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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:生物医学工程;专业建设;问题;对策
我国生物医学工程自上世纪70年代创建以来,发展相当迅猛,其学科定位、产业效益和发展前景越来越得到社会认同和重视。截止目前,全国约90余所高校设有生物医学工程专业,其中医学院校约13所。如何充分发挥医学教学资源优势,积极探索适合生物医学工程专业的教育培养模式,建设具有鲜明医学院校特色的生物医学工程专业,培养复合型高级工程技术人才,是医学院校值得思考和探讨的重要问题。
1 生物医学工程学科特点
生物医学工程学科是运用现代自然科学和工程技术原理与方法,从工程学的角度研究生物体(特别是人体)的结构、功能及其相互关系,揭示生命现象、探索生命本质,研究和开发用于防病治病、人体功能辅助及卫生保健的人工材料、制品、装置、系统和工程技术的一门综合性学科,是理工类学科与生物医学学科深度交叉、高度融合的边缘性学科,所涵盖的领域十分广泛,具有“覆盖广、交叉深、发展快、变化多”等其他学科不具有的特点。
2 当前我校生物医学工程专业情况
1)招生情况
我校2010年4月申报生物医学工程专业,2011年正式招生。2014年首届生物医学工程专业学生顺利毕业,到2015年本专业在校生共169人。
2)主要专业课程
生物化学、人体解剖生理学、生物医学工程导论、C语言、电工学、信息技术、模拟电子技术、机械制图和AutoCAD、数字电子技术、计算机原理与接口技术、临床医学概论、信号与系统、医学影像技术学、医学检验仪器、医学图像处理、医学影像学、医学传感器、医学影像原理与设备、医学电子仪器原理与设计、医用激光仪器、放射物理原理与肿瘤治疗技术等。
3)就业方向
本专业学生毕业后适合从事医院设备的操作、管理和维护,在医学设备经营公司从事经营管理和技术服务,以及在相关的研究机构、生产企业从事产品的辅助开发、制造和技术管理等等工作。
3 我校生物医学工程专业建设的问题分析
医学院校具有很深厚的医学大背景,具备丰富的医学类学科教学资源和优越的临床设备实践条件等优势,生物医学工程学科和临床医学能紧密结合,但同时因学科体系不完善、教学师资力量比较薄弱、专业实验室建设投资大等影响因素,一定程度上制约了生物医学工程学科专业的高效快速发展。
1)理工学科体系不完善。我校是地方性医学院校,王牌专业当然是基础医学和临床医学等医学类专业,而工科专业都相当“年轻”。而生物医学工程专业学科涵盖面非常广,几乎可以用“包罗万象”来形容,如果用“学科频谱”来描述学科涵盖面宽度,生物医学工程无疑是88个一级学科中“频谱宽度”最宽的学科。我们学校尽管针对医学类专业的学生一直有开设了医用物理、医用高等数学等基础学科,但相比理工科院校要薄弱很多,而且缺乏材料、自动化、电子等重要工程学科的有力支撑,这些支撑学科的缺少会导致相应课程设置不完善以及综合性实践训练平台缺乏,学生无法系统地学习工程类课程,得不到系统扎实的工程技术训练,影响人才培养目标的整体实现。
2)复合型师资严重缺乏。要实现培养医工结合与交叉的复合型高级工程技术人才目标,首先要建设一支医工结合与交叉的复合型师资队伍。在我校,具有医学教育背景的教师资源比较多,而具有理工科教育背景的老师却不多,既懂医学又懂工程技术,能将工程技术与医学需求紧密结合起来的复合型、交叉型、融合型师资就更加少之又少,教师队伍知识结构普遍不够合理,与各相关学科交叉融合能力弱,这些现状一定程度上影响了课程体系构建以及教学质量和人才培养质量。
3)学生专业思想不牢固。生物医学工程作为一门新兴的边缘学科,知名度不高,社会、家长、学生都不是很了解生物医学工程是个怎样的行业,甚至容易和其它名字相近的专业如:生物工程、医学工程、生物技术等专业名称混淆,导致第一志愿填报的学生寥寥无几,第一志愿填报医学院校的生物医学工程专业的更是几乎为零。统计我校几年来招生情况可见,几乎所有的生物医学工程专业的学生都是调剂生,也就是入学时专业思想就不太稳定。加之其专业知识覆盖面广,涉及领域跨度大,专业知识体系复杂,专业课程内容在各学科之间交叉频繁,本科学生对本专业缺乏深入的了解、足够的信心和学习热情;生物医学工程专业学生所学知识普遍存在“宽瓜不精”,“广而不细”等问题,相比医学影像技术学专业,就业时处于劣势;部分学生由于学习任务重、压力大,导致学习积极性、主动性不高,专业思想不够牢固,甚至影响到专业整体的学习风气。
4 对策初探
医学院校要紧扣医工结合的复合型高级工程技术人才培养目标,突出学科交叉综合培养、工程技术意识培养、创新能力素质培养,加强学科之间的有科学融合,深化教学改革,加大教学投入,改善教学环境,加强队伍建设,充分发挥医学院校资源优势。积极探索具有医学院校特色的生物医学工程专业教育培养模式,构建科学合理的课程体系和实践教学体系,不断提升生物医学工程人才培养质量。
1)积极探索与理工院校联合培养的教育模式。综合性大学与医学院校在生物医学工程专业学科建设方面优势互补、劣势互存。综合性大学具有完善的理工类学科体系,工科师资队伍力量比较强,基础课程比较成熟,实践教学条件平台比较完善,在工程技术人才培养方面具有完善的培养体系和成熟的培养经验,但缺乏医学类学科教学资源和临床实践条件,缺乏与临床需求紧密结合的先决条件。因此,医学院校要在充分发挥自身资源优势的基础上,积极探索与理工院校联合培养的教育模式,实现优势互补。校校联合培养实现资源共享、优势互补,提高育人质量。
2)积极探索与知名医疗企业联合培养的教育培养模式,实现产学研相结合。与医疗企业联合培养本身就可以很大程度上扩大专业的影响力,同时优化教学体系,解决学生实习就业等问题。学校有诸多附属医院,为医疗企业提供更多的产品使用方,同时为企业输送专业人才。是一个双赢的合作培养模式。另外,通过实施产学研相结合的培养模式,医学院校可强化与科研院所和医疗卫生机构的联系和沟通,充分发挥产学研各方主体优势,有效解决师资力量不强、支撑学科不完善、创新能力培养不扎实等瓶颈问题。实践证明,实施产学研结合,是生物医学工程高等教育的成功经验,也是培养高素质生物医学工程技术人才的必由之路。高等医学院校应树立研究与产业化并举的教育培养理念,深化教学改革,积极探索产学研相结合的教学培养模式。构建产学研一体化的最佳运行机制。
参考文献
[1] 中国科学技术协会,2008-2009生物医学工程学科发展报告[M].北京:中国科学技术出版社,2009.3期。
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
生物医学工程(BiologyMedicalEngineering,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,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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生物医学工程是现代工程技术与医学相结合形成的一门综合叉学科,其利用生物学、医学和工程的原理和方法,从事生命科学的理论与实践研究,研究领域极其广泛,实践性很强。生物医学工程专业教学实验平台以科学教育理论为指导,以人为本,科学设置实验项目,合理配置,资源共享,从而培养具有较强的实践能力和创新思维能力、具有医学背景的医学工程技术人才。以医学院校生物医学工程省级特色专业建设项目为基础,以体制和机制创新为保障,做好实验室建设规划,不断优化实验室建设布局,规范和加强实验室的管理,把实验室建设成为培养具有创新能力的高水平生物医学工程人才的重要培养基地。
1实验室建设理念与改革思路
为了培养学生熟练的实验操作能力和良好的实验设计能力,我校确立“三模式(基础实验教学、基本技能实验教学和专业提高实验教学模式),一体化,三层次(基础性实验、综合性实验和设计创新性实验)”的实验教学体系。现已开设的基础实验有数字电路系列实验,医学电子学基础系列实验,模拟电子技术系列实验,Matlab仿真实验等;综合性实验有DSP系列实验,THDGP-2单片机系列实验,THQC-1传感器特性综合实验等;创新性实验有医学仪器设计系列实验,超声设备设计及故障排除系列实验等。以学生为本,进一步强化实验技能的训练,加强启发式、互动式、研究式的实验教学方法。适当加大综合性、设计性实验的比例,进一步提高综合性实验的质量,进一步强化学生的实验教学与科研实践环节的联系,形成具有医、工特色的创新型实验教学模式。在实验进行中,充分发挥学生的主观能动性,培养学生分析实验中出现的各种现象,自己解决实验过程中遇到的具体问题,评价实验结果的可靠性。
2实验教学特色、成果
2.1建立体现生物医学工程特色的实验室
我校依据工程学、生物学和医学学科相互渗透、支撑的专业建设理念,共建有医学信号及图像处理、普通医疗仪器、医学传感器与信号测量等5个专业实验室和1个医学图像处理研究室,拥有的仪器设备价值约200万元。正在建立基于虚拟仪器的医疗仪器设计实验室、医学传感器实验室、医学信号分析实验室、影像设备实验室、医学物理实验室,建成的实验室为我校生物医学工程专业及其他相关专业的学生增加动手实践能力提供良好的实验平台。
2.2优化生物医学工程实验课的内容,构建医工特色的课程体系
目前大多数综合性院校生物医学工程专业的毕业生缺少医学知识,不能很好地满足医学领域技术要求。依据医学院校生物医学工程专业特点,结合我校学生实际情况和实验室现有条件,自编一系列具有医工结合特色,符合医学院校生物医学工程专业学生特点的实验教材,如《医学仪器原理实验指导》《医学超声技术学实验指导书》《医用传感器实验指导书》等与生物医学工程专业密切相关的综合性实验和研究性实验的学生用书,培养学生的实践能力和创新能力,为开设综合性和研究性实验提供重要资料。
2.3加强实验技术队伍建设
培养理工医结合的复合型人才,必须有一支与培养任务相适应的高素质教师队伍。我们采取的措施是双向融合。在师资队伍整体建设上,实现理工医的整体规划。目前由医学背景,工学背景的混合结构组成的教师队伍,保证了实验教学与理论教学相互促进、共同发展,提高了实验教学与管理的水平,促进了实验教学的改革,有效地提高了实验教学资源的使用效率。生物医学工程专业现有专任实验教师9名,其中省学术与技术带头人、省优秀教师、省教学标兵1人。教授1人、副教授1人,高级职称教师比例占33.3%,具有硕、博士学位者6人,占教师总数的67.7%。本专业全部师资可以按照学历教育背景划分为:医学类师资,如影像诊断、放疗医师等;理工基础类师资,如生物医学工程基础课教师等;理工医结合类师资,如影像设备学专业教师、影像技术专业教师、放疗技术专业教师等。由这些教师组成复合型师资队伍群体,来完成复合人才的培养任务。融合的原则是:脱产培养与在职培养相结合、短期培训与长期培养相结合、国内培养与国外深造相结合、岗位培养与人才引进相结合。鼓励青年教师跨专业考研、考博。对理工毕业的中青年教师,制定制度、实施医学再教育。根据专业需要,安排理工类教师和临床教师共同参加科研课题研究。我系与护理学院临床专业长期建立合作关系,共同研发了基于Labview的分娩机制系统,静脉注射速度控制仪等。通过这些双向融合过程,培养一批达到理工医知识融会贯通、具有复合型知识结构的优秀师资。
2.4建立4个多媒体实验室
为满足现代化、信息化实验教学的需求,建立多媒体实验室可以较好地演示实验教学信息,把微观的知识形象地展示在屏幕上,形象生动,学生便于理解。在实验室内配备投影仪,教师可以方便地使用各种多媒体设备进行现场演示,使讲课、参观、演示、实验等均在实验室内进行,形象化的教学既激发了学生的学习兴趣,又为教师授课提供了方便。目前,实验室运用红蜘蛛软件,在局域网上实现多媒体信息的教学广播,集同步教学、控制、管理、音视频广播、网络考试等功能于一体,并同时实现屏幕监视和远程控制等网络管理的目的,提高了教学效果。
[关键词]生物医学工程;影像技术学;教学体系;实践教学
生物医学工程专业是一门现代医学和医学工程技术相互结合的学科,主要在理工科院校开展,作为一所以医学教育为主的高校,在生物医学工程专业培养中,注意与医学临床实践紧密结合,侧重医疗器械实践培养。该校生物工程专业前身为医学影像学(工程方向),自1999年开办至今,根据实际情况,不断修正培养培养,重视理论与实践相结合,不断提高学生的实践能力,以“工程素质高、实践能力强”的应用型专业人才培养,为培养目标。
1该校发展历程
牡丹江医学院自1958年创立以来,目前已经拥有近60年的教学历史,1997年6月,学院通过了原国家教委本科教学评价,成为全国首批本科教学评价合格院校。从最初的名不见经传到现如今的发展壮大,牡丹江医学院在学科建设、师资力量及科研投入上均下足了功夫。尤其重视实践教学环节,在教学、科研、实习和就业方面均走在了同级别院校的前列。
2生物工程及影像技术的发展背景
生物医学工程(BiomedicalEngineering,BME)是结合物理、化学、数学和计算机与工程学原理,从事生物学、医学、行为学或卫生学的研究;提出基本概念,产生从分子水平到器官水平的知识,开发创新的生物学制品、材料、加工方法、植入物、器械和信息学方法,用于疾病预防、诊断和治疗,患者康复,改善卫生状况等目的[1]。近几年来,我国的医疗体制变革正处在快速时期,理工类科学技术在医学领域,尤其是生物医学中的应用范围也越来越广,因此对于具有较高专业素养和应用能力的人才需求就更加急迫。“卓越工程师教育培养计划”(简称“卓越计划”)是国家教育部贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》和《国家中长期人才发展规划纲要(2010-2020年)》的重点大力项目[2],同时也是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的一项重要措施,该政策旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才,为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务,对促进高等教育面向社会需求培养人才,全面提高工程教育人才培养质量具有十分重要的示范和引导。医学影像技术是医学专业其中一门[3]。我国在2006年时出台了改革政策,将医学影像学专业区分为两种学制不同的专业进行教育,此教育模式早在上世纪西方某些发达国家就已经出现,并取得了较好的教育结果。4年制医学影像技术是专门从事影像技术与操作方面的工作的一类高精尖技术人才,在仪器操作及治疗剂量控制方面的能力水平要明显优于五年制的医学影像学专业学生[4]。
3该校学科建设情况
该校拥有较高规格的影像实践基地,该基地初建于2003年,现拥有6个实验区,47间实验室,建筑面积达3000㎡;配备X线机(常规X线机、程控X线机、高频X线机)、CT(螺旋CT、往复式CT)、MRI(超导MRI、小型MRI教学仪)、ECT、DSA、超声(彩超、黑白超、数字超声教学仪)、直线加速器、模拟定位机、麻醉剂、体外碎石机、血液透析机、激光相机、洗片机、高压注射器等50余台设备,总价值达1000余万元。可满足生物医学工程、医学影像技术专业的专业课的实验课、实验室开放等教学活动,可以为学生提供大量的实践动手机会。亦可带领学生参与医院大型设备的拆卸、搬运、安装、维修等工作,让学生得到“实战”的机会。该校于2013年在医学影像学院增设4年制生物医学工程专业、医学影像技术专业,培养方案与原医学影像学专业(工程方向)(5年制)不同,《医学影像设备学》作为重要的专业课之一,教学大纲亦作调整。根据医学生物工程专业、医学影像技术专业的特点,进行教学改革。理论课删减部分陈旧设备相关知识,如压缩常规X射线机结构、功能、工作原理及电路分析的讲解,由学生课余时间自行学习讨论。在实验课改革方面,删减部分陈旧实验项目,让学生多多地参与实验课教学互动中,增加学生实践动手机会,锻炼学生独立分析问题、解决问题的能力。同时针对医学生物工程专业、医学影像技术专业每学期均进行实验室开放,由老师指导学生进行DSA设备的安装,X射线机设备的局部改进设计等。积极组织指导生物医学工程专业、医学影像技术专业学生进行大学生科研立项,近几年该教研室共指导黑龙江省大学生创新创业训练计划项目、牡丹江医学院大学生科研项目共6项,例如:“常规X线机灯丝加热电路改进”。该校积极开展校企合作联合培养学生,2016年1月,医学影像学院经实地考察,与北京威格瑞技术服务有限公司等8家医疗器械公司达成合作。2016年7月,首届2013级医学生物工程专业、医学影像技术专业学生进入公司进行生产实习。2017年7月,经调查反馈,一年来各家医疗器械公司均能按学校要求培养学生,实习效果非常理想,多位学生实习表现优秀,被实习公司正式录用。校企合作模式将继续开展。医学影像学院于2013—2014年编写的高等学校改革创新教材、医学影像专业特色系列教材中,影像设备教研室针对生物医学工程专业、医学影像技术专业编写了《医学影像设备学实验指导》《医用常规检验仪器》《医用传感器》《临床设备学》4本理论及实验教材,并已投入使用。该校现已将生物医学工程专业、医学影像技术专业培养方案的修订已提上日程。
4未来学科发展模式
4.1加强实践教学环节
以教学改革为中心,以培养学生的创新实践能力为只要目的,在不断提升实践教学设施基础的同时,坚持理论教学为基础的主要宗旨[5],让学生在扎实掌握理论基础后,运用先进的实践教学来不断地提升、完善自己的综合技能[6]。使学生在此教学模式下,可以将专业发展为:拥有扎实的理论基础、培养良好的专业素养、形成独特的专业特色的优秀学科[7]。
4.2确立学生在实践教学中的主体地位
无论在学科建设中进行怎样的改革,其宗旨都是培养优秀的毕业生能被社会所用[8]。因此学生在实践教学中的主体地位就显得尤为重要[9]。因此让学生提早进入医院及工厂进行实习,不仅可以开阔学生的视野,而且可以使其在即将进入工作岗位前掌握一定的基本操作技能,在今后的工作中更早上手,从容地应对工作中的一系列问题。在教学中主动聆听学生的意见,根据学生的不同呼声对于教学方案进行及时的调整,尽最大可能地覆盖尽量多学生的特点,提高教学效果[10]。
4.3加强师资队伍建设
学校通过多种途径提高青年教师的学历及教学水平,并在教学实践中不断地提高,逐步培养一支结构合理、理论基础扎实、实践能力过硬、教学效果明显的优秀教师队伍[11]。
4.4建立教学评估及监控体系
完善的一套教学评价及质量监控系统是保证人才培养质量的一项重要措施[12]。建立一套过硬的实践教学基础、完善的实践教学过程、科学的实践教学效果评价、严格的教学质量监控体系,对于加强对整个实践教学工作的宏观调控、保障实践教学体系的落实、高素质应用型创新人才的培养都起到了十分重要的作用[13]。
[参考文献]
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[4]陈月明,孟雪.基于工程性和实践性的课程设置模式探索与实践—以安徽医科大学生物医学工程专业为例[J].安徽广播电视大学学报,2017(1):87-91.
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关键词:生物医学工程专业;理工院校;解剖生理学
作者简介:李小慧(1980-),女,黑龙江铁力人,南京邮电大学地理与生物信息学院,副研究员;吴建盛(1979-),男,江西抚州人,南京邮电大学地理与生物信息学院,讲师。(江苏 南京 210003)
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)10-0161-02
生物医学工程(Biology Medical Engineering,简称BMI)是综合生物学、医学和工程学的理论与方法而发展起来的新兴交叉学科,其主要是运用工程技术手段,在多层次上研究生物体特别是人体的结构、功能和其他生命现象,研究用于防病治病、人体功能辅助及卫生保健的人工材料、制品、装置和系统的工程原理的学科。[1]自20世纪70年代末以来,国内许多综合或理工科大学、医学院校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]
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,生物学和医学知识的学习就具有非常重要的作用。现在大多数院校的生物医学工程专业都开设了解剖学、生理学、生物化学、分子生物学、基础生物学等必修基础生物学或医学课程,旨在让学生了解生物体的基本构造及生命现象的本质,掌握一定的医疗常识,为学习如何把工程技术应用于医学领域打下基础。
人体解剖生理学是研究人体各部分正常形态、结构及人体生命活动的规律或生理功能的科学。[3]作为生物医学工程专业的一门重要专业基础课,它包含了解剖学和生理学两门学科的内容,并且涉及到组织学、胚胎学、细胞学和分子生物学等多个学科的知识,内容广泛并且复杂抽象,对于缺乏生物学相关知识基础的生物医学工程专业的学生来说,是一个难题。南京邮电大学是以工科为主,信息科学为特色的理工科院校,生物和医学知识的教学相对薄弱。如何扬长避短,使解剖生理学知识与学生工程类的专业知识有机融合,是摆在教师面前的一项重要任务,也是教学过程中需要不断思考和努力解决的问题。
一、教学现状及存在问题
1.教学基础薄弱
南京邮电大学是以理工科为主的高校,生物医学工程专业在南京邮电大学起步较晚,工程类课程依托南京邮电大学理工教学和科研的工作积累,具有良好的基础。然而,生物和医学类课程基础较为薄弱,教学基础和实验条件与医学或者综合院校相比都有很大差距。
2.课时有限
生物医学工程专业属于前沿的交叉学科,专业囊括的知识面广,专业所学课程较多,数学、电学、计算机科学相关课程占了很大比例的学时,给生物和医学理论知识分配的学时有限,例如人体解剖生理学课程只有48个学时,但这门课程包含了解剖和生理两门学科,教学内容丰富,学时相对不足。学生的生物和医学类知识薄弱,也给教学带来了一定困难。
3.学生兴趣缺乏
信息科学是南京邮电大学的特色和优势,生物医学工程专业正是依托于南京邮电大学通信与信息工程学院的教学和科研基础而创建的,学校通信、电子和计算机等信息领域的学习与研究氛围浓厚,加之上述专业找工作容易,在这种环境下,学生会自觉将兴趣转移到通信、电子和计算机等方向,无法建立对人体解剖生理学的学习兴趣。另外,人体解剖生理学知识多、复杂抽象的学科特点,也容易让学生产生畏难和厌学的情绪。
二、教学体会和思考
在学时有限和学生兴趣缺乏的情况下,如何利用有限的课堂讲授时间,使学生更好地掌握解剖生理学知识,是摆在授课教师面前的突出问题。笔者针对在人体解剖生理学教学中遇到的实际问题,结合南京邮电大学生物医学工程专业的培养目标,根据教学过程中的体会,提出以下几点思考。
1.引导和培养学生兴趣
解剖生理学是专讲正常人体形态、结构和功能的课程,向学生强化学习解剖生理学就是认识自己、了解自己的观念。但是如果单纯讲解课本上解剖和生理学的知识,学生仍然是被动接受,缺乏兴趣。因为解剖生理学的一些知识与学生日常生活密切相关,在课堂教学中可以穿插讲授一些卫生保健的知识或者一些学生感兴趣的问题,让学生知道课堂知识能够在日常生活中学以致用,自然而然会产生兴趣,主动去学习。例如,在讲到呼吸系统时,就结合生活现状,介绍吸烟的危害、雾霾天气呼吸系统疾病的预防等;在讲到循环系统时,可以介绍如何预防心血管疾病。对于女生感兴趣的减肥和护肤的话题,在讲授消化系统和皮肤章节时,适时介绍节食减肥的危害和正确保养皮肤的方法。此外,身体是解剖生理学最好、最直接的“教具”,在课堂教学中,可以增加互动,让学生参与进来,这样不仅可以加深学生的直观印象,还可以活跃课堂氛围,从而激发学生的兴趣。例如,在讲授解剖学知识和常用方位术语时,可以请学生到讲台上来做示范,使学生轻松掌握这些知识。
2.课程教学与专业结合
生物医学工程专业的目的是运用工程技术手段解决医学中的有关问题,保障人类的健康,为疾病的预防、诊断、治疗和康复服务。在讲解解剖生理学知识的同时,一定要将生物医学工程专业的目标和意义贯穿其中,不仅能加深学生对专业的认可度,而且有助于对解剖生理学知识的巩固。例如,在讲解运动系统的关节内容时,介绍完关节结构和功能后,可以向学生系统介绍人工关节的相关知识,包括人工关节的发展历史、使用的材料及应用疾病等。在讲解呼吸系统和循环系统时,可以介绍人工心肺装置的构造以及在外科手术中的重要意义。总之,在解剖学教学中,应结合知识点介绍相应的器官是如何人工制备,如何实现相应的解剖和生理功能等内容。通过将解剖学知识与工程学知识有机结合,不仅可以拓展学生的知识面,还可以促进学生对专业方向的理解,培养学生发现问题和解决问题的能力。
3.简化课程内容
解剖生理学课程存在学时少、实验少、内容多等问题,在课时的安排上要符合生物医学工程专业的需求。基于上述考虑,将课程重点放在解剖学上,有选择地介绍生理学内容,对于未介绍的知识,建议学生自学。对于解剖学部分,对运动系统、内脏学和心血管系统重点讲授,对神经系统、感觉系统和内分泌腺部分有所删减,目的是为了加深学生对人体结构的掌握和了解。此外,我们精心钻研教材并设计教学大纲,了解课程的教学重点、难点,在课前对学生较难理解的部分设计好教学方法和模式,力争用简练、易懂的语言讲解课程内容,消除学生畏难、厌学的情绪。
4.充分发挥多媒体教学的优势
解剖生理学教学需要向学生展示很多人体结构,涉及名词非常多,很多学生反映较难记忆。制作集合声音、文字、图片、动画、视频等多种媒体信息的课件来辅助教学,可将人体结构直观化,人体功能原理图像化和动态化。从视听的角度强化学生的理解和记忆,提高学生课堂的学习效率。另外,使用多媒体课件也能弥补理工科院校实验条件的缺乏和教学标本的不足。但在使用多媒体教学方法的时候,教师不能脱离传统的教学方式,因为多媒体教学资料虽然直观易于理解,但知识零散且容量大,会影响学生的系统理解和记忆。教师应适时进行必要的讲解, 对于重点、难点应在课堂上充分讨论,并征求学生意见,控制好教学的节奏。
参考文献:
[1]邓玉林,李勤.生物医学工程学[M].北京:科学出版社,2007.
【关键词】案例教学生物医学工程工程伦理
一、案例教学法简述
案例教学法顾名思义,是基于案例分析的一种教学方法,最早起源于二十世纪初的哈佛大学[1],如今被广泛的应用在金融、法律、心理学、和建筑等工程学专业领域的教学中。通常采用的方式是教师设计或根据真实事例展示一个从不同的出发点考虑会带来争议的困境(一个案例),然后将学生置于决策者的角色,通过学生的个人思辩和开展团队讨论,引导他们得到解决方案。案例方法与其他教学方法截然不同的是,案例教学法要求教师不再一味的灌输给学生知识或者对问题的见解,教师的主要任务是引导和激励学生自己设计每个案例中问题的解决方案并为自己的方案辩护,充分调动学生的积极主动性。案例教学法的优势显而易见,因为案例源于现实事例,为抽象的概念和理论提供了应用的实体平台。学生通过整理和分析案例中提供的数据,快速检索相关理论,得出结论并提出各自的解决方案,再通过团队合作和集体讨论探索不同的解决方案并权衡每个解决方案的利弊。这整个过程强化了学生理论知识的同时,锻炼了学生调研的能力(主要指搜集和分析数据来支持自己的观点)、评估和审辨对立观点的能力、公正的从多角度考虑问题的能力、合成不同角度的信息经过权衡得到折衷解决方案的能力[2]。最终对问题解决方案的提出更是给学生带来学习的正向反馈,促进学习过程的良性循环。为了达到预期的教学效果,案例教学法的实施其实对教师提出了更高的要求,需要任课教师对每个案例做深刻的分析,在案例的选取、展示方式、引导案例分析的走向上都要做好充分的准备工作。
生物医学工程(biomedicalengineering,BME)是应用自然科学和现代工程技术的原理与方法,多层次研究人体结构、功能及其生命现象,研究用于防病、治病、人体功能辅助及卫生保健的制品、材料、装置和系统的交叉性边缘学科。其主要的特点是多学科交叉、理工医结合,工程性和实践性很强。在军医大学这样的医科院校中培养工程技术人才,必须要改变原有培养医科学生的模式,采取适应工程技术人才培养特点的教学体系,突出工程性,强调实践性教学。改变现有实践教学模式,构建新的实践教学体系,是生物医学工程专业建设和人才培养中需要体现的重要内容[1]。
2生物医学工程专业学员创新实践能力培养的探索与经验
我校生物医学工程专业五年制本科人才培养的目标是:“面向我军卫勤保障的需要和军事医学的发展,培养具有生物医学、电子技术、信息技术和军事医学电子卫生装备等专业知识,具备将生物医学与电子信息技术相结合的能力,能够从事军事医学电子卫生装备研究、设计、管理、使用和维修工作的高级工程技术人才。”由于我校生物医学工程专业的培养方向是生物医学电子工程,这是一门科技含量高、技术密集、应用性强的学科,其基础理论、创新探索都必须依赖实践来验证。因此,实践教学占据着战略性地位,是培养创新型人才的关键环节。根据我校生物医学工程人才培养目标,突出工程特性,培养具有电子技术创新精神和实践能力的人才是该专业建设的基本任务,学生的综合素质和创新能力不仅需要通过基础理论和专业理论的学习来培养,更要通过实践教学各个环节来锻炼,以使学员不断提高创新实践能力并将所学理论知识和实践技能应用于实际医学问题的解决中。我们主要采取了以下做法:
2.1注重基本实验技能训练,重组课程实验教学内容电子技术与信息技术教学包含了一系列课程(电路原理、模拟电子技术、数字电子技术、信号与系统、数字信号处理、传感器原理、医学电子仪器等等),对这些课程的实验项目进行精选、整合、改造,实现以基础性实验、综合性实验教学模块为基础的分层递进的实验教学内容。对现有的实验进行优化整合,主要目的是配合理论教学,使学生熟悉理论知识和掌握基本实践技能,提高教学效益,在不增加现有实验课学时的前提下,适当开设综合性实验。
2.2培养综合运用知识能力,强化综合性设计性实验在专业基础课实验中,将过去模拟电子技术、数字电子技术等课程中的设计性实验设置为相对独立的综合设计性实验,主要通过自主探索的形式培养学生独立思考、协作攻关的精神以及解决实际问题的能力,以达到知识和能力综合训练的目的。具体方法是教师编列实验题目,提出技术要求。题目的难度与学生的水平相适应,题目的内容与专业方向及学生兴趣相吻合。学生以小组为单位自行选题,通过查阅文献资料,优化技术路线,独立开展实验等环节实施综合训练。使学生能够较系统地掌握从选题、方案论证、电路设计、电路实现以及装配调试,到最后的总结报告和文档整理等全过程的各个环节。通过上述实验课教学改革,有效调动了学生学习的积极性和主动性,培养了学生综合运用知识的能力和动手能力。
2.3开展多层次第二课堂活动,培养分析解决问题能力开展了多种类型和内容丰富的第二课堂活动,这既是课程教学内容的补充,也是实践教学不可缺少的环节。一种是普及性的第二课堂活动,内容力求覆盖面广、应用性强,既有教师选题,也有学生自主选题进行实验研究。从专业基础课开始组织,有效地丰富了学生视野,拓展了学习内容。另一种是提高性的第二课堂活动,对学习成绩优秀、钻研精神强的学生实行导师制,组织他们参加课外科技活动和全国性大学生创新设计竞赛等实践教学,让学生直接介入实际的科研活动中。通过第二课堂活动有效地发挥了学生学习的潜能,变被动学为主动学,培养了学生逻辑思维能力和分析解决问题的能力。
3我校生物医学工程学员实践能力培养模式的不足
目前,我校生物医学工程专业课程体系设置主要包括:公共基础课程、医学基础课程、工程专业基础课程、专业课程等4类。从实践教学的效果来看,目前这种模式存在2点不足:一是课程设置不科学,体系不完整,与国内外其他生物医学工程院校相比缺少专业选修课程、综合实践课程这2类课程[2];二是实践教学没有按照实践能力培养的规律进行设计。实践能力的培养必须从基础做起,由低到高逐次递进,以电子技术综合设计为例,在设计性实验中应当将主要精力用于方案设计和技术指标的实现上,但是部分学员由于电子工艺基本功不扎实,一些原本不应该出现的问题却由于焊接加工水平欠佳反复出现,从而影响了设计性实验的整体效果。由于工程实践能力包含了方方面面的素质要求,从设备使用、工艺掌握、器件选择、方案设计等等由低到高的各项能力的培养,是需要一点一滴积累并逐渐形成经验的一个长期过程,绝非一朝一夕之功,也不是某一门课程所能解决的,必须将其作为系统工程搞好顶层设计,在整个课程体系之中加以解决。创新实践能力的培训必须是多层次的并且贯穿始终的完整培训,需要完成包括基础电子工艺掌握、基本实验设备操作到复杂医学电子系统的设计等一系列阶梯式的体系化训练。使学生在大学期间,乃至研究生阶段,不间断地进行传统型、综合型、设计型和创新型等各种实践环节和各种社会实践活动,这对学生掌握扎实的基础理论知识和专业知识,提高独立分析问题和解决问题的能力,提高团队合作意识,提高创造性和竞争能力都大有益处[2]。只有经过这样训练的学生才能具备比较强的实践动手能力,能够有效地通过工程技术手段解决实际问题,从而满足用人单位和部队建设的需要。所以,建立健全完备的实践教学体系是当前深化教学改革,加强顶层设计的重要工作之一,必须按工程人才的培养规律设计科学合理的实践教学体系。
4构建生物医学工程专业学员创新实践能力培养体系的设想与建议
创新实践能力可分为基本技能—综合技能—设计技能—创新技能4个层次,不同层次的能力培养要有相对应的教学内容和训练方法,通常需要采用验证性实验—综合性实验—设计性实验—研究性实验等有针对性地加以训练。为实现创新实践能力的全面培养,必须改变传统的实践教学模式,把培养学生的创新精神和实践能力放在首位。以优化知识结构、提高综合素质为指导制定实践教学计划和方案,调整实践教学组织结构;安排大型综合实验设计课程和实践训练,形成科学合理、内容完备的教学体系和培养模式;构建良好的实践教学支撑环境。使学生在学校期间,不间断地进行传统型、综合型、设计型和创新型等各种实践学习环节和各种社会实践活动,使其创新实践能力不断发展,从而真正提高学生独立分析问题和解决问题的能力,提高创造性和竞争能力,这也是提高专业教学水平和与国际教育接轨的必然选择[3]。
4.1实践课程体系建设
为了更好地适应军医大学对生物医学工程人才培养的要求,根据培养生物医学工程专业学员创新实践能力的探索并结合其他院校在实践体系建设上的经验,我们认为生物医学工程专业课程体系设置应当涵盖公共基础课程、医学基础课程、工程专业基础课程、专业课程、专业选修课程、综合实践课程等6类课程。其中对于实践能力的培养应构建4个层次、5个类型的课程培训体系。
4.1.1基础课程实验
这一类实验的内容和方式比较传统,实验和课程内容的联系紧密,每门课程课内安排实验18学时。通过对授课内容的验证、实现与分析,帮助学生掌握基本理论和方法,锻炼学生动手能力,培养学生的基本工程素质。除基本实验外,一般要求至少安排一个具有综合性质的实验,能够对整门课程起到融会贯通的作用。对每一门课程的课内实践环节的安排和内容,都需要进行充分的论证,以保证每门课程实验内容的合理性。
4.1.2综合实践课程
这个训练层次的重要性体现在,使学生掌握应用工程技术解决实际问题的基本方法,同时培养其初步的创新能力。创新能力的获取必须要拥有扎实的基础,如果基础不牢,所谓创新是没有保障的,即便有非常新颖的想法,但是无法实现也是枉然。创新的方法往往产生于对传统既有方法的熟悉上,充分了解各种方法的特点,并根据对实际问题的分析提出有价值的建议,创造性地采用不同以往的方法和手段处理和解决问题。创新一定是无限的想像与有限的技术选择相结合的产物。通过这类实践课程训练学生对知识的综合运用,掌握工程技术解决问题的程序和方法,突出工程实践中关键环节的训练,实现对不同学习阶段的学员工程实践能力的综合培训,使其具备工程技术人员基本的实践能力。综合实践课程在进入专业基础学习阶段以后安排,将每学期的所有理论教学及考试在前18周内完成,余下的2~3周时间用于开设独立的综合实践课程。其具体设置安排见表1。
(1)电子工艺实习。主要培养学生在电子线路焊接、装配、调试、元器件识别、选择、基本仪器使用等方面的能力,组装具有实用价值的小型电路。安排这个训练的目的,主要是锻炼学员在电子技术应用中的基本操作技能,如果没有这个过程,直接进入电子技术课程设计阶段,就会出现因为电子工艺不过关造成的各种各样的问题,为电路设计和调试带来层出不穷的障碍。所以必须要有这个训练过程,以保证在后续课程中学生具有比较熟练和稳定的电子工艺能力,而尽量避免因为工艺问题造成的失败。
(2)电子技术课程设计。是在具备电子学基本实验技能的基础上,进行综合能力培养的实践训练课程,以电路设计为重点,内容侧重综合应用模电、数电知识,完成制作较为复杂的带有生物医学功能的电路或者小型电子系统(例如心电信号放大器)。一般是给出实验任务和设计要求,通过电路方案设计、电路设计、电路安装调试和指标测试、撰写实验报告等过程,培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力,提高电路设计水平和实验技能。在实践中着重培养学生系统设计的综合分析问题和解决问题的能力,培养学生创新实践的能力。
(3)虚拟仪器技术课程设计。掌握LabView在信号采集、处理、分析以及功能电路整合方面的应用,侧重于生物信号的处理及其虚拟仪器系统的设计。
(4)生物医学信号检测与处理综合实验。其目的是使学生在熟悉电子系统基本设计和数字信号处理主要方法的基础上,把现代信号处理理论与临床医学紧密结合起来,掌握常见的生物医学信号采集方法,医学信号传感器、采集仪器的使用,利用各种信号处理手段解决临床诊断与治疗方面的信号分析与处理问题。使学生了解医学信号处理系统的实现过程:医学信号信号采集信号处理信号识别与特征提取临床诊断,培养学生应用Matlab和LabView提供的各种处理方法解决医学问题的能力,并强调各种处理方法的硬件实现。
(5)现代医学仪器综合设计。在学生学完全部课程进入毕业设计前一个学期进行,学生综合应用所学过的基础课、专业基础课和专业课的基础理论、基本知识和基本技能,融合医学仪器课程内容,独立完成一个医学信号检测、处理、控制系统的设计、安装、调试,完成医学信号的数据采集和存贮、数据显示、数据分析和处理,通过对专业课实验进行的高度整合,让学生对所学知识进行高层次的融合。学生从本课程拟定的题目中选择,或者自己拟定题目,独立完成一个检测人体信号的小型医学仪器系统,并使所设计的软硬件系统达到要求的各项技术指标。学生通过该课程较系统地学习生物医学信号处理和控制方面的方法和技术,在生物医学信号处理技术、计算机技术、测量技术、控制技术及实验技能等方面得到全面训练,对医学信号的拾取、测量、处理、应用有一个系统地了解,从而在综合能力上得到培养,同时为完成毕业设计打下坚实的基础[4]。
4.1.3创新性课外科技活动
开展丰富多彩和形式多样的创新性课外科技活动,其主要目的是使学生在完成第二层次训练的基础上,了解学科前沿、开阔科技视野、激发创新意识,充分发挥和调动学生创新实践的潜能,结合军事医学应用和实际问题的解决开展研究性实践活动。结合我军卫勤保障和军事医学的需求,应用电子信息技术和电磁检测技术等生物医学工程学方法,有针对性地开展创新实验活动。从军事医学电子卫生装备设计思想的提出、技术指标的设定、研究方案的形成、工程设计的优化等方面训练学员,培养他们在我军军事斗争卫勤保障条件下解决军事医学问题的创新思维和创新能力,以此提高军事生物医学工程专业人才的综合素质。该层次的训练侧重于创新能力的培养,主要以第二课堂的形式围绕科研方向开展,也可以围绕专业选修课开展,并鼓励学有所长的学生积极申报学校创新实验基金,开展进一步的深入研究,并指导学生发表学术论文,申请国家专利。在条件成熟的情况下推荐他们参加各种类型的全国大学生科技竞赛。对于部分已取得较好成果的学员,可在此基础上直接进入毕业设计环节,并给予他们优先报考硕士研究生的资格。
4.1.4实习
临床工程实习是理论联系实际,培养学员分析问题、解决问题能力的重要阶段。通过临床实习,使学员进一步加深对专业课程理论知识的理解和掌握,全面了解现代化医疗仪器设备的基本原理、安装调试、维护保养,熟悉部分医学仪器结构特点和工作原理及存在问题,建立医疗卫生装备体系的基本知识架构,培养学员运用已学基础理论知识,初步分析和解决医学仪器设备实际问题的能力,为毕业后从事医疗设备专业工作,提升任职能力打下基础。
4.1.5毕业设计
毕业设计的质量可以衡量专业教学的水平,是学生毕业与学位资格认证的重要依据。毕业设计的开展将紧密结合学科研究方向和实际科研课题,把重点放在学员创新思维和能力的培养,充分发挥学员的主动性和创造性上。毕业设计注重以下能力的培养:(1)调研、查阅中外文献和搜集资料的能力;(2)理论分析、制定或设计实验方案的能力;(3)实验研究、综合分析和数据处理的能力;(4)交叉融合理工医等学科综合知识的能力;(5)外语、计算机应用和论文写作的能力;(6)综合应用工程技术手段解决实际问题的能力;(7)团队合作的能力。方法上让学生自由选题,独立完成毕业设计课题。针对要解决的实际问题,指导学生通过查阅资料,以互相讨论的形式逐步总结出解决问题的思路,要求学生利用计算机进行理论设计,并进行虚拟实验和仿真分析,经过比较优选出最佳方案,进而设计出实用的电子系统,完成系统的软硬件调试并达到设计技术指标;最后提供设计报告,接受专家组考评并通过答辩。通过毕业设计使学生了解科研的方法、程序和步骤,增强科研意识。这种对科学实践全程参与的教学方式可以全面培养和提高学生的科研素质、工程意识和创新精神,真正实现了理论和实际动手能力相结合的创新实践能力培养。
4.2创新实验室建设
创新实验室建设旨在针对我军面临的多样化军事任务,满足我军卫勤保障需求和军事医学发展需要,从军事医学电子技术教学与训练、军队卫生装备教学与训练等方面入手,与烧伤外科学、防原医学、野战外科学、野战内科学、军事预防医学、高原军事医学以及新概念武器防治学等军事医学紧密结合,以电子技术应用、装备教学实训为基础,培养应用军事生物医学工程的技术方法,解决部队卫勤保障和军事医学问题的创新实践能力。创新实验室主要服务于学员专业学习阶段,在第二课堂、创新实践、综合实验、军事医学课程设计、毕业设计、专业实习以及卫勤演练中对学员实施相关训练活动。从培养军队院校学员为军服务的意识出发,使其在学习训练中了解军事医学的主要问题,学会应用军事生物医学工程方法解决相关问题,同时提高创新实践能力,在这一过程中军事生物医学工程专业综合创新实验室的建设是必不可少的,这对于军事生物医学工程专业学员开展相关学习实践以及任职训练是必须要具备的一个基本条件。
1.1拓展实践教学基地目前,高校的实践教学基地主要包括课程的实验教学平台和校外见习、实习教学基地。实习基地一般是指具有一定规模并相对稳定的高等学校学生参加校内外实习和社会实践活动、实现人才培养目标的场所;实习基地的建设直接关系到实习教学的质量,对于培养学生的实践技能、创新意识、创业能力有着十分重要的意义。然而,在市场经济的发展与推动下,大多数中小型国有企业进行了改制,导致高等学校的很多专业在工厂实习的机会大大减少,并且教学体系中的“金工实习”几乎消失。由于生物医学工程专业与医学密切相关,并且医院具备大量的医疗仪器与设备,因此,医院成为生物医学工程专业校外见习、实习的主要基地。为了让学生更深入、更广泛地认识本专业以及本专业的市场需求与发展,校外见习、实习基地应该涉及多个单位与部门,比如:医院、生物医学工程专业相关企业、医疗器械检验与销售部门、电子产品生产企业等。目前,我校的生物医学工程专业改变了以往只在医院实习的状况,同学现在可以选择在医院或医疗器械公司实习。此外,我们还可以不断开拓校内见习和实习基地。校内见习与实习不仅节约了带教老师和学生的时间,还降低了见习、实习费用,同时也达到了实践教学平台共享的目的。比如我校的生物医学工程专业就可以选择临床技能中心之类的部门进行见习或实习。
1.2改进实践教学内容实践教学主要包括课程的实验教学、见习、实习、毕业设计等部分。为了训练学生形成由单一到综合的实践能力,加强学生对相关专业课程知识的综合理解和运用的能力,专业课程的实验除验证性实验外,还包括设计性和综合性实验及课程设计。在应用型人才的要求下,目前设计性、综合性实验及课程设计占专业实验的比重要求越来越大。作为生物医学工程此类交叉学科,毕业设计选题也应该突出专业特色,将工程技术应用到医学、药学、生物学等领域。对于中医药院校的生物医学工程专业而言,可以利用掌握的工程技术来解决中医中难以解释与实现的问题,比如:影像图像分析、脉搏仪、舌诊仪的设计等。在设计性与综合性实验中,可以借助虚拟仪器软件,进行虚拟与仿真实验,这样不仅可以提高学生的实践能力,还能够减少购买实验设备的成本。对于生物医学工程专业的学生,可以利用Labview软件自行设计体温、血压、心率等测试系统,不仅锻炼了自己的软件硬件设计能力,还能够利用自己设计的虚拟仪器进行生理参数采集等实验。目前已经有高校在尝试这种实践教学改革,本学科组也正在开展这方面的教学研究工作。为了巩固学生的理论知识,提高学生学习的兴趣和热情,对低年级学生在课堂之外可以成立兴趣小组,开展电子电路的初步实践,培养学生的动手能力。对于高年级的学生,可以设置开放性实验,培养学生的自学能力、分析问题和解决问题的能力。此外,也可以像过去的金工实习一样,让学生在大学二年级就有实习的机会,可以设计短期的校内或校外实习。对生物医学工程专业的学生可以选择校内的临床技能中心之类的部门进行实习,或者选择到校外的医院与企业进行短期的基础实习。
1.3建立校企合作平台校外实习基地虽然为学生提供了认识社会、了解专业的机会,但是实习提供动手锻炼的机会有限,而且学生不能够针对某一个问题进行深入探究。如果学校能够和企业合作,建立长期有效的实践教学体系,让学生在大学三年级就进入企业,开始特定目标的实践活动,这样可以更加有效地提高学生分析问题、解决问题的能力。
1.4拓展其它实践体系除了专业培养方案中设计的实践教学体系外,我们还可以拓展其它实践体系,比如鼓励学生积极参加各类大学生竞赛和参与教师的科研课题等,培养学生的自学能力、创新精神和团队意识。为了能让学生在参加竞赛的过程中真正地提高工程素质和专业技术应用能力,需要建立完善的辅导体系和鼓励措施。在学校方面,除了对获奖的同学进行奖励外,对所有参加比赛的同学应该给予学分鼓励;在学科方面,应该建立一种长期有效的专业辅导体系,每年将选派专业老师参加一些学术会议,并定期安排专业老师对学生进行指导,让学生能够更好更充分地准备各种电子设计大赛。此外,我们还可以开展课外科技活动,培养学生创业能力。鼓励学生组织、策划、参与各类科技活动,优化学生的思维方式,培养学生的创业能力及组织协调能力。比如:组织学生参加专业相关的国际、国内会议,了解本专业的发展动态;举办一些电子作品展,向本校其它专业的同学介绍我们的专业和特点等。
2结语