數(shù)學(xué)課程教學(xué)改革的探索與實踐[J].科技風(fēng)，2020（17）.
作者：楚智媛 單位：吉林醫(yī)藥學(xué)院
