科研引領多學科融合式實驗教學改革初探

張曉楓

[摘要]針對生物醫(yī)學工程專業(yè)的多學科交叉性與涉及領域的廣泛性特點，在分析傳統(tǒng)實驗教學弊端的基礎上，結合長春理工大學生物醫(yī)學專業(yè)實驗室在專業(yè)課實驗教學工作中的探索，闡述了科研引領多學科融合式實驗教學的意義和內(nèi)涵，探討了提煉科研項目、整合各個專業(yè)課程的實驗教學方法在學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面的實踐效果，并對進一步發(fā)展和完善有生物醫(yī)學工程特色的實驗教學提出建議。

[關鍵詞]生物醫(yī)學 交叉學科 創(chuàng)新能力 實驗教學

一、引言

生物醫(yī)學工程是將工程學與生物、醫(yī)學緊密結合，旨在探索生命的產(chǎn)生、演化規(guī)律，并利用工程技術手段，為人類生命健康問題提供有效的解決方案，包括疾病的診斷、監(jiān)測、控制、預防和治療等。生物醫(yī)學工程作為交叉學科，它涉及生命、電子、光學、信息、材料、藥學等多個領域，具有很強的交叉性和綜合性，在生命科學中占有重要的地位。[1]長春理工大學的生物醫(yī)學工程專業(yè)成立于1995年，主要以生物醫(yī)學儀器、生物醫(yī)學成像及信號處理、生物醫(yī)學光學為主要教學研究方向。涉及的領域含有若干分支與廣泛內(nèi)容，發(fā)展速度相當迅速。一方面，這些相關領域的發(fā)展與技術的進步，為培養(yǎng)生物醫(yī)學工程學科專業(yè)人才不斷提供新的理念、理論、知識與手段；另一方面，生物醫(yī)學工程專業(yè)人才的培養(yǎng)不斷面臨各種新的挑戰(zhàn)。

為了貫徹長春理工大學教學研究型大學的教學理念與實施創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標，滿足日益提高的實驗教學要求，生物醫(yī)學工程專業(yè)以培養(yǎng)具備理、工、醫(yī)、電、算、才、光等多學科交叉知識的專門人才為主線，把學生創(chuàng)新精神與實踐能力的培養(yǎng)貫穿于整個教學過程。

二、傳統(tǒng)實驗教學模式

傳統(tǒng)的實驗教學模式都是以理論課為主，實驗課為輔，依附于理論課程。專業(yè)課程的學時是其相應實驗學時的3-5倍，理論課程講授后，只是實際操作驗證1-2個實驗項目。這樣的實驗教學效果相當差，學生只是通過幾個學時的時間驗證理論課程當中的一兩個知識點，對于整個專業(yè)課程的認識大多是還是停留在理論認識，不要說創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，就是簡單的應用也不能夠完成。在各個學科都飛速發(fā)展的時代，還停留在以往的傳統(tǒng)實驗教學模式是行不通的，生物醫(yī)學專業(yè)的實驗教學改革迫在眉睫。

三、科研引領多學科融合式實驗教學

想要提高實驗教學的教學質(zhì)量與效果，首先，必須提高實驗教學的地位，使其不再是理論教學的附屬，這樣，學生才會從思想意識上真正重視實踐學習[2]。2010年起，生物醫(yī)學工程專業(yè)帥先將生物醫(yī)學電子儀器、智能儀器、生物醫(yī)學分析儀器等課程的實驗部分與其理論課分離出來，單獨設立了2門生物醫(yī)學工程專業(yè)實驗系列課程，且確定為必修考試課程，為實驗課程編制了相應的實驗教學大綱。增加了實驗課程的學時數(shù)， 為原來幾門專業(yè)課實驗學時總和的一倍。在實驗單獨設課以后，實驗課程內(nèi)容的制定猶為重要。

獨立的實驗教學內(nèi)容需要涵蓋多門專業(yè)課程的核心內(nèi)容，需要教學團隊的教師歸納和制定。而最簡潔最為有效的方式即為由指導教師在科研課題中提煉出一系列科學問題，通過這些科學問題的側重、難易、特點將其設計為實驗項目。因為任何一個科研活動都是一個系統(tǒng)的工程。以生物醫(yī)學信號的采集、處理為例，實驗部分可能包括傳感器的設計、信號調(diào)理電路設計、單片機接口設計、上位機通信設計、及上位機軟件編程（包括數(shù)據(jù)的分析、處理、識別、計算）等。在這些步驟中，研究的核心可能只是其中1或2個步驟，其余部分則應該是經(jīng)典和成熟的方法和手段，對這些方法和手段，可以通過篩選、論證和驗證后[3]，將其成熟部分先期轉化為驗證、綜合性實驗項目，而將其中較有難度的問題作為設計性或開放性實驗項目。這樣，學生在實驗過程中可以認識到自己所做實驗是正在進行的專業(yè)前沿性科研的一部分，不僅在實驗中學習了專業(yè)知識，而且對專業(yè)的應用領域及發(fā)展趨勢有了深入了解；另外通過學生實驗，又可反過來檢驗此方法和手段的成熟合理程度， 啟發(fā)學生在專業(yè)領域的新想法和新思路，并讓學生以思考題的方式參與討論，能否進一步修改或創(chuàng)新等，從而充分調(diào)動學生的學習興趣和創(chuàng)新意識。

四、實驗教學層次及實驗教材改革

按照循序漸進、因材施教的原則，“生物醫(yī)學工程專業(yè)實驗系列課程”建立了四個層次的實驗內(nèi)容，1.驗證型實驗：由教師提出實驗方案及具體步驟，由學生具體操作驗證；2.綜合型實驗：包括兩門及以上課程知識點的實驗項目即為綜合性，在整合多個專業(yè)課程后開設的獨立的實驗課程中應均為綜合性實驗；3.設計性實驗：由教師提出實驗目的，由學生自行設計實驗方案及步驟，準備實驗器材；4.研究型實驗：通過前期實驗的積累，由學生提出一個感興趣的專業(yè)實驗項目，學生在教師指導下進行相對獨立的科研活動，進行資料查詢、方案設計、理論論證分析等全過程。

針對前三個層次的實驗教學需要有配套的實驗教材來為學生了解實驗內(nèi)容，為學習實驗方法和指導實驗過程提供第一手材料，學生對實驗的預習和了解程度直接影響著實驗的操作過程。所以要求實驗教學教師要根據(jù)新的實驗教學體系和教學內(nèi)容，對實驗教材進行編寫，并不斷更新。改革實驗教材必須改變從前實驗指導書只是交待實驗內(nèi)容和實驗方法的寫法，應該加入實驗的相關理論知識、器件的基本知識和測試及數(shù)據(jù)處理方法等內(nèi)容，自成體系，同時融合多學科教學研究和教學改革的最新成果。

五、結語

在該模式實驗教學中，能讓學生實實在在體會到理論所學與科研實際的結合，了解科研的全過程，充分發(fā)揮學生的主觀能動性， 開闊學生視野，提高學生的學習興趣，啟發(fā)學生創(chuàng)新思維。這也要求實驗教學能在實踐中不斷探索、不斷完善，加強實驗隊伍自身的創(chuàng)新，讓實驗技術人員在創(chuàng)新教育中發(fā)揮更大的作用，使專業(yè)實驗室真正成為培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才的搖籃。

[參考文獻]

[1]郭圣文，吳效明.理工類院校生物醫(yī)學工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式探索與實踐[J].中國醫(yī)學物理學雜志.2013，30（2）：4084-4088

[2]秦鋼年，萬輔彬.獨立設實驗課帶動實驗教學改革[J].實驗室研究與探索，2004，23 （ 7） ： 75-77

[3]陳衛(wèi)汝.試論實驗技術隊伍的建設[J].實驗室研究與探索， 2005，24（11）： 114-115， 125.

（作者單位：生命科學技術學院 長春理工大學 吉林長春）