在程序設計課程中引入MATLAB模塊化教學，培養醫學生的計算思維能力

司家瑞 孫偉 儲丹 李曉霞 黎小沛

【摘要】本文介紹了天津醫科大學計算機教學改革的探索，我們在程序設計課程中引入醫學上廣泛應用的MATLAB語言，使計算機知識與醫學專業相結合，并根據學生的專業和興趣愛好，講授MATLAB在不同醫學領域的應用，這種模塊化的教學方法使醫學生在實踐的過程中培養了計算思維的能力。抽樣問卷與考核結果顯示，98%的學生深入理解了計算思維的內涵并能應用MATLAB解決專業相關的一些實際問題。

【關鍵詞】程序設計 MATLAB 醫學生 計算思維

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）05-0227-01

計算是指把某些動態域的表示與某些動態機器聯系起來，它對域或機器提供理論的、實驗的或實踐的理解。30-50年前，計算只有科學家才掌握；而當今時代，計算無處不在，甚至每個東西都計算，能使用計算機技術去解決問題是當代大學生所必需具備的能力。

有人說過這樣一句話：學歷是銅牌，能力是銀牌，人脈是金牌，思維是王牌。為了適應時代發展和專業需求，作為高校計算機教師的我們，不得不對自己提出更高層次的要求，把我們的教學目的從傳授知識轉變為培養能力，最終上升到培養學生的思維方式上來，這里我們所培養的這種思維方式，稱之為“計算思維”。

1.計算思維及其醫學應用

美國卡內基·梅隆大學周以真（Jeannette Wing）教授認為，計算思維（Computational Thinking）是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計，以及人類行為理解的涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動[1][2]。計算思維的本質是抽象和自動化。計算思維可以理解為計算機科學家的思維方式。

醫學專業人士不僅要以計算機作為工具，更要具備計算思維能力，以從計算的角度去思考和解決問題。例如臨床醫生在理解計算技術生成圖像原理的認知基礎上觀察醫學察影像結果，從而能更好的對病情進行分析和判斷。作為未來的醫務人員，醫學院校的學生更應該在學習計算機基礎課程的過程中，體會并掌握利用計算機解決問題的能力，了解醫學信息的廣闊應用前景，更應該充分認識到用計算思維來理解和解決醫學領域問題的優越性。

任何計算機課程都在一定程度上培養著學生的計算思維能力，比如文本編輯軟件WORD，在使用其進行打字錄入時訓練了我們的數字化編碼的思維方式，WORD軟件版本的演化更是體現了軟件設計者簡化軟件界面來方便用戶使用的思想。程序設計是將分析和解決問題的思維活動轉化成計算機程序的過程，最能夠體現問題求解思想方法，因而是典型的計算思維培養課程。在具體的課程中，我們選擇了一種在醫學上應用廣泛的計算機語言MATLAB來培養學生的計算思維能力。

2.MATLAB的醫學應用模塊化教學

MATLAB全稱為Matrix Laboratory，矩陣實驗室的縮寫，它與Mathematica、Maple并稱為世界三大數學軟件。在具體的授課過程中，我們采用模塊化教學的方法，各個專業的學生都學習MATLAB程序設計的基礎知識模塊，然后再結合各自的專業和興趣，學習在不同的醫學領域各種工具包的使用。例如，生物醫學工程專業的學生學習信號處理工具包，便于以后對心電和腦電波數據進行分析處理；生物信息學專業的學生學習生物信息學工具包，便于以后處理基因組和蛋白組學數據；影像學專業的學生學習圖像處理工具包，便于處理CT和FMRI的醫學影像，更好的為臨床服務；公共衛生專業的學生學習MATLAB統計工具包，便于以后進行統計分析；臨床專業的學生學習MATLAB操縱數據庫，為了解醫院管理信息系統的運行機理原理打下基礎；護理專業的學生學習MATLAB的WORD接口和EXCEL接口[3]，便于以后撰寫電子病例等。學生也可以不根據自己的專業，而根據個人的興趣愛好來選擇應用方向。這種模塊化教學，分專業培養的教學方式，因材施教，在激發學生學習興趣，使他們更好的學以致用同時，將計算思維的培養貫穿到實踐過程中，解決了計算思維“落地”的問題。

3.結語

許多人認為醫學生不需學習程序設計，但是計算思維是當代社會必須具備的一種思維方式，而程序設計課程是最能培養學生計算思維能力。假如醫學生必須要學習一門程序設計語言的話，那么MATLAB無疑是醫學生們的最佳選擇。在課程設計的過程中，有的學生把MATLAB與C進行混合編程，更有效的進行神經信息的處理；有的學生利用Molecule Viewer組件對蛋白質的三維結構進行預測和顯示；有的學生對臨床醫學影像進行了處理，使病灶特點更為突出，便于診查；有的學生把MATLAB與SPSS和EXCEL進行連接，綜合利用各個軟件的優勢；總之，這種模塊化的教學方法提高醫學生的計算思維能力。

參考文獻：

[1]陳國良，董榮勝，計算思維與大學計算機基礎教育[J]. 中國大學教學，2011（1）：9.

[2]楊建磊，關于我國大學計算機基礎課程教學中“計算思維能力培養”的研究[D].甘肅：蘭州大學，2014：21-22.

[3]廖海生.基于Matlab、Excel和SPSS的數據通信[J].甘肅聯合大學學報，2007（7）：83-86.