生物醫(yī)學專業(yè)課程教學設(shè)計實踐

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摘要：在新工科和新醫(yī)科的建設(shè)背景下，從生物醫(yī)學電子工程專業(yè)課教學實際出發(fā)，在突出“交叉融合”的教學思想指導下，以提升學生“適應變化能力和工程創(chuàng)新能力”為理念，進行教學思考和設(shè)計。通過在教學中加強學科交叉深度、跟進行業(yè)前沿動態(tài)、突破本研教學界限、增加師生互動環(huán)節(jié)、提供開放實踐平臺等系列教學實踐措施，對學生的創(chuàng)新實踐能力的鍛煉，對卓越醫(yī)工人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)起到積極作用。

關(guān)鍵詞：生物醫(yī)學工程；新工科；新醫(yī)科；教學設(shè)計

1新工科的背景及要求

在國家實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略的背景下，2017年教育部相繼“新工科”建設(shè)復旦共識、“新工科”建設(shè)行動計劃，提出探索建立工科發(fā)展新范式，吹響了“新工科”建設(shè)的號角［1－3］。2018年教育部通過“卓越醫(yī)生教育培養(yǎng)計劃2．0”，提出“新醫(yī)科”建設(shè)，實現(xiàn)醫(yī)學從“生物醫(yī)學科學為主要支撐的醫(yī)學模式”向以“醫(yī)文、醫(yī)工、醫(yī)理、醫(yī)X交叉學科為支撐的醫(yī)學模式”的轉(zhuǎn)變［4－5］。由此可見，“新工科和新醫(yī)科”（后文簡稱“雙新”）的建設(shè)和發(fā)展已然成為深化高等院校教育改革，滿足社會產(chǎn)業(yè)、醫(yī)學發(fā)展的現(xiàn)實要求。“雙新”建設(shè)的內(nèi)涵是：以立德樹人為引領(lǐng)，以應對變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越人才［1，4］。對課程建設(shè)方面的要求是，注重知識更新，注重交叉融合；對學生培養(yǎng)方面的要求是，注重適應變化能力和工程創(chuàng)新能力的塑造。

2生物醫(yī)學專業(yè)課程特點及建設(shè)需求

生物醫(yī)學工程是綜合生物學、醫(yī)學和工程學的理論和方法而發(fā)展起來的新興邊緣學科，其專業(yè)學科方向是運用工程技術(shù)手段，研究和解決生物學和醫(yī)學中的有關(guān)問題，最終服務醫(yī)學。生物醫(yī)學工程與世界高新技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，學科始終保持高速的發(fā)展狀態(tài)。由于生物醫(yī)學工程涉及多學科交叉，從我國高等院校開設(shè)的生物醫(yī)學工程專業(yè)來看，其教學和培養(yǎng)重點通常會針對生物醫(yī)學工程學科下的二級學科進行，如生物醫(yī)學電子、生物醫(yī)學材料、生物醫(yī)學影像、生物信息學等。盡管如此，其專業(yè)課程內(nèi)容卻有共同的特點，即交叉跨度大，綜合性強、發(fā)展速度快，這也給生物醫(yī)學工程專業(yè)教學帶來一定難度。特別是我國的生物醫(yī)學工程本科專業(yè)有的在工科類院校設(shè)置，有的在醫(yī)科院校設(shè)置，教學資源背景的差異，也使該專業(yè)的本科教學模式各有特色［6－8］。在此背景下，探索和優(yōu)化“交叉復合型人才”培養(yǎng)方案，成為生物醫(yī)學工程教育領(lǐng)域工作者所面對的共同問題［9－11］。為此，本文在教育部實施“雙新”建設(shè)的教育改革背景下，從我系生物醫(yī)學電子工程課程教學實際出發(fā)，對專業(yè)課程改革進行思考和設(shè)計，提出相應的教學實踐措施，以注重學生“適應變化能力和工程創(chuàng)新能力”的塑造為理念，提升學生專業(yè)素養(yǎng)。

3生物醫(yī)學電子工程專業(yè)課程教學設(shè)計

生物醫(yī)學電子工程專業(yè)課程主要包括《生物醫(yī)學電子學》《醫(yī)用傳感器》《數(shù)字信號處理》《醫(yī)學儀器》等，在深入理解“雙新”建設(shè)內(nèi)涵的前提下，我們主要從授課內(nèi)容、課堂教學模式、課外教學實踐等教改內(nèi)容出發(fā)，在以下五個方面進行了相應的教學改革設(shè)計，以期提升教學水平。

3．1提升學科交叉深度

“雙新”建設(shè)注重交叉融合，生物醫(yī)學工程專業(yè)本身就是一門交叉學科。但教學過程中，如果對授課內(nèi)容把握不好，一定程度上會存在“重理工輕醫(yī)學”或“重醫(yī)學輕理工”的現(xiàn)象。對此，我們主要從教材內(nèi)容建設(shè)、授課單元設(shè)計、課外實驗作業(yè)三個方面提升專業(yè)課教學中存在的“交叉深度”不夠的問題。在教材建設(shè)中，突出以臨床應用為牽引，工程技術(shù)為手段的內(nèi)容編排思路，與臨床醫(yī)生、臨床工程師共同編制教材，教材內(nèi)容充分體現(xiàn)工程原理與臨床應用深度結(jié)合。授課單元設(shè)計中注重知識的整合交叉，強調(diào)基礎(chǔ)課與專業(yè)課的聯(lián)系，突出醫(yī)學知識與工程知識的融合，加大臨床工程應用實踐案例、問題的引入，注重培養(yǎng)學生醫(yī)工結(jié)合的學習思維。近年來，主編、副主編多部國家級規(guī)劃教材：如《生物醫(yī)學傳感技術(shù)》《醫(yī)用電子儀器》《生命支持技術(shù)與設(shè)備》《醫(yī)學儀器原理與應用》等。課外實驗作業(yè)是鞏固專業(yè)課教學的重要環(huán)節(jié)，教學中我們充分利用醫(yī)科大學附屬醫(yī)院的臨床資源優(yōu)勢，將“臨床應用調(diào)研性任務”融入到課外實驗作業(yè)中，要求每個小組（或個人）的調(diào)研方向都不相同的形式，通過學生主動思考臨床需求問題，激發(fā)他們對醫(yī)學、工程知識主動交叉、主動融合的熱情。

3．2跟進行業(yè)前沿動態(tài)

行業(yè)前沿代表了專業(yè)的發(fā)展方向，高新技術(shù)革命催生下的醫(yī)學前沿技術(shù)、融合創(chuàng)新給生物醫(yī)學工程教育提出更高要求，專業(yè)課教學必須要跟進行業(yè)前沿動態(tài)。行業(yè)前沿對本科生似乎高深莫測，傳統(tǒng)專業(yè)課教學中對行業(yè)動態(tài)跟進相對較慢，但行業(yè)前沿往往是創(chuàng)新性和多元化思想的體現(xiàn)。“雙新”的建設(shè)背景，對專業(yè)課程授課提出挑戰(zhàn)。在專業(yè)課教學中滲透行業(yè)前沿，一方面要求教學內(nèi)容合理配置，但更重要的是對授課教員專業(yè)素養(yǎng)的要求。我們的措施是，通過開設(shè)專業(yè)課程選修課或講座，請本領(lǐng)域的專家教授進行授課，將行業(yè)新方向、新進展引入課堂，激發(fā)學生的學習熱情。另一方面，加大教師專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)力度，提供學術(shù)交流途徑，使教員緊跟專業(yè)前沿。特別是在教學中鼓勵教員將科研方向相關(guān)內(nèi)容引入課堂教學，讓學生深刻理解目前所學知識與前沿領(lǐng)域的相關(guān)性，對專業(yè)思維能力訓練和知識體系構(gòu)建均能起到積極作用。以《生物醫(yī)學電磁學概論》教學為例，本課程分為低頻電磁場生物效應、射頻電磁波生物效應、紅外與激光生物效應、可見光生物效應、電磁輻射生物效應等8個教學模塊，每個模塊的內(nèi)容都有當前醫(yī)學新技術(shù)研究熱點。通過在教學中加大專業(yè)前沿性內(nèi)容的比重，使學生有機會接觸到生物電磁領(lǐng)域的前沿性科學技術(shù)和科學問題。

3．3突破本研教學界限

古希臘哲學家普羅塔戈說過：“學生的頭腦不是用來被填滿知識的容器，而是需要被點燃的火把?！北究齐A段不少學生仍然具有“重分數(shù)、輕能力”的學習思維，過分注重應試，而缺乏對知識主動探究的熱情。突破本研教學界限，讓學生在科研中尋求興趣，是激發(fā)學生動力的有效手段。只有在本科階段養(yǎng)成主動思考的習慣和探究未知的興趣，在研究生階段才能提升人才培養(yǎng)的質(zhì)量。這方面我們主要從授課內(nèi)容設(shè)置、課后作業(yè)形式、和課外科研引導實施開展。專業(yè)課授課中為拓寬本科生教育的深度與廣度，結(jié)合本系的科研方向，通過增加本研過渡性知識授課比例的方式，引入部分研究生基礎(chǔ)課內(nèi)容，有力支持了高年級本科的課外科研和畢業(yè)設(shè)計工作。專業(yè)課后作業(yè)一般采用調(diào)研、實現(xiàn)、寫作、匯報的項目實施形式進行，鍛煉學生的科研素養(yǎng)。并進一步對有余力的學生設(shè)置課外科研活動，通過參與教員科研課題中的部分研究內(nèi)容，早期接觸科研。

3．4增加師生互動環(huán)節(jié)

增加師生互動的目的在于激發(fā)學生潛能，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力。學生如果沒有敢于質(zhì)疑的思維個性，思想受到嚴重束縛和禁錮，教育出的人才將缺乏創(chuàng)造性。我們注重在課堂中增加互動性設(shè)計，教學過程中增加提問式、啟發(fā)式、案例研討式、對話參與式教學環(huán)節(jié)，教師積極鼓勵學生提問和發(fā)言，學生也可提出問題，發(fā)表見解。例如，在《生物醫(yī)學電子學》的授課過程中，會設(shè)置課堂討論性課時和實驗大作業(yè)匯報環(huán)節(jié)。課題討論課主要設(shè)置開放性問題，通過發(fā)言討論引發(fā)學生多角度進行思維。以“心電信號檢測設(shè)計要素分析”討論為例，有些學生提出要設(shè)計可穿戴心電信號檢測模塊，那么其設(shè)計要素與傳統(tǒng)交流供電式心電檢測模塊的分析會有很大差異。充分的討論，多角度的分析，使學生對所學知識更能融會貫通。在課堂外，通過開展本科生導師制，利用我系本科學員招生人數(shù)少的特點，采用本科生與教員雙向選擇的方式開展導師制。導師制過程中，以課外“實驗項目”為牽引，在學生完成任務的過程中，教師注重培養(yǎng)學生形成問題的意識，敢于試錯的勇氣，以問題為導向的學習習慣。學生和教師可充分地交流體會、交流思想。師生之間的深度互動可使教學氣氛融洽，在激發(fā)學生學習熱情的同時，也是消除師生交流不足的有效路徑。

3．5提供開放實踐平臺

諾貝爾獎得主貝樂納說：“創(chuàng)造力是沒法教的，必須在實踐活動中讓學生動手，有機會把自己的創(chuàng)新思想付諸實施?！睂嵺`教學是教學體系的重要組成部分，是培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識的重要環(huán)節(jié)。與知識的傳授不同，能力的培養(yǎng)更強調(diào)實踐的訓練。但常規(guī)教學實驗實踐受制于學時、場地，學生不能充分發(fā)揮主觀能動性。近年來，我們通過為學生提供開放實踐平臺的方式，為學生提供充分教學實踐的機會。首先我們借助國家和軍隊教學訓練建設(shè)項目，建成生物醫(yī)學信號檢測與處理綜合實驗室，形成了一個可完成設(shè)計性、綜合性，醫(yī)工交叉型實驗的綜合實踐平臺。通過增開醫(yī)學儀器實訓課程、定期實驗小項目，為學生醫(yī)學工程交融的實踐能力鍛煉提供條件。近年來實踐教學與理論教學的課時比由1∶6提高到1∶3，增加了本科生實踐動手的機會。同時我們也充分利用實驗平臺，改進課程考核方式。傳統(tǒng)考核只重結(jié)果，不重過程，往往會使學生急功近利。通過增加開放性實驗選題，強調(diào)以實驗過程評價為中心的考核方式。一個實驗如果很順利，在實驗過程中學到的東西可能并不多。因此，我們強調(diào)學生在實驗過程中重視對實驗問題的記錄，注重對問題解決途徑的分析和思考。鼓勵學生在問題中學習和提升。

4結(jié)語

科技發(fā)展日新月異，高新技術(shù)發(fā)展和變化對現(xiàn)代工程技術(shù)人才的知識能力和技能、職業(yè)素質(zhì)和視野都提出了新要求。教育部啟動“雙新”建設(shè)，為工程專業(yè)的教學改革指出了方向。生物醫(yī)學工程學科本身具有“交叉融合深、知識更新快”等特點，因此探究專業(yè)課教學改革模式一直是本領(lǐng)域教育工作者研究的熱點。近年來，作為專業(yè)課教研室，我們以“提升專業(yè)適應力和工程創(chuàng)新能力”為人才培養(yǎng)目標，不斷探索生物醫(yī)學工程專業(yè)課的教學改革模式。通過系列教學設(shè)計舉措，學生的創(chuàng)新實踐能力得到鍛煉。近五年，在畢業(yè)設(shè)計中本科生根據(jù)課題研究結(jié)果在國家核心期刊發(fā)表科研論文8篇；積極參加全國生物醫(yī)學電子創(chuàng)新設(shè)計競賽，共獲一等獎4項、二等獎4項、三等獎1項。有效提升了學生的專業(yè)任職能力、解決問題的能力和綜合素質(zhì)。新工科建設(shè)是一個長期而艱巨的任務。生物醫(yī)學工程專業(yè)課教學方法、教學模式也需要不斷優(yōu)化和提升，我們需要摒棄浮躁、在教學實踐中不斷創(chuàng)新和超越。

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作者：季振宇 周怡敏 楊濱 史學濤 劉銳崗 付峰 單位：空軍軍醫(yī)大學軍事生物醫(yī)學工程學系