新工科背景下醫工類專業數學課程體系構建研究

季超越 王杰 丁丹

摘?要：通過對新工科背景下醫工類專業數學課程的梳理和總結，結合醫工類專業數學課程存在的“課時減少帶來教學難度的增加”“學科間交叉融合度不夠”“數學知識與實際應用脫節”問題分析，分層次構建適合新工科背景下醫工類專業的數學課程體系，引入“第一課堂+第二課堂”的教學模式，建立全面的數學課程評價體系，引導學生通過解決實際問題掌握數學知識和技能，提高學生的專業能力，從而推動不同專業之間、同一專業不同課程之間的交叉融合，為新工科專業人才培養奠定基礎。

關鍵詞：新工科；醫工類專業；數學課程體系

1?概述

隨著新工科的興起，各高校將其與本校特色專業相結合形成新工科專業，使得這類專業的教育得到了越來越多的關注。如新工科背景下地方高校微專業建設研究與探索［1］、新工科視域下“互聯網+工程訓練”教學體系改革與實踐［2］、新工科背景下的地方高校電子信息類專業課程體系研究［3］等。不同類型的高校結合著本校特點建設相應的新工科專業，其中具有醫學特色的高校開設的新工科專業主要是醫工類專業，包括生物醫學工程專業、智能醫學工程專業、數據科學與大數據技術專業。而數學作為現代科學技術的基礎和核心，對培養創新型人才的邏輯思維能力、建立數學模型并分析解決問題的能力和提高創新人才綜合素質有很大幫助［4］，是醫工類專業中的重要組成部分。這三個專業交叉的數學課程有高等數學、線性代數、概率論與數理統計，在此基礎上，生物醫學工程專業還包括復變函數；智能醫學工程專業還包括復變函數、數學建模；數據科學與大數據技術專業有數學建模、離散數學課程。這些課程構成了新工科背景下醫工類專業的專業課程基礎，但由于不同專業的專業課程不同，數學課程的側重點也會有所不同，因此，還需根據專業課程的特點與側重點建立系統的數學課程體系。本文旨在探討如何構建適合新工科背景下醫工類專業的數學課程體系，以提高醫工類專業人才的綜合素養和實際應用能力，推動不同專業之間、同一專業不同課程之間的交叉融合，促進數學課程在新工科專業課程中的應用。

2?醫工類專業數學課程體系存在問題分析

大學數學課程的教學效果對培養學生的數學知識、創新能力和數學素養都起著舉足輕重的作用［5］。因此，不少高校已經開展了“新工科”教學改革，在“新工科”課程體系實踐探索中發現，醫工類專業數學課程體系主要存在如下問題：

2.1?課時減少帶來教學難度的增加

目前，國內高等醫學院校中對數學課程的定位并不明確和一致，盡管各校都把它視為公共基礎課，但對課型的確定、課時的計劃和課程的考核性質是很不相同的。近年來，由于教學改革削減了總學時數，一些高校為了保證專業課的授課時長，對于公共課、基礎課的時長明顯縮短了。在公共課中，國家對政治課教學時長有專門的要求，英語因為有四級、六級考試的要求時間也不能大量縮減，最后能縮減時間的課程所剩無幾，其中數學課程就包括“高等數學”“線性代數”“概率論與數理統計”等。因此，數學教學課時量比起教學改革之前大大縮短了，但是在課時數縮短的同時，數學的課程內容卻沒有任何刪減。數學這類課本身是非常抽象的，理論性很強，在課時量大幅刪減的情況下，課程內容如何合理安排和講授就成為一個新的難題，但是無論如何安排，內容多、課時少的矛盾是無法調和的。

2.2?學科間交叉融合度不夠

數學作為基礎學科具有很強的理論性［6］，數學的介入極大地推動了人們探索生命世界的步伐，使得現代生物醫學的面貌為之改觀。與此同時，醫工類專業的數學課程還需要更好地與專業知識融合，以實現更加實際化的課程設置，但目前數學教學工作存在與醫工類專業課銜接不足等問題。比如：數學課上講過的知識點無法遷移到專業課上，專業課中無法有效調用數學思維，因學時限制，專業課中需要的數學知識點學生并未接觸等。但完整的醫學知識結構決不能缺少數學，因為許多基礎和專業課程（如物理、化學、生物、生化、衛生統計學、理論流行病學等）需要數學的知識和方法，沒有一定的數學知識，無法學習和理解這些課程。從這個意義上講，數學確為一門重要的工具課程。數學是醫科學生學習的基礎中的基礎，數學與醫學的緊密聯系日益顯現，沒有數學的支持，生物醫學研究很可能進入難以逾越的瓶頸。所以，對新工科背景下醫工類專業數學教學的改革勢在必行，加強數學課程與專業課程間的交叉融合以及各學科之間的融合，從而培養出一批既懂醫學知識又有數學頭腦的高級新工科科研人才，才能保證新工科的持續迅速發展。

2.3?數學知識與實際應用脫節

數學課程的設置是為了加強學生的數學基礎知識和分析能力，以及為專業課奠定理論基礎。但由于學生有著不同的數學基礎，對于不同學生來說，數學課程的難度也有所不同。在一些學生看來，數學課程可能難度較小，而另一些學生可能會覺得數學課程難度過大，難以理解。結合大部分學生數學基礎及新工科背景下醫工類專業特點，醫工類專業數學課程體系的設置更注重數學基礎知識的講解和應用，但是在實際應用時存在不夠靈活的情況，這就導致了學生在解決實際問題時會感到不知所措。因此，學生會覺得所學的數學知識與實際應用場景脫節，難以理解和應用。

3?構建新工科背景下醫工類專業的數學課程體系

基于存在的問題出發，在保障數學課程教學質量的前提下，與新工科背景下的醫工類專業（以下簡稱為新工科專業）的專業課老師對接，認真梳理專業課程所需的數學基礎，針對三個新工科專業的數學課程構建相應的數學課程體系，如下圖所示：

新工科專業的數學課程體系圖

3.1?分層次構建數學課程體系

第一層次為基礎課程。依據新工科專業的培養目標，結合學生層次，以“突出基礎、加強融合”為指導思想，將高等數學課程設置為新工科專業數學課程中的基礎課程?；A課程特點是學時相對較多、涉及知識點范圍廣。結合專業課程的設置及問題分析，基礎課程內容增加了與新工科專業課程緊密相關的數學方法及內容。

第二層次為專業基礎課。新工科背景下的醫工類專業包括生物醫學工程專業、智能醫學工程專業、數據科學與大數據技術專業。依據各專業的專業特色，將線性代數、概率論與數理統計課程設置為數學課程中的專業基礎課，其中生物醫學工程專業的線性代數、概率論與數理統計課程為16學時，是專業課Matlab和數字信號處理課程的專業基礎，結合專業課內容需求，生物醫學工程專業的數學專業基礎課強化矩陣運算的練習。智能醫學工程和數據科學與大數據專業的線性代數、概率論與數理統計課程為32學時，是數據分析與挖掘、計算機語言課程的專業基礎，結合專業課需求，智能醫學工程專業和數據科學與大數據專業的數學專業基礎課程需增加特征向量的理解。

第三層次為專業課。從專業課開始，三個新工科專業的數學課程設置差異較大。生物醫學工程專業的數學專業課程是復變函數，與數字信號課程聯系緊密，但課程學時較少，可從教學模式入手，增加學生的課下學習時長。智能醫學工程專業的數學專業課程有數學建模、復變函數，結合智能醫學工程專業的人才培養目標——具有醫、理、工結合思維，能夠運用交叉學科知識解決醫學領域問題，與數學有關的專業課程除要培養學生的專業知識外，還要培養學生的邏輯思維能力。因此，專業課的設置需在引導學生思考這一方面加強。數據科學與大數據技術專業與數學相關的專業課程有數學建模、離散數學，結合專業課需求，課程設置需側重數學與計算機的聯系。

3.2?構建“第一課堂+第二課堂”的教學模式

基于新工科背景下的生物醫學工程、智能醫學工程、數據科學與大數據等醫工類專業數學課程體系存在的“課時減少帶來教學難度的增加”“學科間交叉融合度不夠”“數學知識與實際應用脫節”等問題，借助長江雨課堂平臺，基于“線上+線下”的混合式教學方法，結合專業需求及培養目標，構建新工科背景下的醫工類專業數學課程體系，設計“第一課堂+第二課堂”的教學模式。

第一課堂是按照教學目標設計“課前—課中—課后”的教學過程。課前，在長江雨課堂平臺發布預習課件、預習自測題、專業知識相關拓展視頻，后臺監測學生的課前學習情況，其中視頻內容更關注于實際應用場景，注重與專業知識的融合以及學生的數學思維和創新能力的培養，而不僅僅是純粹的數學知識；課中，講解重、難點并增加練習題進行強化；課后，發布課后作業及由于學時限制課上無法講到但專業課要用的知識視頻，拓寬數學知識領域。且針對新工科背景下的生物醫學工程、智能醫學工程、數據科學與大數據技術等三個專業所發布的課前專業知識相關拓展視頻、課后補充的知識視頻，建立學習視頻庫，為第一課堂的建立提供教學資源。以此為解決新工科背景下醫工類專業數學課程存在的“課時減少帶來教學難度的增加”“學科間交叉融合度不夠”的問題打下基礎。

第二課堂是基于學科競賽所設置的教學活動。由于學時少，僅靠第一課堂進行的教學活動無法提高學生的實際應用能力，需要通過第二課堂的設置動員學生參加與本專業相關的學科競賽，如“互聯網+大學生創新創業大賽”“全國大學生數學建模競賽”“全國大學生智能應用技術大賽”等。數學課程可以基于學科競賽，讓學生能夠通過參與實際項目來進行跨學科的綜合性學習，促進學科間的交叉融合。這也使得數學知識在實際競賽中的應用過程中能夠更加深入，學生的實際應用能力也能夠得到更加全面的提高，為解決新工科背景下醫工類專業數學課程存在的“學科間交叉融合度不夠”“數學知識與實際應用脫節”的問題提供方向。

通過“第一課堂+第二課堂”的教學模式所構建新工科專業的數學課程體系，不僅注重學生數學知識的拓展以及數學思維的培養，也關注學科間知識點的交叉融合以及學生的實際應用能力。

3.3?建立全面的數學課程評價體系

學生的學習成果評價包括期末考試、課前預習、課堂表現、課后作業、實際應用等方面對學生在數學知識掌握和能力實踐方面的評估。其中，期末考試的結果為期末成績，課前預習、課堂表現、課后作業為平時成績，實際應用為附加成績?？紤]到現代數學應用越來越廣泛，對學生的專業技能需量化評價，因此在數學教學中，需依托線上教學平臺采用多元化的評價方式，建立全面的數學課程評價體系。根據“第一課堂+第二課堂”的教學模式，第一課堂的教學過程依托于長江雨課堂平臺，可設置評價模塊（課前預習：預習視頻10%+預習課件10%+課前自測20%、課堂表現30%、課后包括課后作業和延伸視頻30%），基于長江雨課堂平臺的學習過程記錄，對“課前—課中—課后”整個教學過程中學生的學習情況進行量化組成平時成績，將期末成績與平時成績納入最終的課程考核評價體系，使學生的學習過程有跡可循、學習成果有處可依。第二課堂是基于實際應用的數學課程教學方法，是對第一課堂的查漏補缺，主要讓學生學習如何用數學模型和技術解決具體的問題，評價方式更注重學生的實際需求與能力，需結合實際項目來提高學生的實際應用能力，因此第二課堂由相應的競賽結果進行評價。

結語

本文主要探討了新工科背景下醫工類專業數學課程體系的構建問題。通過對新工科背景下醫工類專業數學課程的梳理和總結，結合其存在問題分析，確定數學知識點的優先級和重點，分層次構建適合醫工類專業的數學課程體系。在數學課程體系的構建過程中，引入了“第一課堂+第二課堂”的教學模式，提高學生對數學學習的積極性，并引導學生通過解決實際問題來掌握數學知識和技能。最后借助長江雨課堂平臺建立全面的數學課程評價體系，以此構建出新工科背景下醫工類專業數學課程完整的知識體系與框架，培養學生良好的數學學科整體觀和系統觀，使得醫工類專業的數學課程能更好地滿足實際需求，提高學生的專業能力和實際應用能力，為進一步探究醫工類專業的數學教育奠定了基礎。

參考文獻：

［1］夏春明，金曉怡，王曉軍，等.新工科背景下地方高校微專業建設研究與探索［J］.高等工程教育研究，2023（02）：1418.

［2］曹建華，夏緒輝，蔣國璋，等.新工科視域下“互聯網+工程訓練”教學體系改革與實踐［J］.創新創業理論研究與實踐，2023，6（04）：6770.

［3］肖順文，馮正勇，江敏，等.新工科背景下的地方高校電子信息類專業課程體系研究與實踐［J］.軟件，2021，42（06）：4546.

［4］趙輝，羅來珍，李興華.“互聯網+大學工科數學課程”教學改革路徑研究與實踐［J］.大學數學，2022，38（03）：4246.

［5］楊永富，胡真，宮奕波.新工科導向下大學數學課程創新能力培養體系的構建與實踐［J］.大學數學，2022，38（05）：4551.

［6］滕輝，何蘭，王巖，等.基于課程思政的醫學院校數學課堂教學研究［J］.中國繼續醫學教育，2022，14（13）：179182.

項目來源：新鄉醫學院三全學院2021年度校級教育教學改革研究與實踐項目：新工科背景下醫工類專業數學課程體系構建研究（項目編號：2021XJJG21）；洛陽師范學院校級課程思政教學改革研究與實踐項目：《數學分析》課課程思政的主要內容、方法研究（編號：2021xjks009）

作者簡介：季超越（1993—?），女，漢族，河南新鄉人，碩士，講師，新鄉醫學院三全學院智能醫學工程學院教師，研究方向：數理統計與數學教育。