“新醫(yī)科”建設視域下數(shù)學建?！?+5”培養(yǎng)模式構建研究

丁 丹，王曉娜

(新鄉(xiāng)醫(yī)學院三全學院，河南新鄉(xiāng)，453000)

隨著新一輪科技革命和產業(yè)革命的不斷發(fā)展，人工智能、虛擬現(xiàn)實、區(qū)塊鏈等技術與“健康中國2030”戰(zhàn)略的結合日趨緊密，傳統(tǒng)醫(yī)學事業(yè)的發(fā)展和醫(yī)學人才教育培養(yǎng)模式發(fā)生了巨大的變革。因此，為適應時代發(fā)展需求，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，“新工科、新農科、新醫(yī)科、新文科”的“四新”建設應運而生。[1]“新醫(yī)科”以人民健康至上為核心發(fā)展理念，旨在推進醫(yī)學和多種學科的交叉融合，聚焦人才培養(yǎng)體系，促進融通復合型醫(yī)學人才的培養(yǎng)。因此，“新醫(yī)科”順應“健康中國2030”戰(zhàn)略要求和時代變革發(fā)展對融通復合型人才培養(yǎng)的需求，有助于促進我國現(xiàn)代醫(yī)學的發(fā)展，也有助于推動我國高校醫(yī)學教育的改革。

一、數(shù)學建模的發(fā)展歷程

20世紀70年代，英國劍橋大學教授把自己的項目分解成一些學生可以獨立解決的問題讓他們自主完成，這就是最早的數(shù)學建模。[2]之后，這種解決問題的方法被逐步抽象，最終成為一門獨立的學科。隨著數(shù)學建模的日益成熟，不同國家逐漸將數(shù)學建模添加到教學計劃中。在國內，數(shù)學建模也頗受重視。歐劍等人探討了數(shù)學建模的開放式教學模式，主張應該在教學內容、教學方法及建模競賽的組織上實行全面的開放。[3]張思明等人提出，數(shù)學建模從走近到走進數(shù)學課堂，具有重要的育人價值，應該從學前到大學開展數(shù)學建模。[2]李啟建強調組建建模團隊的重要性，主張加強教師能力的培養(yǎng)。[4]張成堂等人提出從“基礎—應用—創(chuàng)新”三個層次對課程分模塊優(yōu)化設置，構建創(chuàng)新人才的多維度培養(yǎng)體系。[5]在這一大背景下，數(shù)學建模課程被不斷引入我國的高等教育數(shù)學教學，其以競賽活動的形式出現(xiàn)，為大學生直觀地打開了應用數(shù)學的“大門”，使學生切實感受到數(shù)學對實際生活的巨大影響。隨后，由于建模理念的先進性、建模方法的實用性、建模手段的多樣性，越來越多的高校開始注意到數(shù)學建模對培養(yǎng)數(shù)學素養(yǎng)的重要性，便結合各專業(yè)的特性開設了一批數(shù)學建模課程，旨在普及建模理念，達到提升學生數(shù)學素養(yǎng)的目的。隨著數(shù)學建模的影響進一步深化，全國各層次的學校都相應開展了數(shù)學建模課程和相關實驗，教育部更是將其地位提升至國家級課程系列，進而更加奠定了數(shù)學建模課程在數(shù)學教學中的地位，成為貫穿數(shù)學教學全過程的課程。

二、“新醫(yī)科”視域下醫(yī)學工程類專業(yè)大學生數(shù)學建模能力培養(yǎng)需求分析

醫(yī)學工程類專業(yè)交叉于理、工、醫(yī)各學科之間，其學科性質較為復雜。為實現(xiàn)技術創(chuàng)新和理論突破，達到服務醫(yī)學的目的，醫(yī)學工程類專業(yè)需要借助數(shù)學建模的實際應用性，引導學生用數(shù)學的眼光，在復雜的具體情境中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，并用數(shù)學語言描述結果，應用數(shù)學方法驗證結果，應用數(shù)學意識甄別結果。因此，數(shù)學建模是醫(yī)學工程類專業(yè)不可替代的培養(yǎng)應用型人才的方式。可見，在醫(yī)學工程類專業(yè)的數(shù)學課程中融入數(shù)學建模思想，能夠順應“新醫(yī)科”多學科交叉融合的趨勢，培養(yǎng)融通復合型醫(yī)學人才教育理念，對高校數(shù)學的教學改革影響深遠。

基于此，為適應現(xiàn)代社會發(fā)展培養(yǎng)醫(yī)學工程類專業(yè)應用型高科技人才，高校要以發(fā)展的眼光，抓住時代的機遇，結合醫(yī)學工程類專業(yè)的特性，從專業(yè)領域的特殊性出發(fā)，改變傳統(tǒng)的培養(yǎng)模式，探索提高醫(yī)學工程類專業(yè)學生的數(shù)學建模實踐能力的人才培養(yǎng)模式。

三、醫(yī)學工程類專業(yè)數(shù)學建模能力“2+5”雙體互促培養(yǎng)模式構建

基于現(xiàn)代社會的發(fā)展和高質量人才培養(yǎng)的需求，在“新醫(yī)科”教育理念的指導下，結合醫(yī)學工程類專業(yè)學生的特點，通過師生聯(lián)動配合，新鄉(xiāng)醫(yī)學院三全學院構建了從教師和學生雙方出發(fā)的醫(yī)學工程類專業(yè)數(shù)學建模能力“2+5”雙體互促培養(yǎng)模式，具體如圖1所示。

圖1 醫(yī)學工程類專業(yè)數(shù)學建模能力“2+5”雙體互促培養(yǎng)模式

(一)教師主體

1.培養(yǎng)思想意識

建模的本質是以數(shù)學眼光觀察實際問題、用數(shù)學語言分析實際情境、用數(shù)學符號提取相關線索、用數(shù)學方法抽象實際問題隱藏的“數(shù)學內涵”。在傳統(tǒng)數(shù)學教學模式下，教師只關注學生能否正確地解決理論問題，忽視了學生數(shù)學意識的引導和培養(yǎng)。因此，在實際的建模教學中，教師要重視自身數(shù)學意識的培養(yǎng)，將數(shù)學意識應用到實際情境中，加強自身應用數(shù)學建模的意識，體驗自我知識的建構，形成具有自我特性的建模思想。在此基礎上，教師就能基于“邊做邊學”的理念，讓學生在不斷磨合和學習中提高自身認知水平，促進學生自我探索意識、創(chuàng)新意識、實踐意識和應用意識的提升。

2.提高知識素養(yǎng)

基于醫(yī)學院校“偏醫(yī)”的專業(yè)特性，數(shù)學建模教學對教師的知識素養(yǎng)層次提出了更高的要求。一是基礎知識。教師必須精通微積分、運籌學、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、線性代數(shù)、復變函數(shù)等相關必備數(shù)學知識。二是醫(yī)學知識，教師必須了解相關醫(yī)學知識，滿足交叉學科的知識需求，便于應用數(shù)學建模求解實際醫(yī)學問題，如藥物中毒事件分析等具體醫(yī)學實際問題。三是寫作表達。教師需要具有良好的語言素養(yǎng)，即能夠運用流暢通俗的語言完整描述建模過程，傳遞其中隱含的建模思想，同時兼具扎實的寫作功底，更好地指導學生完成建模寫作任務。四是不斷學習。教師要具備較強的接受能力、自學能力、研究能力、探索能力和持久能力，以適應知識日新月異的更迭。

3.提高技能素養(yǎng)

數(shù)學建模的具體解題過程離不開計算機軟件的數(shù)據(jù)篩選、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)模擬和模型匹配等操作，軟件實操隨之成為教師必備的技能。教師必須熟練掌握MATLAB、Lingo、SPSS、Python等軟件的操作與應用，以及Word、PPT、WPS、Latex等辦公軟件的操作。

4.加強活動組織

建?；顒訉儆陂_放的課外實踐課，即實驗教學。因此，運行良好的實驗室是必備的基礎設施，教師要以數(shù)學建模實驗課程教學為依托、以數(shù)學建模社團活動為牽引、以參加各級各類數(shù)學建模競賽為根本宗旨，面向各專業(yè)、各層次感興趣的學生開放數(shù)學建模實驗室。同時，教師還要滿足學生參與實驗教學的需求。一是軟件實操方面，進行MATLAB、Lingo、Python等實操軟件的培訓及計算方法、數(shù)據(jù)分析等相關課程的講解。二是寫作排版技巧方面，定期開展WPS、Latex等軟件排版的技能培訓，同時在相關社團內部定期舉辦優(yōu)秀論文研討會，讓學生通過研討和總結，從歷年獲獎的優(yōu)秀參賽論文中學習論文寫作技巧。三是團隊協(xié)作方面，注重培養(yǎng)團隊中適合成為“隊長”的角色，明確其職責和作用，營造良好的團隊氛圍。四是經驗交流分享方面，邀請校內外專家教授進行數(shù)學建模講座，同時邀請獲得過建模競賽獎項的學生分享經驗。通過以上活動，教師能夠更好地把握學生的知識水平和技能水平，進而有針對性地補齊短板、強化優(yōu)勢，以充足的準備帶領學生在各級建模競賽中取得成績。

5.提高科研素養(yǎng)

高水平、綜合素質過硬的師資隊伍是“新醫(yī)科”視域下培養(yǎng)復合型人才的前提和保證。具備扎實數(shù)學知識、科學教學理念且能熟練操作計算機分析篩選數(shù)據(jù)、匹配模型的高水平教師隊伍是數(shù)學建模的核心基礎，也是科研創(chuàng)作的中流砥柱。數(shù)學建模問題的解決往往需要教師著眼于多學科交叉融合的知識點，構造交叉知識點的認知體系，實現(xiàn)新思想、新體系、新事物的交叉融合，碰撞火花、激發(fā)靈感，形成新的科研方法，創(chuàng)造新的科研成果，進而促進交叉學科融合創(chuàng)新發(fā)展，提高團隊及個人的科研素養(yǎng)。

(二)學生主體

1.提高思維素養(yǎng)

建模問題源于生活的方方面面，敏銳的觀察力是必不可少的。敏銳的觀察力和大膽豐富的想象力能夠有效幫助學生準確地提取題干信息并合理利用，從而提出切合實際問題的模擬和假設，建立恰當?shù)臄?shù)學模型求解問題。因此，在日常生活中，醫(yī)學工程類學生在學習和研究經典模型時，要注重分析和篩選實際問題中的數(shù)據(jù)和信息，并嘗試利用數(shù)學語言描述和數(shù)學符號表示篩選后的信息。同時，學生要積極主動地領悟模型中蘊含的數(shù)學方法，嘗試用不同的方法分析、解決問題，培養(yǎng)和拓展自身的思維能力，養(yǎng)成用數(shù)學眼光發(fā)現(xiàn)問題和分析問題、用數(shù)學意識模擬問題和思考問題、用數(shù)學語言描述問題和提取問題、用數(shù)學符號轉換問題和表達問題、用數(shù)學方法解決問題和發(fā)散問題、用數(shù)學思維驗證問題和總結問題的習慣。這樣不僅可以鞏固學生的專業(yè)基礎知識，而且可以有效增強學生的邏輯思維能力，提高學生的思維素養(yǎng)，為后續(xù)實施建模奠定基礎。

2.提高學習素養(yǎng)

現(xiàn)代高等教育是開放式的，學生不必再拘泥于傳統(tǒng)的教室學習，而是可以借助現(xiàn)代信息技術和豐富的互聯(lián)網(wǎng)資源，不斷擴展學習資源，即依托信息化時代下開放的網(wǎng)絡環(huán)境，借助中國大學MOOC、國家精品課程、在線開放課程等途徑獲取海量的優(yōu)質網(wǎng)絡資源，使學習不受時空的限制，實現(xiàn)靈活多樣的泛在學習，進而有效補充拓展課堂知識，開拓自身視野。另外，泛在學習還能夠有效激發(fā)學生的潛能，提高學生的自主學習意識和個人學習能力。

3.提高操作能力

軟件是數(shù)學建模中必不可少的輔助工具，利用MATLAB、Lingo、SPSS、Excel、Python等軟件分析、篩選、處理原始數(shù)據(jù)，繪制圖形，匹配模型，能更準確地提取實際問題中的隱含條件，促進問題的解決。因此，學生應加強軟件實操能力。例如，結合教師講授及網(wǎng)絡共享資源，學生可以自主摸索學習軟件的各項功能，也可以關注與計算機技術有關的證書或比賽，通過計算機證書的考取達到熟練應用計算機的目的。

4.加強實踐訓練

學習、技能、思維、領導、團結等素養(yǎng)的提高都是為實踐應用作準備的，加強實踐訓練可以提高實際應用能力。實踐訓練要依托建模活動的舉辦，其是團隊協(xié)作項目，具有模型搭建、軟件實操、寫作排版等優(yōu)勢的學生可以組成團隊，分工合作、取長補短，從而在實踐訓練中加強學生的團隊合作意識和能力，并提高學生的動手能力，進而提高實際應用能力。

5.培養(yǎng)科研能力

首先，不同專業(yè)的學生可以在教師指導下成立數(shù)學建模協(xié)會和社團，不定期舉行建模知識分享和交流會，積極參與并分享自己閱讀的關于建模的書籍和優(yōu)秀獲獎論文的知識，在討論交流中加深對建模方法、建模技巧的理解。其次，建模題目源于復雜的生活實例，這就需要更全面的知識和更熟練的資料查閱技巧作為輔助。因此，學生要注重提高自身的文獻檢索能力，更好地服務建模活動。最后，數(shù)學建模是數(shù)學與其他學科的交叉、融合，學生需要發(fā)現(xiàn)學科融合的切入點，利用數(shù)學的思維和方法剖析實際情境，達到解決實際問題的目的。這些交流學習可以為學生后續(xù)的畢業(yè)設計、畢業(yè)論文、碩博學習等研究活動打下堅實的基礎。

四、結語

在“新醫(yī)科”背景下，數(shù)學建模能力是現(xiàn)代工程科技要求醫(yī)學工程類專業(yè)大學生具備的基礎素養(yǎng)，而培養(yǎng)學生的數(shù)學建模能力是一個長期的探索過程。因此，高校要將學生數(shù)學建模實踐能力培養(yǎng)貫穿日常教學活動的方方面面，不斷通過實踐培養(yǎng)出新時期的創(chuàng)新型人才?；诮處熀蛯W生雙方的“2+5”雙體互促培養(yǎng)模式符合高校數(shù)學建模發(fā)展的需求和路徑，便于醫(yī)學院校進行高效、保質的醫(yī)學教育。但是，基于醫(yī)學工程類專業(yè)數(shù)學建模能力“2+5”雙體互促培養(yǎng)模式的探討和研究還處于初級階段，可能還存在一定的不足和缺陷，今后還需要通過不斷的實踐逐步完善。