生物醫(yī)學工程專業(yè)實踐教育體系研究

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上海理工大學醫(yī)療器械與食品學院(上海，200093)

【關鍵字】 生物醫(yī)學工程； 實踐教育體系； CDIO

0 引言

生物醫(yī)學工程專業(yè)是理工醫(yī)相結合，應用工程技術的理論和方法，研究解決醫(yī)學防病治病，保障人民健康的一門新興的綜合性科學。它屬于實踐性極強的工科專業(yè)，設置有醫(yī)院實習﹑生產實習﹑綜合設計和畢業(yè)設計等重要的專業(yè)綜合實踐環(huán)節(jié)，旨在提高本專業(yè)人才的創(chuàng)新能力﹑動手能力及專業(yè)素質。通過實踐環(huán)節(jié)學生才能從更深層次理解所學專業(yè)知識，實踐的重要性可見一斑[1]。

1 專業(yè)實踐環(huán)節(jié)的問題

生物醫(yī)學工程專業(yè)本科是上海理工大學的一個特色專業(yè)。實踐環(huán)節(jié)擁有大量的課時，近3年專業(yè)綜合實踐的學時平均為18周，共18學分，占總學分10.9%； 配合豐富的教學形式，卻收不到良好的預期效果。教學運行中存在較集中的問題： 觀念上重理論學習，輕實踐訓練； 條件上重數(shù)量，輕質量，政策支持缺乏； 操作中重形式，輕效果[1]； 教學過程控制力不足，考核難以公平[2]； 反饋調控機制不健全[3]。集中表現(xiàn)為走馬觀花式的企業(yè)參觀和醫(yī)院見習，流于形式的課題設計，向就業(yè)傾斜的畢業(yè)設計過程，使得實踐重要性被嚴重低估，學生接受專業(yè)訓練的權益受到損害。追根溯源，上述問題主要源于以下5個方面。

1.1 觀念上： 重理論﹑輕實踐

生物醫(yī)學工程專業(yè)需要學習生命科學﹑電子技術﹑計算機技術和信息科學的理工醫(yī)綜合性基本理論和知識，在有限的學分設定下，開設的理論課程較多，達到29門； 同時電子技術﹑計算機技術等應用的基本訓練和專業(yè)綜合實踐卻被忽視，即技術性和實踐性不被重視。

1.2 條件上： 重數(shù)量﹑輕質量

生物醫(yī)學工程的專業(yè)綜合實踐18學分的設置數(shù)量上基本滿足要求。但是以具有特色的醫(yī)院實習和生產實習環(huán)節(jié)為例，由于醫(yī)療行業(yè)的特殊性，使醫(yī)院科室無法很好地接納每屆平均150名本科生進行實習，醫(yī)療器械生產企業(yè)也無法很好地安排眾多的學生進行深入體驗。長此以往各類實習演變成走馬觀花的短期參觀，學生心目中也忽視此類實習。

1.3 操作中： 重形式﹑輕效果

生物醫(yī)學工程的專業(yè)綜合實踐包括醫(yī)院實習﹑生產實習﹑綜合設計和畢業(yè)設計等多種形式，具體由醫(yī)生/工程師的現(xiàn)場講解﹑專家講座﹑醫(yī)療器械裝置實訓﹑部件拆裝測繪﹑企業(yè)實習和課題研究構成。盡管這些形式交叉組合形式多樣，但實際效果卻無法衡量，例如，醫(yī)用設備關鍵部件的實物拆裝測繪，很難達到考查機械制圖能力的目標； 各類企業(yè)參觀實習難以保證與專業(yè)緊密相關聯(lián)。

1.4 控制上： 少控制﹑難公平

專業(yè)實踐教學既是專業(yè)課程的深入與延續(xù)，也是獨立的教學環(huán)節(jié)，自有獨立的體系與內容，教學內容與過程的控制力不足。實習報告僅僅將醫(yī)院各科室現(xiàn)場教學寫成流水帳式“日記”，部件拆裝測繪圖設計專業(yè)性不足，有些甚至堪比“素描”?？己诵问絾我坏厝砸云綍r出勤和實習報告/測繪圖紙構成，無法準確而公平地反映學生靈活運用知識解決問題的能力[4]。

1.5 反饋上： 無反饋﹑少改進

實踐中的教學環(huán)節(jié)脫離學校的環(huán)境，以醫(yī)院科室﹑企業(yè)生產現(xiàn)場﹑企業(yè)實訓室﹑實習單位等為主要場合，醫(yī)院或企業(yè)的外聘教師負責帶教，而專業(yè)教師不便參與，教學質量控制有限。外聘教師對學生的要求和評價，學生對教學內容和形式的感受，雙方面無法及時溝通，沒有搭建反饋通道，整體實踐教學的改進就無從談起。

2 CDIO工程教育模式建立及改革措施

近十年生物醫(yī)學工程的實踐教學體系的管理和改革越來越受到重視，尤其在提出“卓越工程師培養(yǎng)計劃”之后，國內許多大學都紛紛提出符合各具特色的改革措施[5-8]。調研表明國內外大學在生物醫(yī)學工程專業(yè)綜合訓練環(huán)節(jié)存在差異，尤其美國大學強調將專業(yè)訓練滲透到一些課程的大作業(yè)中，更突出對某研究領域的專項訓練，貫穿于本科高年級的課程[7]。華中科技大學提出“培養(yǎng)興趣、自主學習、層次教學、學以致用”的指導思想，從新實驗教學平臺建立、教學團隊建設、實踐基地建設三方面進行模式探索[5]； 西安交通大學特別強調綜合型、設計型和創(chuàng)新型教學實踐活動在整個實踐教學環(huán)節(jié)中的主導地位，注重了靈活性、多樣化和學生的自主性[6]； 清華大學著重于研究型綜合訓練實踐教學改革，確立了“1個目標、3個環(huán)節(jié)、5種模式、4個主攻方向” 的方針，提高了學生的實踐能力和創(chuàng)新意識[7]； 當面對卓越工程師培養(yǎng)新要求，南方醫(yī)科大學進一步提出實踐內容整合、建設“雙師型”教師隊伍、推進實踐教學方法和考核方式等方面的實踐[8]。

據統(tǒng)計2017年全國有67個大學設有生物醫(yī)學工程本科專業(yè)，我校的專業(yè)排名位列19。根據生物醫(yī)學工程專業(yè)的特點和實踐的重要性，針對目前實踐環(huán)節(jié)中存在的問題，參照借鑒國內外一流大學實踐教學體系教改中的經驗，提出針對3個不同專業(yè)方向(醫(yī)用電子技術﹑精密醫(yī)療器械﹑醫(yī)療器械質量與安全)的實踐教學平臺建設方案，尤其引入卓越工程師培養(yǎng)計劃和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)要求，更應在實踐環(huán)節(jié)中提高專業(yè)的競爭力。

2.1 確立CDIO模式，觀念上重視

實踐出真知，創(chuàng)新無止境。專業(yè)實踐教學的重要性被忽視的根本改變要來自于觀念的改變。在現(xiàn)有學分和形式的范圍內，整合最佳的醫(yī)院和先進企業(yè)的實踐資源，重視各類專業(yè)實踐教學的內容安排和控制。興趣是最好的老師。培養(yǎng)學生對本專業(yè)領域的廣泛興趣，樹立發(fā)展目標，引導學生進行自主學習和研究，充分利用實踐環(huán)節(jié)親身體驗先進技術。針對本專業(yè)實踐教學環(huán)節(jié)的特色，確立基于CDIO工程教育模式，即以構思(Conceive) ﹑設計(Design) ﹑實現(xiàn)(Implement) ﹑運作(Operate)四個步驟，實現(xiàn)讓學生以主動﹑實踐﹑課程之間有機聯(lián)系的方式，這是學習和獲取綜合能力的一種教育模式[9]，尤其在畢業(yè)設計階段可實現(xiàn)以完整的項目研發(fā)為載體，系統(tǒng)地培養(yǎng)學生專業(yè)技術知識﹑創(chuàng)新思考能力﹑職業(yè)能力和態(tài)度﹑團隊協(xié)作與溝通能力，培養(yǎng)對實際問題進行構思﹑設計﹑實施﹑運行等綜合素質[10]。

2.2 制度上保證，過程嚴格控制

形式多樣的實踐教學環(huán)境往往很難控制教學效果，必須從教學制度的多方面予以控制。每個實踐課程從教學大綱、教學日歷、教材編寫的基本環(huán)節(jié)抓起，做到學生可以了解所需的預備知識、教學內容、教學進度，有必要的輔導參考資料。教學過程中，在學生動員、實習組織、知識補充、教學控制、課程考核、雙向反饋多方面進行改革。以生產實習和醫(yī)院實習為例，課程正式開始之前的動員課程中明確課程的內容、時間安排、考核要求，包括必要的預備知識的復習與補充； 面對人數(shù)眾多的學生和有限的資源的矛盾，合理劃分實習小組，任命小組長，便于有效管理、分期分批地進行實習活動。

教學方法上，提倡以學生為中心，一個小組為單位，帶教老師主導，專業(yè)教師為輔的教學形式，采取啟發(fā)式﹑討論式﹑提問式﹑基于項目的探究性學習模式[11]。教學過程中，教師具有監(jiān)督學生實習過程﹑聽取帶教老師的反饋﹑評價本次實習效果的責任，及時調研學生小組長對課程的評價，實現(xiàn)雙向反饋通路，為下一次實習安排調整給以指導性建議。

實踐類課程的考核改變以往考勤加流水賬式的報告的形式，采取基于各實習內容的提問式或討論式主觀題以及實踐分析建議的不同組合，3種不同組合對應于3個不同專業(yè)，占50%； 考核內容還包括考察實踐全過程﹑現(xiàn)場提問記錄，占50%； 客觀的考核形式真實地反映了學生學習過程和認知程度，避免了千篇一律的簡單介紹和評分的不公平，成績分布反映學習效果的差距，符合正態(tài)分布。

2.3 優(yōu)化整合資源，發(fā)揮自身特色

專業(yè)實踐教學離不開建設系列優(yōu)秀的實踐基地，生物醫(yī)學工程專業(yè)發(fā)揮與各大醫(yī)療器械企業(yè)和高水平醫(yī)院聯(lián)系廣泛的優(yōu)勢，建立醫(yī)院和企業(yè)兩大類實習基地。近年來合作的三甲醫(yī)院有新華醫(yī)院﹑仁濟東院﹑東方醫(yī)院，二甲醫(yī)院包括市東醫(yī)院﹑肺科醫(yī)院等，提供多科室﹑多設備﹑多層次的臨床醫(yī)學部門親身體驗，包括放射科﹑放療科﹑康復科﹑心內科﹑血液透析中心﹑理療科﹑口腔科﹑檢驗科等。結合本專業(yè)的醫(yī)學特色，還組織心肺復蘇急救CPR的特色培訓實習，購置了5套的心肺復蘇模擬人，邊講解邊實踐的實習形式受到了學生歡迎，達到初步增進急救能力﹑培養(yǎng)社會責任的目的。

篩選具備帶教師資力量和實習條件﹑管理規(guī)范，以及醫(yī)療器械行業(yè)內具有一定影響力的公司成為企業(yè)實習基地，生物醫(yī)學工程專業(yè)先后和奧林巴斯中國醫(yī)療技術培訓中心﹑上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司﹑微創(chuàng)醫(yī)療﹑上海市醫(yī)療器械檢測所﹑上海康德萊醫(yī)療器械股份有限公司等知名企事業(yè)單位建立了共同培養(yǎng)本科生的校外實踐基地。每年的假期還設置有飛利浦醫(yī)療蘇州有限公司為期2周的研究實習。實現(xiàn)3個專業(yè)方向有側重地前往不同實習基地，最大限度地發(fā)揮各基地的專業(yè)優(yōu)勢，使學生真實參與企事業(yè)單位的實際生產﹑研發(fā)和銷售過程，對學生實踐知識的擴展﹑眼界和思路的擴展起到較好的作用[6]。

生物醫(yī)學工程專業(yè)還邀請上海諾誠電氣股份有限公司﹑德國貝朗愛敦有限公司﹑德爾格醫(yī)療設備有限公司﹑日本光電工業(yè)株式會社﹑富士膠片投資有限公司多家企業(yè)以共建實驗室形式設立了校內聯(lián)合培訓基地，德國Droger﹑Storz公司共建的模擬手術室則全方位展示現(xiàn)代化醫(yī)院的手術室應用場景。公司無償提供大量先進的醫(yī)療器械和設備，一方面培訓員工，一方面供學生實驗和設計，大大增強了生物醫(yī)學工程專業(yè)實習基地實力。另外依托生物醫(yī)學工程專業(yè)的教育部微創(chuàng)醫(yī)療器械工程研究中心，學生們也可直接接受微創(chuàng)器械的培訓。校內基地相對獨立﹑靈活，保證學生們足不出戶就可以獲得專業(yè)領域最先進的技術見習機會。

2.4 借鑒國際經驗，實踐環(huán)節(jié)貫穿專業(yè)課

美國大學生物醫(yī)學工程的課程體系中并沒有一門專業(yè)綜合訓練的課程，而是把專業(yè)綜合訓練滲透到一些課程的大作業(yè)中，持續(xù)貫穿在本科高年級的各學期中的某一門(些)課程里，更突出對某一研究領域的專項訓練[7]； 杜克大學本科階段≥2/3的學生參與了獨立學習為主的研究，≥40 %的學生參與動手實驗[12]。在本專業(yè)高年級的課程中已引入專項綜合訓練的部分，采取PBL(Problem-Based learning)﹑CBL(Case-Based learning)﹑基于項目團隊的探究性學習模式[11]； 將專業(yè)實踐訓練提前至第3學年專業(yè)(基礎)課程中，盡早培養(yǎng)學生的專業(yè)素養(yǎng)，領略專業(yè)特色和風采，也符合卓越工程師培養(yǎng)計劃和創(chuàng)新能力培養(yǎng)要求。實踐課程和部分專業(yè)基礎課都已進行綜合訓練的改革嘗試[13-14]。

2.5 進一步教學改革的思考

實踐課程時間上和類型上都較分散，造成學生對實踐重要性體驗不夠，各課程中管理學生形式不統(tǒng)一。目前利用微信群組織任務和管理過程，但是與教學制度的聯(lián)系松散，比如了解課程內容﹑課程安排﹑預備知識等需要額外查詢信息，不及時不靈活?？梢曰凇盎ヂ?lián)網+”思維[15]，開發(fā)微信小程序，將專業(yè)實踐教學環(huán)節(jié)整合起來； 引入微課和論壇等多種形式，利于各課程教學效果的整合優(yōu)化。

深入開展校企醫(yī)相結合的產學研模式，充分調動全院教師的積極性，充分利用學校和學院的社會影響力，爭取更多的社會力量(企業(yè)和醫(yī)院)投入到實踐教學的深入改革中。校企醫(yī)三方共同孵化的科研項目，可以吸收本科學生參與其中，從而提早鍛煉工程意識﹑自學能力﹑團隊精神，促進實踐教學的開展。

3 結果與分析

上述措施經過2年的執(zhí)行初見成效，達到生物醫(yī)學工程專業(yè)實踐模塊與學生能力的對應關系要求。以生產實習﹑醫(yī)院實習﹑畢業(yè)設計為例，實踐課程與學生知識(自然科學﹑醫(yī)學)﹑能力(工程技術﹑提出分析解決問題﹑實踐動手﹑創(chuàng)新能力)﹑素質(職業(yè)道德﹑溝通合作﹑學習能力)培養(yǎng)緊密相關。學生對實踐環(huán)節(jié)的反映良好，學生評教分數(shù)較高，且2018屆BME專業(yè)就業(yè)率達到98.44%。

4 討論

生物醫(yī)學工程專業(yè)的綜合性使得實踐教學環(huán)節(jié)更加重要，改革傳統(tǒng)教學模式，適應現(xiàn)代社會的要求，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新精神是教學改革的首要目的，教學改革在現(xiàn)有基礎上還需要進一步有序地探討和深化。