促進“醫(yī)—工”知識融合的《醫(yī)學物理》教學改革的思考

吳小鷹 侯文生 田學隆 羅小剛 胡寧 李曉暉 鄭小林

摘要：《醫(yī)學物理》是物理學基本原理與生物醫(yī)學應(yīng)用相結(jié)合的生物醫(yī)學工程專業(yè)課程，為構(gòu)建貫通工程技術(shù)和生物醫(yī)學的橋梁提供了可能。通過課程教學改革，實現(xiàn)傳統(tǒng)理工方法技術(shù)與現(xiàn)代生物醫(yī)學應(yīng)用需要的橋接，對激發(fā)學生專業(yè)學習興趣、培養(yǎng)高質(zhì)量生物醫(yī)學工程復合型人才，具有非常重要的現(xiàn)實意義。文章在簡要介紹重慶大學生物醫(yī)學工程系教學現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析其存在的主要問題，提出促進“醫(yī)—工”知識融合的《醫(yī)學物理》教學改革的建議。

關(guān)鍵詞：醫(yī)—工知識融合;醫(yī)學物理效應(yīng);生物醫(yī)學工程;復合型人才培養(yǎng)

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2020）12-0141-02

一、引言

生物醫(yī)學工程是傳統(tǒng)工程技術(shù)與生物醫(yī)學相互滲透的交叉學科[1]。重慶大學的學科專業(yè)以傳統(tǒng)工科見長，教學資源配置能很好適應(yīng)理工科人才培養(yǎng)需要。如何在知識學習和能力訓練中，將理工知識與生物醫(yī)學應(yīng)用相結(jié)合[2]，是生物醫(yī)學工程專業(yè)人才培養(yǎng)面臨的巨大挑戰(zhàn)。同時，信息化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)環(huán)境為學生的專業(yè)知識學習提供了新的途徑，但來自非專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化信息資源也導致知識碎片化，難以滿足培養(yǎng)擁有生物醫(yī)學工程系統(tǒng)性專業(yè)知識的人才需要，特別是要將生命過程/醫(yī)療健康與數(shù)理原理/工程技術(shù)實現(xiàn)有機結(jié)合。顯然，生物醫(yī)學工程人才培養(yǎng)，依賴生物醫(yī)學與理工知識的跨度交叉融合。

《醫(yī)學物理》是物理學基本原理與生物醫(yī)學應(yīng)用相結(jié)合的生物醫(yī)學工程專業(yè)課程，重點闡述生物醫(yī)學過程中的物理學原理，用物理學原理描述和測評生理、病理現(xiàn)象與過程，實現(xiàn)生物醫(yī)學過程的物理參數(shù)定量描述。同時，探索運用物理學方法調(diào)控生理病理過程也是《醫(yī)學物理》的重要內(nèi)容，它旨在利用物理學技術(shù)和方法實現(xiàn)對生理、病理過程的定量控制和干預(yù)。因此，《醫(yī)學物理》為構(gòu)建貫通工程技術(shù)和生物醫(yī)學的橋梁提供了可能。

另外，生物醫(yī)學工程專業(yè)的本科生已經(jīng)具備良好的物理學基礎(chǔ)。物理課程一直貫穿中學基礎(chǔ)教育過程，對力、熱、聲、光、電等基本物理現(xiàn)象有初步認識，并掌握了利用初等數(shù)學方法描述基本物理現(xiàn)象、求解基本物理過程參數(shù)的知識和能力。大學階段，通識教育和理工大類基礎(chǔ)教育開設(shè)的《大學物理1》《大學物理2》課程，使生物醫(yī)學工程專業(yè)的低年級本科生學習并掌握了利用微積分等高等數(shù)學方法來深入理解物理現(xiàn)象和解析物理過程，在物理學原理認識方面也得到進一步的提升。但是，物理課程的學習幾乎都是立足非生命的物理對象或物理模型，教學內(nèi)容和教學過程不能很好地實現(xiàn)與生物醫(yī)學的對接。

事實上，生物醫(yī)學工程是數(shù)學/物理理論、化學/材料方法、信息/儀器技術(shù)、機械/力學工程的生物醫(yī)學應(yīng)用，物理學原理是電子信息、機械傳動、能量耦合與傳導方法及技術(shù)的基礎(chǔ)，因此，從物理學視角詮釋生物醫(yī)學現(xiàn)象與過程是生物醫(yī)學、工程技術(shù)、數(shù)理科學知識大跨度交叉融合的有效路徑。依托醫(yī)學物理，既可以將運動生理過程、心血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)的生物力學現(xiàn)象，用剛體力學、流體力學以及運動學、動力學原理方法進行描述和建模，也能夠利用超聲、熱傳導、電磁場理論闡明超聲成像、紅外成像、熱/冷治療、電生理信號形成與檢測的生物醫(yī)學工程問題，實現(xiàn)理工技術(shù)方法與生物醫(yī)學應(yīng)用的對接，將探索與生理活動相關(guān)的物理現(xiàn)象與特征以及物理因子對生物組織、生命系統(tǒng)的作用機制的工程技術(shù)與生物醫(yī)學緊密地結(jié)合起來。

二、醫(yī)學物理課程開設(shè)情況及其面臨的主要問題

《醫(yī)學物理》課程一直是生物醫(yī)學工程專業(yè)的核心課程，包括理論學習和實驗環(huán)節(jié)，在第三學期開課，是引導大二學生從理工大類基礎(chǔ)跨入生物醫(yī)學應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)?，F(xiàn)有教學模式的主要問題如下。

1.以教科書為素材的教學資源缺少鮮活感。醫(yī)學物理課程以物理學為基礎(chǔ)闡述說明生物醫(yī)學過程或現(xiàn)象，抽象的課堂講授難以激發(fā)學生學習興趣，需要數(shù)字化課程資源支撐。

2.局限于單門課程的教學內(nèi)容難以實現(xiàn)“醫(yī)—工”知識融合。原有教學內(nèi)容強調(diào)物理學原理而忽視其與醫(yī)學生理過程的聯(lián)系，需要同生理、解剖等生物醫(yī)學課程銜接。

3.以物理原理方法為主的教學內(nèi)容難以實現(xiàn)醫(yī)學應(yīng)用的跨越。在具有大學物理知識的基礎(chǔ)上，本課程需要突出物理原理的醫(yī)學應(yīng)用，引入健康信息檢測、健康狀態(tài)調(diào)控等與大健康產(chǎn)業(yè)相關(guān)的工程實現(xiàn)方法，促進物理方法在醫(yī)學工程中的應(yīng)用。

4.傳統(tǒng)教學模式難以適應(yīng)人才培養(yǎng)需求?，F(xiàn)有教學模式以原理方法及其理論分析為線索，無法滿足以問題為導向的教學理念，將案例課前學習與課堂研討剖析相聯(lián)系，實現(xiàn)案例教學與翻轉(zhuǎn)課堂、研究型教學模式的結(jié)合。

5.實驗教學與課堂教學內(nèi)容聯(lián)系不夠緊密?，F(xiàn)有的醫(yī)學物理實驗是認知型實驗項目，與課堂教學內(nèi)容相關(guān)但聯(lián)系不夠緊密，有效的途徑是將實驗項目與案例問題相結(jié)合，以加深對知識的掌握和醫(yī)學物理方法技能的訓練。

三、促進“醫(yī)—工”知識融合的課程教學改革

《醫(yī)學物理》作為新的大類培養(yǎng)專業(yè)核心課程，在生物醫(yī)學工程人才培養(yǎng)鏈條中發(fā)揮著從理工大類向醫(yī)工結(jié)合的橋梁作用。因此，根據(jù)醫(yī)—工知識融合的教學需要調(diào)整原有教學大綱，聯(lián)合生理學、解剖學等上游課程，以及生物醫(yī)學傳感器、醫(yī)學儀器等下游課程，將《醫(yī)學物理》的課程內(nèi)容與上下游課程有機結(jié)合，通過生理活動過程形成的物理效應(yīng)和物理量激勵產(chǎn)生的生物學效應(yīng)等醫(yī)學物理知識的系統(tǒng)學習，促進理工方法原理與醫(yī)學應(yīng)用相結(jié)合的醫(yī)—工融合，如下圖所示。

在《醫(yī)學物理》課程教學大綱編制過程中，將與上游生物醫(yī)學課程和下游醫(yī)學工程課程組成聯(lián)合課程組，在生物力學效應(yīng)、生物電磁學效應(yīng)、生物熱力學效應(yīng)、生物醫(yī)學聲學效應(yīng)、生物醫(yī)學光效應(yīng)等主要章節(jié)，以醫(yī)學物理原理方法為基礎(chǔ)、醫(yī)學健康應(yīng)用為目標、工程實現(xiàn)為手段，在每個章節(jié)融入不少于20%的上下游知識，實現(xiàn)以《醫(yī)學物理》為橋梁的醫(yī)—工融合。

四、小結(jié)

本文所說的教學教改工作有利于促進“醫(yī)—工”知識融合，滿足生物醫(yī)學工程培養(yǎng)擁有系統(tǒng)性專業(yè)知識的人才需要。該工作符合重慶大學2018級生物醫(yī)學工程專業(yè)本科培養(yǎng)方案，現(xiàn)已啟動，組建了項目實施課題組，并分步實施相關(guān)內(nèi)容。

參考文獻：

[1]鄭萬挺，曾碧新，黃敏.生物醫(yī)學工程專業(yè)“醫(yī)·工”互融 特色教學改革模式的探索[J].中國高等醫(yī)學教育，2018，（2）：76-77.

[2]杜永洪，陳地龍，顏家珍等.“產(chǎn)學研結(jié)合、醫(yī)理工交叉、國際化視野”的生物醫(yī)學工程專業(yè)研究生培養(yǎng)模式探索[J].中華醫(yī)學教育探索雜志，2014，13（2）：125-129.