論中國高等院校生物醫(yī)學工程本科專業(yè)的核心競爭力

劉有軍 南群

0 引言

生物醫(yī)學工程是運用工程學的原理和方法解決生物醫(yī)學問題，提高人類健康水平的綜合性學科。它在生物學和醫(yī)學領(lǐng)域融合數(shù)學、物理、化學、信息與計算機科學，運用工程學的原理與方法獲取和產(chǎn)生新知識，促進生命科學和醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展，從分子、細胞、組織、器官、生命系統(tǒng)各層面豐富生命科學的內(nèi)涵，推動生命科學的研究進程，深化人類對生命現(xiàn)象的認識，為疾病的預(yù)防、診斷、治療和康復(fù)，創(chuàng)造新設(shè)備，研發(fā)新材料，提供新方法，實現(xiàn)提高人類健康、延長人類壽命的偉大使命。生物醫(yī)學工程在國家發(fā)展和經(jīng)濟建設(shè)中具有重要的戰(zhàn)略地位，是醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)和推動力量，其涉及的醫(yī)學儀器、醫(yī)學材料等是世界上發(fā)展迅速的支柱性產(chǎn)業(yè)。高端醫(yī)學儀器和先進醫(yī)學材料成為國家科技水平和核心競爭力的重要標志，是國家經(jīng)濟建設(shè)中優(yōu)先發(fā)展的重要領(lǐng)域，需要大量專業(yè)人才[1]。

高等院校設(shè)置生物醫(yī)學工程類專業(yè)的目標是培養(yǎng)具有良好的人文科學素養(yǎng)、社會責任感和職業(yè)道德，及適應(yīng)社會與經(jīng)濟發(fā)展需要的人才；需要較系統(tǒng)地掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識(數(shù)學、物理學、化學、生物學、醫(yī)學)和主攻方向的基本理論與基本技能，同時需要了解生物醫(yī)學工程類專業(yè)的概貌，具有分析和綜合能力、實踐動手能力和不斷學習適應(yīng)發(fā)展的能力，勇于質(zhì)疑，并具有創(chuàng)新精神、創(chuàng)業(yè)意識和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，能夠在生物醫(yī)學工程相關(guān)領(lǐng)域從事教育、科研、技術(shù)開發(fā)、工程和行政管理的人才[2-3]。

我國生物醫(yī)學工程作為一個專門學科開始于20世紀70年代，經(jīng)過40多年的發(fā)展，目前全國已有逾百所高校設(shè)有生物醫(yī)學工程學科，從事著生物醫(yī)學工程的教學科研工作[3]。作為交叉學科，我國高校生物醫(yī)學工程專業(yè)的人才培養(yǎng)具有多樣化特點。在一些理科、工科實力較強的高校內(nèi)均建有生物醫(yī)學工程專業(yè)，這些院校均是以科研性學科設(shè)置的，而一些醫(yī)學院校則是以醫(yī)學作為基底學科，置入一些工程學科的知識，并以醫(yī)學應(yīng)用為目的建立相關(guān)的課程體系，這些院校培養(yǎng)的目標是將生物醫(yī)學工程運用于實際。這樣，各高校根據(jù)學生發(fā)展需求和學校學科特色及研究優(yōu)勢，制定針對不同類型人才的培養(yǎng)方案，在學分分配、課程模塊設(shè)置、實習實踐環(huán)節(jié)、畢業(yè)設(shè)計等方面不夠統(tǒng)一，更多的是體現(xiàn)學校專業(yè)特色，進行多樣化培養(yǎng)[4]。

另外，根據(jù)《生物醫(yī)學工程類教學質(zhì)量國家標準》[1]，生物醫(yī)學工程專業(yè)屬于電子信息類專業(yè)，其課程安排和知識體系與電子信息類專業(yè)有很大的相似度，造成二者目前在就業(yè)領(lǐng)域的部分重疊。如何突出生物醫(yī)學工程專業(yè)與其他相近專業(yè)的區(qū)別度也是生物醫(yī)學工程專業(yè)面臨的難題。

因此在各高校保持各自學科特色和研究優(yōu)勢的前提下，在生物醫(yī)學工程專業(yè)與電子信息類專業(yè)知識體系相似的情況下，哪些是生物醫(yī)學工程專業(yè)必須具備的、區(qū)別于電子信息類工程專業(yè)的顯著特征？或者說，生物醫(yī)學工程專業(yè)應(yīng)該具備且無可替代性的核心競爭力是什么呢？

為此本文將從生物醫(yī)學工程專業(yè)的知識體系出發(fā)，尋找生物醫(yī)學工程專業(yè)本科生的核心競爭力，并對如何提升核心競爭力提出看法和建議。

1 生物醫(yī)學工程專業(yè)的知識體系

按照《生物醫(yī)學工程類教學質(zhì)量國家標準》要求，生物醫(yī)學工程知識體系包括通識類知識、學科基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識[1]。

通識類知識主要指數(shù)理化基礎(chǔ)和計算機應(yīng)用知識，包括高等數(shù)學、工程數(shù)學、大學物理、大學化學、工程圖學、計算機高級語言設(shè)計等。

學科基礎(chǔ)知識包括生物學、生理學、醫(yī)學基礎(chǔ)知識和專業(yè)主干知識，其中專業(yè)主干知識體系分生物醫(yī)學儀器類、生物醫(yī)學材料類、生物醫(yī)學信息工程類、假肢矯形工程類。

生物醫(yī)學儀器類(包括醫(yī)學電子與信息類)主干知識體系應(yīng)包括電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信號與系統(tǒng)、生物醫(yī)學信息獲取處理與調(diào)控、醫(yī)學成像、醫(yī)學圖像處理、光子學基礎(chǔ)、生物醫(yī)學傳感、生物力學、生物醫(yī)學系統(tǒng)建模與仿真、醫(yī)學與健康互聯(lián)網(wǎng)、云計算與大數(shù)據(jù)、嵌入式微機系統(tǒng)、數(shù)理統(tǒng)計等中至少6個核心內(nèi)容。

生物醫(yī)學材料類主干知識體系應(yīng)包括生物化學、生物材料學基礎(chǔ)、生物材料制備工藝原理、生物材料性能測試與評價、生物醫(yī)學材料、人工器官、組織工程、生物力學等中至少6個核心內(nèi)容。

生物醫(yī)學信息工程類主干知識體系應(yīng)包括生物信息學、基因組科學與技術(shù)、基因與疾病、生物物理、生物醫(yī)學傳感、生物醫(yī)學信息獲取處理與調(diào)控、細胞與分子生物學、計算機結(jié)構(gòu)與邏輯設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、云計算與大數(shù)據(jù)、數(shù)理統(tǒng)計等中至少6個核心內(nèi)容。

假肢矯形工程類應(yīng)包括生物力學、電工電子技術(shù)、機械設(shè)計基礎(chǔ)、材料學、假肢學、矯形器學、矯形臨床學、運動學、康復(fù)醫(yī)學基礎(chǔ)等中至少6個核心內(nèi)容。

專業(yè)主干知識包括理論教學和實驗教學。理論教學基本內(nèi)容包括生物學、生理學、醫(yī)學知識基礎(chǔ)等，實驗教學基本內(nèi)容包括生化、生物類實驗，醫(yī)學類實驗(基礎(chǔ)與臨床)，醫(yī)學儀器與醫(yī)學電子類實驗，生物力學與生物材料類實驗等。

從生物醫(yī)學工程知識體系來看，生物醫(yī)學工程專業(yè)強調(diào)的是醫(yī)學和工程的交叉融合， 是一個與醫(yī)學、生物相關(guān)的工程專業(yè)[5]。因此主流的觀點認為生物醫(yī)學工程專業(yè)主要是針對醫(yī)療儀器的工程技術(shù)，所以電子技術(shù)、計算機技術(shù)是其核心。各高校生物醫(yī)學工程也基本圍繞這個核心來構(gòu)架學生的知識體系，由于服務(wù)對象限定于醫(yī)療儀器，應(yīng)用的是電子技術(shù)，貌似生物醫(yī)學工程專業(yè)從屬于電子信息類專業(yè)。所以，只強調(diào)與醫(yī)學、生物學的知識融合，并不能完全突出生物醫(yī)學工程專業(yè)的不可替代性。

2 生物醫(yī)學工程專業(yè)的核心競爭力

生物醫(yī)學工程專業(yè)本科生區(qū)別于其他工程專業(yè)學生的能力培養(yǎng)方面也有所不同。對于一般工程專業(yè)對應(yīng)的產(chǎn)業(yè)要求，學生應(yīng)具備以下9種能力：解決問題的能力(problem-solving)、人際交流能力(interpersonal communication)、設(shè)計經(jīng)驗(design experience)、團隊協(xié)作能力(team projects)、寫作能力(writing)、技術(shù)展示能力(technical presentation)、傳統(tǒng)工程中的高級課程(advanced courses in traditional engineering)、軟件應(yīng)用能力(experience with relevant software)、統(tǒng)計分析能力(statistics)。而生物醫(yī)學工程是數(shù)學、物理學、化學、生物學、醫(yī)學、工程技術(shù)等多學科的交叉融合。作為一門特殊的工程學專業(yè)，生物醫(yī)學工程專業(yè)的特質(zhì)是學科融合，是評價專業(yè)教學質(zhì)量的根本標志。生物醫(yī)學工程產(chǎn)業(yè)對生物醫(yī)學工程專業(yè)的學生要求，除一般工程專業(yè)的普適性要求外，還突出要求工程與生物、醫(yī)學學科的交叉融合，特別要求其畢業(yè)生必須是一個懂生物和醫(yī)學的工程師。這種要求體現(xiàn)在如下三個方面。(1) 知識體系：多學科交叉。(2) 溝通能力：與生物學家和醫(yī)學工作者溝通的能力，作好醫(yī)學與工程的橋梁，特別是能夠準確把握臨床對工程的需求與生物學制約。(3) 實踐能力：生物醫(yī)學工程的服務(wù)對象是人，學生應(yīng)具有人體生理信息測量與分析的實踐能力(醫(yī)學信號獲取、處理與調(diào)控等)[6]。

另外，生物醫(yī)學工程類專業(yè)畢業(yè)生還必須具備大數(shù)據(jù)綜合與分析處理的決策能力?，F(xiàn)在是一個信息時代，是一個大數(shù)據(jù)時代，生物醫(yī)學工程專業(yè)既然具有學科交叉整合的特點，涉及大量的生物、醫(yī)學、工程等數(shù)據(jù)，那么就要求生物醫(yī)學工程專業(yè)的學生要具有較好的數(shù)據(jù)收集、分析、處理和融合的能力，這樣才能更好地、綜合地利用這些數(shù)據(jù)，造福人類健康[7]。

因此，在強調(diào)醫(yī)學、生物、工程交叉融合知識體系的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)完全懂醫(yī)學的工程師，使其成為醫(yī)學與工程無縫對接的橋梁，并擁有可以針對人體進行工程實踐和信息處理能力，才是生物醫(yī)學工程專業(yè)不可替代的核心競爭力。

3 生物醫(yī)學工程專業(yè)本科生核心競爭力的實現(xiàn)方法

交叉學科知識體系的構(gòu)建：為保證生物醫(yī)學工程專業(yè)學生具備多學科交叉的知識體系，建議生物醫(yī)學工程課程體系至少應(yīng)包括：5～8學分的定量生理學、醫(yī)學儀器、計算機編程等課程；不低于4學分的定量生物學(分子、細胞)、統(tǒng)計學、信號處理、固體力學、傳熱傳質(zhì)、生物材料等課程；同時應(yīng)適當選修有機化學、組織工程、控制系統(tǒng)、流體力學等課程。

與生物學家和醫(yī)生的溝通能力：生物醫(yī)學工程師應(yīng)是一個懂醫(yī)學的工程師，能夠發(fā)揮工程與醫(yī)學之間的橋梁紐帶作用。一方面，要及時掌握臨床醫(yī)學對生物醫(yī)學工程產(chǎn)業(yè)的需求，促進醫(yī)學的技術(shù)進步；另一方面，在為醫(yī)學提供技術(shù)服務(wù)的同時，還要明確生物學對醫(yī)學工程的限制。為此，生物醫(yī)學工程專業(yè)培養(yǎng)目標的評價與修訂過程應(yīng)該有生物醫(yī)學工程類的企業(yè)專家全程參與，同時，企業(yè)也要充分參與生物醫(yī)學工程專業(yè)的課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)。

人體(活體)測量與分析實踐能力：加強醫(yī)學影像、生理信號傳感、生理信號處理的理論教學與實驗教學等，使學生充分理解生理信號的特點，掌握生理信息的處理方法，并加以實踐鍛煉。這里特別推薦生物醫(yī)學工程實踐教學一體化訓(xùn)練，即以一種醫(yī)療儀器來貫穿整個實踐教學過程，從產(chǎn)品設(shè)計、信號檢測與處理、樣機、產(chǎn)品檢驗等，直到做出一個正規(guī)的合格產(chǎn)品，使學生受到完整而嚴格的全流程工程訓(xùn)練。

大數(shù)據(jù)能力：生物醫(yī)學工程專業(yè)學生，除了具有概率論、數(shù)理統(tǒng)計等數(shù)據(jù)科學的課程外，更重要的是要有跟進的綜合性數(shù)據(jù)科學實踐項目，這些項目可以幫助學生獲得數(shù)據(jù)分析之外的涵蓋所有數(shù)據(jù)科學元素的經(jīng)驗，其中包括離散數(shù)據(jù)的處理方法。

4 小結(jié)

生物醫(yī)學工程作為特殊的工程專業(yè)，交叉學科特點的教學環(huán)境是專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)的重點。在生物醫(yī)學工程專業(yè)人才培養(yǎng)多樣化的背景下，突出生物醫(yī)學工程專業(yè)的核心競爭力，是生物醫(yī)學工程獨立并區(qū)別于其他相關(guān)專業(yè)的重要標志。生物醫(yī)學工程專業(yè)培養(yǎng)具備工程、生物和醫(yī)學交叉學科知識體系，能與生物學家和臨床醫(yī)生無障礙溝通，掌握人體生理信息獲取、處理與調(diào)控能力的創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)型人才。新的信息時代，還要求生物醫(yī)學工程專業(yè)要有大數(shù)據(jù)處理、分析與利用的能力。這些核心競爭力可以通過合理的醫(yī)工交叉學科課程體系設(shè)計、培養(yǎng)過程中生物醫(yī)學工程企業(yè)深度融入，以及生理信息測量、處理、分析與利用等實踐活動來達成。