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关键词:医学检验技术专业;生物安全意识;安全防护
生物安全防护是指在实验室环境下处理和保存感染性物质的过程中采用的一系列防护措施,包括个人防护装备、实验室防护措施、相关仪器设备、物品和管理体系[1-2]。2003年春,各地发生的医院内医务人员和临床实验室工作人员SARS感染事件,引起了各国政府的高度关注,我国也相继出台了《病原微生物学实验室生物安全管理条例》《实验生物安全通用要求》等法规和文件。医学检验技术专业学生毕业后在各级医院临床实验室工作,因此培养其具备临床实验室生物安全知识与技能十分重要。本文结合笔者的临床实验室工作经验和教学实践,针对医学检验技术专业学生在实验中存在的生物安全问题,探讨开展生物安全知识教育与技能培训的做法与体会。
1实验教学中存在的生物安全问题
(1)随意携带与实验无关的物品进入实验室,包括食物、饮料、衣物等。
(2)个别学生没有按要求穿工作服进入实验室,甚至还有衣衫不整、长发披肩等现象。
(3)实验预习不充分,对实验操作流程不够熟悉。
(4)个人生物安全防护意识薄弱。在实验过程中,个别学生贪图方便,不按要求戴手套、口罩,实验物品使用后不按要求分类存放等。
(5)实验垃圾和废弃物存在混放现象。
2培养学生生物安全意识的做法
2.1唤起学生的生物安全意识
结合专业课教学,重温2003年医务人员和临床实验室工作人员SARS感染案例,分析讨论近年来发生的临床实验室生物安全重大事故案例,唤起学生的生物安全意识。通过举办专题讲座的方式,组织学生认真学习《临床实验室安全准则》《病原微生物学实验室生物安全管理条例》《实验生物安全通用要求》《实验室消毒技术规范》《临床实验室安全要求和措施》《临床实验室废物处理原则》《医疗废物管理条例》等法规和文件,让学生熟知临床实验室生物安全操作规范。
2.2结合实践教学,培养学生的生物安全意识与技能
2.2.1课前做好生物安全知识教育培训
包括实验室安全管理制度、实验操作规程、安全防护措施和紧急事故处理预案等。检查学生的仪容仪表和实验预习情况,对仪容仪表不达标的学生,责令其立即整改;对安全意识淡薄、实验预习不充分的学生,要求其重新学习,检查合格后再安排上课。
2.2.2规范实验操作,强化学生的生物安全意识与技能培养
医学检验技术专业主干课程(包括临床检验技术、微生物检验技术、寄生虫检验技术、免疫学检验技术和血液学检验技术等课程)实验项目所需的标本均来自人体的血液、体液或排泄物,这些标本很可能是疾病的传染源,对人体健康造成威胁。为更好地培养学生的生物安全意识与技能,在实验过程中必须严格规范实验操作规程,防范实验室生物安全事故发生。具体做法为:(1)实验前由带教教师分组示教(一般每组10人左右为宜),规范实验操作步骤,告知学生可能遇到的突发事件及急救措施;(2)实验中加强个人生物安全防护管理,强化学生的生物安全意识培养,如进行有生物危害、有毒、有刺激或有腐蚀性的操作时,应戴好手套或面罩等防护用具;(3)加强实验过程管理,严格执行操作规程,把安全教育和必要的安全操作指导与训练贯穿于实验教学过程的始终。实验期间,带教教师不能离开实验室或坐在一边做与实验无关的事(如聊天或批改作业等),应不断巡视指导学生实验,对学生的不规范操作及时纠正。同时要指导学生正确处理实验废弃物,避免出现有害实验废弃物与生活垃圾混放的现象,养成良好的卫生习惯。在进行一些危害性特别大的实验如操作剧毒化学品、高速运转的机器时,指导教师应密切监督整个过程。
2.2.3实验结束指导学生做好实验用品的整理和清洁工作
清洁与消毒是保障生物安全管理的重要环节,只有正确到位的清洁与消毒才能保证在安全环境下安全工作。实验室的清洁与消毒要按生物安全防护要求,遵守先消毒后清洁的原则,对需要消毒的物品彻底消毒、不留死角。将实验用过的吸管、试管、玻片等带菌器材按要求放在指定的地方,利用高压锅、化学消毒剂、烧灼等消毒方法处理,切勿乱丢或将带菌液体倾入水池,并禁止将实验用品带出实验室。实验试剂、仪器设备等用品,清洁后放回原处,并将操作台用消毒液擦拭干净。最后使用消毒液清洁地板,离开实验室前脱下白大衣,用2%来苏水浸泡双手5分钟左右,再用肥皂、清水将双手清洗干净,然后关好水、电及门窗后方可离开实验室。
2.3巩固学生的生物安全知识与技能
(1)每次实验课结束,通过提问或小组竞赛的方式,结合实验内容、标本及临床实验室的生物安全要求,提出相关问题让学生讨论、回答,以巩固学生的生物安全知识与技能。如哪些操作需戴手套、穿防护服或戴防护镜?SARS、手口足病、甲型H1N1流感等不同样本的处理方式是什么?病原微生物分为几级,哪些微生物不能在二级医学实验室培养?哪些操作会产生气溶胶?哪些微生物会通过气溶胶传染人,怎样预防?实验废弃物如何安全处理?利器损伤如何处理等。
(2)把生物安全知识与技能纳入实验教学考试内容,分数比例按实验总成绩的30%计入实验成绩。
3培养学生生物安全意识的效果
生物安全与每一个人息息相关,抓好医学检验技术专业学生的生物安全培训是职业素质要求,是岗位能力的需要[3]。近年来,我们通过实验教学改革,在校期间结合教学内容有针对性地对学生进行生物安全知识教育与技能培训,极大地丰富了学生的生物安全知识,强化了学生生物安全技能的培养,使学生养成了良好的实验室工作习惯,有效地提高了学生的生物安全防护能力。近两年,我们随机对本专业二年级学生的生物安全知识和技能掌握情况进行抽查,合格率均达98%以上,生物安全知识和技能达标率较之前有明显提高。生物安全知识教育与技能培训为学生在校学习期间、实习期间和毕业后的实验室安全工作打下了坚实的基础。
参考文献:
[1]丛玉隆.临床实验室管理学[M].北京:中国医药科技出版社,2004.
[2]申子瑜.浅谈临床实验室生物安全防护[J].中华检验医学杂志,2004(3):134.
关键词:医学院校 生物技术 实验室建设
21世纪是生命科学的世纪,将生命科学与医学有机融合是生命科学当前发展的趋势和主流。医学生物技术专业是医学院校为适应我国中长期发展战略及整个生命科学领域的发展要求而设立的新兴专业[1]。随着现代生物技术的迅猛发展,医学生物技术已经成为生物技术中发展最快、成果最多的领域[2]。生命科学的迅速发展对医学院校生物技术实验室的建设也提出了更高的要求。如何加强实验室师资队伍建设,加强实验室科学化、人性化管理,建设具有良好实验环境的实验室成为教学创新体系的重要组成部分。近年来,许多高校就如何加强生物技术实验室建设进行了探索,陶士强[3]等通过优化生物技术实验室开放运行模式,在开放实验室建设中就如何提高实验设备的利用率、培养大学生科研创新能力方面进行了探索;喻林华[4]、黄志君[5]、曲戎梅[6]分别从实验室规范化管理、高效化管理、开放式管理对生物技术实验室建设进行了探索和实践。
从近年来我校对生物技术实验室建设与管理改革实践出发,结合多年教学经验,现将具体做法、经验及取得的成效简介如下:
1 医学生物技术实验室建设的背景和必要性
实验室是培养学生能力的重要场所。生物技术专业的培养目标是使学生成为具有生物科学基础知识和实践技能的生物技术人才,因此加强实验教学环节的学习对培养目标的实现非常重要。然而由于种种原因, 我国的生物实验教学起步较晚,以致重知识、轻实验, 重理论、轻实践,学生“高分低能”现象至今仍相当普遍[7]。生物技术专业仅有十年左右的历史,属于一个全新的专业,而医学生物技术实验室建设更是缺乏相关经验,如果完全照搬综合性大学生物技术专业实验室建设体系,既不能满足医学院校生物技术专业培养目标的要求,又不能体现医学院校生物技术实验室建设特色。因此,探索一种能体现医学院校生物技术专业实验室的建设模式,对提高医学生物技术实验室建设水平,加强医学生物技术专业学生实践操作能力,无疑将起到一个积极的推动作用。
2 加强医学生物技术实验室师资队伍建设
2.1 严格执行人才引进制度,争取引进最适合实验室工作的人才
医学生物技术实验课具有医学和生物技术多学科交叉融合的特点,实践性很强,实验室技术人员需要具备扎实的实践操作水平。我们在实验室人才引进过程中严格把关,重点引进具有生物技术相关学科背景的本科以上学历人员,优先录用具有医学和生物技术交叉学科背景的人才。在人才引进过程中,不是一个人说了算,而是成立人才引进工作领导小组,由院长担任组长,各教研室、实验室主任和科研骨干教师为组员,整个引进过程在一个公开、公正、公平的环境中进行。
2.2 改革实验室人员工作方式和方法,尽量做到事半功倍
2.2.1 实验室工作人员参与专业教师集体备课活动
长期以来,实验室工作人员只负责实验课的准备工作,不参与实验带教;而课程授课教师只负责实验课带教工作,不参与实验课的准备,这种方式无疑加大了带教教师和实验室人员之间相互沟通的难度,遇到问题也不能及时解决。通过几年的努力,我们摸索出一套行之有效的解决办法,即让实验室工作人员参与专业教师集体备课活动。通过这种形式的集体学习和交流,增强了实验人员与专业教师的沟通,使教学在理论和实践两个环节更好地衔接。
2.2.2 带教教师参与实验室准备工作
针对医学生物技术专业以实验技术和实际操作为基本专业技能的特点,我们规定专业教师轮流到实验室工作,时间由半年到一年不等。专业教师要参加实验室的常规工作,包括各课程的实验预示、实验准备、实验课带教、开放实验室项目的确立、综合性实验方案的拟订等。通过参加实验室的工作,各位教师都能熟练地掌握实验过程,对实验过程出现的异常现象也能从中找出原因并加以解决,使实验能够顺利进行。
2.2.3 建立实验教学队伍考核机制
为了提高实验室工作人员的业务水平,学院定期对实验技术人员业务能力进行考核,考核内容是生物技术实验室承担课程的基本理论知识及实验操作,所有实验室工作人员均须参加考核。考核以闭卷考试及现场操作的形式进行,各位教师积极准备,认真对待,把此次考核作为一次自我提升的机会。考核成绩将存入个人业务档案,作为职称晋升和年度考核评优的重要依据。
3 大力加强实验室基础设施建设
我校医学生物技术实验室成立于2006年1月,是一个承担生物技术专业相关课程实验教学的综合实验室,经过几年的建设和发展,实验室已经基本具备了较好的场地条件和实验仪器。但随着医学生物技术的迅猛发展及学校招生规模的不断扩大,实验室现有实验场所和实验设备已经不能满足需求。从2010年开始,实验室积极向学校争取实验场所,新增加了1个发酵室、1个细胞培养室、1个微生物培养室和1个实验准备室,现有实验面积近1 500平方米;2011年,实验室在原有超速冷冻离心机、全自动机械搅拌玻璃发酵罐、生物发酵与提取系统、高速逆流色谱等高档仪器设备的基础上,与山东省财政厅共同投资近300万元购买了超临界二氧化碳萃取系统、凝胶成像分析系统和荧光分光光度计等一大批大型实验仪器,教学和科研条件得到进一步改善,为培养高素质的创新性人才奠定了坚实基础。
4 进一步完善实验室各项规章制度,重点做好制度的落实工作
4.1 建立健全实验室各项规章制度,尽量做到各项工作都能有章可循
自2006年实验室组建开始就建立了一套比较全面的实验室规章制度,内容包括实验室人员日常管理规定、实验物品管理规定、实验仪器使用管理规定等。另外,根据日常工作需要,我们又建立了实验室安全管理制度分册,比如实验室涉及有毒微生物的保存、实验废弃物的处理以及水、电、气等危险因素的应急预案;对于实验室所涉及的实验物品管理,包括平时实验药品的损耗情况、大型实验仪器的使用情况,我们引入了相关软件管理系统进行科学管理。
4.2 做好实验室规章制度的更新和完善工作,更要抓好各项制度的落实
4.2.1 对实验室各项制度定期进行更新和完善
随着医学生物技术的迅猛发展,实验室各项工作也将日新月异。由于实验室的特殊性,如果疏于管理极易出现人身伤害、财产损失及环境污染等重大安全事故,为了科学、有效地服务教学和科研工作,实验室定期对规章制度进行增补、修订和完善,如重新修订《危险化学品及有毒化学品管理办法》和《实验中心仪器设备损坏、丢失、赔偿制度》,新增《实验室开放管理办法》《大型贵重仪器设备管理办法》《低值耐用品管理办法》等多项内容。这些制度为顺利完成实验、实践教学任务,充分发挥实验室作用提供了保障。
4.2.2 千方百计做好实验室各项制度的落实工作
实验室各项规章制度由实验室主任监督其全面落实情况,对于出现的违章情况报生物科学学院办公室处理;严格按照“谁主管、谁负责”原则,由实验室工作人员具体实施各项规章制度;另外,对于安全管理制度和设备安全操作规程等重要规定,应张贴在实验室明显易见的地方,严格执行,相互监督,不得违章。
5 成效
经过几年的探索与实践,生物技术实验室改善了实验教学条件,明确了相关人员的岗位职责,实验技术人员工作积极性和工作效率明显提高。同时还完善了实验室各项规章制度,实验室的教学、管理工作趋于规范化、制度化和科学化,实验室建设取得了较好的效果。
参考文献
[1] 曹新.关于医学院校生物技术建设和人才培养的思考[J].医学教育,2005(2):21-26.
[2] 向仁德.现代生物技术在药物研究中的应用概况[J].中国医学生物技术应用,2003(2):1-5.
[3] 陶士强,闻燕,江明珠.生物技术实验室开放运行的探索与实践[J].实验室科学,2010,13(1):127-128.
[4] 喻林华,项文化,王义强,韩文军,邢伟一,孙吉康,李爱英.生物技术实验室的规范化管理浅谈[J].中南林业科技大学学报(社会科学版),2010,4(4):140-143.
[5] 黄志君,杨婉莹,叶可可.生物技术实验室高效管理的探讨[J].广东蚕业,2010,44(3):18-20.
关键词:遗传学实验;教学改革;生物技术
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2012)12-0190-02
遗传学(Genetics)是生命科学领域的重点学科之一,遗传学教学实验作为遗传学课程的重要组成部分,不但可以加深培养学生对基本理论的认知和理解,还可以提高观察、分析和解决问题的能力,并影响学生的世界观和正确的思维方法[1]。而近年来高校教育改革的工作重点也不光是要求能够培养学生具有良好的理论知识基础,更重要的是要培养学生具备熟练的实验操作技能,从而提高学生的创新性思维能力和动手能力[2]。
一、实验教学模块和内容的改革
如今遗传学作为发展最迅速的学科之一,不但增加了大量的分子遗传学内容,而且经典遗传学、分子遗传学以及群体遗传学三者相互补充和穿插在一起,因此遗传学实验教学必须不断补充和改革实验教学内容,从而为创新性人才的培养提供有利的平台。遗传学实验教学模块庞大,而学时数有限,还要做到突出模块中的重点和特色,只有通过精选实验内容,综合考虑、合理规划实验模块的构成,才能在有限的教学时间内使学生较全面系统地掌握遗传学实验原理和操作技术。本教研室重新对遗传学实验教学模块进行了科学、合理的制定和分布,主要由基础、综合、创新型三大实验教学模块构成。基础型模块:主要包括了以前染色体操作及经典遗传三大遗传规律实验内容的验证。综合型模块:我们保留了植物多倍体的诱导与鉴定、染色体数目变异及结构变异分析。创新型模块:是分子遗传基础实验,如植物细胞DNA的提取、PCR扩增等。另外我们专门针对实验操作能力强的学生新增了植物遗传转化、质粒的提取等实验,作为平时的开放性综合实验。改革后,不仅保留了以前实验模块中的经典内容,学生还可以从综合型模块的实验中全程参与所有实验内容,让学生从宏观角度上对实验有一个全面的认识和学习。而通过创新模块,利用现代分子遗传学实验技术,不仅拓展了学生眼界,而且加强了学生操作能力和实验范围,最终达到培养创新性人才的实验教学目的。
二、实验教学手段和方法的改革
以前教师在上课前就已经准备好所需的实验材料、试剂、仪器设备,并按部就班地讲解实验目的、原理和方法步骤,然后学生提交一份验证已知的实验结果的实验报告。学生只是死板地为做实验而做实验,一般实验课平均3个学时,在规定时间内完成实验内容比较紧张,因此实验效率不高,如制片实验,在平均30个人的实验课中,只能达到50%的制片合格率,教学效果很不理想,在整个实验教学过程中缺乏主动性,难以激发学生对实验课的兴趣。因此,本教研组提出了以下几点改进措施。
1.要求学生通过查阅相关文献资料对实验目的和原理进行学习和了解,并熟悉基本实验步骤和过程,并交一份预习报告作为实验考核的一部分。这样才能让学生对整个实验有一个全面的了解,保证能达到一个较好的实验效果。
2.组织学生参与实验材料的准备工作。如有丝分裂实验,我们将种子分配给每组进行发根,实验中所需的药品也在教师的指导下让学生自行配置,对根尖的预处理、固定、解离都由各小组自行处理。这样能让学生对整个实验有一个全程的学习,还能提高学生实验动手能力。
3.随着科技迅速的发展,我们可以充分利用计算机网络化和多媒体等教学手段来提高教学效果。课前由教师将诱导和鉴别多倍体的过程完整地拍摄下来放在网上,让学生们在课前预习时观看。这样能大大增强实验效果,提高实验质量。
三、实验教学与科研相结合的改革
教学和科研相结合就在于将科研引入到教学中去,使教学科研化。而实验教学不光单单给学生们传授实验技能和巩固理论知识,更重要的是将理论和实践相结合,培养学生创新意识和提高实践能力[3]。因此我们要将科研渗透到实验教学的各个环节,渗透到学生培养的方方面面。如今大多数高校都有大学生科研项目训练计划(SRTP),而且很多教师自己的科研内容都与分子遗传学方向的研究有密切关系,可以让学生参与到自己的与遗传学相关的科研项目中来,拓展和深化学生所学的专业基础知识。为此,教研组专门针对分子遗传学实验进行了延伸和拓展,给学生一个大的实验方向,通过自己查阅相关文献资料后,提出实验设计,撰写开题报告,经学校专业教师团队审批后才能进行实验。而整个过程中,教师仅起指导和辅助作用,以后实验的各个环节均由学生亲自动手完成。如马铃薯的遗传转化,首先让学生进行马铃薯试管薯的诱导培养,然后将构建好的表达载体提供给学生,让其培养和活化,最后让学生采用农杆菌介导的马铃薯试管薯薄片转化法进行遗传转化。通过这种以科研项目来扩展遗传学实验教学内容的方式,不但可以丰富遗传学实验教学内容,深化学生所学的遗传学知识,而且能够提高学生实验操作技能和综合分析问题和解决问题的能力,为将来独立完成科学研究打下基础。
四、实验教学考核方法的改革
以前实验课程的成绩光以实验报告的质量来评定给分,导致部分学生出现抄袭实验报告、伪造实验结果的现象,而有些学生虽然能够认真完成实验,但由于字迹潦草等因素,未能取得好成绩,不能客观、公正地反映出学生的真实的实验水平和操作能力,其可信度大大降低,影响学生实验的积极性和主动性,不能树立学生严谨的科学态度。因此,我们首先要求学生对实验方法和步骤进行简要阐述,然后在实验过程中教师会对每个学生的实验操作水平和发现问题时的分析和解决能力进行综合评分,最后要求学生对实验结果进行科学的分析和解释,如果实验失败也要写出相应的原因,并分析失败的实验步骤和心得体会,同时,坚决杜绝学生修改实验结果、弄虚作假等行为。整个实验考核包括实验预习报告(30%)、实验操作能力(20%)、实验报告主体(20%)、实验结果分析(30%)。总之,制定科学合理的实验考核评价体系,兼顾实验课教学中的每一个环节,这样才能全面、客观地考核学生的实验操作能力、设计创新能力、综合分析能力以及实验报告的撰写质量。
如今专门针对生物技术专业的具有本专业特色的遗传学实验体系尚未成熟,因此为了提高学生的专业技能和培养具有专业特色的高素质人才,本教研室通过现有实验室资源,充分调动学生的主观能动性,对生物技术专业遗传学实验教学中存在的问题进行了探索,对原有的实验教学体系进行积极的改革,建立了新的实验教学体系,并取得了较好的教学效果。
参考文献:
[1]朱玉贤.现代分子生物学(第2版)[M].北京:农业出版社,2002.
【关键词】食品微生物检验技术;教学项目;一体化教学
中图分类号:G64文献标识码A文章编号1006-0278(2015)09-156-01
高等职业院校的学生毕业后面临的实际情况是千变万化的,他们必须具有够用的知识系统和灵活应变的能力才能更好地适应将来的岗位需求。因此,高等职业院校必须以企业要求为方向,把理论课和实践课整合为一个有机结合的整体进行教学,将应知的理论知识和应会的操作技能紧密结合在一起,以实践技能训练为主线,强化理论知识的指导作用,突出学生动手操作能力的培养,促进学生对理论知识的理解。
食品微生物检验技术是食品营养与检测专业的专业基础课,通过本课程的学习,旨在使学生掌握扎实的食品微生物检验基础知识,具备较强的实践操作技能,能够独立完成食品生产过程中的微生物培养、检验及相关工作,并能使学生养成科学严谨、认真求实、团结协作的工作作风,形成良好的职业素质,为今后胜任食品质量控制、食品质量检验等相关岗位的工作打下坚实的基础。
一、教学内容设计与选取
职业教育的目标是培养学生的职业行动能力。本课程从教学内容的设计就紧紧围绕学生职业行动能力的培养。食品微生物检验技术教学内容的选取,首先是通过校外食品企业专项调研,与食品生产企业专家共同研究论证,确定食品企业、食品检测机构等的微生物检验中的典型工作任务,对这些典型的工作任务进行工作过程分析,参照行业管理规范及质量标准,结合职业教育的特点、规律,在企业人员的共同参与下设计对应的教学内容,以项目化教学组织教学活动,构建实训平台使教-学-做一体化,实现理实一体化教学过程。
二、教学组织与实施
将理论知识的学习融于具体的任务中,按照行动模式的六个步骤(资讯、计划、决策、实施、检查、评估)来组织教学过程,学生在做中学,教师在做中教,让学生学会独立学习,主动学习,积极学习,具有独立计划、实施和检查的能力,培养学生的综合职业能力。部分环节中采取小组学习的方式,针对教学内容要求学生进行协作学习,共同讨论研究解决问题的办法,在讨论、交流的过程中,通过不同观点的交流、补充、加深每个学生对所学知识的理解,加强学生沟通和协作的能力。
为了提高教学效果,我们在教学规模上采取小班形式进行教学。首先将全班同学以4~5人成立几个工作小组,根据每个教学项目的具体内容,教师提前下达任务单,任务单包含了本次要学习的教学内容及要求。各小组成员根据任务单要求去图书馆或网上查阅相关资料,进行小组讨论后,集思广益共同制定工作方案,在理实一体化教室阐述工作方案的思路,由老师和其他组的同学对其工作方案进行点评和评价,老师可根据教学目标讲解相关理论知识。每个组根据老师和同学的评价意见对工作方案进行修改,然后根据工作方案在理实一体化教室完成相应任务。老师在学生根据方案进行实操的时候进行巡回检查和指导,最后由老师和学生共同对操作过程和结果进行评价。在评价过程中,教师可以根据实际需要再次对相应的理论知识进行画龙点睛的总结,如在“自来水中细菌总数的测定”项目中,教师可以引领学生回顾细菌的菌落特点,生长特性等相关知识。
三、课程考核
为客观全面的反映学生的学习效果,充分调动学生学习的主动性与积极性,本课程采取过程考核与期末考核相结合的考评方式,强调过程考评的重要性,重点考核学生的动手操作能力和处理实际问题的能力,其中过程考评占70分,期末考评占30分。这样的考评方式,充分调动了学生平时学习的积极性和自觉性,对学生职业能力的培养,起到了很好的促进作用。
四、教学效果总结
学校和企业合作,学校专业教师、企业专家共同组成课程设计小组,以食品企业、食品检测机构等的食品微生物检验中的典型工作任务为教学载体,结合职业标准进行分析,以岗位需求为依据,以职业能力为主线,使学生在学校学习的内容与企业工作过程中所需的知识和技能相一致,能够让学生将来毕业后迅速适应企业的岗位要求,充分体现高职“以服务为宗旨,以就业为导向,以能力为本位”的高技能人才培养目标。
在课程实施过程中,基于行动导向采用“教学做”一体化的教学模式组织教学,教学项目以“任务”贯穿始终,教师引导学生在讨论任务、分析任务、操作完成任务的过程中构建属于自己的经验和知识体系,提升了学生的实践技能,发展学生的综合职业能力。
总之,食品微生物检验技术实施一体化教学模式教学以后,学生的学习效果得到了较大改善,教学质量得到了较大提高,为学生将来更好的适应工作岗位打下了坚定的基础。
参考文献:
关键词:工科院校;生物医学工程专业;生物实践教学;教学改革
中图分类号:G6421 423;Q 95-33 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)07-0075-02
生物医学工程(Biology Medical Engineering,BMI)是综合生物学、医学和工程学的理论和方法而发展起来的,其主要是运用现代自然科学和工程技术的原理和方法,从工程学的角度,在多层次上研究人体的结构、功能及其相互关系,揭示生命现象,为防病、治病提供新的技术手段的一门综合性、高技术的学科,多学科的高度综合交叉是生物医学工程的特点[1]。自上世纪70年代末以来,国内许多医学院校、综合性大学、理工科大学及相关科研机构都设立了生物医学工程专业,涵盖了生物信息、医疗仪器、生物材料、生物工程等多个专业方向,课程设置主要包括工程类课程和医学类课程,旨在培养具有各方面能力的复合型人才[2]。
在生物医学工程专业的培养体系中,实践教学是培养大学生的创新意识、创新思维和创新精神、提高整体教学质量的根本保证和有效途径[3]。南京邮电大学生物医学工程专业是在学校原来的信号与信息处理等优势学科的支撑下发展起来的,因此在医学信号处理、医学图像处理、生物传感和生物信息学等领域积累了雄厚的师资和科研力量,上述领域的实践教学体系完善、教学平备。比较而言,学校在生物医学领域的教学和科研上相对薄弱,特别是在生物医学方面的实践教学有明显的不足,存在着师资力量缺乏、教学平台薄弱、课时有限等问题。针对上述问题,我们从师资队伍建设、资源优化配置、教学内容改革和教学方式更新等方面入手,对生物医学工程专业的生物学实践教学提出一系列改革措施,取得一定的效果。
一、生物学实践教学存在的问题
南京邮电大学是传统的工科院校,信息学科是学校的办学特色。在工学为主体,以及“大信息”的背景下,学校的通信、电子、图像和计算机等学科的科研氛围浓厚、师资力量较强,相关课程的教学体系成熟、教学特点鲜明。上述相关学科的实践教学已经构建了包括课内实验、专题实验、综合训练和生产实习一系列完善的实践教学体系结构。但随着我国生物医学工程学科建设工作的开展,以及生物医学领域研究和应用的快速发展,迫切的需要将更多的生物医学知识融入到工程学知识中。为了扩展生物医学工程专业学生在生物医学领域的知识,激发学生的学习兴趣,在生物学教学方面,我校目前开设了几门生物学领域的课程,包括现代生物学、定量生理学和解剖生理学等。
由于学校在生物医学相关学科的科研和教学缺乏基础,因此这些课程的师资力量较为缺乏,实验教学平台也比较薄弱。此外,生物医学课程多属于理论加上实验的课程,要求课时较多。以解剖与生理为例,理论课要讲51个学时,实验课也需要51个学时[4,5]。但我校生物医学工程专业大纲,对解剖与生理课程只设置了36个学时的理论课以及4个学时的实验课。因此,在这些课程的理论课教学上,需要大幅的调整以适应本专业学生的培养要求[4,5]。在实验教学上,由于课时的限制,大多为演示实验或参观,学生缺乏动手实践机会[6]。
笔者在调研学生对解剖与生理课程兴趣、期望和要求时,有68.1%的同学表示对这门课程感兴趣或非常感兴趣(表1),并且有30%的同学希望能有动手实践的机会(表2)。但我校目前现有的师资力量、实验教学平台和课时设置都不能满足学生的这一要求,因此,必须采取有效的改进措施提高教学平水,满足学生的学习要求。
二、生物医学实验教学改进办法
1.培养专任教师队伍。为了提高我校生物医学领域的教学和科研水平,近几年来,已引进多个生物医学相关专业的博士和高级人才,构建了一个高学历的教师队伍。教师的专业和研究方向包括了分子生物学、蛋白质工程以及纳米材料毒理等,这些教师的专业背景和知识体系完全满足了现有的生物课程教学和实验教学的需要。
2.完善实验教学条件。为了提高实验教学水平,同时为了满足学校科研项目发展的需要,我校已于近几年建设完成了生物医学实验室。实验室的建设目标是建立一个以生物技术为核心,结合医学诊断以及生物信息处理的多层次性和综合性实验基地,使学生系统化地学习和掌握全面的生命科学综合实验技能,以培养生物医学工程领域创新性人才,同时为生物医学工程专业的师生提供一个高水平的细胞、分子生物学实验研究平台,以加强不同学科间的合作交流,做出一流的科研工作。目前已建立了分子生物学、细胞生物学操作平台和蛋白结构测试和信息处理的表征平台。在此平台上,我们为学生设立了核酸分离和检测,核黄素、丙二醛和超氧化物歧化酶等生化指标测定等一系列的实验。让学生走进实验室,观看并亲自动手操作,极大激发了学生的对生物学课程的学习兴趣。
3.改革实验教学内容和方法。除了加强教师队伍和实验平台的建设,我们还通过多种教学方法和途径改革实验教学内容。针对生物类课程实验课时不足的问题,许多教师针对生物领域的热点方向开设了一系列的开放实验项目,通过开放性实验,让学生走进实验室和动物房,让学生跟着老师学习一些基本的生物学实验以及动物实验的操作技能和方法[7-9]。
在教学中,教师积极鼓励对生物医学相关实验有兴趣并且有能力的本科生申报创新项目,鼓励教师和学生并将毕业设计与创新项目相结合,以教师的科研项目为载体,让学生在实践中创新[10]。实践以学生为主体,让学生独立查阅中外文献,了解项目最新的国内外研究进展,设计实验方案,学习各种新的实验技术,掌握科学研究方法,这不仅有利于学生自主学习、解决问题的能力,培养创新思维,同时还加深例如学生对各种专业课程的理解以及对生物工程专业的认识。实践证明,上述教学方法激发了学生的学习兴趣,提高了学生的动手能力和操作能力,并培养了学生的团队精神,取得了良好的教学效果。
同时学校还积极与南京大学、南京中医药大学、江苏省中医院等单位建立合作关系,带领学生参观实验室,让学生对生物医学各领域的实验室构成、具体运作有更直观的认识。通过在大学和医院等实习基地的参观和关系,让学生充分认识到生物医学工程专业的学习目的和专业知识的应用价值。
生物医学工程专业作为一门为生物学和医学服务的交叉学科,生物学实验课对生物医学知识的学习和理解掌握领域非常重要。针对我校生物医学工程专业的生物学实验教学中存在的问题,我们开展一系列的教学改革与实践,取得了很好的效果。极大地激发了学生的学习兴趣,调动了学生的参与热情,提高学生的实践能力,并且为学生今后的工作和科研奠定了坚实的基础。希望能在此基础上,继续完善现有的生物学实验教学体系和教学方法,从而更好地促进生物学实验课程建设和发展。
参考文献:
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关键词: 新专业建设 学科发展 兴趣小组 生物医学工程
生物医学工程是一门新兴的交叉学科,综合生物学、工程学和医学理论和方法,在各层次上研究生物系统的状态变化,并运用工程技术手段解决临床医学中的关键问题。要求学生掌握宽广而扎实的电子学、生物学、医学理论基础,能在理、工、生、医等学科高度交叉中进行前沿科学研究、知识创新,产学研结合,并推动相关科学技术发展,以满足我国对生物医学工程领域高级人才的需求。生物医学工程属于工学门类,是生物医学工程专业一级学科。
本学科是利用生命科学、医学、电子信息科学等领域的最新研究成果用于生物信息工程、生物电子工程、大型医疗仪器系统、现代医疗监护系统等领域的科研工作。工程硕士学位授权单位培养从事生物医学信息检测、医用仪器、医学影像、生物电子学、生物医用材料等方面研究开发、生产制造、检测与控制、管理与维修的高级工程技术人才。生物医学工程领域研究和人才培养侧重于生命科学、电子信息科学、医学等的交叉和渗透。该领域是生物医学信息、医学影像技术、基因芯片、纳米技术、新材料等技术的学术研究和创新基地,是与21世纪生物技术产业形成和发展密切相关的工程领域,是关系提高医疗诊断水平和人类自身健康的重要工程领域。
天津工业大学生物医学工程专业是一个年轻的、处于高速发展中的理、工、生、医交叉融合的新兴学科方向。生物医学工程专业作为电信学院的新兴专业,近年来发展迅速,有较大的发展潜力。专业下设5个实验室,医学仪器及设备实验室、医学成像及光谱成分分析实验室、生物医学电子学实验室、医学建模与仿真实验室、膜片钳实验室,拥有一批踏实肯干、敢于创新、勇于攻关的年轻科研人员,并将不断吸引其他相关学科的硕士、博士研究生、博士后等进行学科交叉的研究工作。科研方面利用人体信息检测技术与智能服装相结合,设计出检测、监控、调节人体状态的一体化智能服装;膜片钳方向主要进行生物物理和生物化学方向研究,同时与天津大学和天津各大医院开展密切合作,在医疗仪器研制和临床实验等方面积累一定的经验和成果。
本专业开设的主要课程有:C语言程序设计、电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、大学物理、分析化学、高频电子技术、医学基础、工程光学、信号与系统、数字信号处理及DSP技术、通信原理、嵌入式系统、生物医学电子学、生物医学光子学、医学成像新技术、无线传感网络、生物医学仪器设计基础等。本专业毕业生可以在国家机关、医院、国防、科研机构、学校、工厂等企事业单位从事医疗产品设计、研发和管理工作,服务于天津医疗产业联盟的发展需求。本专业学制四年,学生毕业后可获得工学学士学位,本专业具有硕士学位授予权。
在本科生人才培养方面,本专业也是广开思路,在大一刚入学就进行思想教育,根据学生兴趣对其未来发展进行规划,由于本专业是一门新兴的交叉学科,因此学生喜欢的专业方向也不一样,有生物、医学、电子等设计物理、化学等不同方向的需求,学生提出的就业方向也不完全一致,区别于传统的专业学生,如电子信息工程专业学生虽然兴趣不统一,在专业方向上容易把握,而生物、医学、物理、化学等涉及的学科更多,对新专业教学提出新挑战。如何适应不同学生不同需求,我们系的老师进行了深入探讨。
1生物医学工程专业内容特色概述
生物医学工程是一门新兴的边缘学科,它综合了工程学、生物学和医学的理论和方法,在各层次上研究人体系统的状态变化,并运用工程技术手段去控制这类变化。其学习内容包括以下几个方面。
1.1医学影像技术
即通过X射线、超声、放射性核素、磁共振、红外线等手段及相应设备进行成像的技术,现还有正在兴起的阻抗成像技术等。
1.2医用电子仪器装备
分为诊断仪器和治疗仪器两大类。诊断仪器主要是用以采集、分析和处理人体生理信号,现在使用较多的是心脑电、肌电图仪和多参数的监护仪等,而通过体液来了解人体内生物化学反应过程的生物化学检验仪器也已逐步完善并走向微量化和自动化。治疗仪器设备则是采用X射线、γ射线、放射性核素、超声、微波和红外线等仪器设备,如X射线深部治疗机、体外碎石机、人工呼吸机等。手术设备如γ刀、激光刀、呼吸麻醉机、监护仪、X射线电视等。现代化医疗技术中还将设备功能更加多样化、复杂化。
1.3生物力学
主要是研究生物组织和器官的力学特性,人体力学特性和其功能的关系。其中包括生物流变学(血液流变学)、软组织和骨骼力学、循环系统动力学和呼吸系统动力学等。
1.4生物材料
即人工器官、组织工程所需要的物质与材料,其大多数是需要植入人体,需要具备耐腐蚀、化学稳定性,需要具有与机体组织的相容性、血液相容性、无毒性。作为材料,根据所需还应满足各种器官对材料的各项要求,包括强度、硬度、韧性、耐磨性、挠度及表面特性等各种物理、机械等性能。需要掌握的知识包括金属、非金属及复合材料、高分子材料的合成工艺条件和表征、成型制备、性能等。
1.5生物效应与生物控制
生物效应是指在医疗诊断和治疗中,光、声、电磁辐射和核辐射等能量在机体内的分布、变化等作用。而生物控制则是机体自身的调节控制现象。采用生物、化学的方法对这些情况加以认识。其他还有介入式诊断、治疗等。生物医学工程最为竞争激烈的领域在医学成像技术上,其中以图像处理、阻抗成像、磁共振成像、三维成像技术以及图像存档和通信系统为主。而对医学信号的处理分析,包括心脑电、五官、语言、心音呼吸等信号和图形的处理与分析,以及神经网络的研究处理也是目前世界各国研究与学习的热点。作为生物医学工程专业的本科学生,将从业于该领域的研究、设备研发及制造、使用、维修养护等。所具备的知识体系是从物理化学基础、工程学到医学,十分广泛,仅四年内进行如此庞大的知识学习,学生将会呈现基础知识欠缺而专业知识也不深入的问题。为此,我们就医科大学、理工科大学、综合性大学各自特点进行了调研与分析,在此基础上,提出了生物医学工程本科学习建立特色课程体系的见解。
2生物医学工程专业人才的培养特色的研讨
我国生物医学工程本科专业分别在医科类大学、综合大学与理工科类大学中均有设置。由于生物医学工程具有典型交叉特性,该专业的毕业生的就业方向有运用医学影像学技术、医学信息学技术等在医院进行疾病诊断及治疗,有运用基础数学、物理、化学知识进行理论创新与实践,更多的是运用工程技术进行医疗器械、设备装备的研发、制造与维护管理等。由于生物医学工程庞大的知识体系,无法由某一个从业人员掌握,需要各方向的协作与合作,由此认为,设置于医科类大学、综合大学与理工科类大学的生物医学工程专业应有各自的特色。
2.1医科类大学生物医学工程专业人才的培养特色
2.1.1人才培养目标
作为医科大学,其专业人才培养具有鲜明的医学特色与优势。医科类大学生物医学工程相关专业的人才,其就业方向更多应以进入医院从事常规放射学、CT、核磁共振、DSA等的操作及计算机操作,运用各种影像、信息等诊断技术进行疾病诊断或治疗,所以其培养的人才首先应学习并具备医学的专业知识,然后才是具备基于医学专业领域需要的现代医疗仪器的研发与使用、管理能力的知识体系的学习,成为拥有工学知识及应用能力的医学应用型、复合型高级人才,毕业后所从事的仍是医药卫生领域工作,在医院设备使用、维护、管理方面起重要作用。因此其课程的设置应该与工科类生物医学工程侧重点不同。如在一般医科大学中都设有生物医学工程专业,以及与此相关的医学影像学专业、医学信息学专业等,其培养目标就应以“培养具有基础医学、临床医学和现代医学生物医学工程(如影像学、信息学等)的基本理论知识及能力,能在医疗卫生单位从事医学诊断、治疗(或信息管理等)和医学成像(或医学信息等)技术等方面工作的医学高级专门人才”为主。相应的培养要求应在于“学习基础医学、临床医学、医学影像(或信息学、医学超声学等)的基本理论知识,受到常规放射学、CT、核磁共振、DSA、核医学影像学、信息学、医学超声等操作技能的基本训练,具有常见病的影像诊断、超声治疗和介入放射学操作基本能力,基本的仪器(装备)维修保养能力”上。
2.1.2课程设置
基于医科大学的特色,其主干课程应注重基础医学、临床医学,同时开设基于医学特色的工学、工程学课程。具体如基础类的基础数学类、物理类、化学类、计算机类,如高等数学、普通物理学、有机化学、生物化学、微机原理及应用等课程,基础和临床医学类课程,如人体解剖学、生理学、诊断学、内科学、外科学、儿科学、妇产科学、药学、中医学、中药学、卫生管理等课程,然后按照各高校侧重设置传统生物医学工程的工学类、工程类课程,如模拟电子、数字电子技术、传感器、数字信号处理、医学图像处理、医用仪器原理、医学影像仪器、检验分析仪器、临床工程学、人体形态学等,部分专业可设置如力学类、机械工程类、有机材料或金属材料类课程。虽然是同一生物医学工程专业,但需要按照本校特色来设置课程,切忌大而全无特色,或各高校均设置同样课程。这是违背了生物医学工程高度交叉学科的学科特色的。
2.2综合性大学工科以及理工科大学生物医学工程专业人才的培养特色
2.2.1人才培养目标
现今综合性大学工科以及理工科大学基本上都设有生物医学工程专业,如北京大学工学院、浙江大学生物医学工程与仪器科学学院、东南大学生物科学与医学工程学院,四川大学高分子科学与工程学院等,各具特色。以东南大学生物科学与医学工程学院为例,其前身是生物科学与医学工程系,创建于1984年。学院的科学研究及学生培养方向就是强调生命科学与电子信息科学学科的交叉与渗透,应用电子信息科学理论与方法解决生物医学领域中的科学问题,发展现代生命科学技术。其人才培养目标在于“培养掌握生物医学工程专业知识,掌握分析与健康相关的生物医学工程问题的方法,并具备综合应用所学知识和方法解决实际工程问题的能力,具备健全人格和远大理想的工医结合复合型优秀人才”。即更加注重于培养工程与医学相结合的复合型人才,这些专业人才的从事的工作更多是在用于医学诊断、治疗的仪器设备的设计、研发及制造、维护等上面。而四川大学的生物医学工程专业的培养目标,按照其特色制定为“以工程为主,以从事生物医学工程教学科研的相关学科为依据,培养从事生物力学、生物材料、人工器官等相关方面的研究、开发、生产的高级专门人才。”,偏向于材料工程学。由此可知,在综合性大学工科以及理工科大学中,生物医学工程专业应更注重工学、工程学内容,其培养目标就应以“培养具有现代医学生物医学工程(如机械、电子、材料、计算机在医学中应用等)的基本理论知识及能力,能在医疗设备相关企事业单位从事设备(或装备)设计研发、制造、维修维护、管理等方面工作的高级复合型专门人才”为主。相应的培养要求应更多的学习工学的基本理论知识,受到常规医疗装备、设备等设计、研发、操作、维护维修、管理技能的基本训练并具有相应能力”上。
2.1.2课程设置
基于工科特色,其主干课程应注重工科基础理论的学习,了解医学基础知识,同时学习机械、电子、材料、计算机应用于医学中而派生的专业课程。如将特色定在医疗设备制造等方向上的生物医学工程专业,其基础类课程更加强了基础数学、物理的学习,设置了较多学分的高等数学、线性代数、概率论与数理统计、大学物理及实验等,医学类课程设置了基础医学与实验,涵盖人体解剖学知识,专业基础课和专业课设置了生物医学数学基础、电路及模拟电子技术及实验、数字电路与逻辑设计及实验、微机原理与接口技术及实验、VisualC++程序设计及实验、信号与系统、EDA技术、计算机硬件控制基础、单片机原理及应用、医学成像原理、医学影像系统、生理信号检测、生理信号处理、医学图像处理、医学仪器设计与实现、医学传感器、医学光学、医学超声、医学材料等,同样,课程设置也应按照本校特色加以取舍。
关键词:生物医学;测试技术;传感器
中图分类号:O6-33;G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)49-0131-02
一、引言
面向生物医学工程专业开设《测试技术与传感器》是一门以研究自动检测系统中的信息提取、信息转换和信息处理的理论和技术为主要内容,集光、机、电于一体,综合物理、化学、生物、材料、电子、电气、计算机、机械等学科技术的实践性非常强的专业基础课。杭州电子科技大学生仪学院目前开设的《测试技术与传感器》课程的课程目的为系统论述测试系统及其基本特性;介绍测试系统中传感器的结构、基本原理和典型应用,以及传感器的发展趋势、选用原则等,它是实现测试与自动控制的重要环节,仪器专业的重要专业基础课,也是自控原理、智能仪器课程设计、虚拟仪器课程设计的基础。
二、存在问题
目前该课程的教学状况及存在的问题:(1)测试技术与传感器技术属于多学科交叉渗透课程,涉及电学、磁学、光学、化学等学科,对先修课要求较高,现有的教学内容,以教师课堂讲授为主,侧重于原理的介绍及公式的推导,学生看不见,摸不着,缺乏感性认识,容易出现枯燥、难以学好的感觉,加上很大一部分学生的学习主动性差,学习态度上不太重视,没有投入必要的精力和时间,直接影响教学效果。(2)现行传感器教材比较繁多,有的以传感器原理为主线,有的以过程参数测量为主线,但是很多教材都没有涉及新型传感器的理论知识及其应用,不利于学生拓宽知识面,不符合宽口径人才培养模式。(3)目前传感器课程的实验环节以验证性实验为主,主要使学生掌握常用传感器的使用和标定方法,以及相应传感器的测量转换电路设计。(4)课程考核方式一般是以考试为主,辅以作业、实验、考勤评价,这种考核方法很难激发学生的学习积极性和主动性,不能真实反映学生的学习能力、对知识的掌握程度及其专业应用能力。
传感课程教学方法研究大多是自动化、精密仪器专业中对该课程的教学方法研究。结合本专业优势,本文提出通过使用启发式教学、结合临床实际教学、结合多媒体等手段丰富教学方法,提高生物医学传感教学效果。这些方法对提高生物医学专业的传感教学提供了重要改进措施,对提高教学质量具有重要意义。改革和完善《测试技术与传感器》课程的教学模式,通过研究型教学,训练学生的高级思维能力和解决实际问题的操作能力,培养学生主动学习、独立学习与终身学习的能力,使学生具备一流大学本科生的素养,提高核心竞争力。
三、改革目标
1.本文拟从课堂教学模式、课程教材多样性模式、实验课教学模式等方面研究并探索出具有杭州电子科技大学生物医学特色的“测试技术与传感器”研究型教学模式,培养学生的高级思维能力、解决实际问题的操作能力、交流沟通能力,在大学学习结束后,离开校园和教师,具有继续自主学习的能力。
2.在以基本传感测试单元为框架的知识体系的基础上,收集整理基于生理学与工程应用或医学临床现象结合的传感学科交叉内容,为编写生物医学工程等工科专业适用的生物传感教材、论文等提供教学资料并制定教材理论体系框架。
四、具体措施
(一)课堂教学模式探索
1.教师课堂讲授重点为最核心的知识点,对具有迁移价值的学科基本原理进行阐述。讲授内容少而精,对重点、难点讲深讲透,引导学生多角度、深层次地理解基本原理,而对事实性知识点,则少讲或不讲;讲授内容宽而新,以学科的发展为大背景,了解课程基本原理在大学科中的定位,以及与学科最新发展的联系。
教学内容较多,面面俱到的教学难以完成教学任务,教学效果并不佳。根据传感检测特点和生物医学工程等相关专业的培养需要,设计该课程的课程体系以各传感器基本功能为主,尤其是电感、电容、电压、应变片、磁电式传感等章节作为教学重点和难点,其中的各个章节的应用与心电、脑电、肌电内容相关联,引入生物医学工程重要的研究领域――脑机交互,作为重点讲解;而光敏、气敏、热敏等章节内容相对简单,容易理解,不做重点讲解。因此,可据此分配授课时间,突出教学重点。
2.教师根据核心知识点,提出知识点总结分析归纳问题、实际应用相关问题等,由学生课程小组分别选择问题,课后参阅书本、资料,提出解决方案,并由课程小组代表发言,课堂展示并交流。
此外,在各个传感系统中识记结构部分内容琐碎难记,而生物医学工程专业对这部分内容的要求并不高,不要求掌握详细结构,在理解传感结构及工作原理的基础上,日后工作或科研中用到这部分内容时能够通过查阅参考书获得信息即可,课堂讲解突出章节纲要,对其中涉及的工程应用现象补充材料介绍。
3.课堂教学中,教师讲述研究课题开题报告基本格式及其具体实例,由学生自我提出学科感兴趣的实际问题,参阅相关资料和解决方法,模拟写作研究课题开题报告。为更好地服务于生物医学工程专业的学科交叉特点,在生物医学传感的教学过程中注意整理、添加与工程应用和医疗仪器的内容。比如,在讲解压电传感基础上增加相关的医疗应用讲解,如人工瓣膜、血压监测计等器件的工作原理内容;在讲解电感基础上,增加当前无创呼吸电感检测的原理等介绍,这些内容对激发学生兴趣、启发学生的创新思维具有重要作用。然而,这部分内容还比较零散,没有形成良好的体系,此外,目前还没有专门适用于生物医学工程等工科专业的生物传感生理学教材。在讲解医疗方向的应用时,要注意资料的收集、整理和系统化,不仅可以很好地服务于生物医学工程等专业的培养要求,还将对编写工科专业专用的生物医学传感教材提供课程资料和理论框架。
4.课程教材模式探索。课程教材采用开放性体系,教师围绕教学目标研读现行的先进教材的基础之上,为学生推荐至少2本以上国内外先进教材,包括英文原版教材,对应于不同核心知识点,引导学生学会知识点的寻找、分析、归纳、比较,并利用各种国内外文献网络进行最新相关进展的补充和学习。引导学生尽可能或完全避免学一门课程只读一本书的现象。
在课堂教学中,除了使用多媒体和板书进行理论教学之外,还有意识地利用网络公开课等引导学生的自主学习。在我校图书馆的视频资源中有国内外著名大学的视频公开课,利用这些强大的网络资源可以弥补课时少、课程任务重的矛盾。比如,在该课程教学中,原理介绍部分占课时较少,在对重点器件结构和系统课堂讲解的前提下,其中一些具体的设计内容布置给学生自学。除了缓解课时不足的矛盾,网络课程资源还可补充教学内容,加深学生对知识的理解。
教师发展学习平台中的相关传感课程讲述,由经验丰富的名师授课,通过网络观看可加深对理论学习的印象,还可激发学生的学习兴趣。不仅丰富了学生的学习资源,更重要的是,在这种教学过程中,向学生示范了资料收集和获取信息的方法,提高了学生自主学习的能力。
(二)实验课教学模式探索
1.基础性实验:围绕测试技术与传感器的核心知识点,掌握传感器的基本原理及信号检测,这类实验主要属于验证性实验。
2.综合性实验:模拟生产或生活实际中的某一具体项目开展,学生可根据被测对象的不同选择各自合适的传感器,实验室配备电压表、电流表、指示灯、蜂鸣器、计数器等设备,用于学生自行完成线路的连接,也可根据学生的具体情况拓展知识点,综合性实验可在做的过程中让学生将学到的理论知识贯穿起来,整个项目采用3~4人为一小组的团队形式,以学生为主体,教师可适时地进行引导,循序渐进地实施项目,完成知识、技能和相关能力的学习。
3.提高性实验:对于提高阶段,我们将尝试结合虚拟仪器实验平台,虚拟仪器技术是仪器智能化发展的一个重要方向。我们增设实验内容要求学生采用软件LABVIEW或VB、VC等作为开发工具,设计直观友好的用户交互界面。如有可能还可根据检测分析的结果产生相应的输出控制信号。
4.除了实验教学,在与医疗仪器相关的脑机交互研究方面还可成立大学生科研活动小组,开展多种课外科技活动。其中申请者是该科研活动小组的指导教师之一。结合该课程的教学改革,拟吸收对生物医学方向感兴趣的同学加入,主要以观摩实验和学习实验方法为主,在活动参与中激发学生专业兴趣、促进专业学习。
五、总结
本文针对面向生物医学工程专业开设的《测试技术与传感器》课程当前存在的问题,结合生物医学专业学科交叉特色,提出了相应的改革目标和措施,使学生能自主使用各种通用传感和专用医疗仪器平台,灵活选择信号分析方法,加强对仪器平台分析的能力和对结果的理性认识,发挥该课程的实践性优势。通过施行开放式的《测试技术与传感器》课程教学模式改革,注重实验知识的延伸,完善考核制度等改革措施,最大程度地增强学生的自主性与参与性,培养社会需要的创新型、应用型、复合型、外向型的“医工结合”型储备人才。
参考文献:
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生物医学的快速发展,产生了大量的生物医学数据。这些生物医学数据有的是以结构化的形式存在于数据库中,例如基因序列、基因微阵列实验数据和分子三维结构数据等;有的生物医学数据以非结构
化的形式被记载在各种生物医学文献中。从生物医学文献中发掘出隐含的生物医学知识,是生物医学信息抽取的重要意义所在。生物医学命名实体识别是生物医学信息抽取的一项重要基本任务之一,它
主要是从医学文献中发现基因、蛋白质、DNA、RNA等生物实体。生物医学命名实体识别的研究具有一定的艰巨性,主要是因为生物文献中实体命名不规范、相同的词或者短语表示不同类别命名实体等,
给研究带来了一定的困难。
目前,生物医学实体识别的方法主要有基于字典、基于规则和基于机器学习的方法。生物医学命名实体识别研究初期,最常使用的是基于字典的方法。如Krauthammer等[1]利用DNA和蛋白质序列比较工具
BLAST识别生物医学命名实体。上述方法的优点是简单实用,但由于新的生物医学命名实体不断出现,所以基于字典的方法对于自由文本的生物医学命名实体识别效果不佳。Olsson等[2]提出了基于规则
的方法识别生物医学命名实体,F值达到了67%。与基于词典的方法比较,基于规则方法的识别性能有所增强,但它需花费大量人工劳动、且可移植性差。基于机器学习的方法可以判别生物医学命名实体
数据库中未包含的实体,方法较为灵活。该方法对训练数据规模、质量以及特征选取等方面的因素具有很强依赖性,所以,此方法对于生物医学命名实体识别性能提高的研究具有很强挑战性。本文将采
取有效的机器学习算法,结合多种策略,以期提高生物医学命名实体识别的识别性能。
1算法
目前主要应用在生物医学命名实体的机器学习方法有多种。文献[3~6]中分别提出基于隐马尔可夫模型、决策树、支持向量机、最大熵等方法,这些方法把词性、词形等特征融入到机器学习模型中,利
用训练得到的学习模型从生物医学文本集合中识别出指定类型的名称。虽然取得了一定成果,却也具有一定的不足,如识别性能不高、多种条件约束、识别策略单一化等。条件随机域机器学习算法在自
然语言处理领域中有着非常显著的优势,目前已成功应用到词性标注、语块识别和新闻领域的命名实体识别中,且表现出了非常好的效果。该模型的特性表明它非常适用于生物医学领域的命名实体识别
研究。鉴于此,本文采用条件随机域算法对生物医学命名实体识别进行研究。条件随机域(ConditionalRandomFields,CRFs)是Lafferty等人于2001年提出来的[7]。它是计算具有无向图G结构的随机变
量集合在给定随机变量集合o下的条件概率P(s|o)。将CRFs应用于生物医学命名实体识别中,则o表示一个句子的单词序列,s表示相应的状态序列,标注的过程就是根据已知的单词序列推断出最有可能
的状态序列,即P(s|o)的最大值。本文实验使用了一阶线性CRF,如下式:(公式略)。条件随机域模型允许在观察序列上的任意依赖关系,并且特征不需要一定是一个完整的状态或观察值,可以用较
少的训练数据训练出模型,所以说,CRFs拥有了一般的最大熵模型的所有优点。
2实验
2.1特征选择
生物医学命名实体识别中常用的特征有以下几种,一是局部特征,包括文本符号本身的特征和文本符号局部的上下文特征及其周围的词或符号的特征;二是全文特征,即文本符号在整个篇章中的上下文
特征;三是外部资源特征,比如说使用一些外部资源词典等。本文研究中,使用了如下特征:(1)单词本身:把单词本身作为一个识别特征。(2)词形特征:由于生物医学命名实体一般含有数字、大
写字母和特殊符号等,将这些简单的表面特征定义为词形特征。本实验将大写字母都用‘A’替换,数字用‘0’替换,非英语字符用‘-’替换,小写字母用‘a’替换。(3)标准化拼写特征:某些同一
类的生物医学命名实体,它们拼写方式很类似,如:IL-2andIL-4。用简单的方法标准化所有类似的词。如Kappa-B规范化为‘Aaaaa_A’,再将连续的相同的字符缩短为一个字符,即为‘Aa_A’。这样做
能够将拼写相似的生物医学命名实体提取的特征保持一致。(4)词性特征:生物医学命名实体的大写字母特征对其识别性能贡献不大,并且生物医学命名实体多是描述性的名称而且名称很长,所以,词
性特征对识别生物医学命名实体边界很有帮助。本系统使用了GENIAtagger2.0.2[8]词性标注器,GENIAtagger使用了WallStreetJournal语料和PennBioIE语料训练,因此GENIAtagger在生物医学领域文本
中词性标注具有较高性能。(5)语块特征:系统使用GENIAtagger2.0.2进行语块标注作为特征。(6)关键词特征:利用统计方法在训练集中统计出高频的生物医学命名实体关键词,将这些词是否出现
作为特征。(7)别名特征:将已识别出的生物医学命名实体存放在一个列表中,当系统遇到一个候选词时,生物医学命名实体识别算法就被激活,动态决定该候选词是否是前面已经识别出来的生物医学
命名实体列表中词的别名。别名特征属于全文特征。(8)特征联合:将相邻位置的特征进行联合,得出新的特征,有助于识别长距离词。本实验选择窗口的大小为(-1,+1)。(9)字典特征:使用了
一些字典资源作为特征加入特征向量空间,有CommonWord词典、Species词典、Tissue词典和EndingsofChemicals词典[9]等。
2.2缩写词识别
现在最常用的生物医学文献库是MEDLINE(MEDLARSONLINE),它是由美国国家医学图书馆于1966年开始建立的,收录的文献总量超过1500万条。据了解,MEDLINE上42.8%以上的摘要有缩写词,平均5~10篇
摘要有一个新出现的缩写词,并且缩写词出现的增长率逐渐升高。很多缩写词具有高度歧义性,它的形成没有任何规律,所以,提高缩写词的识别率对生物医学命名实体的识别研究至关重要。通常,缩
写形式经常和它的扩展形式一起出现,并通过括号连接,通常有两种形式:(1)longform(shortform),(2)shortform(longform)。实际当中大部分是第1种形式,当括号中的词超过两个时,就认#p#分页标题#e#
为是第2种形式。在含有括号的句子中,采用文献[10]中的缩写词识别算法,先识别候选词中的全称词,即上述中的longform,要求全称词必须和缩写词在同一个句子当中。若判断括号中是缩写词,从句
子中去掉括号及里面的缩写词,在分类器识别之后,将在原来的位置恢复括号及里面的缩写词。如果扩展形式识别为生物医学命名实体,则将缩写词和它的扩展形式分为一类。
2.3其它识别策略
为进一步提高系统识别性能,本文在识别阶段还采取如下策略:(1)利用括号对该方法通过检测两个相互匹配的圆括号,方括号和双引号是否被识别为同一个生物医学命名实体来进行处理,如果是将它
们视为同一个实体,如果不是,不做处理。(2)对and/or连接的生物医学命名实体进行处理。如果由and/or连接的两个生物医学命名实体修饰的是同一个名词,则把它们合并成一个实体。(3)利用启
发式语法结构。在生物医学文献中,有些语法结构对生物医学命名实体的存在及其类别具有提示作用,能起到很大的启发作用。如twodiscretecomplexesNFX1.1andNFX1.2,可以推断“NFX1.1”和
“NFX1.2”属于protein类别,因为它们都是“complexes”,而“complexes”是protein类别的高频后缀词。(4)过滤掉一些不相关词。过滤掉一些不相关词,看似物理单位的形式,如:kg、min、ml
等;看似人名的形式,例如:Milleretal.等。
2.4结果及讨论
本文实验使用的语料是JNLPBA2004[11],其中训练语料为2000篇,测试语料为404篇。实验结果由精确率(P)、召回率(R)和F测度(F)评价,且使用全部匹配模式进行评价。JNLPBA测评要求识别出
protein、DNA、RNA、celltype和cellline五类生物医学命名实体。本文设置了这样实验,首先利用选取的特征,训练实验数据得到CRFs模型,得到了66.09%的F测度,加入缩写词处理办法,系统识别性
能有了些提高,F测度达到68.61%,再加入其它识别策略,系统识别性能又有了提高,F测度达到70.52%。如表1所示,第1行baseline是初始的CRFs模型识别性能;第2行是加入缩写词得到的识别性能,F
测度比baseline提高了2%多,第3行进一步利用本文的其他识别策略,F测度提高了近2%。中列出了本文实验系统和JNLPBA专题会议相关系统比较的结果,该方法取得了较好的效果。从实验可以看出,利
用本文选取的特征,达到66.09%的F测度,说明选取的这些特征对生物医学命名实体识别研究是有效的特征。利用缩写词、括号对等识别策略提高了识别性能,主要是因为这些识别策略可以帮助识别CRFs
模型未识别的生物医学命名实体,还可以帮助CRFs模型调整类型标注错误,将错误识别出来的候选词过滤掉,使得本文实验取得了很好的效果。
3结束语