高等數學教學提質與實踐

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【摘要】：為順應“新醫科”的建立與發展，實現從生物醫學教育模式向以“醫文、醫工、醫理、醫Ｘ交叉學科支撐的醫學教育新模式”轉變，醫學院校高等數學教學模式正面臨著巨大的機遇和挑戰。文章以自我決定理論（ＳＤＴ）為指導，就醫學高等數學教學如何轉變教學理念、改革教學內容、改進教學手段、改變教學評價方法，以及如何將傳統的以教師為中心轉變為以學生為中心，如何實現智慧教學，落實素質教育進行探索與實踐。

【關鍵詞】：新醫科；自我決定理論；智慧教學；學生為中心

為推進“健康中國２０３０”建設，醫學已進入整合醫學（新醫學）時代，迫切需要建立與之相匹配的“新醫科”人才培養體系［１］?！靶箩t科”是指從人的整體出發，將醫學及相關學科領域最先進的知識理論和臨床各?？谱钣行У膶嵺`經驗有機整合，并根據環境、社會、心理、工程等方面進行修正、調整，使醫學成為更加適合人體健康和疾病診療的新體系［２］。要實現從治療為主到生命全周期、健康全過程的全覆蓋，提升全民健康水平的大健康新理念，在以人工智能和大數據為代表的新一輪科技革命的今天，對醫學教育及發展提出了新要求：從生物醫學教育模式向以“醫文、醫工、醫理、醫Ｘ交叉學科支撐的醫學教育新模式”轉變。所有學科專業都在加速交叉融合，學醫不只是“就醫論醫”，防病治病也不只是醫學的事。與“新工科”等其他體系建設交互推動，建立生物醫學科學平臺，培養基礎醫學拔尖人才；同時全面整合精準醫學、轉化醫學等方興未艾的新型醫學領域，建立具有中國特色的“新醫科”教育新體系正在形成［３］。培養能夠適應以人工智能為代表的新一代技術革命和以合成生物學為代表的生命科學變革、能夠運用交叉學科知識解決未來醫學領域前沿問題的高層次醫學創新人才，衛生健康行業智能化等對醫學教育提出新要求［４］，是每個高等醫學院校面臨的艱巨任務?！靶箩t科”背景下高等醫學教育模式正面臨著重大的機遇和挑戰。高等數學作為醫學院校一門重要的基礎課程，目前的教學形態、教學模式、學習方式和評價方式已不再適應新形勢。具體表現為所授內容偏理論、輕應用，教學手段單一化，學生主動學習數學的積極性不高等。落實素質教育，加快培養高水平醫學人才是中國當前醫學高等教育的核心任務。如何在新醫科背景下實施教學改革，實現智慧教學，值得探究。

１轉變教學理念，明確教學和培養目標

長期以來，中國醫學院校的數學教學遠落后于時代發展和要求。教學理念一直以“學科為本”：注重知識傳授，輕視能力培養；重視教材灌輸，輕視方法改進；重視理論知識，輕視實踐環節。數學作為基礎課，其教學忽略了數學在醫學中的應用，且學生也把數學僅作為大學課程學習考核，沒有真正體驗到數學在醫學中的應用。這種教學方式沒有發揮出學生的主觀能動性，扼殺了其思維的獨立性與批判性，造成數學課堂上學生學習的“缺位”［５］。學生在這種教學方式下學習，無法體驗到學習的快樂，也無法樹立探索精神和創新意識。隨著醫學模式由“生物醫學模式”向“生物—心理—社會醫學模式”的轉變，以及互聯網技術的發展和應用，機器人手術、基因測序、精準醫療和個性化醫療等在悄然改變著當今醫學的發展［６］?，F代醫學的飛速發展，已經對醫學人才的數學素質提出了更高要求。醫學和數學相互滲透，使醫學中定性化的科學問題能定量研究，能更加有效地探索醫學科學中物質間量與量的規律性關系，向定量、精準、可控制和可預測的方向邁進，并派生出像生物醫學工程學、智能醫學工程學、新醫科智能醫學工程學等新型學科［７］，醫學院校高等數學教學正面臨新的挑戰。２０世紀８０年代，美國心理學家ＤｅｃｉＥｄｗａｒｄＬ和ＲｙａｎＲｉｃｈａｒｄＭ等提出了自我決定理論（ｓｅｌｆ－ｄｅｔｅｒ－ｍｉｎａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙ，ＳＤＴ），該理論認為人類行為產生及發展與自主需要、能力需要和歸屬感需要相關，強調個體在自我發展過程中的主體能動性，重視個體主動性與外界環境影響的辯證關系。自我決定理論既強調內在動機，又關注外在動機是如何影響內在動機［８］。自我決定理論的分支———有機整合理論認為，學習環境可以通過支持學生自主、勝任、歸屬三種基本心理需要的滿足來增強學習動機、促進外部動機的內化、保證學生學習效果；但是，當前醫學院校講授高等數學課的教師大部分畢業于數學專業，缺乏相關醫學知識，需及時補充，需要將醫學知識和數學知識有機融合在一起，使學生體會到數學對所學專業的作用。而教師是學生學習過程的設計者和實施者，必須樹立將數學知識與數學方法如何滲透到醫學科學研究與實踐中的觀念，必須具備數學和醫學學科及應用學科知識解決實際問題的能力，同時還要具備信息化教學能力。為此，教師要轉變現有教學理念，樹立不斷學習新知識和新技能的意識，補充與完善自身知識結構；其次，要借用各種教學平臺提升自身信息化教學水平［９］。

２改革教學內容，融合醫學知識

２．１根據教學實際，優化教學內容

教學內容是關系學生學習動機行為大小的直接影響因素。當學習內容激發了學生的能力知覺和自主感時，學習動機就會加強。目前，醫學專業數學課程學時數有限，為使學生在有限的時間內獲取必要的基礎知識，需要根據醫學院校特點優化教學內容：精選教學內容、突出重點，讓學生在體會到數學思維過程的同時也能感受到其應用價值。盡管新課標下的高中數學教材含有極限、導數、定積分等知識點，但多數概念淺顯、理論不完善，與高等數學內容有一定差距，使部分學生感到學習困難，授課教師應該根據學情對高等數學內容作適當的刪減和補充，做好與中學數學知識前后的銜接［１０］。對中學學過的內容可以采用復習法、專題練習法，對沒學過、難理解的內容采用重點講授。要以實用為標準，多結合醫學實例進行教學，激發學生學習數學的興趣和積極性，拓寬學生視野和知識面。比如在導數概念內容融入藥液進入機體血液后，如何計算血藥濃度下降過程中隨時間的下降速度，使學生對導數概念在醫學中應用有了初步認識，覺得數學不再枯燥乏味，反響很好。另外，要立足于后續課程的應用，敢于簡化與后續課程關系不大的內容，如重點讓學生明白概念和公式的使用，盡量避免繁瑣的定理證明和公式的推導，讓學生理解怎樣使用、怎樣解決實際問題即可。

２．２利用數學建模，提高學生創新能力

數學模型是連接數學與醫學實際問題的橋梁，是學生數學理論知識與數學應用能力共同提高的最佳結合點［１１］。在高等數學課程內容中融入數學建模案例，引導學生通過數學建模對醫學實際問題及其內在規律進行合理假設，簡化、抽象、提煉成數學問題，并對其進行求解，將結果經過證明、推導，對實際問題進行解釋、驗證及預測。如定積分概念看似抽象，其實與測量正常人血液胰島素的平均濃度、脈管穩定流動的血流量等具體醫學問題密切關聯。當下發生的新冠肺炎疫情，國內和國際的醫學研究者都用數學模型預測了疫情的拐點、感染人數等。使學生在掌握數學建模方法的同時也深刻體會到數學是解決醫學實際問題的強有力工具。在當今互聯網技術快速發展的大環境下，提供了大量有廣度和深度的教學空間，只有這種空間設計策略才能支持和幫助學生開展有意義的深度學習。樹立學生自主學習、終身學習的意識，使學習不再是階段性行為，而是貫穿一生的主動行為［１２］。根據自我決定理論，學生對知識的學習需要有一種內在的心理需求驅使。當學生的學習動機受到外部支持時，學習的可能性就會極大增強，并會形成內在驅動機制，就會愿意或嘗試開展學習行動。開設生物數學和數學實驗課，讓學生在學完“醫用高等數學”課程后及時利用相應的數學軟件包進行運算或演示，開展探索任務驅動教學模式，發揮教師的組織和引導作用，促進學生創造能力和實踐能力的提升［１３－１４］。在教學中依據生物數學知識點的規律和層次關系設置整體框架結構圖：先由教師依據結構圖來啟發學生，讓學生自主發現和體驗知識的生成過程，培養學生自主學習、獨立思考和解決問題的能力。在研究過程中及時發現存在的遺漏知識點或教學盲區并加以修改，逐步達到完善的生物數學知識體系架構，為提升學生實踐能力，調動學生學習自覺性、主動性，發揮學生想象力、培養學生洞察力和創造力及數學表達能力奠定基礎。每年舉辦的全國大學生建模競賽就是對在校學生動手能力的最佳契機。近幾年，學校每年都給在校學生開設數學建模選修課，在一年一度的全國大學生建模競賽（ＣＭＣＭ）取得了國家級二等獎、省級一、二、三等獎等若干獎項。實踐證明，數學建模能夠提升學生的實踐能力，也為其今后走上工作崗位奠定基礎。

３改進教學方法，使其更加立體化

美國著名心理學家Ｒｏｇｅｒｓ在１９５１年提出“以學生為中心”的觀點，他認為教學過程的重心是“學會學習”［１５］。圍繞“以學生為中心”的教育理念，山西醫科大學結合教學實際情況，提出培養學生自主學習、創新能力、自我提升、團隊合作、臨床思維等“ｍ－ａｃｔｉｖｅ”模式。建設一流本科教育課程體系，高等數學課程是其重要的基礎部分，對培養和提升學生的邏輯思維能力及運用數學知識解決問題能力至關重要。改變現有教學方法，真正把學生的學作為教的出發點和根本歸宿，激發學生求知欲，提高學生學習效率和自主學習能力，教師在這一過程中扮演著重要角色。如何強化和促進這一過程，使學生在學習過程中學會學習、收獲知識，感到學習的快樂，努力實現學生個性化的學習［１６］，需要授課教師精心設計和打造。教師要改變以往單向信息傳遞的“填鴨式”教學模式，除了利用好多媒體教學工具外，需將互聯網教學資源進行整合，形成適合不同專業學生的教學資源進行線上線下混合式教學。利用學習通平臺智慧教學工具作為媒介，協調不同程度學生的學習；積極創造條件，促進教師與學生，學生與學生，師生與媒體的廣泛交流，使信息系統呈多元化、網絡化的多向傳遞。逐步構建一種多角度、全方位、多向信息交流的互動式教學模式，打造互聯網時代數學教學的新形態。以學生為中心的課堂教學要設計具有高度投入和主動學習特征的學習活動。教師應努力創設教學情境，合理把握教學情境的入口坡度和問題梯度。入口的選擇應在學生“已知區”和“最近發展區”的結合點上，學生跳一跳就能夠得著果子，使學生的思維強度出現“臨界狀態”，激發其積極主動地探求新知識。使新舊知識發生相互作用，產生有機聯系的知識結構，使學生認知結構中的“最近發展區”上升為“已知區”。教師要善于利用知識的內在聯系，提出問題，揭示矛盾，激發學生不斷探求的欲望。教師應綜合運用多種教學方法進行教學：采用學生主講、教師補充的翻轉課堂［１７］，此種教學方法旨在培養學生的自學和綜合分析問題能力，學生在準備講課的過程中會做大量的準備工作，其自主學習能力就會得到不斷提升；基于問題的學習（ｐｒｏｂｌｅｍ－ｂａｓｅｄｌｅａｒｎｉｎｇ，ＰＢＬ）教學模式［１８］是教師針對教學中的難點和重點組織學生進行分組討論，最后總結分析。要根據學生的學習實際和思維特點，課堂設問由易到難，由淺入深，由形象到抽象，層層遞進，使學生的思維由“未知區”向“最近發展區”，最后向“已知區”轉化，達到理想的教學效果。利用超星學習通投屏手段顯示學生的正確率、參與率和選題比率，改善學習體驗，幫助學生形成積極的自我概念，提升學生對學校的認同感和歸屬感，激發他們更加積極主動地學習。學生在學習中感覺到自己智慧的力量，體驗到創造的快樂，使其產生學習責任感，促進學習價值內化。此時，學生進行的就是深度智慧學習［１９］。

４改變評價方法，建立更加全面的評價體系

建立科學的教育評價體系是培養創新性醫學人才的主要環節和質量保障［２０］。合理、公正評價學生學習能力和效果是整個教學過程的重要環節，在整個課程教學過程中起著激勵與反饋作用，是考核與評價學生對學習過程把握和學習效果的量化指標。建立科學有效的評價指標體系，必須加大過程性考核力度，既關注學生線上線下學習數學知識以及運用能力的過程和結果，又能揭示問題，及時調整與改進教學，提高課程教學質量。通過設計具有挑戰性的學習任務調動學生學習的積極性，引導學生從知識學習訓練的淺層學習轉變為思維構建的深度學習，改變過去單一依靠作業反饋、期末試卷檢測的學業評價。增強學生問題反饋、思維反饋和作業反饋等評價項，逐步完善課程考核方案，將課程考核滲透到學生學習的每一個環節（如圖１所示）。借助教學平臺完成過程性考核，以教學平臺分數記錄為依據來進行計算，期末考核以考試卷面成績為依據。在過程考核評價方法中，建立學生自評、互評和教師評價相結合的評價體系，使評價方式多元化［２０－２１］，促進學生學習積極性和學習效果的提高。對學習過程和效果進行綜合評價，形成既注重過程評價又注重教學效果的綜合考核評價體系，使學生成為真正的學習主體，真正實現以學生為中心的教學［２２］。學生通過智慧化平臺自我監測學習效果和質量，從而自覺主動地調整學習計劃，提升學習效果，增加學習的體驗感和獲得感。學生反饋線上教學最能反映學生學習的自覺性：它不受空間和時間的限制，可以反復觀看視頻、體會自律。通過加大過程性考核的實踐，大部分學生認為比較客觀考核了學生總體學習狀況。在“新醫科”背景下，充分發揮互聯網及多媒體優勢，做學生學習的指導者，學習資源的提供者，學習活動的設計者、組織者和點撥者，改變教師角色，這是新時期賦予數學教育工作者的任務與使命。

作者：武淑琴 郭睿 張巖波 單位：山西醫科大學基礎醫學院