醫(yī)療器械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的教學(xué)改革與實(shí)踐

張敏燕，谷雪蓮，嚴(yán)榮國(guó)，閆士舉，王殊軼，周穎，徐秀林，葛斌

上海理工大學(xué)醫(yī)療器械與食品學(xué)院(上海，200093)

醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)屬于高科技產(chǎn)業(yè)，涉及機(jī)械、電子、材料、信息技術(shù)、醫(yī)藥等多個(gè)領(lǐng)域，其產(chǎn)品凝聚和融合了大量現(xiàn)代科技的最新成果，是醫(yī)學(xué)與多種學(xué)科相結(jié)合的知識(shí)密集型的高新技術(shù)產(chǎn)物[1]。

醫(yī)療器械系統(tǒng)設(shè)計(jì)是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的主干課程，是醫(yī)學(xué)和工程的有機(jī)融合與相互滲透的學(xué)科，涉及醫(yī)學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、電子技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)傳感技術(shù)、信號(hào)處理、伺服驅(qū)動(dòng)、軟件編程等相關(guān)知識(shí)，同時(shí)也討論醫(yī)療器械系統(tǒng)的可靠性、人因工程等技術(shù)，是多學(xué)科交叉整合的技術(shù)密集型課程，具有很強(qiáng)的綜合性和實(shí)踐性。

目前，高校該課程的教授對(duì)象是“95”后大學(xué)生，作為網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代成長(zhǎng)起來(lái)的一代，他們學(xué)習(xí)興趣多元化、知識(shí)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化、在學(xué)習(xí)習(xí)慣和運(yùn)用上與以往大學(xué)生有著較大的差異，學(xué)習(xí)過(guò)程呈現(xiàn)出快餐化趨勢(shì)?！?5后”學(xué)生成長(zhǎng)過(guò)程中，信息與知識(shí)的表現(xiàn)形式也獲得了爆發(fā)式發(fā)展，以前單純的文字圖形模式的課本、平面化的板書，已經(jīng)被PPT、影音等知識(shí)表現(xiàn)形式所取代，這些表現(xiàn)方式雖然靈活直觀，但由于短時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)的信息量較大，造成學(xué)生在知識(shí)接受上往往只獲得教材的表面信息，而缺乏有效的深度思考[2]。

因此，在教學(xué)過(guò)程中，針對(duì)“95后”大學(xué)生的認(rèn)知特征，調(diào)整教學(xué)資料，改革教授方法，以學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)和醫(yī)療器械發(fā)展趨勢(shì)為出發(fā)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療器械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)改革與實(shí)踐。

1 理論教學(xué)方法的與時(shí)俱進(jìn)

1.1 視頻和動(dòng)畫呈現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)

全新教學(xué)資源條件下，教師作為“知識(shí)傳授者”，教學(xué)理念必須革新。首先，教師需要具備一定的動(dòng)畫制作技能，按照“95后”學(xué)生喜聞樂見的方式，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)的動(dòng)畫演示。其次，由于動(dòng)畫呈現(xiàn)的大量知識(shí)和信息的綜合性更強(qiáng)，一定程度上縮短了知識(shí)點(diǎn)的講解時(shí)間，因此可以調(diào)整理論教學(xué)課時(shí)結(jié)構(gòu)，適當(dāng)擴(kuò)大、加深課堂信息，增加與學(xué)生的互動(dòng)交流。

本課程中，機(jī)械傳動(dòng)部分抽象難懂，因此這部分是實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫演示重點(diǎn)。比如選擇鏈傳動(dòng)、諧波齒輪傳動(dòng)等經(jīng)典內(nèi)容作為動(dòng)畫呈現(xiàn)的試點(diǎn)具有一定的代表性。通過(guò)傳動(dòng)過(guò)程的動(dòng)畫演示，全面展示各部件的動(dòng)作細(xì)節(jié)，使學(xué)生能深人、直觀地把握基本工作原理。

同時(shí)，利用豐富的視頻資源，尤其是英文原版視頻向?qū)W生展示各部分關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)與發(fā)展前沿，獲得了學(xué)生的喜愛與好評(píng)。

1.2 案例分析實(shí)現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)的整合

案例教學(xué)法源于哈佛大學(xué)，是指圍繞一定的目的把實(shí)際中真實(shí)的情景加以典型化處理，形成供學(xué)員思考分析和決斷的案例，通過(guò)獨(dú)立研究和相互討論的方式來(lái)提高學(xué)員的分析問題和解決問題的能力的一種方法[3]。通過(guò)此種方式，有助于培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生主動(dòng)參與課堂討論。

將案例教學(xué)運(yùn)用到課程中，最大限度地模擬實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)，將課堂交給學(xué)生，以培養(yǎng)他們運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，避免了理論知識(shí)與實(shí)踐環(huán)節(jié)之間的相互脫節(jié)，有助于實(shí)現(xiàn)高級(jí)實(shí)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)[3]。

教學(xué)工程中，每部分內(nèi)容都有案例分析講解，并將系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法融于其中。比如選擇結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)械手作為經(jīng)典案例，以動(dòng)畫、視頻動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)機(jī)械手動(dòng)作與控制，要求學(xué)生自己分析案例，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和問題導(dǎo)向思想。

以X線胃腸機(jī)診視床作為專業(yè)特色案例，分析機(jī)械傳動(dòng)與控制，重點(diǎn)介紹床的升降、可變差動(dòng)支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，讓學(xué)生體會(huì)如何巧妙地利用經(jīng)典結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

1.3 新技術(shù)交流探討

鑒于“95”后大學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)的熟練應(yīng)用，鼓勵(lì)學(xué)生查閱最新發(fā)展的文獻(xiàn)資料，以PPT結(jié)合視頻資料匯報(bào)交流，不僅活躍了課堂氣氛，更讓學(xué)生了解專業(yè)技術(shù)發(fā)展前沿。

一方面鼓勵(lì)研究生進(jìn)入課堂展示專業(yè)方向的科研樣機(jī)和行業(yè)前沿技術(shù)。例如，讓研究生進(jìn)課堂向?qū)W生演示基于藍(lán)牙技術(shù)的加速度傳感器數(shù)據(jù)采集以及基于手機(jī)APP的下肢潰瘍患者足部訓(xùn)練系統(tǒng)，不僅使學(xué)生了解了醫(yī)療器械的臨床應(yīng)用，并且直觀感受了藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸?shù)那把丶夹g(shù)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

另一方面帶領(lǐng)鼓勵(lì)成績(jī)較好、動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生直接參與到科研當(dāng)中，為畢業(yè)設(shè)計(jì)或者今后研究生階段的學(xué)習(xí)做準(zhǔn)備。

2 網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)資源與互動(dòng)平臺(tái)的建立

通過(guò)信息化途徑，建立互動(dòng)交流平臺(tái)，是新教學(xué)資源和教授方法下不可或缺的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。根據(jù)學(xué)生反饋教學(xué)中的優(yōu)點(diǎn)和不足，不斷改進(jìn)教授方法，這既能調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，也能讓學(xué)生充分地參與到教學(xué)改革的環(huán)節(jié)中來(lái)。

首先, 依托學(xué)校的教學(xué)管理系統(tǒng)，已經(jīng)完善了課程網(wǎng)站，實(shí)現(xiàn)了PPT講義和視頻分享、作業(yè)布置、師生問答等功能。

其次，利用校內(nèi)外多種資源，結(jié)合目前網(wǎng)絡(luò)聊天的現(xiàn)狀，建立課程QQ群、微信群，分享關(guān)注“器械之家”“電子發(fā)燒友”“直觀學(xué)機(jī)械”“Ergotechs”等微信公眾號(hào)，鼓勵(lì)學(xué)生了解行業(yè)最近發(fā)展動(dòng)態(tài)，擴(kuò)展學(xué)習(xí)信息量，同時(shí)選擇具有知識(shí)性、前瞻性、系統(tǒng)性的內(nèi)容用于課程教學(xué)的補(bǔ)充。

3 實(shí)踐環(huán)節(jié)必不可少

“醫(yī)療器械系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程是多門基礎(chǔ)課程內(nèi)容的整合與運(yùn)用，具有很強(qiáng)的綜合性、體驗(yàn)性和實(shí)踐性。理論教學(xué)是在原有基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)上，建立多個(gè)分散知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)在聯(lián)系，形成面向應(yīng)用的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)技能[2]。如果學(xué)生動(dòng)手參與的內(nèi)容很少，不利于設(shè)計(jì)技能的積累，更不利于從基本理論向設(shè)計(jì)思想的轉(zhuǎn)化。

《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革與發(fā)展綱要(2010-2020)》中明確指出，鼓勵(lì)實(shí)行工學(xué)結(jié)合、校企合作、頂崗實(shí)習(xí)的人才培養(yǎng)模式。因此，從教學(xué)科研團(tuán)隊(duì)和本地企業(yè)合作項(xiàng)目尋找實(shí)踐環(huán)節(jié)，指導(dǎo)學(xué)生依托課程申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目，帶領(lǐng)學(xué)生去醫(yī)院、企業(yè)參觀實(shí)習(xí)，讓更多的案例“看得見，摸得著”。

配套《醫(yī)療器械綜合設(shè)計(jì)》實(shí)踐課程，機(jī)械設(shè)計(jì)部分要求熟練運(yùn)用UG、Solidworks等制圖軟件； 生物醫(yī)學(xué)傳感技術(shù)部分要求學(xué)生熟悉人體生物信號(hào)的采集、處理； 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要求學(xué)生實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)系統(tǒng)的控制。

由教師下發(fā)醫(yī)療器械產(chǎn)品項(xiàng)目計(jì)劃書，在計(jì)劃書中提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)參數(shù)以及最終的設(shè)計(jì)指標(biāo)。項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中采用分組完成的形式，每組同學(xué)分工合作完成資料搜集、研究現(xiàn)狀分析、相關(guān)參數(shù)計(jì)算、控制系統(tǒng)選擇、信息處理的方法以及設(shè)計(jì)說(shuō)明書的撰寫等[7]工作。

在實(shí)踐過(guò)程中，充分發(fā)揮學(xué)生的能動(dòng)性。在遇到問題時(shí)，教師需要做的就是鼓勵(lì)學(xué)生自己查找答案，只在必要的時(shí)候，進(jìn)行一定的指導(dǎo)。在整個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)中，教師要盡可能少地參與到其中的環(huán)節(jié)中去，把主動(dòng)權(quán)交還給學(xué)生。

4 結(jié)論

文章結(jié)合《醫(yī)療器械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》的課程特點(diǎn)，豐富理論課程的教學(xué)內(nèi)容和形式，通過(guò)案例分析、項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)，提高了知識(shí)融合能力。網(wǎng)絡(luò)交流平臺(tái)增加師生互動(dòng)，便于學(xué)生了解行業(yè)前沿技術(shù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

實(shí)踐表明，以上的教學(xué)改革，使教學(xué)內(nèi)容更加系統(tǒng)和全面，教學(xué)方式更加切合實(shí)際，實(shí)踐教學(xué)更具有創(chuàng)新性，使人才培養(yǎng)更適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)和環(huán)境，取得了較好的教學(xué)效果，有一定借鑒價(jià)值。在今后的教學(xué)過(guò)程中，還需要繼續(xù)深化改革教學(xué)內(nèi)容、模式、設(shè)計(jì)和方法，以培養(yǎng)出更多實(shí)用型、全面型、創(chuàng)新型的高素質(zhì)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)人才。