PBL在“醫(yī)學(xué)電子儀器”實驗教學(xué)中的應(yīng)用

余學(xué)飛， 余曉鍔， 張 寧， 郭淑艷， 張志德

(南方醫(yī)科大學(xué) 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院， 廣東 廣州 510515)

PBL在“醫(yī)學(xué)電子儀器”實驗教學(xué)中的應(yīng)用

余學(xué)飛， 余曉鍔， 張 寧， 郭淑艷， 張志德

(南方醫(yī)科大學(xué) 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院， 廣東 廣州 510515)

本文針對我校“醫(yī)學(xué)電子儀器”實驗教學(xué)中采用傳統(tǒng)教學(xué)方法存在的弊端，結(jié)合該課程實驗內(nèi)容的特點，探索將PBL教學(xué)法引入到實驗教學(xué)中，達到激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、培養(yǎng)學(xué)生獨立解決問題能力和創(chuàng)新能力的教學(xué)目標，從而提高實驗教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。

PBL教學(xué)法；醫(yī)學(xué)電子儀器；實驗教學(xué)

0 引言

PBL(Problem /Project Based Learning)是一種以問題或項目為導(dǎo)向的教學(xué)方法。它強調(diào)以問題為基礎(chǔ)、以學(xué)生為中心，主張主動式學(xué)習(xí)，鼓勵探索精神，培養(yǎng)學(xué)生合作、溝通能力及團隊精神，進而提高學(xué)生自學(xué)能力、綜合思考能力和解決實際問題能力。在其提出的40多年間，PBL 教學(xué)法有效彌補了傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足，國內(nèi)外許多大學(xué)都進行了基于PBL教學(xué)法的教學(xué)改革，取得了良好的效果[1-3]。我校從2010年開始在生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的“醫(yī)學(xué)電子儀器”(簡稱:“醫(yī)儀”)實驗教學(xué)中進行了基于PBL教學(xué)法改革嘗試，通過改革，激發(fā)了學(xué)生對“醫(yī)學(xué)電子儀器”實驗的興趣，該方法有助于學(xué)生創(chuàng)新意識培養(yǎng)及創(chuàng)新能力的提高，取得了優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)法的教學(xué)效果。

1 “醫(yī)儀”實驗教學(xué)存在的問題

“醫(yī)儀”屬于生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)高年級學(xué)生的核心專業(yè)課程，有著極強的技術(shù)性和實踐性。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握醫(yī)學(xué)電子儀器的基本原理、結(jié)構(gòu)、電路以及設(shè)計方法等。其中醫(yī)學(xué)電子儀器的設(shè)計包括原理設(shè)計、樣機制作和調(diào)試(硬件和軟件調(diào)試)、樣機性能指標測試等相關(guān)流程。而掌握基本設(shè)計方法的重要途徑是實驗教學(xué)，實驗教學(xué)方法的正確性直接影響整個課程的學(xué)習(xí)效果。

傳統(tǒng)實驗教學(xué)采用灌輸式方法，學(xué)生參照教師提供的講義，依據(jù)固有的實驗內(nèi)容和步驟進行實驗。這種以教師為主的授課方式難以激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，遏制了學(xué)生的創(chuàng)造力。另外實驗一般是編組進行，一組當(dāng)中可能只有一兩個核心學(xué)生在認真完成實驗，其他同組學(xué)生在搭“順風(fēng)車”而交差，實驗課沒有達到提高全體學(xué)生創(chuàng)新能力和解決實際問題能力的目的。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)的另一個問題是實驗成績評價體系欠科學(xué)性，這種成績評價方法重結(jié)果而輕過程，導(dǎo)致實驗成績無法真實反映學(xué)生的實驗?zāi)芰?，也無法反映團隊合作精神[4，5]。

2 “醫(yī)儀”PBL實驗教學(xué)

2.1 問題設(shè)計

問題設(shè)計是“醫(yī)儀”PBL實驗教學(xué)的關(guān)鍵。設(shè)計的問題不僅要依據(jù)教學(xué)目標、學(xué)生的知識水平、實驗技能等因素，同時要考慮問題的連貫性、前瞻性和趣味性。為此將該課程多個章節(jié)的內(nèi)容整合在一起，比如在“移動監(jiān)護儀設(shè)計”PBL案例中，既包括了心電測量、血壓測量、體溫測量、血氧飽和度測量等章節(jié)的內(nèi)容，還包括電氣安全、電磁兼容等相關(guān)知識，同時也將可穿戴技術(shù)和移動醫(yī)療等新技術(shù)涵蓋在內(nèi)。

2.2 教學(xué)實施

1)自主學(xué)習(xí)

授課教師將精心設(shè)計的問題傳至網(wǎng)絡(luò)平臺，讓學(xué)生明確實驗?zāi)康?。為了便于學(xué)生鍛煉自主解決問題的能力，教師應(yīng)提供期刊數(shù)據(jù)庫、電子元器件資料查詢、電子儀器設(shè)計類專業(yè)網(wǎng)站地址等信息。同時組建教學(xué)QQ群和微信群等網(wǎng)絡(luò)平臺，方便師生、學(xué)生之間討論溝通。例如學(xué)生在自主學(xué)習(xí)和實踐“移動監(jiān)護儀設(shè)計”中的“心電測量”時，學(xué)生首先要關(guān)注心電信號的特點(頻率范圍和幅度范圍)，明確測量心電信號的臨床意義；其次要求學(xué)生查閱有關(guān)心電信號測量文獻資料，了解心電放大電路的各種最新技術(shù)，比較不同放大電路的特點，在充分理解心電測量原理的基礎(chǔ)上，依據(jù)“滿足應(yīng)用要求、方便調(diào)試、應(yīng)用最新技術(shù)及經(jīng)濟性”的基本原則，最終設(shè)計出心電信號采集電路的實驗方案、技術(shù)路線和驗收測試參數(shù)等。

2)小組討論

分組討論是PBL教學(xué)法的重要環(huán)節(jié)。學(xué)生以4-6人為一個小組,按學(xué)習(xí)成績和平時表現(xiàn)合理搭配。通過小組討論并通過互動平臺與教師進行交流討論，例如，在“心電測量模塊設(shè)計”實驗中，教師先向?qū)W生明確必須解決的幾個關(guān)鍵問題：心電信號放大、干擾抑制、1 mV定標電路、電氣安全及電磁兼容等問題。而后，各小組對實驗方案進行討論，形成實驗的初步設(shè)計方案，包括原理框圖、電路原理圖、軟件框圖、所需電子元器件列表、實驗各階段時間安排表以及小組各成員在實驗中的分工等內(nèi)容。再按時間進度安排舉行開題報告會，每組選派一名成員做開題匯報，其他成員可以補充并且回答現(xiàn)場各種提問，教師對各小組實驗方案進行點評并確定最終的實驗操作方案。

3)實驗過程

各小組學(xué)生將依據(jù)討論制定的最終方案進行實驗，包括電路板的設(shè)計和制作、元器件的購買和焊接、硬件電路調(diào)試、軟件程序編寫和調(diào)試等。

4)成果答辯

每一過程都有詳細的記錄，軟硬件調(diào)試成功后進行參數(shù)測試，當(dāng)各參數(shù)測試符合設(shè)計要求后可提請答辯。答辯委員會由指導(dǎo)教師和各小組各派一名學(xué)生組成。小組匯報15分鐘，提問交流15分鐘。通過現(xiàn)場成果展示及答辯交流，對各小組實驗結(jié)果進行比較、對實驗中未解決的問題和新發(fā)現(xiàn)的問題進行探討、交流，最終由答辨委員會對每組成績按表1各分項進行打分。通過這一完整的過程，學(xué)生將“醫(yī)儀”的理論知識與實際應(yīng)用問題聯(lián)系起來，進一步深化對理論知識的掌握[6]。

2.3 成績評價

在PBL實驗教學(xué)中制定合理的實驗成績評價方法對實驗教學(xué)效果將產(chǎn)生直接的影響。為此，必須做到“實驗過程與實驗結(jié)果并重”，實驗成績評價也在表1中有所體現(xiàn)。

3 “醫(yī)儀”PBL實驗教學(xué)效果分析

我們采用問卷調(diào)查、論文答辯、座談等形式對“醫(yī)儀”PBL實驗教學(xué)效果進行了評價，了解學(xué)生對PBL教學(xué)方法的認同程度及提高自身能力方面的作用。調(diào)查在我院生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)2008、2009、2010級共270名學(xué)生中展開，其中有效問卷240份，調(diào)查結(jié)果見表2。調(diào)查顯示85%以上學(xué)生認為PBL教學(xué)法能達到預(yù)定的學(xué)習(xí)目標，對學(xué)習(xí)方法的影響也很大，信息收集加工、整理運用，獨立思考和解決問題的能力等得到很大提高。90%以上學(xué)生認為團隊協(xié)作在PBL教學(xué)中非常重要，分工合作，信息共享可以提高學(xué)習(xí)效率，討論過程可以彌補知識的不足，表達溝通能力得到鍛煉和提高[7]。

表1 成績考核表

表2 PBL教學(xué)效果問卷調(diào)查結(jié)果分析表

4 “醫(yī)儀”PBL實驗教學(xué)實施體會

4.1 有利于組建教學(xué)團隊、提升教師教學(xué)水平

PBL教學(xué)比傳統(tǒng)教學(xué)對教師的要求更高：設(shè)計合適、有吸引力的問題，提出清晰可達成的教學(xué)目標；適時引導(dǎo)學(xué)生討論的深入，在軟硬件調(diào)試過程中發(fā)揮引導(dǎo)者和促進者的作用。

醫(yī)學(xué)電子儀器設(shè)計涉及的知識面廣，需要教師具備廣博的專業(yè)知識和豐富的醫(yī)學(xué)儀器研發(fā)經(jīng)驗，為此我們組建了由具有豐富科研和開發(fā)經(jīng)驗的教師擔(dān)綱的PBL實驗課教師團隊，還將在讀碩士研究生吸收入團隊中，他們對學(xué)生的指導(dǎo)能夠切中要害，做到有的放矢。教師團隊都要充分理解PBL教學(xué)的理念和實施步驟，使得教學(xué)技能規(guī)范化，問題設(shè)計科學(xué)化，局面掌控專業(yè)化。

4.2 提高學(xué)生的綜合能力

研究性學(xué)習(xí)、同伴學(xué)習(xí)是PBL教學(xué)法的兩大特點。在開放的實驗教學(xué)環(huán)境中，學(xué)生的學(xué)習(xí)觀和學(xué)習(xí)方法得到了改變，能將“醫(yī)儀”前后各章的內(nèi)容融會貫通，并在教師指導(dǎo)下學(xué)會如何查閱文獻資料、如何提取有效信息，分析問題和解決問題的能力也得到提高。

4.3 形成科學(xué)評價體系

傳統(tǒng)的實驗考核往往只注重實驗結(jié)果和實驗報告，而PBL實驗考核更重視考核實驗全過程的每一個環(huán)節(jié)，注重科研精神的養(yǎng)成考核，注重實驗過程中各種能力的考核。為配合PBL教學(xué)的開展，我們在學(xué)校實驗教學(xué)規(guī)范指引下編制了完善的考核體系。

5 結(jié)語

“醫(yī)學(xué)電子儀器”實驗是涉及多門基礎(chǔ)知識綜合運用的實驗課程，學(xué)生從查閱資料、實驗方案設(shè)計、利用專業(yè)軟件繪制電路原理圖(SCH)、電路制板圖(PCB)、微處理器算法編程、實驗儀器使用、實驗操作、問題分析到撰寫實驗報告等每一個環(huán)節(jié)都親力親為，充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性，激發(fā)了他們對“醫(yī)學(xué)電子儀器”實驗課的興趣，體驗了完整的醫(yī)學(xué)電子儀器的開發(fā)過程。教師團隊和諧的團隊精神對學(xué)生的團隊合作產(chǎn)生了積極的影響，使他們更深地體會到了團結(jié)合作的力量; 教師與學(xué)生的零距離互動及問題自主討論的方式密切了師生關(guān)系，也增進了師生之間的相互關(guān)注、相互理解及情感交流。凡此種種，都從側(cè)面提升了學(xué)生的就業(yè)能力。

[1] 馬穎哲, 張桂榮, 劉劍凱等. PBL教學(xué)法在醫(yī)學(xué)八年制生物化學(xué)實驗教學(xué)改革中應(yīng)用的嘗試[J]. 杭州: 中國高等醫(yī)學(xué)教育, 2013, 9: 85-86

[2] 王紅成, 李洪濤, 凌東雄. 基于問題學(xué)習(xí)的“光學(xué)”課程教學(xué)改革[J]. 南京: 電氣電子教學(xué)學(xué)報, 2014, 36(2): 71-75

[3] 蘇娟，于璐，尹勇等. 在生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)開展基于項目的學(xué)習(xí)教學(xué)改革的探討[J]. 北京：中國醫(yī)療設(shè)備, 2013,28(5): 120-122

[4] 屈曉超, 王建勛, 朱守平等. 淺談《醫(yī)學(xué)電子儀器》實踐教學(xué)中的創(chuàng)新與發(fā)展[J]. 成都: 時代教育, 2014, 8: 205

[5] 周晶, 邱媛媛, 王敬時. 《醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計》課程的教改探索[J]. 濟南: 科技信息, 2013,11: 28, 36

[6] 李正美. 基于PBL教學(xué)法的《醫(yī)學(xué)電子儀器》實驗教學(xué)探索[J], 中國科技信息. 北京: 2012, 11: 242

[7] 張婷, 許健, 陶方方等. PBL教學(xué)法在病理學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用探討[J]. 西安: 西北醫(yī)學(xué)教育2014, 22(1): 114-116

Application of PBL in Medical Electronic Instrument Experiment Teaching

YU Xue-fei, YU Xiao-e, ZHANG Ning, GUO Shu-yan, ZHANG Zhi-de

(SchoolofBiomedicalEngineering,SouthernMedicalUniversity，Guangzhou510515，China)

Combining the characteristics of the experiment content of the Medical Electronic instrument, PBL is being adopted in order to solve the existed problems arising from the use of traditional teaching method. It can stimulate students' interest, improve their self-learning ability, train them to solve problems independently and creatively. In this way, we can enhance the effectiveness and quality of experiment teaching.

PBL teaching method; medical electronic instrument; experiment teaching

2015-07-02;

2015-12- 23

廣東省2014年高等教育教學(xué)改革項目(編號GDJG20142116)

余學(xué)飛(1965-)男，博士，教授，主要從事智能醫(yī)學(xué)儀器研究及教學(xué)工作,E-mail:xuefeiyu@smu.edu.cn 張志德(1981-)，男，碩士，講師，主要從事生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)教學(xué)和管理工作，E-mail:zider@fimmu.com

G642.0

A

1008-0686(2016)02-0112-04