科学计算软件在医学类大学数学教学中的作用

摘要：数学是医学高等教育的重要环节之一，科学计算软件如MATLAB在数学学习中可以起到重要的辅助作用。MATLAB软件被广泛应用于微积分计算、线性代数计算、概率论与统计计算、数值计算和医学信息处理方面。通过学习和应用科学计算软件，能够提高学习效率，促进学生综合素质的提高。同时，计算机软件的应用对数学教学和考核标准提出了新的要求。

关键词：MATLAB软件；医学信息；科学计算

随着医学科学的不断发展，数学在医学发展中所扮演的角色正逐渐变得更加重要。①医学检测技术和诊断技术如医学图像、电生理信号等通过数字化技术转化为海量数据信息；②大量的病例信息的回顾分析和流行病学调查也获得了大量与疾病密切相关的数据，造成了海量的医学数据的产生和积累。医学数据的分析和进一步应用必须采用更多的数学方法和计算机辅助，因此在医科大学学生中，必须更加重视数学的教学工作，在已经广泛开展了高等数学等课程的教学工作，提高教学效率，以使学生学习到必须的数学能力并培养数学素养。在医科大学中，如何进行高效的高等数学教育，仍然是一项重要的内容。科学计算软件能够比较简单的处理数学计算，并进行更加形象化的展示，为医科大学的高等数学教学提供了有益的工具。本文即以MATLAB软件为例，说明科学计算软件在医科高等院校教学与学些中的应用。

1科学计算软件在微积分教学中的应用

MATLAB符号数学工具箱是本节中大部分运算的基础，此工具箱的计算引擎基于Maple核心，提供了针对微积分、方程求解等复杂数学问题的计算和绘图工具[1-4]。MATLAB中常用的微积分命令，见表1。

此外，MATLAB还提供了大量描点绘图和函数绘图的命令，如描点绘图命令plot，三维描点绘图命令plot3，三维曲面描点绘图命令mesh和surf以及相应的函数绘图命令ezplot，ezplot3，ezmesh，ezsurf等。

通过使用这些命令，能够方便快捷的解决高等数学教学大部分的微积分问题并进行图形展示。这样就为教师的教学工作提供了极大的方便，同时也为学生的学习提供了新的辅助工具。通过引入科学计算软件，可为弥补医学学生由于缺乏计算训练而带来的计算能力上的不足，从而将教学精力转移到引入更多的数学问题和数学思想中来。

2科学计算软件在线性代数教学中的应用

MATLAB软件本身的名称即来自于矩阵实验室英文名称（Matrix Laboratory）的缩写，其在线性代数概念展示和计算方面具有很大的能力。在MATLAB环境中通过命令窗口键入或数据文件导入的方式，能够很方便的定义矩阵。利用软件的工作空间面板和数据编辑器，则可以较为直观的现实矩阵及其行、列数目等信息。另一方面，MATLAB还提供了大量的计算方法，可以非常方便对矩阵进行行列式，逆矩阵，转置，加法，乘法和乘方等运算，见表2。

3科学计算软件在概率论与数理统计学习中的应用

统计学是医学科研和海量数据分析的基础，通过科学计算软件的辅助，能够方便的进行数据展示，统计计算和结果分析。MATLAB及其统计工具箱中包括常用的概率分布和密度函数，参数估计和假设检验方法，可以方便的计算均值、方差、分位数等统计量，按照分布律模拟随机背景分布，绘制统计图形等，见表3。

4科学计算软件在数值计算方面的应用

函数M文件为MATLAB提供了强大的扩展性，用户可以根据自身的需求定义函数，并且能够简单的在MATLAB中实现。MATLAB提供了多种选择控制和循环控制的方法，使得MATLAB本身不仅是一种计算软件也是一种程序设计语言，与C，JAVA等主流程序语言相比，MATLAB具有语法简单，功能强大的特点，特别是能够与MATLAB内置函数和其他已存在的MATLAB函数简单结合，因此具有了极强的扩展性，可以方便的整合算法并与精确算法进行比较，是数值计算方法教学的理想工具。正因为这些优点，MATLAB已经在一些数值计算教材中被选为程序设计语言[5]。

5科学计算软件在医学信息学方面的应用

MATLAB软件提供了生物信息学工具箱，其中包括对序列数据、基因芯片表达数据等多种生物信息的常用分析方法和图形展示方法，同时通过网络工具可以方便的获取公共数据库信息，并且结合统计等工具箱，对生物信息进行处理。

MATLAB软件可以方便的将数字化的医学图像和其他医学信号导入到计算环境中来，从而给医学图像和医学信号处理的教学提供了极大的便利。通过应用MATLAB中内置的信号处理工具箱和程序设计，处理医学信号和图像，是对高等数学学习成果的重要应用，在处理医学问题的同时，巩固了数学知识，并能提高对高等数学的学习兴趣。

6总结与讨论

本文以MATLAB软件为例，介绍了科学计算软件在医科大学高等数学教学中的一些应用方法。近几年来，在首都医科大学开展的高等数学、计算机数值分析、线性代数与概率论等必修，选修课程的教学中，科学计算软件知识被结合在理论课程的教学过程当中，并且在促进学生理解数学概念，提高学习兴趣方面发挥了一定作用。但同时，我们也注意到，科学计算软件的引入也对教学目标，教学内容，教学重点和考核方法都产生了新的要求，需要教师在进一步的教学实践工作中对教学各个环节做出相应的调整。如何应对科学计算软件带来的机遇与挑战，是教学工作中更加重要的课题。

参考文献：

[1]李林，等.医用高等数学新概念教程[M].北京：中国铁道出版社，2010.

[2]王军威.基于计算机数学语言M atlab的高等数学教学[J].数学学习与研究，2010，19（13）：20.

[3]张建国，等.Matlab 软件在高等数学教学中的应用[J].考试周刊，2012，（32）：50-51.

[4]刘保柱，等.MATLAB7.0从入门到精通[M].2版.北京：人民邮电出版社，2010.

[5]宋叶志，等. MATLAB数值分析与应用[M].北京：机械工业出版社，2009.

[6]罗述谦，等. 医学图像处理与分析[M].2版.北京：科学出版社，2010.