在程序设计课程中引入MATLAB模块化教学，培养医学生的计算思维能力

司家瑞 孙伟 储丹 李晓霞 黎小沛

【摘要】本文介绍了天津医科大学计算机教学改革的探索，我们在程序设计课程中引入医学上广泛应用的MATLAB语言，使计算机知识与医学专业相结合，并根据学生的专业和兴趣爱好，讲授MATLAB在不同医学领域的应用，这种模块化的教学方法使医学生在实践的过程中培养了计算思维的能力。抽样问卷与考核结果显示，98%的学生深入理解了计算思维的内涵并能应用MATLAB解决专业相关的一些实际问题。

【关键词】程序设计 MATLAB 医学生 计算思维

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）05-0227-01

计算是指把某些动态域的表示与某些动态机器联系起来，它对域或机器提供理论的、实验的或实践的理解。30-50年前，计算只有科学家才掌握；而当今时代，计算无处不在，甚至每个东西都计算，能使用计算机技术去解决问题是当代大学生所必需具备的能力。

有人说过这样一句话：学历是铜牌，能力是银牌，人脉是金牌，思维是王牌。为了适应时代发展和专业需求，作为高校计算机教师的我们，不得不对自己提出更高层次的要求，把我们的教学目的从传授知识转变为培养能力，最终上升到培养学生的思维方式上来，这里我们所培养的这种思维方式，称之为“计算思维”。

1.计算思维及其医学应用

美国卡内基·梅隆大学周以真（Jeannette Wing）教授认为，计算思维（Computational Thinking）是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计，以及人类行为理解的涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动[1][2]。计算思维的本质是抽象和自动化。计算思维可以理解为计算机科学家的思维方式。

医学专业人士不仅要以计算机作为工具，更要具备计算思维能力，以从计算的角度去思考和解决问题。例如临床医生在理解计算技术生成图像原理的认知基础上观察医学察影像结果，从而能更好的对病情进行分析和判断。作为未来的医务人员，医学院校的学生更应该在学习计算机基础课程的过程中，体会并掌握利用计算机解决问题的能力，了解医学信息的广阔应用前景，更应该充分认识到用计算思维来理解和解决医学领域问题的优越性。

任何计算机课程都在一定程度上培养着学生的计算思维能力，比如文本编辑软件WORD，在使用其进行打字录入时训练了我们的数字化编码的思维方式，WORD软件版本的演化更是体现了软件设计者简化软件界面来方便用户使用的思想。程序设计是将分析和解决问题的思维活动转化成计算机程序的过程，最能够体现问题求解思想方法，因而是典型的计算思维培养课程。在具体的课程中，我们选择了一种在医学上应用广泛的计算机语言MATLAB来培养学生的计算思维能力。

2.MATLAB的医学应用模块化教学

MATLAB全称为Matrix Laboratory，矩阵实验室的缩写，它与Mathematica、Maple并称为世界三大数学软件。在具体的授课过程中，我们采用模块化教学的方法，各个专业的学生都学习MATLAB程序设计的基础知识模块，然后再结合各自的专业和兴趣，学习在不同的医学领域各种工具包的使用。例如，生物医学工程专业的学生学习信号处理工具包，便于以后对心电和脑电波数据进行分析处理；生物信息学专业的学生学习生物信息学工具包，便于以后处理基因组和蛋白组学数据；影像学专业的学生学习图像处理工具包，便于处理CT和FMRI的医学影像，更好的为临床服务；公共卫生专业的学生学习MATLAB统计工具包，便于以后进行统计分析；临床专业的学生学习MATLAB操纵数据库，为了解医院管理信息系统的运行机理原理打下基础；护理专业的学生学习MATLAB的WORD接口和EXCEL接口[3]，便于以后撰写电子病例等。学生也可以不根据自己的专业，而根据个人的兴趣爱好来选择应用方向。这种模块化教学，分专业培养的教学方式，因材施教，在激发学生学习兴趣，使他们更好的学以致用同时，将计算思维的培养贯穿到实践过程中，解决了计算思维“落地”的问题。

3.结语

许多人认为医学生不需学习程序设计，但是计算思维是当代社会必须具备的一种思维方式，而程序设计课程是最能培养学生计算思维能力。假如医学生必须要学习一门程序设计语言的话，那么MATLAB无疑是医学生们的最佳选择。在课程设计的过程中，有的学生把MATLAB与C进行混合编程，更有效的进行神经信息的处理；有的学生利用Molecule Viewer组件对蛋白质的三维结构进行预测和显示；有的学生对临床医学影像进行了处理，使病灶特点更为突出，便于诊查；有的学生把MATLAB与SPSS和EXCEL进行连接，综合利用各个软件的优势；总之，这种模块化的教学方法提高医学生的计算思维能力。

参考文献：

[1]陈国良，董荣胜，计算思维与大学计算机基础教育[J]. 中国大学教学，2011（1）：9.

[2]杨建磊，关于我国大学计算机基础课程教学中“计算思维能力培养”的研究[D].甘肃：兰州大学，2014：21-22.

[3]廖海生.基于Matlab、Excel和SPSS的数据通信[J].甘肃联合大学学报，2007（7）：83-86.