《醫(yī)學(xué)儀器原理與設(shè)計(jì)》課程教學(xué)方法探索

鄭其斌 李星

【摘要】“醫(yī)學(xué)儀器原理與設(shè)計(jì)”是一門(mén)集醫(yī)學(xué)、物理、電子和計(jì)算機(jī)等多學(xué)科技術(shù)為一體的交叉學(xué)科;本文根據(jù)該課程的特點(diǎn)，進(jìn)行了教學(xué)方法的探索和改革。在儀器通用設(shè)計(jì)部分采用傳統(tǒng)教學(xué)方法，由教師主導(dǎo)課堂，融合實(shí)際項(xiàng)目需求和工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)講解知識(shí)點(diǎn);在具體典型的醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì)原理部分借鑒翻轉(zhuǎn)課堂理念，由學(xué)生主導(dǎo)課堂，學(xué)生分組調(diào)研、整理材料、匯報(bào)和討論。本文就該教學(xué)模式的設(shè)計(jì)思路和教學(xué)方法進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】翻轉(zhuǎn)課堂 ?教學(xué)模式

【中圖分類號(hào)】G642.4 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2020）27-0103-02

“醫(yī)學(xué)儀器原理與設(shè)計(jì)”課程是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)主干課程，該課程全面深入地介紹生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法、現(xiàn)代醫(yī)學(xué)儀器的原理與設(shè)計(jì)等相關(guān)重要知識(shí)，涵蓋了較寬的專業(yè)綜合理論，體現(xiàn)了較強(qiáng)的實(shí)踐特點(diǎn)。主要內(nèi)容包括現(xiàn)代醫(yī)學(xué)儀器概論、生物電測(cè)量及儀器、生理參數(shù)測(cè)量及儀器、治療和修復(fù)醫(yī)學(xué)設(shè)備、醫(yī)學(xué)儀器的干擾抑制等。該課程涉及到醫(yī)學(xué)、物理、電子和計(jì)算機(jī)等方面的技術(shù)，通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握醫(yī)學(xué)儀器的分類與構(gòu)成、理解基本測(cè)量原理、掌握基本設(shè)計(jì)方法。為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)生今后就業(yè)和深入地研究學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，并能夠在實(shí)際工作中產(chǎn)生重要作用。

課程的主要特點(diǎn)首先在于課程內(nèi)容均為最常用的醫(yī)學(xué)儀器的原理、應(yīng)用與設(shè)計(jì);其次，在課程講授中，著重強(qiáng)調(diào)醫(yī)學(xué)儀器不同于其他電子儀器設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，以經(jīng)典的醫(yī)學(xué)測(cè)量、治療儀器的原理和設(shè)計(jì)為例詳細(xì)講解醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的正確思路和方法，使學(xué)生知其然也知其所以然，從而掌握醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，最終具備不同醫(yī)學(xué)儀器開(kāi)發(fā)需求的專業(yè)基礎(chǔ)和工程素養(yǎng);最后，教師長(zhǎng)期從事醫(yī)學(xué)儀器開(kāi)發(fā)相關(guān)的科研工作，在動(dòng)態(tài)心電、血壓監(jiān)測(cè)和有源植入醫(yī)療器械等方面都有很好的工作積累，在課程講授和課下輔導(dǎo)方面都能夠很好地體現(xiàn)科研反哺教學(xué)的教學(xué)改革理念。

作為一門(mén)隸屬于生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的綜合學(xué)科，它涉及知識(shí)面廣、難度較大，在教學(xué)過(guò)程中如何將該課程的知識(shí)系統(tǒng)且清晰地呈現(xiàn)給學(xué)生，如何及時(shí)地將前沿設(shè)計(jì)理念傳遞給學(xué)生，如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，正是目前課程教學(xué)中迫切需要解決的問(wèn)題。為此，作者結(jié)合本課程特點(diǎn)和前期教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該課程的教學(xué)方法進(jìn)行探索和改革，提出一種傳統(tǒng)教學(xué)與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的教學(xué)模式。

1.教學(xué)模式的整體思路

該教學(xué)模式在儀器通用設(shè)計(jì)部分采用傳統(tǒng)教學(xué)方法，以教師授課為主，融合實(shí)際項(xiàng)目需求和課題組前期積累的工程經(jīng)驗(yàn)講解知識(shí)點(diǎn)，給學(xué)生建立一個(gè)良好的儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。通過(guò)學(xué)習(xí)生物醫(yī)學(xué)測(cè)量和各種醫(yī)學(xué)儀器的系統(tǒng)原理和組成，使學(xué)生掌握醫(yī)學(xué)儀器的分類和構(gòu)成、理解基本測(cè)量原理、掌握基本設(shè)計(jì)方法。為學(xué)生今后就業(yè)和深入地研究學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，并能夠在實(shí)際工作中產(chǎn)生重要作用。通過(guò)基礎(chǔ)的課程教學(xué)以期達(dá)到三大目標(biāo)：第一，了解醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì)的基本流程、各類常見(jiàn)儀器的設(shè)計(jì)思路，儀器設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)等專業(yè)知識(shí);第二，培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)：能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)用于解決復(fù)雜醫(yī)學(xué)儀器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工程問(wèn)題;第三，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題的能力：能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識(shí)別、表達(dá)、并通過(guò)文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜醫(yī)學(xué)儀器系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的工程問(wèn)題，以獲得有效結(jié)論。

在具體儀器設(shè)計(jì)部分借鑒翻轉(zhuǎn)課堂理念，老師準(zhǔn)備多個(gè)醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì)類題目供學(xué)生挑選，包括：心電檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)、心率變異性檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)、人體溫度測(cè)量電路及體溫的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示模塊的設(shè)計(jì)、呼吸測(cè)量電路及體溫顯示模塊的設(shè)計(jì)、脈搏/心音記錄電路及其波形的實(shí)時(shí)顯示模塊的設(shè)計(jì)、腦電信號(hào)檢測(cè)及腦電波形的實(shí)時(shí)顯示模塊的設(shè)計(jì)、肌電測(cè)量電路及其波形的實(shí)時(shí)顯示模塊的設(shè)計(jì)、血氧飽和度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等，供學(xué)生自主挑選自己感興趣的部分，分組進(jìn)行討論，最終得出一份設(shè)計(jì)方案在課堂上進(jìn)行講演辯論。這樣有助于提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和知識(shí)運(yùn)用的靈活性。該傳統(tǒng)教學(xué)與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的教學(xué)模式，既能讓學(xué)生系統(tǒng)地掌握課程理論知識(shí)，又能提高學(xué)生的動(dòng)腦、動(dòng)手能力，為以后進(jìn)一步深造或步入工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

在具體設(shè)計(jì)部分主要期待達(dá)成以下目的：第一，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)能力：能夠設(shè)計(jì)針對(duì)復(fù)雜醫(yī)學(xué)儀器系統(tǒng)的解決方案，設(shè)計(jì)滿足特定需求的系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程，并能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)，考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。第二，培養(yǎng)學(xué)生具備初步的研究能力：能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行研究，包括設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過(guò)信息綜合得到合理有效的結(jié)論。第三，培養(yǎng)學(xué)生溝通能力：能夠就復(fù)雜工程問(wèn)題與業(yè)界同行及社會(huì)公眾進(jìn)行有效溝通和交流，包括撰寫(xiě)報(bào)告和設(shè)計(jì)文稿、陳述發(fā)言、清晰表達(dá)或回應(yīng)指令。并具備一定的國(guó)際視野，能夠在跨文化背景下進(jìn)行溝通和交流。最后，培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)能力：具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識(shí)，有不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力。

2.教學(xué)模式的具體實(shí)踐

課程設(shè)計(jì)內(nèi)容的安排既要符合教學(xué)計(jì)劃的要求，又要兼顧學(xué)生的知識(shí)水平、實(shí)際情況及課程設(shè)計(jì)時(shí)間的限制，同時(shí)還要有利于培養(yǎng)學(xué)生的開(kāi)拓創(chuàng)新能力、獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力。醫(yī)學(xué)儀器及設(shè)備課程設(shè)計(jì)在自主學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)安排了多個(gè)設(shè)計(jì)題目供學(xué)生選擇，各個(gè)題目均是有一定代表性的醫(yī)學(xué)儀器或醫(yī)學(xué)電子儀器的功能模塊。醫(yī)學(xué)電子儀器的功能模塊的設(shè)計(jì)需具備一定電子實(shí)驗(yàn)技能，并能綜合運(yùn)用所學(xué)電子理論知識(shí)和醫(yī)學(xué)儀器與設(shè)備的理論知識(shí)，經(jīng)過(guò)一定努力方可完成。在教師授課環(huán)節(jié)早期便布置下設(shè)計(jì)任務(wù)，安排學(xué)生自由組成固定人數(shù)的小隊(duì)，以方便大家學(xué)以致用，更好地吸收課堂知識(shí)。自主學(xué)習(xí)的講演展示階段，由老師和學(xué)生共同打分點(diǎn)評(píng)，促進(jìn)大家的學(xué)習(xí)積極性。

2.1醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì)通用知識(shí)部分

教師總結(jié)講解儀器設(shè)計(jì)通用的知識(shí)點(diǎn)，基礎(chǔ)知識(shí)包括傳輸線理論與應(yīng)用、測(cè)量中的噪聲與干擾、放大器設(shè)計(jì)、時(shí)鐘技術(shù)、模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)等，專業(yè)知識(shí)包括X線成像的基本原理、PET的設(shè)計(jì)原理、核磁共振成像原理、全自動(dòng)血?dú)夥治鰞x設(shè)計(jì)原理、除顫儀和心臟起搏器的設(shè)計(jì)原理等，通過(guò)講授上述儀器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，給學(xué)生系統(tǒng)地呈現(xiàn)儀器設(shè)計(jì)的通用知識(shí)。并引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系自己的設(shè)計(jì)題目進(jìn)行實(shí)際的應(yīng)用，提升學(xué)生對(duì)知識(shí)理解的深度。并留出時(shí)間給學(xué)生就自己設(shè)計(jì)的部分進(jìn)行提問(wèn)，教師適當(dāng)給出意見(jiàn)。

2.2具體的儀器設(shè)計(jì)部分

具體儀器設(shè)計(jì)部分是本節(jié)課的亮點(diǎn)所在，也是檢查學(xué)生課堂知識(shí)掌握程度的重要途徑。

將學(xué)生分為人數(shù)相等的幾個(gè)小組，每組設(shè)置一名組長(zhǎng)，選擇本小組感興趣的設(shè)計(jì)題目，在教師講授階段逐步確認(rèn)每個(gè)成員的分工。學(xué)生課下先結(jié)合自己所掌握的知識(shí)，通過(guò)自己查閱相關(guān)資料，詢問(wèn)老師同學(xué)等方法，完善本組的設(shè)計(jì)。

在規(guī)定時(shí)間結(jié)束時(shí)，收集和整理全組整體的設(shè)計(jì)結(jié)果，并選出代表進(jìn)行課堂講演，其他小組可以對(duì)該小組的講演內(nèi)容進(jìn)行提問(wèn)。教師要引導(dǎo)、鼓勵(lì)學(xué)生參與到討論中來(lái)，指引自學(xué)和討論的方向、廣度、深度，提供教學(xué)資源，指導(dǎo)查找資料，解答疑難，協(xié)調(diào)小組活動(dòng)，幫助有困難的同學(xué)。最后通過(guò)在課堂上的歸納總結(jié)，每組學(xué)生可以檢查自己的學(xué)習(xí)情況，鞏固所學(xué)的知識(shí)，分享整理好的設(shè)計(jì)結(jié)果，提出在討論過(guò)程中遇到的問(wèn)題。各組歸納結(jié)束后，由老師做最后的陳述。老師總結(jié)陳述時(shí)，概念要清楚，重點(diǎn)要突出，層次要分明，幫助學(xué)生掌握重點(diǎn)、彌補(bǔ)遺漏。課程的最后讓同學(xué)們以撰寫(xiě)論文的形式，總結(jié)自己本次課程中遇到的問(wèn)題、學(xué)習(xí)到的知識(shí)以及本組的設(shè)計(jì)思路、自己的貢獻(xiàn)等。通過(guò)這樣一些開(kāi)放式問(wèn)題的設(shè)置，讓學(xué)生積極思考問(wèn)題，探索造成差異的原因，加深了對(duì)各生理參數(shù)采集原理和臨床意義的認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)也極大鞏固了對(duì)理論知識(shí)的掌握，初步培養(yǎng)學(xué)生一種探索式思維方式。

3.教學(xué)模式的優(yōu)勢(shì)

該教學(xué)模式同以往的教學(xué)相比，其優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

3.1傳統(tǒng)教學(xué)和翻轉(zhuǎn)課堂結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)

傳統(tǒng)教學(xué)和翻轉(zhuǎn)課堂，在教學(xué)實(shí)踐上各有優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)教學(xué)，知識(shí)傳授是通過(guò)教師在課堂上的講授完成。在教師講授的知識(shí)引導(dǎo)下，學(xué)生在課后自主進(jìn)行知識(shí)的深化學(xué)習(xí)。而翻轉(zhuǎn)課堂顛覆了傳統(tǒng)的教學(xué)思維，學(xué)生在課前就完成有關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)和思考，然后帶著疑問(wèn)入課堂，在課上進(jìn)行答疑與討論，調(diào)動(dòng)了學(xué)生在醫(yī)學(xué)儀器領(lǐng)域探索的積極性。兩種教學(xué)方法各有優(yōu)勢(shì)。

雖然課前學(xué)習(xí)方便且不受課堂教學(xué)限制，但是經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)自己的學(xué)習(xí)能力缺乏自信，而教師授課可根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況調(diào)整所授知識(shí)[1]，這是課前學(xué)習(xí)不具備的優(yōu)勢(shì)。所以在實(shí)際教學(xué)實(shí)踐中，需要把控好課前學(xué)習(xí)與課堂講解的結(jié)合，讓傳統(tǒng)教學(xué)與翻轉(zhuǎn)課堂充分結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

3.2充分利用網(wǎng)絡(luò)信息資源

雖然目前大多數(shù)同學(xué)都知曉網(wǎng)絡(luò)上能夠搜索到自己所需的學(xué)習(xí)內(nèi)容，但是并不是所有同學(xué)均能掌握正確的篩選方法，網(wǎng)絡(luò)上繁雜的資源影響了查詢內(nèi)容的正確性。因此，教師對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的提前整合起到十分重要的作用。不僅節(jié)約了同學(xué)們的查詢時(shí)間，也提高了學(xué)習(xí)效率。另外，課前學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容不受傳統(tǒng)課時(shí)的限制，教師分享的內(nèi)容也會(huì)因此更加豐富。

3.3抓住學(xué)習(xí)關(guān)鍵點(diǎn)

學(xué)習(xí)的關(guān)鍵在于知識(shí)是否被吸收內(nèi)化。翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)教學(xué)相比增加了課內(nèi)討論時(shí)間，與機(jī)械的接受知識(shí)灌輸相比，這種形式使得學(xué)生主動(dòng)尋找相關(guān)知識(shí)并進(jìn)行發(fā)揮。翻轉(zhuǎn)課堂無(wú)疑更能提高知識(shí)內(nèi)化的比例，學(xué)生的學(xué)習(xí)效益得以大幅度提升。

教學(xué)課程的探索是為了提升教學(xué)質(zhì)量，而不僅是為了完成教學(xué)任務(wù)。新式教學(xué)方法提升了學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)與探索的興趣[2]，并且在其他課程中已然初見(jiàn)成效[3];傳統(tǒng)的教學(xué)方法中教師可以根據(jù)學(xué)生的具體情況調(diào)整傳授的知識(shí)，將理論知識(shí)和個(gè)人經(jīng)驗(yàn)系統(tǒng)地傳授給學(xué)生。因此，作者相信兩種教學(xué)方法的結(jié)合將會(huì)給學(xué)習(xí)“醫(yī)學(xué)儀器原理與設(shè)計(jì)”的學(xué)生帶來(lái)很大的幫助。

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