

摘" 要:數(shù)學(xué)建模教學(xué)的基礎(chǔ)是數(shù)學(xué),核心是建模,價(jià)值是應(yīng)用,目標(biāo)是育人,與高等數(shù)學(xué)課程教學(xué)相輔相成。醫(yī)學(xué)院校存在師生對數(shù)學(xué)建模的育人功能認(rèn)識不足、數(shù)學(xué)建模課程體系建設(shè)滯后、學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高、教師的教學(xué)勝任力不足等問題。問題的影響因素包括醫(yī)學(xué)院校的培育目標(biāo)、數(shù)學(xué)課程設(shè)置、教師評價(jià)體系、學(xué)生獎勵(lì)機(jī)制等方面。解決對策有宣傳數(shù)學(xué)建模、整合數(shù)學(xué)課程、加強(qiáng)教師培訓(xùn)、注重競賽指導(dǎo)、改進(jìn)教學(xué)措施等。
關(guān)鍵詞:醫(yī)學(xué)院校;數(shù)學(xué)建模;數(shù)學(xué)建模競賽;MATLAB
文章編號:1671-489X(2025)04-00-04
DOI:10.3969/j.issn.1671-489X.2025.04.0
0" 引言
自20世紀(jì)80年代以來,數(shù)學(xué)建模進(jìn)入我國高等院校的課堂,得到蓬勃發(fā)展和廣泛認(rèn)同,其教學(xué)理念和教育價(jià)值在初等教育中也獲得認(rèn)可與推廣[1]。
在許多理工科院校中,數(shù)學(xué)建模成為國家級精品課程,而醫(yī)學(xué)院校數(shù)學(xué)建模開展總的來說卻不甚理想。本文擬就醫(yī)學(xué)院校數(shù)學(xué)建模教學(xué)存在的問題、影響因素和相應(yīng)的解決對策進(jìn)行研究。
1" 醫(yī)學(xué)院校數(shù)學(xué)建模教學(xué)存在的問題
1.1" 教師和學(xué)生對數(shù)學(xué)建模的育人功能認(rèn)識不深
數(shù)學(xué)具有嚴(yán)密的邏輯性和高度的抽象性,學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)普遍比較吃力。從管理層面來看,醫(yī)學(xué)院校課程多、學(xué)習(xí)時(shí)間緊,數(shù)學(xué)課時(shí)相對較少,學(xué)校對數(shù)學(xué)建模重視程度不夠,對其育人功能認(rèn)識不足。從學(xué)生層面來看,學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)建模比學(xué)習(xí)其他課程相對來說更困難,參加大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽獲獎更不容易,即便獲獎,與其他較容易獲獎的競賽獎項(xiàng)在綜合量化評分上沒有差異。于是,在有選擇的情況下,多數(shù)學(xué)生不愿意選擇數(shù)學(xué)建模,沒有充分認(rèn)識數(shù)學(xué)建模的學(xué)習(xí)對他們今后的發(fā)展和素質(zhì)提高的促進(jìn)作用。
1.2" 適合醫(yī)學(xué)院校的數(shù)學(xué)建模課程體系建設(shè)滯后
理工科院校的數(shù)學(xué)建模課程體系研究較早,結(jié)構(gòu)比較完善,從課程安排來說,往往涵蓋選修課、專題報(bào)告、暑期集訓(xùn)。但在醫(yī)學(xué)院校,特別是軍醫(yī)大學(xué),由于暑期有校外教學(xué)安排,不能開設(shè)數(shù)學(xué)建模暑期集訓(xùn),只能開設(shè)選修課和專題講座。另外,在校學(xué)習(xí)兩年半后,學(xué)生全部到醫(yī)院見習(xí)和實(shí)習(xí)。在數(shù)學(xué)課程總量較少的情況下,至少要在教學(xué)中補(bǔ)充微分方程、概率統(tǒng)計(jì)、圖論、優(yōu)化、計(jì)算機(jī)模擬、論文寫作、數(shù)學(xué)軟件等模塊,如何設(shè)計(jì)各模塊的教學(xué)內(nèi)容,讓醫(yī)學(xué)院校的學(xué)生在學(xué)習(xí)后能具備較強(qiáng)的數(shù)學(xué)建模能力,解決醫(yī)學(xué)研究中面臨的數(shù)學(xué)問題,在各類數(shù)學(xué)建模競賽中獲得較好的成績,是醫(yī)學(xué)院校數(shù)學(xué)建模教學(xué)中尚未很好解決的問題。
1.3" 學(xué)生對數(shù)學(xué)建模學(xué)習(xí)的積極性不高
在必修課醫(yī)學(xué)高等數(shù)學(xué)教學(xué)過程中,教師往往提前介紹數(shù)學(xué)建模課程,因此,后期參加數(shù)學(xué)建模選修課的學(xué)生還比較多。選修課的內(nèi)容一般是數(shù)學(xué)建模的入門基礎(chǔ),學(xué)習(xí)難度不大,在學(xué)分的吸引下,學(xué)生能堅(jiān)持學(xué)習(xí)。然而到了下一階段,進(jìn)入數(shù)學(xué)建模專題學(xué)習(xí)后,學(xué)習(xí)難度加大,內(nèi)容增多,學(xué)生流失量較大。由于醫(yī)學(xué)院校學(xué)生在校僅兩年半,剛進(jìn)入二年級的學(xué)生數(shù)學(xué)建模能力還比較薄弱,就要開始參加全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽和全軍軍事建模競賽,這讓學(xué)生再次體會到數(shù)學(xué)建模的難度,從而使學(xué)習(xí)積極性再次降低??傊捎跀?shù)學(xué)建模難度較大和學(xué)習(xí)過程枯燥,醫(yī)學(xué)院校學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)建模的積極性不高。
1.4" 教師的教學(xué)勝任力不足
醫(yī)學(xué)院校的數(shù)學(xué)教師在讀書階段大多學(xué)習(xí)的是基礎(chǔ)數(shù)學(xué),對數(shù)學(xué)知識學(xué)習(xí)較多,對數(shù)學(xué)應(yīng)用實(shí)踐學(xué)習(xí)較少;對衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)應(yīng)用較多,對數(shù)學(xué)建模應(yīng)用較少;對高等數(shù)學(xué)教學(xué)鉆研較多,對數(shù)學(xué)建模教學(xué)研究較少。他們對數(shù)學(xué)建模的三大能力即建模、寫作、編程,全部都擅長者不多,而數(shù)學(xué)建模教學(xué)勝任力一是需要對三大能力精熟,二是要有比較豐富的數(shù)學(xué)建模競賽經(jīng)驗(yàn),三是要有良好的數(shù)學(xué)建模教學(xué)設(shè)計(jì)能力,四是要有較強(qiáng)的課堂掌控能力。對四所醫(yī)學(xué)院校數(shù)學(xué)教師數(shù)學(xué)建模教學(xué)能力進(jìn)行調(diào)查,如表1所示,教師隊(duì)伍中年輕教師較多,多數(shù)教師獨(dú)立完成數(shù)學(xué)建模競賽的能力不強(qiáng),對MATLAB編程不夠熟練,因此,其數(shù)學(xué)建模的教學(xué)勝任力有待提高。
2" 醫(yī)學(xué)院校數(shù)學(xué)建模教學(xué)的影響因素
醫(yī)學(xué)院校數(shù)學(xué)建模教學(xué)存在的問題受多方面因素影響,筆者結(jié)合對幾所醫(yī)學(xué)院校數(shù)學(xué)及數(shù)學(xué)建模教學(xué)的調(diào)查,歸納出如下幾個(gè)重要的影響因素。
2.1" 醫(yī)學(xué)院校的人才培養(yǎng)目標(biāo)影響了數(shù)學(xué)建模課程的定位
醫(yī)學(xué)院校的人才培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)掌握基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的基本理論、基本知識和基本技能,掌握臨床醫(yī)學(xué)、衛(wèi)生聯(lián)勤保障相關(guān)知識的專業(yè)化醫(yī)學(xué)高級人才。教學(xué)的核心課程是醫(yī)學(xué)相關(guān)課程,雖然學(xué)生的全面發(fā)展離不開數(shù)學(xué)等公共基礎(chǔ)課程,但數(shù)學(xué)畢竟是公共基礎(chǔ)學(xué)科,而數(shù)學(xué)建模只能作為選修課和第二課堂的形式出現(xiàn),其作用是一種教學(xué)資源的補(bǔ)充,供學(xué)有余力的學(xué)生學(xué)習(xí),不是必備的技能。
2.2" 醫(yī)學(xué)院校的學(xué)生競賽獎勵(lì)機(jī)制影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性
醫(yī)學(xué)院校對臨床技能大賽等醫(yī)學(xué)類的競賽重視程度高,獎勵(lì)力度大,而對數(shù)學(xué)建模等公共學(xué)科的競賽認(rèn)識不足,獎勵(lì)機(jī)制不夠完善,沒有獎金或者獎金非常少,量化學(xué)分改為創(chuàng)新學(xué)分,而創(chuàng)新學(xué)分可以通過其他相對容易的競賽、會議、組織各種活動等方式獲得。在調(diào)查中,78.26%的教師認(rèn)為醫(yī)學(xué)院校的學(xué)生競賽獲獎獎勵(lì)機(jī)制對學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)建模的積極性是有影響的??梢哉f,醫(yī)學(xué)院校學(xué)生數(shù)學(xué)建模的獲獎難度(全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽2022年本科組參賽49 424人,獲全國一等獎的為299人,獲獎比例僅為0.60%)和獲獎后的獎勵(lì)機(jī)制制約了數(shù)學(xué)建模教學(xué),也影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。當(dāng)然,從另一方面來說,低獲獎率也意味著獎項(xiàng)獎牌的高含金量,許多理工科院校直接把全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽全國一等獎作為保研的綠色通道。這一政策當(dāng)然有一定的道理,能獲得數(shù)學(xué)建模競賽全國一等獎,至少可以看出學(xué)生是具備合作意識和科研所需的數(shù)學(xué)能力的。眾所周知,全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽和全軍軍事建模競賽的研究對象每年是不同的,需要三名學(xué)生在3~4天內(nèi)對一個(gè)全新領(lǐng)域的問題完成查閱文獻(xiàn)、理解問題、建立模型、求解模型、完成一篇建模論文的科研全過程,沒有合作意識、不畏困難的精神和扎實(shí)的數(shù)學(xué)建模功底是辦不到的。
2.3" 醫(yī)學(xué)院校的教師評價(jià)體系影響了教師的成長
醫(yī)學(xué)院校對教師的評價(jià)重在教學(xué)和科研,指導(dǎo)學(xué)生參加競賽獲獎在教師評價(jià)體系中占比較低,有的學(xué)校甚至不作為評價(jià)指標(biāo)。數(shù)學(xué)建模除了要有數(shù)學(xué)素養(yǎng),更要有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),教師如果不投入精力于此,則數(shù)學(xué)建模能力難以提高,數(shù)學(xué)建模教學(xué)能力更難以提升。
2.4" 醫(yī)學(xué)院校的數(shù)學(xué)課程設(shè)置影響了數(shù)學(xué)建模課程體系的構(gòu)建
不同專業(yè)的數(shù)學(xué)課程設(shè)置如表2所示,可以看出,醫(yī)學(xué)院校學(xué)生中,占大多數(shù)的臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生在數(shù)學(xué)建模的學(xué)習(xí)過程中需要補(bǔ)充線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)知識,才能進(jìn)一步學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)建模的課程。因此,如何以極小的時(shí)間成本學(xué)習(xí)能繼續(xù)數(shù)學(xué)建模課程的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識,是數(shù)學(xué)建模課程體系構(gòu)建需要解決的首要問題。
3" 醫(yī)學(xué)院校數(shù)學(xué)建模教學(xué)策略
針對醫(yī)學(xué)院校數(shù)學(xué)建模教學(xué)中存在的問題,根據(jù)數(shù)學(xué)建模教學(xué)的影響因素,筆者提出以下相應(yīng)的解決對策。
3.1" 加強(qiáng)數(shù)學(xué)建模宣傳,更正數(shù)學(xué)建模認(rèn)識誤區(qū)
3.1.1" 進(jìn)行全校性的數(shù)學(xué)建模宣傳
可以通過專欄、海報(bào)介紹數(shù)學(xué)建模的來源、解決的問題、培育人的功能,進(jìn)行數(shù)學(xué)建模的知識普及并展示獲獎情況;可以將全校的優(yōu)秀數(shù)學(xué)建模論文評述結(jié)集出版,以擴(kuò)大影響力;還可以邀請全國知名專家來校講學(xué)授課。
3.1.2" 授課教師可以利用課余時(shí)間向?qū)W生介紹數(shù)學(xué)建模
由于全體新生均要學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)高等數(shù)學(xué)或者高等數(shù)學(xué),授課教師可以利用課余時(shí)間給學(xué)生介紹數(shù)學(xué)建模,鼓勵(lì)學(xué)生參與數(shù)學(xué)建模的選修課學(xué)習(xí)。
3.1.3" 對選修數(shù)學(xué)建模與實(shí)驗(yàn)課的學(xué)生深度宣講
既要讓學(xué)生認(rèn)識到學(xué)好數(shù)學(xué)建模對自身綜合素質(zhì)提高和對以后進(jìn)一步學(xué)習(xí)、工作所需的科研能力、學(xué)習(xí)能力提升的作用,又要讓他們認(rèn)識到參加數(shù)學(xué)建模競賽是一種學(xué)習(xí)的過程和方式,獲獎不是最終目的。
3.1.4" 對在數(shù)學(xué)建模學(xué)習(xí)和競賽中表現(xiàn)優(yōu)異的學(xué)生進(jìn)行宣傳
對在數(shù)學(xué)建模學(xué)習(xí)和競賽中表現(xiàn)優(yōu)異的學(xué)生進(jìn)行宣傳,為他們爭取獎勵(lì),營造創(chuàng)先爭優(yōu)的良好數(shù)學(xué)建模學(xué)習(xí)氛圍。
3.2" 加大數(shù)學(xué)教師培訓(xùn)力度,增強(qiáng)數(shù)學(xué)建模教學(xué)能力
鼓勵(lì)教師參加數(shù)學(xué)建模的教師培訓(xùn)班。全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽組委會每年組織教師培訓(xùn),各賽區(qū)也會組織不同類型的會議,都是教師培訓(xùn)的契機(jī)。此外,線上培訓(xùn)、MOOC學(xué)習(xí)資源,除了學(xué)生學(xué)習(xí)外,也應(yīng)督促年輕教師學(xué)習(xí)。全國組委會每年的數(shù)學(xué)建模微課比賽也是一個(gè)學(xué)習(xí)鍛煉教學(xué)能力的好機(jī)會。要讓年輕教師通過線上、線下的培訓(xùn),在較短時(shí)間內(nèi)提高數(shù)學(xué)建模的教學(xué)能力。
3.3" 整合數(shù)學(xué)課程內(nèi)容,滲透數(shù)學(xué)建模思想方法
僅僅通過選修課學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)建模是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,需要對數(shù)學(xué)的所有課程內(nèi)容進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。在高等數(shù)學(xué)教學(xué)中滲透數(shù)學(xué)建模案例,可以使高等數(shù)學(xué)教學(xué)更靈活,讓學(xué)生體會到數(shù)學(xué)建模的作用,同時(shí)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)建模的思想方法,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)建模的興趣。
一是思想的滲透。以案例的形式,滲透用數(shù)學(xué)建模方法精準(zhǔn)描述、解決問題而不是僅僅做定性描述的科學(xué)研究思想。
二是方法的滲透。方法包括兩方面:一方面是宏觀的數(shù)學(xué)建模方法流程,另一方面是微觀的具體數(shù)學(xué)方法。
三是手段的滲透。在大數(shù)據(jù)時(shí)代,用數(shù)學(xué)軟件作為數(shù)據(jù)分析、建模求解的重要手段實(shí)為必須,因此,在高等數(shù)學(xué)教學(xué)中展示數(shù)學(xué)軟件的便利與強(qiáng)大功能,讓學(xué)生初具印象,在數(shù)學(xué)建模的學(xué)習(xí)中再進(jìn)一步深入。
臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)46學(xué)時(shí)的醫(yī)學(xué)高等數(shù)學(xué)課程中,可以設(shè)計(jì)43個(gè)數(shù)學(xué)建模案例,包括軍事案例23個(gè)、醫(yī)學(xué)案例20個(gè)。案例教學(xué)設(shè)計(jì)圍繞問題展開,以問題解決為教學(xué)主線,充分展現(xiàn)數(shù)學(xué)建模的全過程,難度在學(xué)生可以接受的范圍內(nèi),教學(xué)過程流暢,脈絡(luò)清晰,是一種切實(shí)可行的滲透數(shù)學(xué)建模思想方法的教學(xué)設(shè)計(jì)。
3.4" 指導(dǎo)數(shù)學(xué)建模競賽,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)建模的
興趣
興趣是學(xué)習(xí)最好的老師,而成功是維持興趣的動力。數(shù)學(xué)建模的成功包括解決數(shù)學(xué)建模問題和在競賽中獲獎。教師的指導(dǎo)非常關(guān)鍵,而教師指導(dǎo)主要在賽前,要在賽前指導(dǎo)學(xué)生完成完整的數(shù)學(xué)建模訓(xùn)練,才能在正式競賽中獨(dú)立完成數(shù)學(xué)建模問題。教師一般采取師生一對一的方式手把手地對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo),包括建立模型、編程求解、論文寫作三個(gè)板塊,讓學(xué)生學(xué)會同組三人配合,高質(zhì)量完成建模論文,力爭在全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽、全軍軍事建模競賽中斬獲佳績,獲得持續(xù)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)建模的精神動力。
3.5" 采取有效的教學(xué)措施,提高數(shù)學(xué)建模的教學(xué)效益
如前所述,數(shù)學(xué)建模課堂教學(xué)時(shí)間較少,要讓學(xué)生在較短的時(shí)間內(nèi)掌握數(shù)學(xué)建模的思想方法并能解決實(shí)際問題,則教師的教學(xué)方法、教學(xué)策略必須有效。鑒于醫(yī)學(xué)院校的師生情況、數(shù)學(xué)建模課程特點(diǎn),筆者提出以下幾條醫(yī)學(xué)院校數(shù)學(xué)建模教學(xué)措施。
3.5.1" 減少形式化教學(xué),增加實(shí)際應(yīng)用訓(xùn)練
減少形式化教學(xué)的策略是以問題為引領(lǐng),以問題解決為教學(xué)主線,以此展開教學(xué)過程。以優(yōu)化模型為例,往往是以簡單的實(shí)際優(yōu)化問題為引子(最好是醫(yī)學(xué)實(shí)際問題),在解決問題的分析過程中建立優(yōu)化模型,再講解優(yōu)化模型的分類以及數(shù)學(xué)軟件LINGO或MATLAB編程求解的方法,最后進(jìn)行結(jié)果分析并解答實(shí)際問題。
3.5.2" 設(shè)計(jì)案例化教學(xué),展示數(shù)學(xué)建模過程
案例設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)包括三方面:一是真實(shí)問題;二是生活情境;三是醫(yī)學(xué)背景。數(shù)學(xué)建模案例一般都經(jīng)過一定的修改和提煉,更加適合相應(yīng)的數(shù)學(xué)建模知識教學(xué),但是在案例設(shè)計(jì)時(shí),問題本身必須是真實(shí)的,提煉過程中不能過多地對問題進(jìn)行修改,不能改變案例本身的真實(shí)背景。在初等模型的教學(xué)中,雙層玻璃的保溫功能是生活中的常見案例,讓學(xué)生有深切的體會[2]。數(shù)學(xué)建模的過程常被分解為多個(gè)階段[3],根據(jù)數(shù)學(xué)知識的產(chǎn)生、發(fā)展過程,可以將數(shù)學(xué)建模的教學(xué)過程概括為:問題背景→問題分析→符號假設(shè)→建模分析→模型求解→結(jié)果檢驗(yàn)→得出結(jié)論[4]。
3.5.3" 實(shí)施模塊化教學(xué),編寫軟件通用程序
數(shù)學(xué)建模從建模方式的角度可分為數(shù)據(jù)建模和機(jī)理分析建模。數(shù)據(jù)建模中,數(shù)據(jù)預(yù)處理、模型建立、模型求解、結(jié)果分析需要數(shù)學(xué)軟件。機(jī)理分析建模中,參數(shù)求解、結(jié)果分析也離不開數(shù)學(xué)軟件。MATLAB是需要重點(diǎn)學(xué)習(xí)的軟件,但由于需要編寫程序,學(xué)習(xí)難度較大。因此,在程序教學(xué)中要做到以下幾點(diǎn)。
1)程序通用、關(guān)注變通。也就是說,對于不同的曲線擬合,只需要替換數(shù)據(jù)和模型即可,擬合參數(shù)的獲得、擬合效果的可決系數(shù)求解,均用固定模塊。
2)先用后學(xué)、關(guān)注重點(diǎn)。教學(xué)的重點(diǎn)是數(shù)據(jù)輸入的結(jié)構(gòu)要求和擬合函數(shù)的書寫格式,當(dāng)然,整個(gè)程序需要逐句解釋,但可以按照“先用后學(xué)”的模式,讓學(xué)生在用中學(xué)、學(xué)中變、變中精。
3)精講多練、關(guān)注實(shí)戰(zhàn)。對于程序設(shè)計(jì)教學(xué),教師要把時(shí)間分配好,講解要精、重點(diǎn)在練、注重實(shí)戰(zhàn),要有足夠的題目,力求應(yīng)用人人會、程序句句通。
4" 結(jié)束語
綜上所述,醫(yī)學(xué)院校的數(shù)學(xué)建模在育人功能認(rèn)知、課程內(nèi)容體系、教師勝任能力、師生獎勵(lì)機(jī)制等方面存在提升空間。在目前形勢下,數(shù)學(xué)建模教師要努力奮進(jìn),科學(xué)整合課程體系,改進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)方法,設(shè)計(jì)有效教學(xué)模式,在有效的教學(xué)時(shí)間內(nèi),力爭讓學(xué)生學(xué)有所獲、習(xí)有所成、用有所創(chuàng)、賽有所得。
5" 參考文獻(xiàn)
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*項(xiàng)目來源:軍隊(duì)院校數(shù)學(xué)教學(xué)研究與改革課題“軍隊(duì)醫(yī)學(xué)院校數(shù)學(xué)建模教學(xué)存在的問題及對策研究”(JY21B05);陸軍軍醫(yī)大學(xué)教育研究課題“生長軍官學(xué)員與無軍籍地方本科生學(xué)習(xí)績效差異成因及解決策略研究——以《醫(yī)學(xué)高等數(shù)學(xué)》為例”(2022B02);陸軍軍醫(yī)大學(xué)精品課程項(xiàng)目“醫(yī)學(xué)高等數(shù)學(xué)”(JK007)。
作者簡介:羅萬春,教授;董劍橋,助教。