2018开源软件在医学高等数学教学中的应用

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　计算机技术特别是科学计算软件的开发和应用为高等数学教学提供了珍贵的教学资源。以MATLAB、MATHEMATICA、MAPLE为代表的科学计算软件，以及以SAS和SPSS为代表的统计分析软件，MicrosoftOffice所属的Excel，Access等商业数据处理软件，已经被广泛应用于高等院校的高等数学，统计学，运筹学以及医学院校所重视的医疗数据挖掘，生物医学信息学等分支学科的教学工作当中。
　　利用这些软件所提供的计算能力和图形展示能力，教师能够动态的对教学内容进行展示，增进与学生的互动，降低学生的学习难度，提高学生对数学问题的学习兴趣。
　　而开源软件（OpenSourceSoftware）是指基于各种开放源代码许可证，使用者在符合许可证规定的范围内可以自由进行拷贝，使用以及再开发的软件。开源软件的应用避免了商业软件带来的高成本和在现实中大量存在的版权冲突。同时，开源软件本身所崇尚的开放共享、协作开发和自由传播的精神也更加适应高等院校教育的理念[1]。本文将根据医学院校高等数学及其相关学科的需求对开源软件的应用作一介绍。
　　1 医学数学教学中常用的开源软件简介
　　目前在医科大学中，以微积分为核心高等数学是最为普遍和重要的数学课程，此外，还有线性代数课程与数值计算课程，以及在医科学生未来科研活动中非常重要的概率论与数理统计课程和数学与生命科学的交叉学科生物信息学课程等，其中都存在着开源软件的应用空间。
　　1.1微积分计算 微积分运算是高等数学的核心，在传统的教学中，大部分的精力都被用于向学生传授微积分运算的各种技巧，但MATHEMATICA、MAPLE等计算机科学计算软件的出现，大部分的微积分运算可以通过计算机进行，为改变传统的高等数学教学模式提供了重要的转机。开源软件wxMaxima软件是著名计算机代数系统Maxima的图形化终端，能够提供较为友好的界面帮助用户书写符合Maxima定义的数学表达式并进行复杂的符号计算，其中包括主要的微积分运算[2]。列举了几个常用的Maxima微积分命令和意义，见表1。
　　下面展示了使用wxMaxima软件展示导数的几何意义的命令流程和图像结果，见图1。
　　1.2数值计算与线性代数运算 数值计算是利用计算机技术对数学运算中的数值问题进行计算的一门学科，是高等数学的延伸课程。在这一领域里，有很多被广泛接受的开源程序设计语言，如Scilab，R等。其中Scilab被广泛应用于代数计算、数值分析与计算结果可视化领域，在很多方面可以作为著名的商业科学计算软件MATLAB的替代者。Scilab提供了数以千计的内置函数用于进行数据处理和分析，其中也包括主要的线性代数运算，用户可以方便的利用这些函数进行计算。同时Scilab本身也提供了程序开发环境，使用户可以在其基础上自行开发计算方法和应用，从而使其可以成为数值计算方法等课程的程序设计环境。
　　1.3统计计算与生物信息学计算 R软件是目前被广泛使用的开源数据统计分析及图形展示软件和程序设计语言之一。作为一种统计工具软件，R语言提供了大量统计分布的概率密度函数，累计分布函数，累计分布函数逆函数和随机数生成函数，以及大量常用统计假设检验函数。与传统医学统计课程中常用的SAS和SPSS函数相比，R的命令行界面友好度较差，但作为一种设计良好的程序语言，能够使用户更容易设计并实现整体的分析流程，使数据分析的过程更为流畅。
　　Bioconductor是一个基于R语言的生物信息学工具集合，提供了数百个生物信息分析工具，能够用于分析各种高通量生物医学数据如基因芯片表达谱数据，新一代测序数据和各种生物功能和通路的注释数据等[3]。
　　1.4图形展示 数据的图形化是高等数学和数据分析处理课程中常用的教学手段，也是学生未来进行学术工作和生产工作中经常使用的数据处理技术。很多软件如前文所述的wxMaxima，Scilab，R等都能够进行数据的图形化处理，除此之外，还有一些专用的小型开源软件如GeoGebra等也都可以用于二维或三维图形展示。列举了上述开源软件及其互联网下载网址，见表2。
　　2 在医学数学教学中应用开源软件的讨论
　　医学数学是医学生理工素质培养的重要环节，但在实际的医学数学教学过程中，部分学生和教师对其重要性认识不足，存在畏难、逃避的现象，甚至出现数学无用的错误思想。针对这类问题，①需要教学组织管理人员从制度上对数学等理工类学科继续予以支持和保障，②也需要教学一线的教师更多联系实际，降低学习 [本文由提供，第 一论 文网进行论文代写和论文发表服务，欢迎光临.cOm]难度，提高学生的学习兴趣。这就必然要求医学数学教学不能停留在以习题计算为核心的传统教学模式，而计算机技术的发展和科学计算软件的出现，为数学教学提供了多方面的支持，提高了教师教学、学生学习，以及教学成果考核的效率。
　　商业软件的限制条件给教学工作以及学生自主学习带来较大的经济压力。开源软件也存在运行稳定性较商业软件差，安装应用时对技术水平需求较高，受计算机硬件系统以及软件操作系统限制较多等缺点。在实际教学应用中，这种稳定性上的缺陷可能会带来额外的困难，对教师本身提出了更高的要求。
　　3 总结
　　开源软件作为一种重要的免费资源，为高校高等数学以及其他各种课程提供了新的教学工具，是促进开发新的教学方法，教学理念的重要媒介。在医学高等数学及相关学科的教学工作中应用开源科学计算软件，能够降低学生自主学习难度，提高学生学习兴趣，促进教学和考核工作的自动化与信息化，同时能够节约教学经费，提高现有教学资源的使用效率。开源软件为医科大学提高医科生理工素质的教学工作提供了新的资源，也为进一步的教学改革提供了新的思路。
　　参考文献：
　　[1]赵国栋，黄永中.开源软件在高校的应用与推广策略研究[J].中国远程教育，2007，（1）：62-67.