探討醫學院校數學實驗課程教學

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摘要：本文通過對醫學院校相關專業數學實驗課程的教學現狀進行研究，結合醫學院校的專業特點、人才培養需求對數學實驗課程的教學意義、教學內容、教學方式等方面進行探討，從而提高數學實驗課程的教學質量，為社會輸出全方面素質突出人才。

關鍵詞：數學實驗；matlab；教學研究

教學研究在高校教學活動中有著重要的意義。教學研究既能改進教學又能不斷的促進高校教師專業發展，提升教師的教學和科研能力[1]。高校教師除了要傳授學科基礎知識，還有另外很重要的任務就是不斷學習學科發展前沿，不斷突破科研瓶頸，將最新的研究成果轉化為教學內容，讓大學課程緊跟學科發展，成為一門不脫節、有意義的課程。數學實驗是將數學、計算機技術以及軟件結合在一起引入到課堂當中的一門新課程。它的目的就在于將我們所學習的數學知識結合一些計算機知識和軟件應用起來，這樣既提高了同學們學習數學的積極性，又鍛煉了同學們的動手能力，提升了學生由理論到實踐的重要技能。由于計算機的幫助以及數學軟件包的應用，使學生從繁重復雜的數學計算中解脫出來，將更多的時間投入到數學方法研究和其他具有創造性的工作當中。在醫學院校的相關專業中我們的數學實驗課使用的matlab軟件，它是一種功能十分強大，可以應用到生產實踐等諸多領域的軟件。

一、醫學院校數學實驗課程應用軟件介紹

數學實驗課程我們主要學習的是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。我們日常生活中所遇到的問題一般都是多變量的，多變量問題往往又可歸結到矩陣運算當中去，而matlab恰恰具有非常優秀的矩陣運算功能。另外，matlab可以應用到諸多領域當中，比如：數字信號處理、較強的數值和符號計算、圖像可視化[2]、通訊系統設計與仿真、控制系統、數字圖像處理、財務與金融工程等等。它的操作簡單易上手、很多內部函數和豐富的工具箱、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，可以進行數據采集、求解偏微分方程、圖像處理、DSP與通信、模糊邏輯、非線形控制、動力系統等諸多領域當中。

二、醫學院校數學實驗課程的教學內容

本門課程我們主要以實驗的方式進行講授，一共32學時，分成六個實驗進行教學。分別是：matlab基本操作、matlab求解微積分、matlab繪圖、Matlab程序設計、matlab求解矩陣、matlab數據分析。實驗一：matlab基本操作。在這個實驗中我們分為3個部分進行講授，分別是：matlab簡介及基本介紹、matlab中數據和變量、matlab中數組的生成與運算。這個實驗主要介紹了mat⁃lab的基礎內容，講述基本操作界面的構成以及在matlab中數組的寫法，為后續學習打下堅實的基礎。實驗二：matlab求解微積分。在這個實驗中我們分為2部分進行講授，分別是：針對一元函數求解極限、導數、積分和不定積分；針對多元函數求解偏導數、二重積分、三重積分。在本個實驗中，通過matlab中某些函數的學習加深同學們對數學概念的理解，從而提升數學思維。實驗三：matlab繪圖。通過本個實驗，我們可以利用malt⁃ab將數據進行可視化，既可以完成二維作圖，又可以完成三維作圖。在三維作圖當中，我們可以畫出空間曲線、空間網格、空間曲面。實驗四：matlab程序設計。本個實驗我們也分為兩部分內容來講解，分別是：命令式M文件和函數文件的建立、選擇結構和循環結構。在本實驗中需要讓學生們明白命令窗口和M文件、函數式文件的區別。他們的區別在于，M文件相對編寫的時大型的程序，我們需要對程序進行不斷的調試和修改，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制一遍語句，然后再找到相應的部分修改，這顯然是很麻煩、很費時的，所以我們需要使用M文件或者函數式文件進行編寫程序。M文件或者函數式文件的創建路徑是一致的：選擇文件-新建-M文件或者函數式文件即可。在使用函數式文件的時候需要注意它要有固定的格式：function輸出形參表=函數名（輸入形參表）。實驗五：matlab求解矩陣。本個實驗中學習求解矩陣行列式、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容。這個實驗主要是讓學生們能過學會使用matlab命令來求解矩陣的相關計算問題，使學生們能夠從復雜的迭代計算中解脫出來。實驗六：matlab數據分析。本個實驗分兩部分內容來講解：利用matlab進行插值和利用matlab進行數據擬合。在插值這部分內容中，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：網格節點插值和散亂節點插值。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。高校是專業化教學，無論是教學內容還是實踐內容都要為專業學習以及專業發展所考慮，所以針對不通的專業我們的教學內容也應該相應作出一些調整，跟專業不相關或者偏離很遠的內容應該進行適當刪減，跟專業學習與發展緊密相關的內容應做重點的學習和講解，這樣高校教學才能更有針對性。例如，我們針對醫學院校影像學相關專業將matlab圖像處理這部分的內容作為重中之重來講解。為他們今后學習其他影像處理的課程打下基礎，循序漸進不斷深化學習圖像處理的相關內容。針對醫學院校生物制藥的學生，我們也有不同的側重點。他們最常研究的就是藥物在體內的濃度變化、化學的反應速度等等，這些都是數學當中微積分的相關內容，那么針對生物制藥相關專業的學生我們應重點講解mat⁃lab求解微積分這部分實驗，這樣有針對性、有側重點的講解會使數學實驗課更加具有實際意義。

三、醫學院校數學實驗課程的教學方式

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準，但是還是要達到一些基本的要求，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，使學生對知識點理解透徹，能過跟上老師的思路，在弄懂基礎知識的基礎上進一步提高學生們的學習能力。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內容，還要有好的教學方法。所以，我們還要思考教學方式，進而提高我們的課程質量。目前比較受歡迎的BOPPPS教學模式能夠解決教學過程中無法充分調動學生學習積極性等諸多在傳統教學模式中出現的問題[3]。數學實驗既然是一門軟件課程，更多的時間是需要同學們自己進行上機操作，老師只是適當引導同學，學生作為主體，獨立調試程序，所以這是需要學生自主去實踐探索的一門課程。由于互聯網+的概念不斷提出，教師的授課方式由原來傳統的板書式教學逐步向線上教學的方向轉變。對于實驗類軟件課程來說，不能完全由線上教學替代，我們可以采用線上和線下混合式教學的方式來進行。線上教學的部分我們可以使用雨課堂、釘釘、慕課、qq視頻會議等進行理論部分課程的學習，線上教學的好處是一方面讓教學不受教室空間、上課時間的限制，方便同學和老師，另一方面是線上教學可以將知識點碎片化，把一節課的內容拆解成若干個小的知識點，錄制成小視頻放在相應的教學軟件中，這樣學生課上如果有沒聽懂的地方，課下可以反復觀看小視頻。另外，這樣同時還可以使用學習通進行提問和布置作業。線下的部分是帶著學生們進機房，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的方式，使同學們弄懂學透學科知識，可以大大提高我們的教學質量。隨著互聯網+概念的不斷深化，在網絡上也有非常豐富且優秀的教學資源，作為高校教師要抓住這樣的機會，整合資源，多汲取優秀的教學方法和教學經驗，取長補短，提高我們的教學水平。

四、組織學生參與數學建模競賽，強化學科知識

Matlab軟件最有用的地方就是它可應用的領域非常廣，幾乎可以解決我們日常生活中所出現的所有問題。每年5月和9月都有大學生數學建模競賽，可以通過這樣的一個機會，帶領同學參與到學科知識學習這個大部隊中來，數學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，并展開深入的調查研究、了解對象信息、作出簡化假設、分析內在規律等工作的基礎上，用數學的符號和語言作表述來建立數學模型。在數學建模當中，我們最常使用的編程軟件即為matlab，同學們可以通過數學競賽的這樣一個機會，深入matlab的學習，對一些知識點能有一個更高度的認識且能做到活學活用、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：科研能力和教學能力。高校教師與中小學教師最本質的區別在于：高校教師不僅要教好學生本學科的基礎知識，還有不斷進行科學研究，進行一些開拓性和創造性的工作，不斷開拓學科的新思路和新發展，讓學生在學好基礎知識的同時也要不斷了解學科的最先進的科研成果。高校教師要緊跟時展的步伐，特別是信息技術不斷發展的步伐。原來的課堂是老師為主，老師在講臺一味的講授，學生在被動接受，這樣的教學模式不能夠激發學生的學習興趣和創造性思維。我們可以不斷嘗試先進的信息技術，’互聯網+網絡視頻教學+師生互動’階段MOOC等一些優秀的教學資源不斷出現，我們可以將一些優秀的教學資源引入到我們的課堂中來，抓住并利用好這些優秀的資源，不斷強化學習，提高自身的教學水平和能力，豐富自己的課堂教學，為學生上一堂有趣、生動且有意義的好課[4]。

六、結語

醫學院校數學實驗課一方面是要加深學生們對數學概念的理解，另一方面也是想通過這樣的課程讓學生們學會使用計算機軟件去完成一些重復性的計算工作，這樣可以大大節省我們的運算時間，把更多的精力放在研究數學理論和方法當中去。這門課程還在一個不斷完善的過程當中，我們邊研究邊改進，有針對性的調整教學內容，不斷尋求更好的教學方式將更好的教學手法引入到課堂當中，做好終身學習的思想準備，不斷學習、提高自身各方面的能力，在將學科基礎知識傳授給學生的同時還要將學科最前沿的知識和理論傳授給學生、做一節生動有趣的數學實驗課。

參考文獻：

[1]邰志艷，馬野，張若東.普通高校非統計學專業應用統計學課程理論與實踐應用研究[J].中國校外教育，2018（15）.

[2]谷艷紅，高先和，石朝毅，盧軍，周澤華，張勝，胡學友.基于Matlab的數值方法強化教學研究[J].中國多媒體與網絡教學學報（上旬刊），2020（01）.

[3]龐留勇.“金課”背景下數學實驗教學改革[J].西部素質教育，2020，6（08）.

[4]黃自謙，上官王佐，袁穎，汪旭升.醫學影像技術專業高等數學課程教學改革的探索與實踐[J].科技風，2020（17）.

作者：楚智媛 單位：吉林醫藥學院