融合“兩性一度”理念的生物醫(yī)學工程專業(yè)特色課程建設
——以“醫(yī)學儀器原理及應用”課程為例

郝麗俊，朱 耿，伍秀玭，王 選，司博宇

上海健康醫(yī)學院醫(yī)療器械學院， 上海 201318

生物醫(yī)學工程專業(yè)是以解決醫(yī)學中的有關問題，保障人類健康，為疾病的預防、診斷、治療和康復服務的一門學科。它具有理、工、醫(yī)相結合的交叉學科特點，知識涉及面較廣，可為醫(yī)療器械等相關領域培養(yǎng)專業(yè)人才[1]。產業(yè)發(fā)展，教育先行，2017年4月，教育部召開新工科建設研討會，明確提出到2030年，要形成中國特色、世界一流的工程教育體系；到2050年，要建設成為工程教育強國，領跑全球工程教育[2]。2019年10月，教育部進一步發(fā)布《關于一流本科課程建設的實施意見》，提出課程建設要堅持分類建設和扶特扶強，提升高階性、突出創(chuàng)新性、增加挑戰(zhàn)度[3]，簡稱“兩性一度”。此后，各地高校以“兩性一度”理念為指導，積極開展課程建設。2020年11月，教育部推出首批線上線下混合式在內的國家級一流本科課程，共5118門[4]。

上海健康醫(yī)學院是上海市屬的具有“醫(yī)工結合，醫(yī)養(yǎng)結合，醫(yī)保結合”特色的應用型本科院校[5]，其醫(yī)療器械學院的前身是曾被譽為“醫(yī)療器械工程師搖籃”和被有關專家贊為“海上一寶”的上海醫(yī)療器械高等?？茖W校。作為中國數(shù)字醫(yī)療產業(yè)聯(lián)盟的發(fā)起單位，學校將以“兩性一度”為導向，大力推進課程建設，形成特色專業(yè)，在醫(yī)療器械工程教育領域繼續(xù)探索，為行業(yè)發(fā)展持續(xù)培養(yǎng)優(yōu)秀的工程技術人才[6-7]。

1 課程現(xiàn)狀及存在的問題

作為生物醫(yī)學工程本科專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，“醫(yī)學儀器原理及應用”課程的主要目標是引導學生利用現(xiàn)代自然科學和工程技術的原理和方法，從臨床需求、設計原理和實際應用三個層次研究醫(yī)學儀器。課程以典型醫(yī)學電子儀器為例，引領學生從工程學視角分析、理解和解決醫(yī)學相關問題，提高學生專業(yè)綜合素質，建立學生利用“工程技術”助力“大健康產業(yè)”的職業(yè)認同感。

上海健康醫(yī)學院的“醫(yī)學儀器原理及應用”課程最早開設于2018年，應用于2015級生物醫(yī)學工程本科專業(yè)。該課程最初的定位是引導學生全面了解醫(yī)學儀器的應用領域，涉及儀器較多、覆蓋面較廣，課程學習內容繁多、知識點抽象。此外，該學科發(fā)展迅猛并不斷出現(xiàn)新的理論和技術。在有限的32個學時內，傳統(tǒng)的“教師講，學生聽”的“滿堂灌”教學方法，導致經(jīng)常出現(xiàn)知識更新不及時，學生興趣缺乏的現(xiàn)象，教學效果很不理想。因此，這種過分依賴教師的課程開展形式，既不利于學生扎實理論基礎的培養(yǎng)，也無法實現(xiàn)專業(yè)興趣的培養(yǎng)，更沒有達到可持續(xù)性人才培養(yǎng)的目的。

醫(yī)學儀器技術日新月異，授之以魚不如授之以漁。因此，如何有效利用有限的課堂，如何調動學生的自主學習能力成為課程建設的重點，也成為很多醫(yī)學院校課改的方向。

2 “兩性一度”理念及其重要性

“兩性一度”，即高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度，是教育部提出的一流課程，即金課的建設標準[8]。課程的高階性，旨在強調培養(yǎng)學生具備解決復雜問題的綜合能力和高級思維。課程教學不應該是簡單的知識傳授，而是知識、能力和素質的有機融合。而課程的創(chuàng)新性，則體現(xiàn)在課程內容新、教學理念新、教學形式新、教學方法新、學習結果新等方面。課程的創(chuàng)新性還要求能夠滿足學生的個性化需求方面，凸顯學生的個性特點。課程的挑戰(zhàn)度，則是指課程要有一定的難度，要能夠激發(fā)出學生解決困難問題的勇氣和能力[8]。

課程是人才培養(yǎng)的核心要素，是教育教學的基本單元，是學生最直接的知識來源。課程建設是教學改革與建設的首要任務。“兩性一度”理念的提出，從培養(yǎng)目標、教學內容、教學方法等全方位為課程建設提出了指導意見。在“兩性一度”理念的指導下，中國各地高校紛紛進行課改研究，挖掘課程特色，打破傳統(tǒng)課程開展模式，應用現(xiàn)代技術實現(xiàn)了課程的高質量建設，保障了人才的培養(yǎng)質量。

3 課程的建設

3.1 基于“兩性一度”理念的課程定位與設計原則

為了有效融合“兩性一度”理念，打造具有“新工科”特色的專業(yè)課程，在開發(fā)“醫(yī)學儀器原理及應用”課程時，課程組緊密依托行業(yè)，以學生為中心，以立德樹人為目標，明確課程定位，優(yōu)化課程設計，力求將其建設為極具“醫(yī)工”特色的專業(yè)核心課程[9]。

課程定位：既可傳授學生系統(tǒng)的專業(yè)知識，培養(yǎng)學生“醫(yī)工交叉”的專業(yè)能力；也要引領學生拓展專業(yè)視野，為其今后進入醫(yī)療器械行業(yè)奠定基礎。

課程設計理念：按照高素質應用型人才培養(yǎng)的特點和規(guī)律，修訂課程教學計劃，制定可突出醫(yī)療器械行業(yè)工程人才能力培養(yǎng)的課程標準，并在課程建設各個環(huán)節(jié)中充分體現(xiàn)“兩性一度”理念。

在“醫(yī)學儀器原理及應用”課程中，“兩性一度”理念具體表現(xiàn)為：

①高階性以典型醫(yī)學電子儀器為載體，深化理論學習，提升工程應用能力，樹立學生“以人為本”的價值觀，并初步形成“醫(yī)工交叉”的專業(yè)認知；培養(yǎng)學生具備分析問題的能力，能夠應用數(shù)學、自然科學和工程科學的基本知識，剖析醫(yī)學儀器的工作原理，為其今后快速上手新型的醫(yī)學儀器奠定基礎；通過學習項目的階梯式有序引導，強化學生閱讀和信息獲取能力，系統(tǒng)培養(yǎng)學生的實踐能力，初步形成良好的職業(yè)素養(yǎng)，如圖1所示。

圖1 課程的階梯式培養(yǎng)設計

②創(chuàng)新性創(chuàng)新教學內容和教學模式，打造線上線下雙線融通課程[4]，打破時空界限，為學生提供可再現(xiàn)的多自由度學習空間；打造在線學習生態(tài)圈，增加師生互動；打通開放式實踐教育通道，線上線下聯(lián)動；設計分層化項目，尊重個體化差異。

③挑戰(zhàn)度設計拓展性項目，為學生實現(xiàn)自我挑戰(zhàn)提供平臺，增強學生自信心，并孵化培育創(chuàng)新人才[10]。拓展項目的設計原則是選取“綜合性強、有專業(yè)特色”的項目，通過舉一反三，做到活學活用，以促進學生綜合應用和創(chuàng)新能力的提高。

3.2 課程內容的優(yōu)化

在開發(fā)課程內容時，遵循三個原則：一是內容符合認知和職業(yè)發(fā)展規(guī)律；二是課程之間互相關聯(lián)，有序遞進(如圖2所示)；三是融合現(xiàn)代技術，體現(xiàn)教學高階性。

圖2 課程間的銜接

3.2.1以典型為抓手，由易到難

在設計課程內容時，應該打破學科體制的限制，以部分常用的傳統(tǒng)典型醫(yī)學電子儀器為載體設計教學單元[11]，突出儀器的原理分析和臨床應用(如圖3所示)。

教學內容簡化為六大版塊(如表1所示)，除基礎知識和通用安全電氣知識外，還選擇了四類常用的設備，按照難易程度依次分析。以課程中的典型核心知識點為抓手，使學生逐步熟悉醫(yī)學儀器的組成結構和特性，并掌握醫(yī)學儀器的基本分析方法和流程。

圖3 課程內容的優(yōu)化

表1 課程六大知識版塊設計

在分析電路工作原理時，教師將會選取不同儀器中的典型電路分別展開教學。學生通過多個項目的學習，逐漸掌握醫(yī)學儀器中的常見電路工作原理(表2所展示的為部分醫(yī)學儀器的典型電路)。在各個項目的學習中，學生知行合一，在學習知識、提升能力的同時，其專業(yè)素養(yǎng)也得以培養(yǎng)。

表2 部分醫(yī)學儀器的典型電路原理分析

3.2.2前后內容融合，構建課程體系

學習不是孤立的。在設計課程內容時，也要處理好先修課程和后續(xù)課程的銜接。在項目設計時，控制電路以微型計算機8086為核心，信號處理電路以典型的運放電路、濾波電路等模擬電路為基礎，融合多課程的教學內容，將有效促使學生利用和鞏固先修課程知識，將專業(yè)課程有機串聯(lián)起來。

3.2.3利用網(wǎng)絡資源，關注業(yè)界動態(tài)

教學內容要保持先進性，體現(xiàn)時代性。為了及時了解快速發(fā)展的醫(yī)療儀器，師生將充分利用網(wǎng)絡資源，關注某一熱點，收集資料并上傳到網(wǎng)絡平臺，或在課堂上進行共享，一起學習和討論。

3.3 教學模式的創(chuàng)新

3.3.1構建線上線下雙線混合課程

教師在組織教學時，可結合教學目標將知識點分解成任務點，在線定期發(fā)布給學生，并要求學生在上課前自主學習，獨立完成；在線下課堂中，鼓勵學生上臺分享調研學習內容和項目匯報，在討論中學習新知；在線測驗等措施，則可進一步推進學生自主學習。

3.3.2項目化推進，引導學生主動探索

在教學實施中，以項目為引導，即將相關課程內容按實際項目所需的知識和技能目標劃分成若干子項目[12]，在項目驅動下，引導學生在“興趣中”主動探索。具體措施為：

①在講述儀器原理之前，引導學生主動學習醫(yī)學背景知識及解決思路和方法，使學生不僅知其然，還知其所以然，提高學生學習興趣；

②以典型為抓手，深入講解經(jīng)典醫(yī)學儀器的設計理念和工作原理等，使學生能夠舉一反三，在知識遷移中，拓展掌握同一類別的其他醫(yī)學儀器；

③在夯實基礎的同時，鼓勵學生自主學習書本外的醫(yī)學儀器，拓寬學生視野，啟發(fā)其創(chuàng)新性思維[13]。

3.3.3虛擬仿真助力實踐教學

在教學中，有效應用Proteus仿真平臺，延展課程學時。學生可自行在個人PC機安裝Proteus仿真平臺，設計醫(yī)用儀器中的典型電路，應用微機原理編程知識，完成從原理圖到編程全過程的設計和仿真，并自行把握整個實驗流程和進度安排，不局限于課堂時間。學生只需在規(guī)定的截止日期內完成即可。該方式可有效鍛煉學生的項目管理能力。

3.3.4教學設計階梯化，既體現(xiàn)個性化，又帶有挑戰(zhàn)度

醫(yī)學院的工科學生基礎較為薄弱，知識水平差異較大。在以項目為引導的教學中，為使各個層次的學生在項目中都能上手[14]，學有所獲，在項目構建時，將進行分層化項目設計。一般項目是所有學生都需要完成的，而水平層次較高的學生也可以挑戰(zhàn)更高的難度，完成拓展項目。學生在完成項目時，心中不服輸?shù)膭蓬^被激發(fā)。為了“完成項目”這個目標，他們會主動去查找資料，去發(fā)現(xiàn)和學習，克服困難和自主學習的能力在無形中都得到了極大提升。

3.4 課程的過程性評價

根據(jù)“新工科”理念和社會對醫(yī)療器械專業(yè)人才的需求分析，為更加全面地評析教學效果，將強化過程考核[15]。該課程的評價體系由三大部分構成：①期末成績主要反映學生對于專業(yè)基本知識的掌握程度。②課程參與度和項目評價均屬于過程性評價，貫穿于整個學習過程。其中，課程參與度評分以線上記錄的全過程數(shù)據(jù)為依據(jù)，體現(xiàn)學生的學習態(tài)度，包括出勤、作業(yè)、課堂討論等方面。③項目部分則主要考察學生的綜合能力，將從“自評+互評+他評”三個維度進行綜合考量。其基本評價指標如圖4所示。

圖4 課程的評價體系

3.5 課程建設的初步成效

“醫(yī)學儀器原理及應用”課程改革始于2019年，并在2020年上半年對2017級生物醫(yī)學工程本科專業(yè)的學生實施全面在線教學。經(jīng)過一學期的探索，課程組發(fā)現(xiàn)，相比傳統(tǒng)的教學，在線教學優(yōu)勢明顯；但也存在弊端，如教學過程不可控因素較多等。為此，課程組借鑒國家級“線上線下混合式”金課，進一步改革完善“醫(yī)學儀器原理及應用”課程，并將其應用于2018級生物醫(yī)學工程專業(yè)的學生。目前，課程建設已取得以下成效：

3.5.1初步形成“以學生為主體”的教學模式，提升學生自主學習能力

在線上線下雙線混合課程中，學生在線上教學任務的引導下完成自主學習，形成自己的疑難知識圖譜；在線下教學中，學生主動找教師答疑解惑。教師則可結合在線學習情況，及時發(fā)現(xiàn)學生學習的薄弱項和痛點，進而有重點地講解和針對性練習，真正實現(xiàn)“以學生為中心”的教學。

線上資源的共享和分層次的項目設計，則在滿足學生個性化教學需求的同時，鼓勵學生自主學習，使不同層次的學生均能獲得成就感，激發(fā)其學習興趣。

3.5.2客觀有效的教學評估，促進教學質量提高

教師通過在線平臺，借助AI智能數(shù)據(jù)實時跟蹤分析在線教學過程，全過程了解學生學習狀況，形成更加客觀有效的教學評估，為教學改革提供數(shù)據(jù)基礎。

在跟蹤2017級生物醫(yī)學工程專業(yè)學生的學習過程時，課程組發(fā)現(xiàn)，部分學習主動性較差、自主學習能力較弱的學生學習效果并不理想，學生的學習成績兩極化比較明顯，且隨著教學內容和難度的增加，這種差異越來越明顯。在線教學更適用于具備較強自主學習能力的學生?；诖耍瑢?018級的生物醫(yī)學工程專業(yè)學生實施了線上線下混合式教學。線下環(huán)節(jié)增加了學生調研作業(yè)，優(yōu)化了項目設計；線上教學中則調整增加了知識檢測等環(huán)節(jié)。在一系列改進措施后，2018級學生的平均成績(76.5分)較2017級(71.0分)有了明顯的提高，平均分提高了5.5分，優(yōu)秀率則由12.1%提高到45.9%，不及格率則下降至2.7%。

3.5.3提升學生可持續(xù)發(fā)展能力，培育創(chuàng)新性人才

人才是為社會服務的。我們鼓勵學生走出校園，零距離接觸行業(yè)熱點，感受行業(yè)發(fā)展，激發(fā)學生由內而外的學習動力。在2021年的“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中，生物醫(yī)學工程專業(yè)的學生表現(xiàn)優(yōu)秀，取得了上海賽區(qū)1金4銀3銅的優(yōu)異成績。參賽項目專業(yè)性強，涉及納米刀、除顫儀、腦部檢測儀、溫度監(jiān)測站等醫(yī)療儀器。其中，“PFA—納米刀”、“急救先鋒—超級AED”和“肢靈手巧—上肢康復的‘肢’心專家”3個項目進入國家級比賽。

4 結束語

教育的最終目的是賦予人自我學習的能力。大學應該教授學生的不是固有的知識，而是專業(yè)知識的可持續(xù)學習能力和創(chuàng)新實踐能力。

在“新工科”教育大背景下，上海健康醫(yī)學院生物醫(yī)學工程專業(yè)以“創(chuàng)建一流課程”為目標，以學生為本，推進課程改革，優(yōu)化課程建設，錯位培養(yǎng)工程應用型人才。

實踐證明，以“兩性一度”金課建設標準設計“醫(yī)學儀器原理及應用”課程，可提升學生綜合能力，挖掘學生的可持續(xù)發(fā)展能力；通過引導學生在實踐項目中發(fā)現(xiàn)問題，可增強其創(chuàng)新意識，提升其創(chuàng)新能力，培育創(chuàng)新性人才。另外，通過將專業(yè)素質、職業(yè)素質和德育素質貫穿于課堂，通過與行業(yè)的緊密掛鉤，增強了校企醫(yī)的合作，避免了學校教育到社會需求的“脫節(jié)”現(xiàn)象，有利于學生成長為職業(yè)意識強、對企業(yè)有高度認同感、社會適應能力強的德才兼?zhèn)湫腿瞬拧?/p>