“新工科”“新醫(yī)科”改革下生物醫(yī)學工程專業(yè)的醫(yī)工融合教學創(chuàng)新*

楊潤懷 朱華慶

（安徽醫(yī)科大學生物醫(yī)學工程學院 安徽合肥 230032）

1 生物醫(yī)學工程專業(yè)簡介

生物醫(yī)學工程專業(yè)，是以工學、理學中的工程技術(shù)為手段，以生命科學、臨床醫(yī)學領域中的科學問題為對象，通過對工程技術(shù)的使用與研發(fā)，對生命科學、臨床醫(yī)學領域存在的問題進行解決與研究，是“新工科”“新醫(yī)科”改革背景下的醫(yī)工融合橋頭堡。從手段和理論具體而言，生物醫(yī)學工程專業(yè)需要綜合工程學（如電子技術(shù)、機電技術(shù)、人工智能、新材料技術(shù)等）以及生命科學和臨床醫(yī)學的理論和方法。

生物醫(yī)學工程專業(yè)是是結(jié)合物理、化學、數(shù)學和計算機與工程學原理，從事生物學、醫(yī)學、行為學或衛(wèi)生學的研究，其核心是針對臨床、醫(yī)學類的科學問題，通過綜合型工程手段來構(gòu)思解決方案［1］。與其他理工科專業(yè)不同的是，生物醫(yī)學工程的學生在本科階段除了學習理工科的高等數(shù)學、大學物理、四大化學、電子電路基礎、機械設計、材料學等課程外，還會大量學習包括系統(tǒng)解剖、普通生物學、臨床實踐見習等生物醫(yī)學類背景的課程。在這樣課程背景下培養(yǎng)出的本科生，不僅能深入的理解醫(yī)學領域的科學問題，而且可以對接工程思維，知道如何開展工程思維與方法來解決生命領域的科學問題［2］。生物醫(yī)學工程專業(yè)培養(yǎng)的本科生就業(yè)面極為廣泛，以該系培養(yǎng)的學生為例，大量學生進入了醫(yī)院設備處、醫(yī)療器械公司、智能醫(yī)療公司、互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療公司、醫(yī)療3D打印公司等等。他們的優(yōu)勢在于，相比傳統(tǒng)理工科學生，能更快的與醫(yī)療口的需求進行對接，迅速找出問題的突破口，并利用自身的工程背景優(yōu)勢確定解決方案。因此，一個受到良好本科教育的生物醫(yī)學工程專業(yè)的學生，在就業(yè)市場上供不應求。而從深造角度來說，生物醫(yī)學工程的考研方向涵蓋了生物電子學、醫(yī)用材料學、電子工程、機械工程等諸多方向，由于具備了醫(yī)學與工程背景，該專業(yè)的本科生讀研、讀博后得到了研究生實驗室的一致好評，在學術(shù)上也很容易產(chǎn)生突破。

“新工科”與“新醫(yī)科”，是國家為應對新科技革命和產(chǎn)業(yè)變革提出的“四新”之二。在教育部的倡導下，高校紛紛開展了將理工科與醫(yī)科類課程結(jié)合的發(fā)展方向，如各個高校開展的“新工科”與“新醫(yī)科”相結(jié)合（如MED-X），打破傳統(tǒng)學科與學院壁壘，培養(yǎng)醫(yī)工交叉人才［3］。生物醫(yī)學工程專業(yè)作為典型的醫(yī)工交叉專業(yè)，同時具備了“新醫(yī)科”和“新工科”的改革重任。在“四新”改革背景下，生物醫(yī)學工程中的醫(yī)工交叉需要進行進一步的深化，如傳統(tǒng)醫(yī)學與機器人、人工智能、大數(shù)據(jù)等新興攻克技術(shù)需要進一步融合。根據(jù)教育部要求，新醫(yī)科是適應新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的要求，提出了從治療為主到兼具預防治療、康養(yǎng)的生命健康全周期醫(yī)學的新理念，開設了精準醫(yī)學、轉(zhuǎn)化醫(yī)學、智能醫(yī)學等新專業(yè)。實踐證明，重大的醫(yī)學創(chuàng)新成果出現(xiàn)在交叉學科中，如各種醫(yī)學成像設備、醫(yī)學自動化設備、醫(yī)學材料的研發(fā)，離不開包括臨床醫(yī)生、物理學、工程學等領域的跨學科的合作與交流。在科技高速發(fā)展的今天，單靠某一個學科推動人類社會的發(fā)展，已經(jīng)顯得力不從心。因此，要想進一步推動科技的發(fā)展、服務人類，實現(xiàn)教育部提出的“新醫(yī)科”，將治療為主變?yōu)樵\療一體、智能醫(yī)療，就必須要推動工程技術(shù)與醫(yī)學技術(shù)深度融合。醫(yī)學領域的科學問題是工程技術(shù)“引子”與“目標”，而工程技術(shù)則是解決醫(yī)學科學問題的最好“途徑”與“抓手”。因此，生物醫(yī)學工程專業(yè)由于其獨特的交叉性、綜合性，在未來的醫(yī)科類發(fā)展，尤其是轉(zhuǎn)化醫(yī)學、智能醫(yī)學領域的發(fā)展中將進一步起到舉足輕重的作用。

2 生物醫(yī)學工程專業(yè)人才培養(yǎng)面臨的挑戰(zhàn)

生物醫(yī)學工程專業(yè)鮮明的醫(yī)工交叉培養(yǎng)特點對生物醫(yī)學工程專業(yè)的培養(yǎng)主體提出了很高的要求，需要培養(yǎng)主體本身同時具備有臨床醫(yī)學、生命科學、電子技術(shù)、計算機技術(shù)及信息科學有關的基礎理論知識以及醫(yī)學與工程技術(shù)實踐相結(jié)合的培養(yǎng)能力與條件，目標是培養(yǎng)出在生物醫(yī)學工程領域、醫(yī)學儀器和其它電子技術(shù)、智慧醫(yī)療、醫(yī)療信息等產(chǎn)業(yè)進行研究、管理的工程技術(shù)相關人才［4］。同時，由于生物醫(yī)學工程專業(yè)是典型的工科專業(yè)，需要培養(yǎng)人才具備解決實際問題的能力，因此歷來重視動手、實踐能力的培養(yǎng)。正因為有這樣典型的醫(yī)工交叉的培養(yǎng)特點，生物醫(yī)學工程專業(yè)的學生先天具備了畢業(yè)有多重選擇的優(yōu)勢，但同樣與高校其他專業(yè)相比，學生在學習過程中容易出現(xiàn)由于課程壓力過大而產(chǎn)生的自我懷疑以及“萬金油”的定位。如何明確專業(yè)定位與特色，充分發(fā)揮學校特色背景下的醫(yī)工交叉定位，同時在“新工科”“新醫(yī)科”改革背景下培養(yǎng)具備迎接新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革挑戰(zhàn)的高素質(zhì)技術(shù)人才，是絕大多數(shù)生物醫(yī)學工程專業(yè)的負責人與教師都必須仔細思考的問題。

中國目前生物醫(yī)學工程專業(yè)大體可分為兩類，一類是以傳統(tǒng)醫(yī)科類大學為代表開設的生物醫(yī)學工程專業(yè)；另一類是傳統(tǒng)工科強?；蚓C合性大學為代表開設的生物醫(yī)學工程專業(yè)［5］。由于學校特色不同，同為生物醫(yī)學工程專業(yè)但培養(yǎng)特色不同。如傳統(tǒng)醫(yī)科類大學往往在開設生物醫(yī)學工程專業(yè)之前就已經(jīng)具備了非常完整的臨床醫(yī)學培養(yǎng)體系，又擁有聯(lián)系緊密的多家直屬附屬醫(yī)院，擁有非常好的醫(yī)院實踐培養(yǎng)條件，同時，校內(nèi)幾乎所有的專業(yè)都是以醫(yī)學為導向的，全校的教學管理上先天就有著極為鮮明的臨床特色。因此，其設立的生物醫(yī)學工程專業(yè)培養(yǎng)方案中的臨床醫(yī)學與基礎醫(yī)學部分往往系統(tǒng)性強，學生與醫(yī)院的關系在整個培養(yǎng)過程中結(jié)合較為緊密，學生就業(yè)傾向性也較為明顯。而傳統(tǒng)工科高校以及綜合性大學的生物醫(yī)學工程專業(yè)往往依托本校的理工科特色，在開設本專業(yè)前就已經(jīng)具備了完整的相關學科（如測控技術(shù)與儀器、儀器科學與技術(shù)等儀器類或其他電子信息類專業(yè)本身與生物醫(yī)學工程的培養(yǎng)體系具有重疊部分）工科培養(yǎng)體系，可以在建立生物醫(yī)學工程專業(yè)之初就使其具備很強的工學底蘊。而在“新工科”“新醫(yī)科”發(fā)展需求的背景下，這兩類特色的生物醫(yī)學工程專業(yè)雖然各有優(yōu)勢，但都需要更進一步加強“醫(yī)”與“工”的深度融合，從師資力量、實踐基地平臺建設、課程體系設置等多個方面提高培養(yǎng)條件的多學科背景，而不僅是簡單將傳統(tǒng)工科的教學與醫(yī)學簡單縫合。

在如今多變的科技革命和國際形勢下，習近平總書記提出的維護人民健康新要求“要建立穩(wěn)定的公共衛(wèi)生事業(yè)投入機制”“要優(yōu)化完善疾病預防控制機構(gòu)職能設置”“要加大衛(wèi)生健康領域科技投入”，這些要求離不開新型醫(yī)療智能終端、醫(yī)聯(lián)網(wǎng)、智能醫(yī)學大數(shù)據(jù)以及無接觸醫(yī)療機器人等新型醫(yī)療設備的研發(fā)，需要生物醫(yī)學工程專業(yè)的技術(shù)人才相比以往更能具備快速迭代與研發(fā)的能力。因此，如何在多變的形勢下加快“新醫(yī)學”和“新工科”改革，進一步推動生物醫(yī)學工程專業(yè)的深度醫(yī)工融合人才培養(yǎng)，是現(xiàn)階段極其緊迫的任務。面臨百年未有之大變局，需要行業(yè)加速深化供給側(cè)改革、解決“卡脖子”技術(shù)，而這就需要高校的“人才培養(yǎng)，科學研究，服務社會”等職能發(fā)揮最大作用。生物醫(yī)學工程專業(yè)作為一個重實踐的工科專業(yè)，幾乎所有的課程都和實踐緊密聯(lián)系，如何切實推動“產(chǎn)學研創(chuàng)”育人模式落到實處，如何將“新工科”改革下的互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、人工智能技術(shù)與“新醫(yī)科”中面臨的健康問題深度結(jié)合并培養(yǎng)醫(yī)工融合的科技創(chuàng)新人才，是生物醫(yī)學工程專業(yè)的教學科研人員必須認真思考的問題。作為一個為醫(yī)療、臨床服務的專業(yè)，生物醫(yī)學工程必須在此時勇于承擔歷史使命，結(jié)合社會實際需求，培養(yǎng)出一批高水平、高素質(zhì)的專業(yè)人才，提高中國在高端醫(yī)療器械研發(fā)、醫(yī)用材料研發(fā)、新型醫(yī)用檢測技術(shù)、智慧醫(yī)療等領域的核心競爭力。

3 醫(yī)工融合推動創(chuàng)新，確保人才培養(yǎng)質(zhì)量

要滿足當下時代的特點，培養(yǎng)出具備快速醫(yī)療設備、軟件研發(fā)的人才，就必須充分發(fā)揮醫(yī)工融合的特點，培養(yǎng)學生緊密結(jié)合臨床中的前沿科學問題和機理性問題的思維，以及充分運用工程中的前沿技術(shù)的能力［6］。正如第一、二點中所說，生物醫(yī)學工程專業(yè)的本科課程有著很大的特殊性與交叉性，而對于人才培養(yǎng)來說，是否真的能讓本科生得到交叉學科的能力培養(yǎng)，并且讓學生在醫(yī)學科學問題與工程手段運用中都具備足夠的能力，是實際驗證培養(yǎng)方案的唯一標準。在這樣的要求下，生物醫(yī)學工程專業(yè)必須進一步提高學生培養(yǎng)質(zhì)量，在確保醫(yī)學類與工學類的基礎課與專業(yè)課的質(zhì)量上，積極融入實踐類課程，充分發(fā)揮校企合作實踐基地的作用，以實際的產(chǎn)業(yè)項目、科研項目與課題為引導，落實以項目為指導的機遇問題的教學模式，結(jié)合大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練，激發(fā)學生的主動學習意識。

3.1 基礎醫(yī)學類課程與工程類專業(yè)課程深度融合

在“新工科”“新醫(yī)科”改革背景下，生物醫(yī)學工程專業(yè)需要做到醫(yī)工融合，就必須要打破原有課程壁壘，實現(xiàn)醫(yī)學類課程與工程類課程教學的融合。首先，在低年級開設生物醫(yī)學工程學導論，由來自臨床、基礎醫(yī)學、醫(yī)工部、工程學等多學科背景的教師講授不同學科角度下的生物醫(yī)學工程專業(yè)的特點與學習方向，讓學生從入學就樹立醫(yī)工融合的概念；其次，打破醫(yī)學類與工程類課程之間的壁壘，以集體備課的形式，聯(lián)動起相近課程的醫(yī)學類課程與工程類課程。以心電測量電路實現(xiàn)為例，其中包含了醫(yī)學類課程《生理學》中關于人體循環(huán)、神經(jīng)信號產(chǎn)生與傳導的原理部分；而在《電子學測量》中基于上述人體生理現(xiàn)象，詳細描述了前置放大電路的要求與設計原理。讓《生理學》與《電子學測量》的專業(yè)教師聯(lián)動，將兩門課的課時在同一學期講授，同時將心電測量原理在兩門課上有所側(cè)重，并利用工程類課程的現(xiàn)場演示儀器與配件與生理課程的講授聯(lián)合起來，使學生更加深入的同步理解兩門課，不僅同時提高了兩門課的效果，而且培養(yǎng)了學生根據(jù)實際醫(yī)學問題提出工程解決方法的能力。類似的課程還有《信號與系統(tǒng)》中信號處理可以實現(xiàn)與生理及病理類課程的信號共通［7］，以及醫(yī)療儀器類課程與醫(yī)院開設的臨床器械維修類課程的共通。此外，利用《生命信息檢測儀器課程設計》等實踐類課程設計，可以將前期已經(jīng)學習完畢的醫(yī)學類課程與工程類課程更好的總結(jié)歸納。

3.2 落實“基于問題的項目指導式教學模式”

結(jié)合社會需求，以健康監(jiān)測、醫(yī)療器械、智慧醫(yī)療、醫(yī)聯(lián)網(wǎng)等實際需求做為醫(yī)工融合的工程問題，組織同學以小組為單位，根據(jù)各年級課程設置不同，由教師將工程問題進一步抽象，并且分配給各個小組，結(jié)合課程對工程問題以及相應的解決方案進行思考與探索。以某校為例，生物醫(yī)學工程專業(yè)的專業(yè)教師會根據(jù)各門課程不同的特點，組織學生充分利用電子電路技術(shù)、三維建模技術(shù)、仿真技術(shù)、3D打印技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，基于教師提出的工程、科學問題進行小組問題討論，教師在過程中進行認知引導、探討中的理論指導以及學習動機培養(yǎng)。以2020年上半年線下停課階段為例，在《生物醫(yī)學與傳感器》線上課程中聯(lián)系實際應用積極推進了包括可穿戴心率傳感器、觸覺傳感器、呼吸傳感器、無線紅外傳感器等課題供同學進行問題式學習，對于部分沒有實驗設備的同學郵寄了相應的電子硬件開發(fā)設備，確保了同學的硬件條件。同時，針對疫情防控對口罩、滅菌設備、即時檢驗（POCT）等醫(yī)療小型設備與耗材的現(xiàn)實需求，結(jié)合線上理論與實踐課程，引導學生從生物醫(yī)學新材料研制的角度出發(fā)，調(diào)研最新的生物醫(yī)學材料論文與專利，利用網(wǎng)絡會議，組織本科生每周開科研組會，引導本科生以3人為小組，針對科技前沿的新型工程技術(shù)開展文獻調(diào)研、技術(shù)總結(jié)、方案規(guī)劃、虛擬仿真。雖然無法返校，電子類實踐課程盡可能為學生提供相應的在家可用的開發(fā)套件與散件，相比試驗箱能更進一步提供給學生接近實際開發(fā)的訓練機會；生物醫(yī)學材料類實踐課程雖然無法在家進行實踐操作，但是依然可以利用線上小組討論訓練實驗思維，以及利用材料類仿真軟件、多物理場耦合有限元仿真計算軟件進行虛擬計算。同時，結(jié)合網(wǎng)絡理論課中的理論模型，引導學生使用仿真軟件自主修改理論公式，進一步理解相關理論知識。此外，結(jié)合該專業(yè)的3D打印實訓中心平臺的條件（省級示范實驗實訓中心），引導學生在線上進行醫(yī)學3D模型設計，同時教師在3D打印實訓中心遠程進行模型打印，使得學生在家也可得到3D打印相關訓練。

3.3 充分發(fā)揮本科生導師制與行業(yè)導師的作用

在實際教學中發(fā)現(xiàn)，很多學生有動力、有熱情去探索科技前沿和產(chǎn)業(yè)前沿，但是對探索的途徑卻并不熟悉，而簡單的通過文獻檢索等課程進行講授的效果并不好。因此，要帶動學生主動探索前沿領域，就需要充分發(fā)揮專業(yè)教師和行業(yè)兼職教師作為本科生導師與行業(yè)導師的作用，開展具備具體案例的前沿探索，帶動學生深入思考技術(shù)方案，實現(xiàn)探究式教學。鼓勵專業(yè)教師針對疫情下最新的專業(yè)相關科技前沿技術(shù)展開探索研究，并通過線上組會、博士論壇的方式分享給全體本科生，同時在報告中留下已解決和待解決的科學問題，激發(fā)學生的參與感與求知欲，進一步培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和獨立學習的能力。以某校為例，生物醫(yī)學工程專業(yè)的專業(yè)教師由來自多個專業(yè)的博士組成，包含生物科學、精密儀器、醫(yī)學光子學、生物物理、生物醫(yī)學材料學、化學等專業(yè)背景，每位教師本身從自身專業(yè)出發(fā)就可以開展與行業(yè)直接相關的結(jié)合研究。如2020年疫情期間，某校專任以及行業(yè)教師開展了包括肺支氣管柔性機器人、新型病毒核酸高通量快速檢測微孔陣列芯片和一體機、紅外圖像體溫識別等疫情防控相關的研究，這些課題不僅本身就發(fā)動了導師帶領的本科生參與研發(fā)，同時，學科組織了這些導師以組會、學術(shù)報告、博士論壇的方式將學術(shù)前沿的思想分享給全體本科生，并且鼓勵、組織本科生以小組為單位，進一步針對這些科研課題進行調(diào)研。在這一過程中，原本“高大上”的國家級科研課題的研究過程被詳細的拆解給了每一位本科生，讓他們充分理解了該學科在保障人民健康中實際發(fā)揮的作用，激發(fā)了學科榮譽感，培養(yǎng)了創(chuàng)新能力與探知欲。

3.4 利用創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽引導學生“產(chǎn)學研創(chuàng)”深度融合

該校已推廣本科生融入科研實驗室，在科研實驗室提升過程中，發(fā)現(xiàn)利用創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽與互聯(lián)網(wǎng)+競賽可切實可行的推動學生的研發(fā)走向產(chǎn)品化、創(chuàng)業(yè)化，實現(xiàn)動手訓練與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)深度融合。該專業(yè)是“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”“互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”特色極為濃重的專業(yè)，應當深入結(jié)合“第二課堂”，不僅在課上培養(yǎng)學生的動手能力與醫(yī)學情懷，而且在課下積極組織學生參加“互聯(lián)網(wǎng)+”“挑戰(zhàn)杯”等培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的活動，將導師制中培養(yǎng)的科研求知欲與創(chuàng)新能力落到實處。以該校為例，積極組織了生物醫(yī)學工程專業(yè)本科生開展課題、專利等創(chuàng)新研究。具體而言，以“互聯(lián)網(wǎng)+”“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”等科技競賽項目為依托，在線上組織了本科生競賽小組，疫情防控期間在家完成了用于隔離患者的無線生命體征檢測小型設備研發(fā)、體表可穿戴傳感器、醫(yī)聯(lián)網(wǎng)等項目，實現(xiàn)了對學生工程實踐動手能力的培養(yǎng)，同時也進一步提高了教師、同學的網(wǎng)絡組織能力與協(xié)作能力，為信息化醫(yī)工融合人才的培養(yǎng)奠定了基礎。同時，積極將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽落到實處，推動“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)意組走向初創(chuàng)組。鼓勵本科或研究生學生在校期間參與到工程項目研發(fā)，在校期間或畢業(yè)后注冊公司或技術(shù)入股，積極實現(xiàn)工程項目落地，最終將校內(nèi)教學科研與校外產(chǎn)業(yè)創(chuàng)業(yè)深度融合，培養(yǎng)具備實踐能力的高素質(zhì)技術(shù)創(chuàng)業(yè)人才。

4 結(jié)論

文章闡述了生物醫(yī)學工程專業(yè)的培養(yǎng)特色以及醫(yī)工融合的迫切性與重要性，同時依據(jù)時代特點，闡明了當前時代背景下對生物醫(yī)學工程人才培養(yǎng)的需求與挑戰(zhàn)；結(jié)合該校生物醫(yī)學工程培養(yǎng)的特點，從醫(yī)工課程深度融合、基于問題的項目指導教學模式、本科生導師制、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽驅(qū)動等角度，提出了“新工科”“新醫(yī)科”下生物醫(yī)學工程專業(yè)人才培養(yǎng)的突破口，緊隨時代步伐，實現(xiàn)全面提升人才培養(yǎng)能力和人才培養(yǎng)質(zhì)量，培養(yǎng)出“百年未有之大變局”下符合時代需求、國家利益需求的醫(yī)工融合技術(shù)人才。