生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)微機(jī)原理課程教學(xué)改革與實(shí)踐

馬千里 樂(lè)洋 胡棟 王俊 胡曉飛

摘要：微機(jī)原理是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，為提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，體現(xiàn)專業(yè)特色，結(jié)合特色專業(yè)與生物醫(yī)學(xué)工程集成創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)，我們重點(diǎn)對(duì)微機(jī)原理課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了改革，將基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)融入理論課學(xué)習(xí)過(guò)程中，加強(qiáng)綜合性專業(yè)特色實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中注意與其他專業(yè)課程的前后銜接，并配以相關(guān)的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)，形成課內(nèi)課外的綜合實(shí)驗(yàn)體系。實(shí)踐證明，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革大大改善了教學(xué)效果，提升了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，滿足行業(yè)發(fā)展對(duì)應(yīng)用型人才的需求。

關(guān)鍵詞：生物醫(yī)學(xué)工程；微機(jī)原理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）50-0087-02

生物醫(yī)學(xué)工程主要運(yùn)用工程技術(shù)手段，研究和解決生物學(xué)、醫(yī)學(xué)中的有關(guān)問(wèn)題，涉及生物材料、人工器官、醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì)、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理方法、醫(yī)學(xué)成像和圖像處理方法等，在疾病的預(yù)防、診斷、治療、康復(fù)等方面發(fā)揮著巨大的作用。南京郵電大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)是近年來(lái)新發(fā)展的專業(yè)方向，在學(xué)校構(gòu)建以“大信息”為主干的學(xué)科專業(yè)體系的背景下，基于信號(hào)與信息處理強(qiáng)勢(shì)學(xué)科的支撐，通過(guò)專業(yè)課程教學(xué)改革，構(gòu)建專業(yè)集成創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，凝練專業(yè)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，是提高學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的重要手段。

現(xiàn)代電子醫(yī)療儀器很大一部分采用了基于微機(jī)的虛擬儀器設(shè)計(jì)方法，因此微機(jī)原理課程在電子信息類生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的本科教育課程體系中占據(jù)著舉足輕重的位置。微機(jī)原理是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，實(shí)驗(yàn)是教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。為提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，體現(xiàn)專業(yè)特色，結(jié)合特色專業(yè)與生物醫(yī)學(xué)工程集成創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)，我們重點(diǎn)對(duì)微機(jī)原理課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了改革，將基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)融入理論課學(xué)習(xí)過(guò)程中，加強(qiáng)綜合性專業(yè)特色實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中注意與其他專業(yè)課程的前后銜接，并配以相關(guān)的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)，形成課內(nèi)課外的綜合實(shí)驗(yàn)體系，以達(dá)到同時(shí)提升理論基礎(chǔ)與實(shí)踐能力學(xué)習(xí)的效果。

一、微機(jī)原理課程與生物醫(yī)學(xué)工程

微機(jī)原理課程知識(shí)點(diǎn)多、實(shí)踐性綜合性強(qiáng)。課程的目的和任務(wù)在于使學(xué)生能夠較全面深入地了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成和16/32位微機(jī)系統(tǒng)的原理；能夠掌握匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本方法以及微機(jī)接口的基本原理。需要配備豐富的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，通過(guò)理論與實(shí)踐教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，使學(xué)生從理論到實(shí)踐，再?gòu)膶?shí)踐到理論的認(rèn)知過(guò)程中獲得知識(shí)、增強(qiáng)能力。結(jié)合生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的特點(diǎn)，我們將微機(jī)原理課程的教學(xué)總體目標(biāo)設(shè)定為掌握基于微機(jī)的虛擬醫(yī)學(xué)儀器的設(shè)計(jì)方法。

一般電子專業(yè)的微機(jī)原理教學(xué)會(huì)配置與理論課時(shí)相當(dāng)?shù)莫?dú)立實(shí)驗(yàn)課程，而由于生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)屬于交叉學(xué)科，專業(yè)課程多，總體課時(shí)的限制造成微機(jī)原理課程的實(shí)驗(yàn)課時(shí)配置較少，相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也較為簡(jiǎn)單，綜合性不強(qiáng)；另一方面，實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)也是沿襲傳統(tǒng)微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)的方式，沒(méi)有很好地體現(xiàn)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的特色，很難達(dá)到原定的課程教學(xué)目標(biāo)。

二、課程教學(xué)改革

針對(duì)以上問(wèn)題，我們主要針對(duì)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的微機(jī)原理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系進(jìn)行了系統(tǒng)性的改革，包括課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系以及開(kāi)放實(shí)驗(yàn)體系均進(jìn)行了重新規(guī)劃與設(shè)計(jì)。

1.課內(nèi)實(shí)驗(yàn)改革。針對(duì)實(shí)驗(yàn)課時(shí)較少，以及理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)脫節(jié)的問(wèn)題，我們通過(guò)將教學(xué)場(chǎng)所從教室改到實(shí)驗(yàn)室，在每次理論課教學(xué)中都加入了短時(shí)間的隨堂上機(jī)實(shí)驗(yàn)，針對(duì)該次教學(xué)的理論內(nèi)容設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)融入到理論課程中。微機(jī)原理的理論內(nèi)容較為枯燥，單純地講述和教師演示的方法不能給學(xué)生留下很深的印象，而通過(guò)隨堂實(shí)驗(yàn)的實(shí)際操作，學(xué)生可以更深刻地理解剛學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，并且可以很大地提高學(xué)習(xí)的興趣。

另一方面，通過(guò)隨堂實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在理論課中得到了基本的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，掌握了基本的編程技能，在專門的實(shí)驗(yàn)課時(shí)中，我們即可設(shè)計(jì)一些綜合性的有專業(yè)特色的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，如心電信號(hào)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)利用了實(shí)驗(yàn)室已有的微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)箱，以及為《生物醫(yī)學(xué)傳感器》和《醫(yī)學(xué)儀器原理》課程配置的醫(yī)學(xué)電子教學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)箱，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容綜合了匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、A/D數(shù)據(jù)采集以及串口通信等課程知識(shí)點(diǎn)，利用隨堂實(shí)驗(yàn)完成的軟硬件功能模塊，綜合設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)單但相對(duì)完整的基于微機(jī)的虛擬醫(yī)學(xué)儀器，很好地體現(xiàn)了綜合性與專業(yè)特色。

2.專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革。微機(jī)原理課程作為生物醫(yī)學(xué)工程集成創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中還需加強(qiáng)前后知識(shí)體系的銜接，與之相關(guān)的專業(yè)課程包括《生物醫(yī)學(xué)傳感器》、《醫(yī)學(xué)儀器原理》以及《醫(yī)學(xué)信號(hào)處理》等。通過(guò)對(duì)這些課程實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)一設(shè)計(jì)，建立完整的實(shí)驗(yàn)體系。如我們以心電圖信號(hào)為線索，在《生物醫(yī)學(xué)傳感器》課程中設(shè)計(jì)了心電傳感器實(shí)驗(yàn)，在《微機(jī)原理》課程中設(shè)計(jì)了前述的心電信號(hào)采集系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，在《醫(yī)學(xué)儀器原理》課程中設(shè)計(jì)了心電放大器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在《醫(yī)學(xué)信號(hào)處理》中設(shè)計(jì)了心電圖分析實(shí)驗(yàn)。學(xué)生通過(guò)這樣一系列的理論與實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)，不僅能夠更深刻理解各門課程的理論內(nèi)容，并且能夠掌握電子醫(yī)療儀器設(shè)備的較為完整的實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程。

3.開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)體系。開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為一種新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，有助于形成適應(yīng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才需求的合理培養(yǎng)模式，符合現(xiàn)階段社會(huì)對(duì)人才類型、結(jié)構(gòu)的需求，是培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的必由之路，而培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才則是開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的指導(dǎo)思想和目標(biāo)。

作為課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充提高，以及創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃的體現(xiàn)，依托微機(jī)原理課程及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，我們構(gòu)建了一系列的具有專業(yè)特色的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)。開(kāi)放實(shí)驗(yàn)課題，由指導(dǎo)教師結(jié)合科研工作，設(shè)計(jì)具有一定實(shí)用性、前沿性和探索性的集成創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課題，學(xué)生自由選擇，作為課程實(shí)驗(yàn)的有益補(bǔ)充與擴(kuò)展，形成課內(nèi)課外的綜合實(shí)驗(yàn)體系。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中我們開(kāi)展任務(wù)驅(qū)動(dòng)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提出明確而適度的任務(wù)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；同時(shí)，注意難度與工作量適度，根據(jù)每個(gè)學(xué)生的不同能力差異設(shè)置不同的任務(wù)，防止因任務(wù)難度過(guò)大學(xué)生無(wú)法達(dá)成任務(wù)而造成積極性受挫、放棄任務(wù)的局面。另一方面，合理分解任務(wù)，提倡學(xué)生間的協(xié)作學(xué)習(xí)，通過(guò)小組討論、協(xié)商，在有限的時(shí)間內(nèi)以互相學(xué)習(xí)的方法進(jìn)一步深化對(duì)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)課題的認(rèn)識(shí)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作精神。

三、結(jié)論

實(shí)踐證明，微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革以及專業(yè)集成創(chuàng)新平臺(tái)的建設(shè)，大大改善了教學(xué)效果，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，并使學(xué)生系統(tǒng)地接受科學(xué)思維方法、科學(xué)發(fā)現(xiàn)模式的教育和培訓(xùn)，提升了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，滿足了行業(yè)發(fā)展對(duì)應(yīng)用型人才的需求。

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