生物医学学员创新能力培养

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1引言

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。

（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。

5结语

军事生物医学工程本科人才培养的目标要求我们培养的人才不仅具备扎实的理论知识和较强的实践能力，而且应该具有应用相关工程技术解决军事医学和部队卫勤保障中问题的能力。生物医学工程专业学员的创新实践能力的培养必须围绕这个总原则设计好实践教学的课程体系，并在探索中不断总结和完善。