新工科和新醫(yī)科背景下生物醫(yī)學(xué)專業(yè)課程教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

季振宇，周怡敏，楊 濱，史學(xué)濤，劉銳崗，付 峰

(空軍軍醫(yī)大學(xué)軍事生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)系，陜西 西安 710032)

1 新工科的背景及要求

在國家實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略的背景下，2017年教育部相繼發(fā)布“新工科”建設(shè)復(fù)旦共識、“新工科”建設(shè)行動計(jì)劃，提出探索建立工科發(fā)展新范式，吹響了“新工科”建設(shè)的號角[1-3]。2018年教育部通過“卓越醫(yī)生教育培養(yǎng)計(jì)劃2.0”，提出“新醫(yī)科”建設(shè)，實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)從“生物醫(yī)學(xué)科學(xué)為主要支撐的醫(yī)學(xué)模式”向以“醫(yī)文、醫(yī)工、醫(yī)理、醫(yī)X交叉學(xué)科為支撐的醫(yī)學(xué)模式”的轉(zhuǎn)變[4-5]。由此可見，“新工科和新醫(yī)科”(后文簡稱“雙新”)的建設(shè)和發(fā)展已然成為深化高等院校教育改革，滿足社會產(chǎn)業(yè)、醫(yī)學(xué)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)要求。“雙新”建設(shè)的內(nèi)涵是：以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越人才[1,4]。對課程建設(shè)方面的要求是，注重知識更新，注重交叉融合；對學(xué)生培養(yǎng)方面的要求是，注重適應(yīng)變化能力和工程創(chuàng)新能力的塑造。

2 生物醫(yī)學(xué)專業(yè)課程特點(diǎn)及建設(shè)需求

生物醫(yī)學(xué)工程是綜合生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和工程學(xué)的理論和方法而發(fā)展起來的新興邊緣學(xué)科，其專業(yè)學(xué)科方向是運(yùn)用工程技術(shù)手段，研究和解決生物學(xué)和醫(yī)學(xué)中的有關(guān)問題，最終服務(wù)醫(yī)學(xué)。生物醫(yī)學(xué)工程與世界高新技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，學(xué)科始終保持高速的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。由于生物醫(yī)學(xué)工程涉及多學(xué)科交叉，從我國高等院校開設(shè)的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)來看，其教學(xué)和培養(yǎng)重點(diǎn)通常會針對生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科下的二級學(xué)科進(jìn)行，如生物醫(yī)學(xué)電子、生物醫(yī)學(xué)材料、生物醫(yī)學(xué)影像、生物信息學(xué)等。盡管如此，其專業(yè)課程內(nèi)容卻有共同的特點(diǎn)，即交叉跨度大，綜合性強(qiáng)、發(fā)展速度快，這也給生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)教學(xué)帶來一定難度。特別是我國的生物醫(yī)學(xué)工程本科專業(yè)有的在工科類院校設(shè)置，有的在醫(yī)科院校設(shè)置，教學(xué)資源背景的差異，也使該專業(yè)的本科教學(xué)模式各有特色[6-8]。在此背景下，探索和優(yōu)化“交叉復(fù)合型人才”培養(yǎng)方案，成為生物醫(yī)學(xué)工程教育領(lǐng)域工作者所面對的共同問題[9-11]。為此，本文在教育部實(shí)施“雙新”建設(shè)的教育改革背景下，從我系生物醫(yī)學(xué)電子工程課程教學(xué)實(shí)際出發(fā)，對專業(yè)課程改革進(jìn)行思考和設(shè)計(jì)，提出相應(yīng)的教學(xué)實(shí)踐措施，以注重學(xué)生“適應(yīng)變化能力和工程創(chuàng)新能力”的塑造為理念，提升學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)。

3 生物醫(yī)學(xué)電子工程專業(yè)課程教學(xué)設(shè)計(jì)

生物醫(yī)學(xué)電子工程專業(yè)課程主要包括《生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)》《醫(yī)用傳感器》《數(shù)字信號處理》《醫(yī)學(xué)儀器》等，在深入理解“雙新”建設(shè)內(nèi)涵的前提下，我們主要從授課內(nèi)容、課堂教學(xué)模式、課外教學(xué)實(shí)踐等教改內(nèi)容出發(fā)，在以下五個(gè)方面進(jìn)行了相應(yīng)的教學(xué)改革設(shè)計(jì)，以期提升教學(xué)水平。

3.1 提升學(xué)科交叉深度

“雙新”建設(shè)注重交叉融合，生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本身就是一門交叉學(xué)科。但教學(xué)過程中，如果對授課內(nèi)容把握不好，一定程度上會存在“重理工輕醫(yī)學(xué)”或“重醫(yī)學(xué)輕理工”的現(xiàn)象。對此，我們主要從教材內(nèi)容建設(shè)、授課單元設(shè)計(jì)、課外實(shí)驗(yàn)作業(yè)三個(gè)方面提升專業(yè)課教學(xué)中存在的“交叉深度”不夠的問題。在教材建設(shè)中，突出以臨床應(yīng)用為牽引，工程技術(shù)為手段的內(nèi)容編排思路，與臨床醫(yī)生、臨床工程師共同編制教材，教材內(nèi)容充分體現(xiàn)工程原理與臨床應(yīng)用深度結(jié)合。授課單元設(shè)計(jì)中注重知識的整合交叉，強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)課與專業(yè)課的聯(lián)系，突出醫(yī)學(xué)知識與工程知識的融合，加大臨床工程應(yīng)用實(shí)踐案例、問題的引入，注重培養(yǎng)學(xué)生醫(yī)工結(jié)合的學(xué)習(xí)思維。近年來，主編、副主編多部國家級規(guī)劃教材：如《生物醫(yī)學(xué)傳感技術(shù)》《醫(yī)用電子儀器》《生命支持技術(shù)與設(shè)備》《醫(yī)學(xué)儀器原理與應(yīng)用》等。課外實(shí)驗(yàn)作業(yè)是鞏固專業(yè)課教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，教學(xué)中我們充分利用醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院的臨床資源優(yōu)勢，將“臨床應(yīng)用調(diào)研性任務(wù)”融入到課外實(shí)驗(yàn)作業(yè)中，要求每個(gè)小組(或個(gè)人)的調(diào)研方向都不相同的形式，通過學(xué)生主動思考臨床需求問題，激發(fā)他們對醫(yī)學(xué)、工程知識主動交叉、主動融合的熱情。

3.2 跟進(jìn)行業(yè)前沿動態(tài)

行業(yè)前沿代表了專業(yè)的發(fā)展方向，高新技術(shù)革命催生下的醫(yī)學(xué)前沿技術(shù)、融合創(chuàng)新給生物醫(yī)學(xué)工程教育提出更高要求，專業(yè)課教學(xué)必須要跟進(jìn)行業(yè)前沿動態(tài)。行業(yè)前沿對本科生似乎高深莫測，傳統(tǒng)專業(yè)課教學(xué)中對行業(yè)動態(tài)跟進(jìn)相對較慢，但行業(yè)前沿往往是創(chuàng)新性和多元化思想的體現(xiàn)?！半p新”的建設(shè)背景，對專業(yè)課程授課提出挑戰(zhàn)。在專業(yè)課教學(xué)中滲透行業(yè)前沿，一方面要求教學(xué)內(nèi)容合理配置，但更重要的是對授課教員專業(yè)素養(yǎng)的要求。我們的措施是，通過開設(shè)專業(yè)課程選修課或講座，請本領(lǐng)域的專家教授進(jìn)行授課，將行業(yè)新方向、新進(jìn)展引入課堂，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。另一方面，加大教師專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)力度，提供學(xué)術(shù)交流途徑，使教員緊跟專業(yè)前沿。特別是在教學(xué)中鼓勵教員將科研方向相關(guān)內(nèi)容引入課堂教學(xué)，讓學(xué)生深刻理解目前所學(xué)知識與前沿領(lǐng)域的相關(guān)性，對專業(yè)思維能力訓(xùn)練和知識體系構(gòu)建均能起到積極作用。以《生物醫(yī)學(xué)電磁學(xué)概論》教學(xué)為例，本課程分為低頻電磁場生物效應(yīng)、射頻電磁波生物效應(yīng)、紅外與激光生物效應(yīng)、可見光生物效應(yīng)、電磁輻射生物效應(yīng)等8個(gè)教學(xué)模塊，每個(gè)模塊的內(nèi)容都有當(dāng)前醫(yī)學(xué)新技術(shù)研究熱點(diǎn)。通過在教學(xué)中加大專業(yè)前沿性內(nèi)容的比重，使學(xué)生有機(jī)會接觸到生物電磁領(lǐng)域的前沿性科學(xué)技術(shù)和科學(xué)問題。

3.3 突破本研教學(xué)界限

古希臘哲學(xué)家普羅塔戈說過：“學(xué)生的頭腦不是用來被填滿知識的容器，而是需要被點(diǎn)燃的火把?！北究齐A段不少學(xué)生仍然具有“重分?jǐn)?shù)、輕能力”的學(xué)習(xí)思維，過分注重應(yīng)試，而缺乏對知識主動探究的熱情。突破本研教學(xué)界限，讓學(xué)生在科研中尋求興趣，是激發(fā)學(xué)生動力的有效手段。只有在本科階段養(yǎng)成主動思考的習(xí)慣和探究未知的興趣，在研究生階段才能提升人才培養(yǎng)的質(zhì)量。這方面我們主要從授課內(nèi)容設(shè)置、課后作業(yè)形式、和課外科研引導(dǎo)實(shí)施開展。專業(yè)課授課中為拓寬本科生教育的深度與廣度，結(jié)合本系的科研方向，通過增加本研過渡性知識授課比例的方式，引入部分研究生基礎(chǔ)課內(nèi)容，有力支持了高年級本科的課外科研和畢業(yè)設(shè)計(jì)工作。專業(yè)課后作業(yè)一般采用調(diào)研、實(shí)現(xiàn)、寫作、匯報(bào)的項(xiàng)目實(shí)施形式進(jìn)行，鍛煉學(xué)生的科研素養(yǎng)。并進(jìn)一步對有余力的學(xué)生設(shè)置課外科研活動，通過參與教員科研課題中的部分研究內(nèi)容，早期接觸科研。

3.4 增加師生互動環(huán)節(jié)

增加師生互動的目的在于激發(fā)學(xué)生潛能，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力。學(xué)生如果沒有敢于質(zhì)疑的思維個(gè)性，思想受到嚴(yán)重束縛和禁錮，教育出的人才將缺乏創(chuàng)造性。我們注重在課堂中增加互動性設(shè)計(jì)，教學(xué)過程中增加提問式、啟發(fā)式、案例研討式、對話參與式教學(xué)環(huán)節(jié)，教師積極鼓勵學(xué)生提問和發(fā)言，學(xué)生也可提出問題，發(fā)表見解。例如，在《生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)》的授課過程中，會設(shè)置課堂討論性課時(shí)和實(shí)驗(yàn)大作業(yè)匯報(bào)環(huán)節(jié)。課題討論課主要設(shè)置開放性問題，通過發(fā)言討論引發(fā)學(xué)生多角度進(jìn)行思維。以“心電信號檢測設(shè)計(jì)要素分析”討論為例，有些學(xué)生提出要設(shè)計(jì)可穿戴心電信號檢測模塊，那么其設(shè)計(jì)要素與傳統(tǒng)交流供電式心電檢測模塊的分析會有很大差異。充分的討論，多角度的分析，使學(xué)生對所學(xué)知識更能融會貫通。在課堂外，通過開展本科生導(dǎo)師制，利用我系本科學(xué)員招生人數(shù)少的特點(diǎn)，采用本科生與教員雙向選擇的方式開展導(dǎo)師制。導(dǎo)師制過程中，以課外“實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”為牽引，在學(xué)生完成任務(wù)的過程中，教師注重培養(yǎng)學(xué)生形成問題的意識，敢于試錯(cuò)的勇氣，以問題為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)習(xí)慣。學(xué)生和教師可充分地交流體會、交流思想。師生之間的深度互動可使教學(xué)氣氛融洽，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的同時(shí)，也是消除師生交流不足的有效路徑。

3.5 提供開放實(shí)踐平臺

諾貝爾獎得主貝樂納說：“創(chuàng)造力是沒法教的，必須在實(shí)踐活動中讓學(xué)生動手，有機(jī)會把自己的創(chuàng)新思想付諸實(shí)施?！睂?shí)踐教學(xué)是教學(xué)體系的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識的重要環(huán)節(jié)。與知識的傳授不同，能力的培養(yǎng)更強(qiáng)調(diào)實(shí)踐的訓(xùn)練。但常規(guī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐受制于學(xué)時(shí)、場地，學(xué)生不能充分發(fā)揮主觀能動性。近年來，我們通過為學(xué)生提供開放實(shí)踐平臺的方式，為學(xué)生提供充分教學(xué)實(shí)踐的機(jī)會。首先我們借助國家和軍隊(duì)教學(xué)訓(xùn)練建設(shè)項(xiàng)目，建成生物醫(yī)學(xué)信號檢測與處理綜合實(shí)驗(yàn)室，形成了一個(gè)可完成設(shè)計(jì)性、綜合性，醫(yī)工交叉型實(shí)驗(yàn)的綜合實(shí)踐平臺。通過增開醫(yī)學(xué)儀器實(shí)訓(xùn)課程、定期發(fā)布實(shí)驗(yàn)小項(xiàng)目，為學(xué)生醫(yī)學(xué)工程交融的實(shí)踐能力鍛煉提供條件。近年來實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)的課時(shí)比由1∶6提高到1∶3，增加了本科生實(shí)踐動手的機(jī)會。同時(shí)我們也充分利用實(shí)驗(yàn)平臺，改進(jìn)課程考核方式。傳統(tǒng)考核只重結(jié)果，不重過程，往往會使學(xué)生急功近利。通過增加開放性實(shí)驗(yàn)選題，強(qiáng)調(diào)以實(shí)驗(yàn)過程評價(jià)為中心的考核方式。一個(gè)實(shí)驗(yàn)如果很順利，在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)到的東西可能并不多。因此，我們強(qiáng)調(diào)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中重視對實(shí)驗(yàn)問題的記錄，注重對問題解決途徑的分析和思考。鼓勵學(xué)生在問題中學(xué)習(xí)和提升。

4 結(jié)語

科技發(fā)展日新月異，高新技術(shù)發(fā)展和變化對現(xiàn)代工程技術(shù)人才的知識能力和技能、職業(yè)素質(zhì)和視野都提出了新要求。教育部啟動“雙新”建設(shè)，為工程專業(yè)的教學(xué)改革指出了方向。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科本身具有“交叉融合深、知識更新快”等特點(diǎn)，因此探究專業(yè)課教學(xué)改革模式一直是本領(lǐng)域教育工作者研究的熱點(diǎn)。

近年來，作為專業(yè)課教研室，我們以“提升專業(yè)適應(yīng)力和工程創(chuàng)新能力”為人才培養(yǎng)目標(biāo)，不斷探索生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)課的教學(xué)改革模式。通過系列教學(xué)設(shè)計(jì)舉措，學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力得到鍛煉。近五年，在畢業(yè)設(shè)計(jì)中本科生根據(jù)課題研究結(jié)果在國家核心期刊發(fā)表科研論文8篇；積極參加全國生物醫(yī)學(xué)電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)競賽，共獲一等獎4項(xiàng)、二等獎4項(xiàng)、三等獎1項(xiàng)。有效提升了學(xué)生的專業(yè)任職能力、解決問題的能力和綜合素質(zhì)。新工科建設(shè)是一個(gè)長期而艱巨的任務(wù)。生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)課教學(xué)方法、教學(xué)模式也需要不斷優(yōu)化和提升，我們需要摒棄浮躁、在教學(xué)實(shí)踐中不斷創(chuàng)新和超越。