信息化背景下医学本科生科研创新能力的培养*

李春香 罗雯 王中亮 惠方姝通讯作者）

海军军医大学卫生勤务学系数理教研室 上海 200433

引言

医学是一门实践与创新并重的学科[1]。医学本科生不仅要注重专业知识的积累以提高临床实践能力，而且要加强科研创新能力的培养以解决现有问题和探索未知问题。培养具有科研创新能力的医学人才已然成为医学本科教育的重要课题，得到了国内众多高校的关注[1-4]。同时，医学是一门综合性学科，医学本科生科研创新能力的养成离不开跨学科的培养。众所周知，数学学科是培养学生逻辑思维和创新能力的重要载体，并为学生的专业课程学习和后续科研发展提供了一些必要的数学方法以及有效的分析工具。《高等数学》等数学课程是现今医学本科生的必修公共基础课程，在各个教学环节和相关活动中逐步培养学生的逻辑思维和数学能力素质，进而提高发现问题、分析问题、解决问题的科研创新能力。然而，在大多数医学生的传统观念中，认为数学和医学是相距甚远的两门学科[5]，加之数学学科较难以及医学专业任务较多等原因，使得医学生对数学学科及相关活动普遍缺乏兴趣，进而影响到数学在培养学生科研素养上的作用的发挥。因此，探讨如何在数学学科的日常教学和相关活动中培养医学本科生的科研创新能力，具有重要的实践意义。

在当今信息化时代，教育技术与教学模式不断发展，如慕课、翻转课堂等教学模式引入课堂，人工智能技术助力于教育技术及手段[6]。时代的发展给教师带来了新的挑战，同时也为探索实践行之有效的教改方法提供了更多的机会。笔者结合多年的一线教学和学生带教经验，对如何在信息化背景下以数学教学和数学课内外活动为载体培养提高医学本科生的科研创新能力进行初步探讨。

1 加强信息技术与教学手段的融合，注重“教”“引”并进，培养学生的逻辑思维

课堂教学是数学学科发挥作用的主阵地，涉及的学生范围最为广泛。例如，我校面向所有专业的大一本科学生开设了4个层次的《高等数学》课程，面向部分专业的大二本科学生开设了《数理统计》及《运筹学》课程，并对所有本科生开设了《概率论》选修课程。可见，课堂教学是非常重要的主阵地，是其他课外活动无法替代的。

培养和提升学生的科研创新能力，首要的就是培养其逻辑思维。在课堂教学中，我们要进一步加强信息技术与教学手段的融合，注重引导学生发现知识点之间的联系，做到“教”“引”并进，逐步培养学生的逻辑思维和数学能力素质。例如，在讲授定积分引例“曲边梯形的面积”时，以动画的形式表现“当分割越来越细时，小矩形的面积和越来越接近曲边梯形的面积”这一过程是非常直观的。在讲授泰勒公式时，运用MATLAB分别给出原点周围的正弦函数y=sinx与直线y=x、三次多项式、五次多项式、七次多项式的图形对比，学生不仅更好地理解了知识点，算法演示也大大地提升了其学习兴趣。在讲授连续函数的平均值时，将知识点“连续函数f(x) 在区间[a,b] 上的平均值为与“一组离散点的平均值为”进行比较，引导学生从定积分是“和的极限”的角度出发意识到本质上仍然是和的平均值，从而建立了连续与离散两种情况下平均值的联系，进一步锻炼了逻辑思维。可见，加强信息技术与教学手段的融合，在教学中注重“教”“引”并进，不仅可以有效提升教学效果，而且能够逐步培养学生的逻辑思维和数学能力素质。

2 利用数字课程平台，大力发展翻转课堂，树立学生的科研创新意识

如何在教学实践中逐步树立学生的科研创新意识，也是我们重点关注的问题。笔者认为，充分利用数字课程平台，布置难度适宜的与医学相关的开放式题目，鼓励学生从数学的角度分析解决问题，并且大力发展翻转课堂，对于树立学生的科研创新意识大有助益。

开放式题目，源于教学内容但在深度和广度上又高于教材内容，主要面向学有余力的学生，学生自愿参加。基于我校医科背景，笔者在选取开放式题目时侧重于有医学背景的问题，实践表明学生对医学相关问题的兴趣程度明显高于其他领域的问题。例如，在讲授第二重要极限时，与学生一起讨论了该知识点在医药领域的应用——单次静脉注射血药浓度问题，之后进一步给出课后开放性题目——多次静脉注射血药浓度问题。在讲授微分方程的应用时，结合学生专业背景，选取SISSIRSEIR三个经典的传染病传播模型作为开放式题目。在讲授最小二乘法时，将改编自1989年美国大学生数学建模竞赛的题目——蠓虫分类问题，以开放式题目形式进行布置。对于医学生而言，分析和解决开放式题目，课堂上学习到的知识有时会略显不足。此时，要充分发挥数字课程平台的作用，中国大学MOOC、学堂在线、智慧树以及大学数学教学资源库等都是学生获取知识的有力渠道。在对开放式题目不断探索的过程中，学生逐步树立了基本的科研创新意识，并且查新能力、自学能力和协作能力都在不知不觉中成长起来，为进一步的科研活动打下基础。

另一方面，根据学生参与开放式题目的情况，大力发展翻转课堂教学。例如，在对药学、中药学和生物技术三个专业大一本科生的高等数学教学中，以传染病传播模型为主题的开放式题目受到较多的关注，学生参与程度较高且完成度较好。于是，我们对此主题进行了翻转课堂实践，并在之后的问卷调查中看到多数学生的学习主动性、协作能力以及建模能力在此过程中都得到了一定程度的提升。总的来说，翻转课堂参与者对相关知识的理解程度要高于开放式题目参与者，并且在文案呈现能力和表达能力上也有一定的提升，翻转课堂能够更好地帮助学生树立科研创新意识。

3 大数据背景下，依托数学建模竞赛平台，“引”“放”有度，培养学生的基本科研技能

数学建模竞赛是国内高校非常重视的一项科技创新活动，一年一度的全国大学生数学建模竞赛已发展成为国内规模最大的学科竞赛活动[7]，近年来举办的全军军事建模竞赛亦得到了军队院校的广泛关注。数学建模竞赛是培养学生基本科研技能的有效途径，主要涉及对数学兴趣比较浓厚且有一定理论功底的学生。现今信息技术飞速发展，社会已进入了大数据时代，而数学建模竞赛题目通常来源于客观实际，因此越来越多的竞赛题目需要处理和分析大量的数据。在此背景下，笔者认为想要高质量完成竞赛进而提升学生的科研技能，教师应发挥好“引”的作用，在问题解读、文献查找、模型建立、数据处理和结论分析等方面充分发挥引导的作用。同时，又要给学生留足“放”的空间。数学建模题目是大型的开放式题目，建模方法并不唯一，对于数据的处理方法也各不相同，因此在结论上也是有差异的。特别地，对于策略类的建模问题的分析更是多种多样各有千秋的。此时，应充分发挥学生的个性，给他们足够的空间以探索各种可能性，但指导老师在发现学生思路出现较大的偏差时要及时进行纠正。此外，数学建模竞赛在培养学生的理论联系实际能力、自学能力、论文写作能力和计算机应用能力等方面都有很好的作用，而这些能力正是基本的科研技能。综上，在大数据背景下，依托数学建模竞赛平台，在指导教师的“引”导下“放”手参赛学生分析和解决问题，能够较好地提升学生的基本科研技能。

4 发挥“互联网+”作用，积极推进科研项目，提升学生的科研创新能力

参与科研项目是提升学生科研创新能力的主要措施之一，我校设立的“本科学员创新实践能力孵化基地”为本科生参加数学类科研项目提供了很好的平台，主要面向对数学有很高的热情且理论功底较为深厚的学生。如何在医学本科生中发挥数学类科研项目的优势作用进而提升学生的科研创新能力，笔者结合实践提出以下几点建议。首先，指导老师要严把立项方向，注重在医学领域的应用，制定深广度适宜的科研计划。一方面，指导老师要充分发挥自己的专业特长，在教学和日常科研中关注自身科研方向与医学领域的交叉结合。另一方面，指导老师要加强与学生的沟通交流，结合学生的实际情况制定深广度适宜的科研计划，为科研项目的顺利开展打下基础。其次，发挥“互联网+”作用，提高学生科研自主性。多数学生在刚参加科研项目时都有较高的热情，能够主动进行研究并希望解决一些问题。然而，一段时间后这份热情通常会有所消退，加之数学项目偏向于理论研究，学生会逐渐产生畏难心理。这种情况下，我们要充分发挥“互联网+”的作用，借助万方、知网、Web of Science等数据库平台，培养学生的调研能力，提高学生的科研自主性，帮助学生一起攻克难关。再者，结合“线上”“线下”交流方式，提高研究效率。医学生课程多任务重，加之疫情原因导致有时无法线下交流沟通。此时，通过瞩目、雨课堂和腾讯会议等平台进行线上交流是非常有必要，实践表明结合“线上”“线下”的交流方式可有效提高研究效率。最后，鼓励成果输出，增强学生科研动力。成果输出形式包括学术论文、分析报告、公开汇报、微课录制以及翻转课堂等，对于学生而言这不仅是（阶段性）成果总结或展示，也是对自身科研能力的一种肯定，对于增强学生科研动力是非常直接有效的。

5 结束语

科研创新对于推动医学学科发展和提高医疗水平有着至关重要的作用[7]，在数学学科的日常教学和相关活动中培养医学本科生的科研创新能力是非常有意义的。信息化背景下，加强信息技术与教学手段的融合，充分利用数字课程平台，大力发展翻转课堂，以及积极推进数学建模竞赛和数学类科研项目，能够较好地培养和提升医学本科生科研创新能力。