新工科背景下医工类专业数学课程体系构建研究

季超越 王杰 丁丹

摘 要：通过对新工科背景下医工类专业数学课程的梳理和总结，结合医工类专业数学课程存在的“课时减少带来教学难度的增加”“学科间交叉融合度不够”“数学知识与实际应用脱节”问题分析，分层次构建适合新工科背景下医工类专业的数学课程体系，引入“第一课堂+第二课堂”的教学模式，建立全面的数学课程评价体系，引导学生通过解决实际问题掌握数学知识和技能，提高学生的专业能力，从而推动不同专业之间、同一专业不同课程之间的交叉融合，为新工科专业人才培养奠定基础。

关键词：新工科；医工类专业；数学课程体系

1 概述

随着新工科的兴起，各高校将其与本校特色专业相结合形成新工科专业，使得这类专业的教育得到了越来越多的关注。如新工科背景下地方高校微专业建设研究与探索［1］、新工科视域下“互联网+工程训练”教学体系改革与实践［2］、新工科背景下的地方高校电子信息类专业课程体系研究［3］等。不同类型的高校结合着本校特点建设相应的新工科专业，其中具有医学特色的高校开设的新工科专业主要是医工类专业，包括生物医学工程专业、智能医学工程专业、数据科学与大数据技术专业。而数学作为现代科学技术的基础和核心，对培养创新型人才的逻辑思维能力、建立数学模型并分析解决问题的能力和提高创新人才综合素质有很大帮助［4］，是医工类专业中的重要组成部分。这三个专业交叉的数学课程有高等数学、线性代数、概率论与数理统计，在此基础上，生物医学工程专业还包括复变函数；智能医学工程专业还包括复变函数、数学建模；数据科学与大数据技术专业有数学建模、离散数学课程。这些课程构成了新工科背景下醫工类专业的专业课程基础，但由于不同专业的专业课程不同，数学课程的侧重点也会有所不同，因此，还需根据专业课程的特点与侧重点建立系统的数学课程体系。本文旨在探讨如何构建适合新工科背景下医工类专业的数学课程体系，以提高医工类专业人才的综合素养和实际应用能力，推动不同专业之间、同一专业不同课程之间的交叉融合，促进数学课程在新工科专业课程中的应用。

2 医工类专业数学课程体系存在问题分析

大学数学课程的教学效果对培养学生的数学知识、创新能力和数学素养都起着举足轻重的作用［5］。因此，不少高校已经开展了“新工科”教学改革，在“新工科”课程体系实践探索中发现，医工类专业数学课程体系主要存在如下问题：

2.1 课时减少带来教学难度的增加

目前，国内高等医学院校中对数学课程的定位并不明确和一致，尽管各校都把它视为公共基础课，但对课型的确定、课时的计划和课程的考核性质是很不相同的。近年来，由于教学改革削减了总学时数，一些高校为了保证专业课的授课时长，对于公共课、基础课的时长明显缩短了。在公共课中，国家对政治课教学时长有专门的要求，英语因为有四级、六级考试的要求时间也不能大量缩减，最后能缩减时间的课程所剩无几，其中数学课程就包括“高等数学”“线性代数”“概率论与数理统计”等。因此，数学教学课时量比起教学改革之前大大缩短了，但是在课时数缩短的同时，数学的课程内容却没有任何删减。数学这类课本身是非常抽象的，理论性很强，在课时量大幅删减的情况下，课程内容如何合理安排和讲授就成为一个新的难题，但是无论如何安排，内容多、课时少的矛盾是无法调和的。

2.2 学科间交叉融合度不够

数学作为基础学科具有很强的理论性［6］，数学的介入极大地推动了人们探索生命世界的步伐，使得现代生物医学的面貌为之改观。与此同时，医工类专业的数学课程还需要更好地与专业知识融合，以实现更加实际化的课程设置，但目前数学教学工作存在与医工类专业课衔接不足等问题。比如：数学课上讲过的知识点无法迁移到专业课上，专业课中无法有效调用数学思维，因学时限制，专业课中需要的数学知识点学生并未接触等。但完整的医学知识结构决不能缺少数学，因为许多基础和专业课程（如物理、化学、生物、生化、卫生统计学、理论流行病学等）需要数学的知识和方法，没有一定的数学知识，无法学习和理解这些课程。从这个意义上讲，数学确为一门重要的工具课程。数学是医科学生学习的基础中的基础，数学与医学的紧密联系日益显现，没有数学的支持，生物医学研究很可能进入难以逾越的瓶颈。所以，对新工科背景下医工类专业数学教学的改革势在必行，加强数学课程与专业课程间的交叉融合以及各学科之间的融合，从而培养出一批既懂医学知识又有数学头脑的高级新工科科研人才，才能保证新工科的持续迅速发展。

2.3 数学知识与实际应用脱节

数学课程的设置是为了加强学生的数学基础知识和分析能力，以及为专业课奠定理论基础。但由于学生有着不同的数学基础，对于不同学生来说，数学课程的难度也有所不同。在一些学生看来，数学课程可能难度较小，而另一些学生可能会觉得数学课程难度过大，难以理解。结合大部分学生数学基础及新工科背景下医工类专业特点，医工类专业数学课程体系的设置更注重数学基础知识的讲解和应用，但是在实际应用时存在不够灵活的情况，这就导致了学生在解决实际问题时会感到不知所措。因此，学生会觉得所学的数学知识与实际应用场景脱节，难以理解和应用。

3 构建新工科背景下医工类专业的数学课程体系

基于存在的问题出发，在保障数学课程教学质量的前提下，与新工科背景下的医工类专业（以下简称为新工科专业）的专业课老师对接，认真梳理专业课程所需的数学基础，针对三个新工科专业的数学课程构建相应的数学课程体系，如下图所示：

新工科专业的数学课程体系图

3.1 分层次构建数学课程体系

第一层次为基础课程。依据新工科专业的培养目标，结合学生层次，以“突出基础、加强融合”为指导思想，将高等数学课程设置为新工科专业数学课程中的基础课程。基础课程特点是学时相对较多、涉及知识点范围广。结合专业课程的设置及问题分析，基础课程内容增加了与新工科专业课程紧密相关的数学方法及内容。

第二层次为专业基础课。新工科背景下的医工类专业包括生物医学工程专业、智能医学工程专业、数据科学与大数据技术专业。依据各专业的专业特色，将线性代数、概率论与数理统计课程设置为数学课程中的专业基础课，其中生物医学工程专业的线性代数、概率论与数理统计课程为16学时，是专业课Matlab和数字信号处理课程的专业基础，结合专业课内容需求，生物医学工程专业的数学专业基础课强化矩阵运算的练习。智能医学工程和数据科学与大数据专业的线性代数、概率论与数理统计课程为32学时，是数据分析与挖掘、计算机语言课程的专业基础，结合专业课需求，智能医学工程专业和数据科学与大数据专业的数学专业基础课程需增加特征向量的理解。

第三层次为专业课。从专业课开始，三个新工科专业的数学课程设置差异较大。生物医学工程专业的数学专业课程是复变函数，与数字信号课程联系紧密，但课程学时较少，可从教学模式入手，增加学生的课下学习时长。智能医学工程专业的数学专业课程有数学建模、复变函数，结合智能医学工程专业的人才培养目标——具有医、理、工结合思维，能够运用交叉学科知识解决医学领域问题，与数学有关的专业课程除要培养学生的专业知识外，还要培养学生的逻辑思维能力。因此，专业课的设置需在引导学生思考这一方面加强。数据科学与大数据技术专业与数学相关的专业课程有数学建模、离散数学，结合专业课需求，课程设置需侧重数学与计算机的联系。

3.2 构建“第一课堂+第二课堂”的教学模式

基于新工科背景下的生物医学工程、智能医学工程、数据科学与大数据等医工类专业数学课程体系存在的“课时减少带来教学难度的增加”“学科间交叉融合度不够”“数学知识与实际应用脱节”等问题，借助长江雨课堂平台，基于“线上+线下”的混合式教学方法，结合专业需求及培养目标，构建新工科背景下的医工类专业数学课程体系，设计“第一课堂+第二课堂”的教学模式。

第一课堂是按照教学目标设计“课前—课中—课后”的教学过程。課前，在长江雨课堂平台发布预习课件、预习自测题、专业知识相关拓展视频，后台监测学生的课前学习情况，其中视频内容更关注于实际应用场景，注重与专业知识的融合以及学生的数学思维和创新能力的培养，而不仅仅是纯粹的数学知识；课中，讲解重、难点并增加练习题进行强化；课后，发布课后作业及由于学时限制课上无法讲到但专业课要用的知识视频，拓宽数学知识领域。且针对新工科背景下的生物医学工程、智能医学工程、数据科学与大数据技术等三个专业所发布的课前专业知识相关拓展视频、课后补充的知识视频，建立学习视频库，为第一课堂的建立提供教学资源。以此为解决新工科背景下医工类专业数学课程存在的“课时减少带来教学难度的增加”“学科间交叉融合度不够”的问题打下基础。

第二课堂是基于学科竞赛所设置的教学活动。由于学时少，仅靠第一课堂进行的教学活动无法提高学生的实际应用能力，需要通过第二课堂的设置动员学生参加与本专业相关的学科竞赛，如“互联网+大学生创新创业大赛”“全国大学生数学建模竞赛”“全国大学生智能应用技术大赛”等。数学课程可以基于学科竞赛，让学生能够通过参与实际项目来进行跨学科的综合性学习，促进学科间的交叉融合。这也使得数学知识在实际竞赛中的应用过程中能够更加深入，学生的实际应用能力也能够得到更加全面的提高，为解决新工科背景下医工类专业数学课程存在的“学科间交叉融合度不够”“数学知识与实际应用脱节”的问题提供方向。

通过“第一课堂+第二课堂”的教学模式所构建新工科专业的数学课程体系，不仅注重学生数学知识的拓展以及数学思维的培养，也关注学科间知识点的交叉融合以及学生的实际应用能力。

3.3 建立全面的数学课程评价体系

学生的学习成果评价包括期末考试、课前预习、课堂表现、课后作业、实际应用等方面对学生在数学知识掌握和能力实践方面的评估。其中，期末考试的结果为期末成绩，课前预习、课堂表现、课后作业为平时成绩，实际应用为附加成绩。考虑到现代数学应用越来越广泛，对学生的专业技能需量化评价，因此在数学教学中，需依托线上教学平台采用多元化的评价方式，建立全面的数学课程评价体系。根据“第一课堂+第二课堂”的教学模式，第一课堂的教学过程依托于长江雨课堂平台，可设置评价模块（课前预习：预习视频10%+预习课件10%+课前自测20%、课堂表现30%、课后包括课后作业和延伸视频30%），基于长江雨课堂平台的学习过程记录，对“课前—课中—课后”整个教学过程中学生的学习情况进行量化组成平时成绩，将期末成绩与平时成绩纳入最终的课程考核评价体系，使学生的学习过程有迹可循、学习成果有处可依。第二课堂是基于实际应用的数学课程教学方法，是对第一课堂的查漏补缺，主要让学生学习如何用数学模型和技术解决具体的问题，评价方式更注重学生的实际需求与能力，需结合实际项目来提高学生的实际应用能力，因此第二课堂由相应的竞赛结果进行评价。

结语

本文主要探讨了新工科背景下医工类专业数学课程体系的构建问题。通过对新工科背景下医工类专业数学课程的梳理和总结，结合其存在问题分析，确定数学知识点的优先级和重点，分层次构建适合医工类专业的数学课程体系。在数学课程体系的构建过程中，引入了“第一课堂+第二课堂”的教学模式，提高学生对数学学习的积极性，并引导学生通过解决实际问题来掌握数学知识和技能。最后借助长江雨课堂平台建立全面的数学课程评价体系，以此构建出新工科背景下医工类专业数学课程完整的知识体系与框架，培养学生良好的数学学科整体观和系统观，使得医工类专业的数学课程能更好地满足实际需求，提高学生的专业能力和实际应用能力，为进一步探究医工类专业的数学教育奠定了基础。

参考文献：

［1］夏春明，金晓怡，王晓军，等.新工科背景下地方高校微专业建设研究与探索［J］.高等工程教育研究，2023（02）：1418.

［2］曹建华，夏绪辉，蒋国璋，等.新工科视域下“互联网+工程训练”教学体系改革与实践［J］.创新创业理论研究与实践，2023，6（04）：6770.

［3］肖顺文，冯正勇，江敏，等.新工科背景下的地方高校电子信息类专业课程体系研究与实践［J］.软件，2021，42（06）：4546.

［4］赵辉，罗来珍，李兴华.“互联网+大学工科数学课程”教学改革路径研究与实践［J］.大学数学，2022，38（03）：4246.

［5］杨永富，胡真，宫奕波.新工科导向下大学数学课程创新能力培养体系的构建与实践［J］.大学数学，2022，38（05）：4551.

［6］滕辉，何兰，王岩，等.基于课程思政的医学院校数学课堂教学研究［J］.中国继续医学教育，2022，14（13）：179182.

项目来源：新乡医学院三全学院2021年度校级教育教学改革研究与实践项目：新工科背景下医工类专业数学课程体系构建研究（项目编号：2021XJJG21）；洛阳师范学院校级课程思政教学改革研究与实践项目：《数学分析》课课程思政的主要内容、方法研究（编号：2021xjks009）

作者简介：季超越（1993— ），女，汉族，河南新乡人，硕士，讲师，新乡医学院三全学院智能医学工程学院教师，研究方向：数理统计与数学教育。