“醫(yī)學電子儀器原理與設計”實驗教學改革的探索

陸慧琴 周晶 沈曉燕

【摘要】介紹了南通大學生物醫(yī)學工程專業(yè)“醫(yī)學電子儀器原理與設計”實驗教學的開展情況，討論了如何結(jié)合生物醫(yī)學工程學科的特點及醫(yī)學電子儀器快速的技術發(fā)展狀況，以培養(yǎng)學生實踐動手能力、全面提升綜合素質(zhì)，提高教學質(zhì)量為教學目的，在教學內(nèi)容、教學方法等方面對“醫(yī)學電子儀器原理與設計”實驗教學進行改革的探索。

【關鍵詞】醫(yī)學電子儀器 生物醫(yī)學工程 教學改革

【基金項目】南通大學教學研究項目（2013B031、2011B38），江蘇省現(xiàn)代教育技術研究立項課題（2013-R-24812），江蘇省高等教育教學改革課題（2013JSJG232）。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）12-0202-02

生物醫(yī)學工程是生物醫(yī)學電子學、生物化學、生物材料、人工器官、生物醫(yī)學信號處理、醫(yī)學成像等多個領域交叉結(jié)合而形成的一門邊緣性學科，是現(xiàn)代工程技術向生物、醫(yī)學滲透并相互作用的必然結(jié)果。生物醫(yī)學工程主要是應用工程技術的手段，研究和解決人類疾病診斷、預防、監(jiān)護、治療、康復等方面的問題，并為醫(yī)學提供高技術含量的現(xiàn)代醫(yī)療儀器設備。生物醫(yī)學工程專業(yè)培養(yǎng)的主要是復合型的工程人才，強調(diào)培養(yǎng)學生自主學習能力，實踐動手能力和創(chuàng)新能力。因此，在人才培養(yǎng)訓練中必須重視實踐教學環(huán)節(jié)，引導學生在實踐訓練中主動學習，培養(yǎng)較強的觀察能力，分析、解決問題的能力，全面提升綜合素質(zhì)。

“醫(yī)學電子儀器原理與設計”是生物醫(yī)學工程專業(yè)本科生的一門核心的專業(yè)技術課程，內(nèi)容涉及到電路、電子技術、計算機原理、單片機、生理學、醫(yī)學傳感器、信號與圖像處理等相關課程，具有知識面廣、難度大、綜合性強的特點。在實驗教學過程中，如何結(jié)合專業(yè)特點以及課程本身的發(fā)展現(xiàn)狀，將醫(yī)學電子儀器的原理與設計方法系統(tǒng)地呈現(xiàn)給學生，在實踐訓練中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和科研能力，是我們?nèi)握n教師經(jīng)常思考的問題，也是迫切需要解決的問題。

一、南通大學“醫(yī)學電子儀器原理與設計”實驗教學的現(xiàn)狀

南通大學于2010年起開始招收并承擔工程類生物醫(yī)學工程專業(yè)本科學生的教育任務，由于專業(yè)成立的時間不長，專業(yè)的教學體系也不很成熟、不很完善，尚缺乏足夠的教學經(jīng)驗。在生物醫(yī)學工程專業(yè)“醫(yī)學電子儀器原理與設計”實驗教學方面，目前主要以驗證性實驗的開設為主，注重培養(yǎng)學生的以下能力：（1）進一步鞏固醫(yī)學電子儀器原理的理論基礎知識，熟悉各種常用醫(yī)學電子儀器的性能特點并對電路進行分析的能力；（2）常見生理參數(shù)檢測電路以及常規(guī)醫(yī)學傳感器的使用和調(diào)試能力；（3）利用所學的理論知識，設計簡單的生理參數(shù)檢測電路，掌握實驗方法，提高實驗分析能力和排除故障的能力；（4）實驗結(jié)果分析、總結(jié)和撰寫實驗報告的能力。

“醫(yī)學電子儀器原理與設計”實驗共16學時的教學時間，是在理論課后開設的實踐環(huán)節(jié)，實驗方式為一人一組，獨立完成要求的實驗。實驗內(nèi)容的安排是四個具體實驗，分別是：（1）常用醫(yī)學電子儀器工作原理及使用，主要了解腦電圖儀、肌電圖儀、數(shù)字超聲診斷儀、監(jiān)護儀等常用大型醫(yī)療檢測儀器的組成原理及性能指標，學習常用醫(yī)學儀器設備的使用方法；（2）血壓計的工作原理與實踐，要求學生掌握血壓直接測量法-導管術和幾種血壓間接測量方法及工作原理；（3）心電導聯(lián)及心電圖機使用，熟悉心電圖導聯(lián)及其電極連接方式，對ECG-6511型心電圖機的電路原理進行分析；（4）生物電放大器前置級的設計，了解設計過程中器件的選擇、電阻的匹配、前置級增益及增益分配，放大器總的噪聲系數(shù)。通過上述實驗，學生對于醫(yī)學電子儀器的基本原理、結(jié)構(gòu)、電路的理解得到了加深，鞏固了理論教學內(nèi)容，也提高了分析問題、解決問題的能力。但由于實驗以驗證性實驗為主，學生在電路設計和調(diào)試方法方面的了解較少，這在一定程度上限制了學生實踐動手能力和創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。

二、教學內(nèi)容的優(yōu)化

實驗教學是“醫(yī)學電子儀器原理與設計”課程教學中非常重要的環(huán)節(jié)，通過對常見醫(yī)學電子儀器中典型電路、信號檢測的分析、處理和設計，全面提高學生的動手能力和綜合分析解決問題的能力。鑒于實驗開展的重要性，我們對實驗內(nèi)容的優(yōu)化進行了探索。

“醫(yī)學電子儀器原理與設計”實驗的開設，必須與專業(yè)教學密切相關，配合專業(yè)發(fā)展并能夠適應專業(yè)的發(fā)展。而隨著電子技術和計算機技術、信號與圖像處理技術等的迅速發(fā)展，醫(yī)學電子儀器更新?lián)Q代也逐步加快，各種智能化、多功能化的儀器不斷問世，目前的教學內(nèi)容已不能完全滿足當前技術發(fā)展的需要。在實驗內(nèi)容方面，原有的實驗題目僅有四個，內(nèi)容較少，且多為驗證性實驗。為激發(fā)學生的主動學習興趣，可以結(jié)合生物醫(yī)學工程的專業(yè)特點拓展題目范圍，改變單一的按照實驗指導書做實驗的模式，增加設計性實驗和綜合性實驗。例如：（1）進行人體脈搏測量系統(tǒng)的設計實驗，引導學生掌握數(shù)字電路系統(tǒng)進行電路設計的方法；（2）進行心電放大電路的設計，使學生了解高共模抑制比、高輸入阻抗差動運算放大器的主要技術指標，通過仿真調(diào)試電路，分析改變電路中某些參數(shù)對共模抑制比的影響；（3）進行多功能脈沖理療儀制作的綜合性實驗，通過分析電路原理，制作理療儀的電路板、調(diào)試電路并在示波器上顯示，熟悉醫(yī)學電子儀器設計的整個流程。由于這些實驗的實用性較強，能充分調(diào)動學生的學習積極性。

但由于課時有限，所有實驗題目不可能全部完成，可以按照課程需要，將題目分為必做和選做兩類。對于基礎性、驗證性的實驗，可設為必做題目，要求所有學生都必須完成；而對于設計性、綜合性較強的題目，可設為選做，學生可從中選取一到兩個題目，深入的開展實踐研究。這樣不僅保證學生能掌握基礎的實驗方法和技術，也將極大的鍛煉學生的電路設計，分析問題、解決問題的能力。

三、教學方法的改革

（一）優(yōu)化實驗環(huán)境，改進實驗手段

實驗教學手段和實驗環(huán)境、設備的相對落后將在一定程度上制約實驗教學的質(zhì)量，為提高實驗教學質(zhì)量，必須積極優(yōu)化教學環(huán)境，改善實驗方法。作為任課教師，應積極關注計算機技術、通信技術和電子儀器技術發(fā)展的時代背景，把先進的知識引入到“醫(yī)學電子儀器原理與設計”實驗教學的環(huán)節(jié)中來，使學生把握電子儀器技術領域國際國內(nèi)最新發(fā)展動態(tài)和研究方向，開拓學生的視野。我校生物醫(yī)學工程專業(yè)在“醫(yī)學電子儀器原理與設計”實驗教學中引入了美國國家儀器公司（NI，National Instrument）生物醫(yī)電教學平臺，它是一個將硬件和軟件組合成一體的完整的虛擬儀器實驗教學套件，主要包括數(shù)據(jù)采集硬件和LabVIEW虛擬儀器軟件。該平臺集成了多個實驗室常有的通用儀器的功能，包括示波器、數(shù)字萬用表、函數(shù)發(fā)生器、波特分析儀等，實現(xiàn)了教學儀器、數(shù)據(jù)采集和實驗設計一體化，可以進行電子線路設計、信號處理及系統(tǒng)分析與設計。NI還提供了一套生物醫(yī)電教學傳感器套件，包含7種傳感器用于生物醫(yī)電教學實驗設備，有：血壓傳感器、手持式心率計傳感器、心電圖傳感器、氧氣氣體傳感器、肺活量傳感器、體表溫度傳感器和握力傳感器，幫助學生方便的認識、采集和處理生物信號，有效的掌握生物醫(yī)電教學中的知識信息。

（二）開展多樣化的分組模式

在實驗教學過程中，可以按照原有的教學方式，一人一組獨立完成規(guī)定的實驗內(nèi)容。但在某些設計性、綜合性較強的題目上也可以開展多人一組的小組學習模式，一個小組一般由3到5人組成，在實驗過程中共同討論，互幫互學，既有分工，又有合作，一起設計電路方案，制定電路和元器件選定，進行電路實現(xiàn)和調(diào)試，這樣可以充分調(diào)動每位學生參與設計的積極性，培養(yǎng)學生的動手能力和團結(jié)協(xié)作的精神。實驗完畢后，要求每位學生及時總結(jié)設計和實驗過程中的出現(xiàn)的問題、解決方法和設計體會，并每人提交一份實驗報告，在報告中除了寫清整個設計的實驗流程，還要求重點突出自己承擔的實驗部分。

（三）采用多媒體教學

可針對實驗內(nèi)容開發(fā)“醫(yī)學電子儀器原理與設計”實驗教學的電子教案，并根據(jù)需要錄制實驗的教學視頻，在實驗前利用網(wǎng)絡條件將電子教案及教學視頻等資源上網(wǎng)，學生可以在校園網(wǎng)上提前下載教學資源加以預習，觀看教師的講解和演示。這樣可以充分發(fā)揮學生的學習主動性，提高教學質(zhì)量和教學效率，也解決了課時緊張與教學內(nèi)容多、難度大、更新快的矛盾。

（四）改革考核方式，增強考核靈活性

對學生實驗實施成績考核，是對實驗教學成效的基本認定，同時也是調(diào)動學生積極性的重要手段?？己瞬粏螁问菍嶒瀳蟾娴臅娉煽兛己耍抢碚撆c技能的綜合考評。因此，指導老師必須全面了解學生在整個實驗過程中的表現(xiàn)，要隨時掌握學生的實踐情況，在記錄學生平時成績時，不單純看其實驗結(jié)果，還要注重督導基本操作技能，鼓勵他們多思考，多總結(jié)。在實驗過程中增加與學生的互動交流，全面了解學生的綜合能力。

為了全面評價學習效果，我們可建立實驗報告成績權(quán)重為60%，實驗過程及日常素質(zhì)表現(xiàn)權(quán)重為40%的成績評定體系，不僅考查知識的掌握，也考查能力和綜合素質(zhì)，使考核真正成為檢測和促進教與學的有效手段。

四、結(jié)語

生物醫(yī)學工程專業(yè)的特點是多學科交叉，醫(yī)工結(jié)合，工程性和實踐性很強，要求所培養(yǎng)的學生具備比較強的實踐能力和創(chuàng)新能力。

“醫(yī)學電子儀器原理與設計”是我校生物醫(yī)學工程專業(yè)的一門核心專業(yè)課，其內(nèi)容抽象復雜、實踐性也很強。高質(zhì)量的實驗教學對學生掌握醫(yī)學電子儀器的原理、結(jié)構(gòu)和設計原則，科研能力的培養(yǎng)和綜合素質(zhì)的提高都有著重要的作用。隨著科學研究的發(fā)展和教學條件的改善，我們將不斷地改進課程的實驗教學，提高教學質(zhì)量，為學生打下良好的專業(yè)基礎，從而培養(yǎng)出理論基礎扎實、實際工作能力也強的高素質(zhì)生物醫(yī)學工程專業(yè)人才。

參考文獻：

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作者簡介：

陸慧琴（1982-），女，江蘇吳江人，講師，研究方向：生物電子學方面的教學和研究工作。