医学工程类专业大学生数学建模实践能力四位一体培养模式研究

王晓娜 靳瑞霞

摘  要 数学建模实践能力是医学工程类专业应用型人才培养的根本。在分析我国高等院校大学生数学建模能力培养现状的基础上，从建模思想融入、建模理论学习、建模实践训练、建模成果设计等四个方面设计医学工程类专业大学生数学建模实践能力“四位一体”培养模式，全面提高其数学建模实践能力。

关键词 医学工程类专业;数学建模;数学建模竞赛;翻转课

堂;建模论文

中图分类号：G642.4    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）09-0132-03

0  前言

早在20世纪70年代左右，英国剑桥大学的教授们就发现了数学建模最原始的模型，并逐渐形成一门课程——数学建模课程。随后，数学建模很快引起我国学者和政府的重视，1994年，教育部联合中国应用数学学会首次举办全国大学生数学建模竞赛，自此，全国大学生数学建模竞赛每年举办，且竞赛规模愈来愈大。所谓数学建模，“就是应用数学的语言、思想、理论和方法，通过抽象、概括、分析和提炼，建立刻画实际问题的数学关系和模型，进而解决实际问题的一种强有力的数学手段”[1]。

医学工程类专业交叉于理、工、医各学科之间，其学科性质具有挑战性，其学科目标致力于培养高层次医、工融合的高级人才。而数学建模是用数学工具解决各领域的实际问题，其教学活动过程本身对培养医学工程类专业人才发挥着其他教学活动无法替代的作用，数学建模能力已成为新型工科人才必备的基本技能之一[2]。据查阅文献资料，近年来，关于如何培养大学生的数学建模能力，广大高等教育者都在进行研究和实践，并得到一定的研究成果。经资料分析，在数学建模能力培养方面存在的问题主要有：数学建模活动较为单一;部分高校建模活动开展较晚，建模方面基础较为薄弱;学校不够重视;等等[3]。因此，为更好地培养医学工程类专业应用型高科技人才，我国高等院校立足于自身实际，以发展的眼光，抓住时代机遇，结合医学工程类专业的特性与发展，改变以往传统的培养模式，探索完善的、基于多种数学建模活动的、适用于医学工程类专业大学生的数学建模实践能力培养模式就显得尤为重要。

1  我国高等院校大学生数学建模能力培养现状分析

据CNKI（中国知网）数据检索，主题检索式为：“大学生”and“数学建模能力”。共检索到260篇文献。经文献阅读分析发现：目前，我国高等院校大学生数学建模能力培养主要存在下面几个问题。

1.1  教学过程重理论、轻实践

在传统教育的影响下，高等院校数学类课程教学在知识传授方面，教师常常倾向于理论知识的讲解，侧重于定理及公式的推导过程，对其实际背景及与建模有关实际案例的介绍涉及较少;在教学方式方法上，教师借助于多媒体和板书在课堂上主讲，学生在下面听讲，整个教学活动过程缺少教师与学生、学生与学生之间的互动与交流，讨论较少，实践动手机会较少。这样一种單一的教学方式致使课堂教学枯燥、乏味，影响学生的学习兴趣。另外，在建模实验教学过程中，现有的教学方式仍然是教师讲算法讲方法，学生实践验证结果，这一被动的学习方式不利于学生创新思维的培养，不能很好地激发学生主动思考、探索的热情，学生的建模能力在整个教学活动过程中不能很好地得到训练。

1.2  学科课程认识不足

众所周知，数学是各种高科技的源泉，但当前高等院校医学工程类专业的教育模式、培养方式与之相差甚远，当前的教育模式、教育环境忽视了数学的应用性，在学生看来数学仅仅是通过各类考试的工具，其学科性质被认为是抽象的、枯燥的、无实际用途的，甚至有部分学生出现旷课或上课做与课堂无关的事，出现作业或是论文抄袭的现象，存在打酱油和蒙混过关的心理。另外，还有部分不参加建模竞赛的学生认为只要拿到课程学分就行，忽略了课程教学对他们创新思维和综合能力培养方面的作用，没有意识到数学是一门具体的、有趣的、应用性极其广泛的学科。

1.3  教学模式陈旧、单一

数学建模课程相比其他的数学类课程，难度更大，涉及知识面更广，形式和方法更加灵活多样，这其实对学生和教师都提出更高的要求。对学生来说，不仅要求学生学会数学课程，掌握一定的数学知识，还要求学生具备不同问题背景领域的相关知识。对教师来说，在教育信息化时代，现有的以教师为主体、以课堂教学为主线的教学模式，已经不能满足不同层次学生的需求，不能很好地提高学生的创新思维和应用能力，不能很好地实现数学建模课程的教学效果。基于此，改变传统的教学模式对数学建模课程教学至关重要。

2  医学工程类专业大学生数学建模实践能力“四位一体”培养模式构建

基于以上问题分析，结合学校医学工程专业特点和学生实际情况，从建模思想融入、建模理论学习、建模实践训练、建模成果设计四个方面构建医学工程类专业大学生数学建模实践能力“四位一体”培养模式（图1），以期真正实现其培养目标。

2.1  建模思想融入

数学建模思想在实际建模活动中扮演着非常重要的角色，具备一定的数学建模思想是非常重要的，包括抽象、概括、归纳、演绎、联想、发散、综合等。在数学类课程的实际教学过程中将数学建模思想渗透其中，具体做法如下。

1）在教学内容上，引入数学建模案例。比如在讲解高等数学课程“微积分基本公式”这一内容时，引入变速直线运动的路程这样一个实例，结合实例的实际背景，通过抽象、概括、归纳、演绎等建模思想，得到变速直线运动路程的两种不同表示。该特殊例子结果具有普遍意义，说明了求定积分的一般方法。这一过程不仅可以让学生了解相关知识的实际背景，克服传统教学“重理论、轻实践”的弊端，而且在教学过程中时刻渗透着建模思想和方法，更好地培养学生的建模能力。

2）在教学模式上，结合翻转课堂，设置翻转课堂方案，组织学生分组讨论，让学生通过自主探索、合作交流等方式解决问题，在知识内化的同时，增强学生的数学建模意识，提高学生学习数学类课程的兴趣和学习效率，为建模理论的学习做好铺垫。

2.2  建模理论学习

建模理论知识的学习是培养学生数学建模能力的关键，包括四个方面，见表1。

2.3  建模实践训练

实践环节突出理论与实际之间的联系，数学建模重在实践，在实践中学习，在实践中思考，在实践中提高。具体分为三个模块，见表2。

2.4  建模成果设计

基于成果导向理念，数学建模最终侧重于学生的学习成果，在掌握一定数学建模理论知识，进行数学建模培训及参加数学建模竞赛的基础上，学生已具备较扎实的数学基础、较强的专业背景、较好地使用计算机的能力，在论文写作、问题分析、软件运用、编程等方面都有了较大的提升。基于此，毕业论文的写作水到渠成。论文完成后，导师还可以将有创造性的优秀的论文投稿给有关的学术期刊，这样学生可以提前迈入科研的大门，更好地激发学生的创造性，更好地开展创新实验和科研工作。

3 小结

在互联网、大数据、人工智能迅速发展的高科技时代，培养具有创新精神的应用型工科人才是符合時代发展的必然要求。从建模思想融入、建模理论学习、建模实践锻炼、建模成果设计四个方面入手，培养医学工程类专业大学生数学建模实践能力，无疑是一种有益的尝试：在建模思想融入中，设计和制定数学类课程案例教学课件，丰富课程内容，增加课堂教学的趣味性;在建模理论学习中，构建两大课程平台，借助丰富网络资源、讲座培训以及专业融合，实现建模理论的深度学习;通过建模实践训练，进一步提高学生的专业素养和综合素质。在此基础上，基于成果导向设计建模毕业论文，为培养医学工程类专业人才奠定基础，意义深远。■

参考文献

[1]孟艳双，邢育红.应用型人才培养模式下数学建模三级教学平台的构建[J].教育教学论坛，2016（6）：35-37.

[2]杨蕾，林红，陈华，等.工程教育背景下数学建模创新能力培养体系[J].教育教学论坛，2019（9）：111-112.

[3]李军成，陈国华，杨涤尘.地方院校促进创新人才培养的数学建模“五维联动”模式研究[J].高师理科学刊，

2015（4）：74-77.

[4]谢又祥，王林军.独立学院数学建模创新人才培养模式的研究与实践[J].科教文汇，2017（7）：36-38.