在程序設(shè)計(jì)課程中引入MATLAB模塊化教學(xué)，培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生的計(jì)算思維能力

司家瑞 孫偉 儲(chǔ)丹 李曉霞 黎小沛

【摘要】本文介紹了天津醫(yī)科大學(xué)計(jì)算機(jī)教學(xué)改革的探索，我們在程序設(shè)計(jì)課程中引入醫(yī)學(xué)上廣泛應(yīng)用的MATLAB語言，使計(jì)算機(jī)知識(shí)與醫(yī)學(xué)專業(yè)相結(jié)合，并根據(jù)學(xué)生的專業(yè)和興趣愛好，講授MATLAB在不同醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，這種模塊化的教學(xué)方法使醫(yī)學(xué)生在實(shí)踐的過程中培養(yǎng)了計(jì)算思維的能力。抽樣問卷與考核結(jié)果顯示，98%的學(xué)生深入理解了計(jì)算思維的內(nèi)涵并能應(yīng)用MATLAB解決專業(yè)相關(guān)的一些實(shí)際問題。

【關(guān)鍵詞】程序設(shè)計(jì) MATLAB 醫(yī)學(xué)生 計(jì)算思維

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）05-0227-01

計(jì)算是指把某些動(dòng)態(tài)域的表示與某些動(dòng)態(tài)機(jī)器聯(lián)系起來，它對(duì)域或機(jī)器提供理論的、實(shí)驗(yàn)的或?qū)嵺`的理解。30-50年前，計(jì)算只有科學(xué)家才掌握；而當(dāng)今時(shí)代，計(jì)算無處不在，甚至每個(gè)東西都計(jì)算，能使用計(jì)算機(jī)技術(shù)去解決問題是當(dāng)代大學(xué)生所必需具備的能力。

有人說過這樣一句話：學(xué)歷是銅牌，能力是銀牌，人脈是金牌，思維是王牌。為了適應(yīng)時(shí)代發(fā)展和專業(yè)需求，作為高校計(jì)算機(jī)教師的我們，不得不對(duì)自己提出更高層次的要求，把我們的教學(xué)目的從傳授知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榕囵B(yǎng)能力，最終上升到培養(yǎng)學(xué)生的思維方式上來，這里我們所培養(yǎng)的這種思維方式，稱之為“計(jì)算思維”。

1.計(jì)算思維及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用

美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)周以真（Jeannette Wing）教授認(rèn)為，計(jì)算思維（Computational Thinking）是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及人類行為理解的涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)[1][2]。計(jì)算思維的本質(zhì)是抽象和自動(dòng)化。計(jì)算思維可以理解為計(jì)算機(jī)科學(xué)家的思維方式。

醫(yī)學(xué)專業(yè)人士不僅要以計(jì)算機(jī)作為工具，更要具備計(jì)算思維能力，以從計(jì)算的角度去思考和解決問題。例如臨床醫(yī)生在理解計(jì)算技術(shù)生成圖像原理的認(rèn)知基礎(chǔ)上觀察醫(yī)學(xué)察影像結(jié)果，從而能更好的對(duì)病情進(jìn)行分析和判斷。作為未來的醫(yī)務(wù)人員，醫(yī)學(xué)院校的學(xué)生更應(yīng)該在學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的過程中，體會(huì)并掌握利用計(jì)算機(jī)解決問題的能力，了解醫(yī)學(xué)信息的廣闊應(yīng)用前景，更應(yīng)該充分認(rèn)識(shí)到用計(jì)算思維來理解和解決醫(yī)學(xué)領(lǐng)域問題的優(yōu)越性。

任何計(jì)算機(jī)課程都在一定程度上培養(yǎng)著學(xué)生的計(jì)算思維能力，比如文本編輯軟件WORD，在使用其進(jìn)行打字錄入時(shí)訓(xùn)練了我們的數(shù)字化編碼的思維方式，WORD軟件版本的演化更是體現(xiàn)了軟件設(shè)計(jì)者簡化軟件界面來方便用戶使用的思想。程序設(shè)計(jì)是將分析和解決問題的思維活動(dòng)轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)程序的過程，最能夠體現(xiàn)問題求解思想方法，因而是典型的計(jì)算思維培養(yǎng)課程。在具體的課程中，我們選擇了一種在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用廣泛的計(jì)算機(jī)語言MATLAB來培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。

2.MATLAB的醫(yī)學(xué)應(yīng)用模塊化教學(xué)

MATLAB全稱為Matrix Laboratory，矩陣實(shí)驗(yàn)室的縮寫，它與Mathematica、Maple并稱為世界三大數(shù)學(xué)軟件。在具體的授課過程中，我們采用模塊化教學(xué)的方法，各個(gè)專業(yè)的學(xué)生都學(xué)習(xí)MATLAB程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)模塊，然后再結(jié)合各自的專業(yè)和興趣，學(xué)習(xí)在不同的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域各種工具包的使用。例如，生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)信號(hào)處理工具包，便于以后對(duì)心電和腦電波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理；生物信息學(xué)專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)生物信息學(xué)工具包，便于以后處理基因組和蛋白組學(xué)數(shù)據(jù)；影像學(xué)專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)圖像處理工具包，便于處理CT和FMRI的醫(yī)學(xué)影像，更好的為臨床服務(wù)；公共衛(wèi)生專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)MATLAB統(tǒng)計(jì)工具包，便于以后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；臨床專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)MATLAB操縱數(shù)據(jù)庫，為了解醫(yī)院管理信息系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理原理打下基礎(chǔ)；護(hù)理專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)MATLAB的WORD接口和EXCEL接口[3]，便于以后撰寫電子病例等。學(xué)生也可以不根據(jù)自己的專業(yè)，而根據(jù)個(gè)人的興趣愛好來選擇應(yīng)用方向。這種模塊化教學(xué)，分專業(yè)培養(yǎng)的教學(xué)方式，因材施教，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使他們更好的學(xué)以致用同時(shí)，將計(jì)算思維的培養(yǎng)貫穿到實(shí)踐過程中，解決了計(jì)算思維“落地”的問題。

3.結(jié)語

許多人認(rèn)為醫(yī)學(xué)生不需學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)，但是計(jì)算思維是當(dāng)代社會(huì)必須具備的一種思維方式，而程序設(shè)計(jì)課程是最能培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力。假如醫(yī)學(xué)生必須要學(xué)習(xí)一門程序設(shè)計(jì)語言的話，那么MATLAB無疑是醫(yī)學(xué)生們的最佳選擇。在課程設(shè)計(jì)的過程中，有的學(xué)生把MATLAB與C進(jìn)行混合編程，更有效的進(jìn)行神經(jīng)信息的處理；有的學(xué)生利用Molecule Viewer組件對(duì)蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測和顯示；有的學(xué)生對(duì)臨床醫(yī)學(xué)影像進(jìn)行了處理，使病灶特點(diǎn)更為突出，便于診查；有的學(xué)生把MATLAB與SPSS和EXCEL進(jìn)行連接，綜合利用各個(gè)軟件的優(yōu)勢；總之，這種模塊化的教學(xué)方法提高醫(yī)學(xué)生的計(jì)算思維能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳國良，董榮勝，計(jì)算思維與大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育[J]. 中國大學(xué)教學(xué)，2011（1）：9.

[2]楊建磊，關(guān)于我國大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)中“計(jì)算思維能力培養(yǎng)”的研究[D].甘肅：蘭州大學(xué)，2014：21-22.

[3]廖海生.基于Matlab、Excel和SPSS的數(shù)據(jù)通信[J].甘肅聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)，2007（7）：83-86.