醫(yī)學(xué)工程類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模實(shí)踐能力四位一體培養(yǎng)模式研究

王曉娜 靳瑞霞

摘? 要 數(shù)學(xué)建模實(shí)踐能力是醫(yī)學(xué)工程類專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的根本。在分析我國高等院校大學(xué)生數(shù)學(xué)建模能力培養(yǎng)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，從建模思想融入、建模理論學(xué)習(xí)、建模實(shí)踐訓(xùn)練、建模成果設(shè)計(jì)等四個(gè)方面設(shè)計(jì)醫(yī)學(xué)工程類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模實(shí)踐能力“四位一體”培養(yǎng)模式，全面提高其數(shù)學(xué)建模實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞 醫(yī)學(xué)工程類專業(yè);數(shù)學(xué)建模;數(shù)學(xué)建模競賽;翻轉(zhuǎn)課

堂;建模論文

中圖分類號：G642.4? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）09-0132-03

0? 前言

早在20世紀(jì)70年代左右，英國劍橋大學(xué)的教授們就發(fā)現(xiàn)了數(shù)學(xué)建模最原始的模型，并逐漸形成一門課程——數(shù)學(xué)建模課程。隨后，數(shù)學(xué)建模很快引起我國學(xué)者和政府的重視，1994年，教育部聯(lián)合中國應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)會首次舉辦全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽，自此，全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽每年舉辦，且競賽規(guī)模愈來愈大。所謂數(shù)學(xué)建模，“就是應(yīng)用數(shù)學(xué)的語言、思想、理論和方法，通過抽象、概括、分析和提煉，建立刻畫實(shí)際問題的數(shù)學(xué)關(guān)系和模型，進(jìn)而解決實(shí)際問題的一種強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)手段”[1]。

醫(yī)學(xué)工程類專業(yè)交叉于理、工、醫(yī)各學(xué)科之間，其學(xué)科性質(zhì)具有挑戰(zhàn)性，其學(xué)科目標(biāo)致力于培養(yǎng)高層次醫(yī)、工融合的高級人才。而數(shù)學(xué)建模是用數(shù)學(xué)工具解決各領(lǐng)域的實(shí)際問題，其教學(xué)活動過程本身對培養(yǎng)醫(yī)學(xué)工程類專業(yè)人才發(fā)揮著其他教學(xué)活動無法替代的作用，數(shù)學(xué)建模能力已成為新型工科人才必備的基本技能之一[2]。據(jù)查閱文獻(xiàn)資料，近年來，關(guān)于如何培養(yǎng)大學(xué)生的數(shù)學(xué)建模能力，廣大高等教育者都在進(jìn)行研究和實(shí)踐，并得到一定的研究成果。經(jīng)資料分析，在數(shù)學(xué)建模能力培養(yǎng)方面存在的問題主要有：數(shù)學(xué)建模活動較為單一;部分高校建?；顒娱_展較晚，建模方面基礎(chǔ)較為薄弱;學(xué)校不夠重視;等等[3]。因此，為更好地培養(yǎng)醫(yī)學(xué)工程類專業(yè)應(yīng)用型高科技人才，我國高等院校立足于自身實(shí)際，以發(fā)展的眼光，抓住時(shí)代機(jī)遇，結(jié)合醫(yī)學(xué)工程類專業(yè)的特性與發(fā)展，改變以往傳統(tǒng)的培養(yǎng)模式，探索完善的、基于多種數(shù)學(xué)建模活動的、適用于醫(yī)學(xué)工程類專業(yè)大學(xué)生的數(shù)學(xué)建模實(shí)踐能力培養(yǎng)模式就顯得尤為重要。

1? 我國高等院校大學(xué)生數(shù)學(xué)建模能力培養(yǎng)現(xiàn)狀分析

據(jù)CNKI（中國知網(wǎng)）數(shù)據(jù)檢索，主題檢索式為：“大學(xué)生”and“數(shù)學(xué)建模能力”。共檢索到260篇文獻(xiàn)。經(jīng)文獻(xiàn)閱讀分析發(fā)現(xiàn)：目前，我國高等院校大學(xué)生數(shù)學(xué)建模能力培養(yǎng)主要存在下面幾個(gè)問題。

1.1? 教學(xué)過程重理論、輕實(shí)踐

在傳統(tǒng)教育的影響下，高等院校數(shù)學(xué)類課程教學(xué)在知識傳授方面，教師常常傾向于理論知識的講解，側(cè)重于定理及公式的推導(dǎo)過程，對其實(shí)際背景及與建模有關(guān)實(shí)際案例的介紹涉及較少;在教學(xué)方式方法上，教師借助于多媒體和板書在課堂上主講，學(xué)生在下面聽講，整個(gè)教學(xué)活動過程缺少教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間的互動與交流，討論較少，實(shí)踐動手機(jī)會較少。這樣一種單一的教學(xué)方式致使課堂教學(xué)枯燥、乏味，影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另外，在建模實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，現(xiàn)有的教學(xué)方式仍然是教師講算法講方法，學(xué)生實(shí)踐驗(yàn)證結(jié)果，這一被動的學(xué)習(xí)方式不利于學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，不能很好地激發(fā)學(xué)生主動思考、探索的熱情，學(xué)生的建模能力在整個(gè)教學(xué)活動過程中不能很好地得到訓(xùn)練。

1.2? 學(xué)科課程認(rèn)識不足

眾所周知，數(shù)學(xué)是各種高科技的源泉，但當(dāng)前高等院校醫(yī)學(xué)工程類專業(yè)的教育模式、培養(yǎng)方式與之相差甚遠(yuǎn)，當(dāng)前的教育模式、教育環(huán)境忽視了數(shù)學(xué)的應(yīng)用性，在學(xué)生看來數(shù)學(xué)僅僅是通過各類考試的工具，其學(xué)科性質(zhì)被認(rèn)為是抽象的、枯燥的、無實(shí)際用途的，甚至有部分學(xué)生出現(xiàn)曠課或上課做與課堂無關(guān)的事，出現(xiàn)作業(yè)或是論文抄襲的現(xiàn)象，存在打醬油和蒙混過關(guān)的心理。另外，還有部分不參加建模競賽的學(xué)生認(rèn)為只要拿到課程學(xué)分就行，忽略了課程教學(xué)對他們創(chuàng)新思維和綜合能力培養(yǎng)方面的作用，沒有意識到數(shù)學(xué)是一門具體的、有趣的、應(yīng)用性極其廣泛的學(xué)科。

1.3? 教學(xué)模式陳舊、單一

數(shù)學(xué)建模課程相比其他的數(shù)學(xué)類課程，難度更大，涉及知識面更廣，形式和方法更加靈活多樣，這其實(shí)對學(xué)生和教師都提出更高的要求。對學(xué)生來說，不僅要求學(xué)生學(xué)會數(shù)學(xué)課程，掌握一定的數(shù)學(xué)知識，還要求學(xué)生具備不同問題背景領(lǐng)域的相關(guān)知識。對教師來說，在教育信息化時(shí)代，現(xiàn)有的以教師為主體、以課堂教學(xué)為主線的教學(xué)模式，已經(jīng)不能滿足不同層次學(xué)生的需求，不能很好地提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和應(yīng)用能力，不能很好地實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)建模課程的教學(xué)效果?；诖?，改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式對數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)至關(guān)重要。

2? 醫(yī)學(xué)工程類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模實(shí)踐能力“四位一體”培養(yǎng)模式構(gòu)建

基于以上問題分析，結(jié)合學(xué)校醫(yī)學(xué)工程專業(yè)特點(diǎn)和學(xué)生實(shí)際情況，從建模思想融入、建模理論學(xué)習(xí)、建模實(shí)踐訓(xùn)練、建模成果設(shè)計(jì)四個(gè)方面構(gòu)建醫(yī)學(xué)工程類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模實(shí)踐能力“四位一體”培養(yǎng)模式（圖1），以期真正實(shí)現(xiàn)其培養(yǎng)目標(biāo)。

2.1? 建模思想融入

數(shù)學(xué)建模思想在實(shí)際建?；顒又邪缪葜浅Ｖ匾慕巧?，具備一定的數(shù)學(xué)建模思想是非常重要的，包括抽象、概括、歸納、演繹、聯(lián)想、發(fā)散、綜合等。在數(shù)學(xué)類課程的實(shí)際教學(xué)過程中將數(shù)學(xué)建模思想滲透其中，具體做法如下。

1）在教學(xué)內(nèi)容上，引入數(shù)學(xué)建模案例。比如在講解高等數(shù)學(xué)課程“微積分基本公式”這一內(nèi)容時(shí)，引入變速直線運(yùn)動的路程這樣一個(gè)實(shí)例，結(jié)合實(shí)例的實(shí)際背景，通過抽象、概括、歸納、演繹等建模思想，得到變速直線運(yùn)動路程的兩種不同表示。該特殊例子結(jié)果具有普遍意義，說明了求定積分的一般方法。這一過程不僅可以讓學(xué)生了解相關(guān)知識的實(shí)際背景，克服傳統(tǒng)教學(xué)“重理論、輕實(shí)踐”的弊端，而且在教學(xué)過程中時(shí)刻滲透著建模思想和方法，更好地培養(yǎng)學(xué)生的建模能力。

2）在教學(xué)模式上，結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂，設(shè)置翻轉(zhuǎn)課堂方案，組織學(xué)生分組討論，讓學(xué)生通過自主探索、合作交流等方式解決問題，在知識內(nèi)化的同時(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的數(shù)學(xué)建模意識，提高學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)類課程的興趣和學(xué)習(xí)效率，為建模理論的學(xué)習(xí)做好鋪墊。

2.2? 建模理論學(xué)習(xí)

建模理論知識的學(xué)習(xí)是培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)建模能力的關(guān)鍵，包括四個(gè)方面，見表1。

2.3? 建模實(shí)踐訓(xùn)練

實(shí)踐環(huán)節(jié)突出理論與實(shí)際之間的聯(lián)系，數(shù)學(xué)建模重在實(shí)踐，在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，在實(shí)踐中思考，在實(shí)踐中提高。具體分為三個(gè)模塊，見表2。

2.4? 建模成果設(shè)計(jì)

基于成果導(dǎo)向理念，數(shù)學(xué)建模最終側(cè)重于學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，在掌握一定數(shù)學(xué)建模理論知識，進(jìn)行數(shù)學(xué)建模培訓(xùn)及參加數(shù)學(xué)建模競賽的基礎(chǔ)上，學(xué)生已具備較扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、較強(qiáng)的專業(yè)背景、較好地使用計(jì)算機(jī)的能力，在論文寫作、問題分析、軟件運(yùn)用、編程等方面都有了較大的提升。基于此，畢業(yè)論文的寫作水到渠成。論文完成后，導(dǎo)師還可以將有創(chuàng)造性的優(yōu)秀的論文投稿給有關(guān)的學(xué)術(shù)期刊，這樣學(xué)生可以提前邁入科研的大門，更好地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性，更好地開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和科研工作。

3 小結(jié)

在互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能迅速發(fā)展的高科技時(shí)代，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的應(yīng)用型工科人才是符合時(shí)代發(fā)展的必然要求。從建模思想融入、建模理論學(xué)習(xí)、建模實(shí)踐鍛煉、建模成果設(shè)計(jì)四個(gè)方面入手，培養(yǎng)醫(yī)學(xué)工程類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模實(shí)踐能力，無疑是一種有益的嘗試：在建模思想融入中，設(shè)計(jì)和制定數(shù)學(xué)類課程案例教學(xué)課件，豐富課程內(nèi)容，增加課堂教學(xué)的趣味性;在建模理論學(xué)習(xí)中，構(gòu)建兩大課程平臺，借助豐富網(wǎng)絡(luò)資源、講座培訓(xùn)以及專業(yè)融合，實(shí)現(xiàn)建模理論的深度學(xué)習(xí);通過建模實(shí)踐訓(xùn)練，進(jìn)一步提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和綜合素質(zhì)。在此基礎(chǔ)上，基于成果導(dǎo)向設(shè)計(jì)建模畢業(yè)論文，為培養(yǎng)醫(yī)學(xué)工程類專業(yè)人才奠定基礎(chǔ)，意義深遠(yuǎn)?！?/p>

參考文獻(xiàn)

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