生物醫(yī)學工程專業(yè)“電路原理”項目化教學改革研究

薛慧君　張楊　于霄　馬曉玉　呂昊

[摘 要] 為了探索解決醫(yī)學院校背景下生物醫(yī)學工程專業(yè)本科電工電子類專業(yè)基礎課程教學中長期存在的“注重工科基礎、弱化醫(yī)工理念”問題，以空軍軍醫(yī)大學生物醫(yī)學工程專業(yè)“電路原理”課程教學為研究對象，分析“電路原理”課程教學中存在的問題與不足，分別從課程教學內容整合、項目化教學內容的制定與實施、補充性實驗教材建設三方面進行改革，使課程教學內容得到了全面性、系統(tǒng)性的完善。項目化教學的開展，有望實現“醫(yī)工”特色教學，為醫(yī)學院校背景下的軍事生物醫(yī)學工程電工電子類專業(yè)基礎課程的教學改革提供有意義的借鑒和參考。

[關鍵詞] 生物醫(yī)學工程專業(yè);電路原理;項目化教學

[基金項目] 2020年度空軍軍醫(yī)大學校級教學重點課題陜西省自然科學基金項目“機械作業(yè)振動干擾下的UWB生物雷達人體目標識別技術研究”（2020JQ-443）

[作者簡介] 薛慧君（1983—），女（滿族），遼寧葫蘆島人，生物物理學博士，空軍軍醫(yī)大學軍事生物醫(yī)學工程學系醫(yī)學電子學教研室講師，主要從事非接觸生物醫(yī)學信號檢測和處理技術研究;呂 昊（1981—），男（土家族），湖北宜昌人，生物物理學博士，空軍軍醫(yī)大學軍事生物醫(yī)學工程學系醫(yī)學電子學教研室主任，副教授（通信作者），主要從事非接觸生物雷達探測技術研究。

[中圖分類號] G642.0[文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）16-0056-04[收稿日期] 2021-08-02

一、引言

為實現培養(yǎng)適應新時代社會發(fā)展需求，以及在生物醫(yī)學工程領域從事教學、科研、技術開發(fā)和管理的創(chuàng)新人才目標，各高校都制定了“通識基礎+專業(yè)基礎+專業(yè)技能”相結合的教學體系，其中專業(yè)基礎課發(fā)揮了連接基礎知識和工程實踐的橋梁作用。然而，以醫(yī)學院校為背景的生物醫(yī)學工程電工電子類專業(yè)基礎課程的教學內容與國內外工科院校中生物醫(yī)學工程電工電子類專業(yè)基礎課程基本相同，這就使得以醫(yī)學院校為背景的生物醫(yī)學工程電工電子類專業(yè)基礎課程的教學特色不突出，長期存在“注重工科基礎、弱化醫(yī)工理念”的問題。

本文以空軍軍醫(yī)大學生物醫(yī)學工程專業(yè)“電路原理”課程為研究對象，在原有的教學理論和實踐的基礎上，按照“以學生為中心，以醫(yī)工項目為牽引，培養(yǎng)高素質醫(yī)工人才”的人才培養(yǎng)目標，通過“電路原理”課程項目化教學內容改革，探索“醫(yī)工”結合教學新模式，為醫(yī)學院校背景下生物醫(yī)學工程電工電子類專業(yè)基礎課程的教學改革提供有意義的借鑒和參考。

二、關于項目化教學的概述

所謂項目化教學，是把課程知識轉化為多個教學項目，學生在教師指導下通過開展以項目為核心的教學活動，直接參與項目設計和實施整個過程的一種教學方式[1]。

項目化教學與傳統(tǒng)教學之間最大的區(qū)別在于，項目化教學改變了傳統(tǒng)課堂以教師為中心的教學模式，課堂教學變成了以學生、項目及實踐為中心的教學;項目化教學更注重培養(yǎng)學生的實踐和應用能力，符合當下高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的教學要求，有利于縮小學生畢業(yè)后任職崗位需求與自身能力之間的差距，讓學生更好地適應新時代醫(yī)工發(fā)展需求。

三、“電路原理”課程定位

“電路原理”課程是我校生物醫(yī)學工程必修的電工電子類專業(yè)基礎課程之一，是學生完成“高等數學”“線性代數”“大學物理”等基礎課程之后首次接觸的工程類課程，主要學習電路的基本概念、基本理論、基本分析和計算方法，是學習電子技術的入門課，在生物醫(yī)學工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案和課程體系中起著承前啟后的重要作用，為以后學習“醫(yī)用儀器”和“軍隊衛(wèi)生裝備與計量”等課程建立必要的理論基礎，其教學目的不僅是讓學生理解學科和產業(yè)發(fā)展前沿，更重要的是培養(yǎng)學生工程思維與實踐的素質[2]。

四、“電路原理”課程教學內容存在的問題

（一）課程教學內容安排不合理

為了避免同一學科中不同課程教學內容的重復和累贅，結合人才培養(yǎng)方案，我校針對不同學科的課程進行了教學內容精簡，這種做法在一定程度上降低了因學時有限導致的授課壓力[3]，但如果考慮不周則會影響課程的系統(tǒng)性學習。比如：考慮到“模擬電子技術”教學中會重點講授放大器，“電路原理”便將含有運算放大器電阻電路部分進行刪除，分析可知，“模擬電子技術”中放大器講授占用數十學時，詳細講授放大器的內部組成、分類及工作原理等，知識點更加細致化，“電路原理”如果刪除此部分，不僅不能讓學生對含運算放大器電阻電路產生系統(tǒng)性的認識，還會失去與放大器相關電阻電路的分析和設計，由于教學內容不完整，可能會影響項目化教學內容的實踐拓展和創(chuàng)新。

（二）課程教學內容缺乏特色

在教學過程中，通過調查問卷和座談發(fā)現，學生普遍認為“電路原理”課程比較抽象難學，教師在授課過程中沒有將枯燥的理論知識與專業(yè)實際應用相結合，在教學內容中較少引入醫(yī)學案例，較少使用所學知識解決實際醫(yī)學問題，因此，部分學生無法理解課程學習意義，難以激發(fā)學習興趣。而我校生物醫(yī)學工程專業(yè)具有軍事和醫(yī)學雙重背景，人才培養(yǎng)目標是培養(yǎng)復合型軍事生物醫(yī)學工程人才，教學中要突出“軍事—醫(yī)學—工程”三者的優(yōu)勢結合[4]。

（三）實驗教學內容單一

實驗教學不僅可以進一步增進學生對相關理論知識的理解和掌握，還能培養(yǎng)學生動手能力，提高學生綜合素質[5]。受傳統(tǒng)教學模式影響，“電路原理”課程理論和實驗部分是分開教學的，實驗課的主要作用是輔助理論教學，驗證性實驗內容大于90%。學生在實驗課上根據教師要求或實驗教材內容按部就班地進行實驗，缺乏主動性和新鮮感，沒有真正理解實驗目的和原理，只是被動進行實驗和完成實驗報告，導致學生分析問題和解決問題的能力較弱，如遇到難度稍微大的實際問題便束手無策。

五、“電路原理”課程項目化教學內容改革

（一）課程教學內容優(yōu)化整合AE514F2F-9F5D-4F01-B4F6-01F5FB51E0D1

選擇科學合理的教學內容是“電路原理”項目化教學改革的基礎和核心，將課程教學內容與項目有機融合，是體現“醫(yī)工”特色教學、培養(yǎng)和提高學生自主學習能力和實踐應用能力的前提[6]。本文擬結合學校現有條件、學生實際情況和任職崗位需求，在基礎教學中增加工程背景知識和醫(yī)學應用前景分析[7]，在不增加學時的情況下，加強課程教學內容整合，比如，將含有運算放大器的電阻電路內容納入教學計劃，將電路的方程矩陣形式知識調整為自學內容，重構學生知識結構框架，通過項目任務串接各個章節(jié)知識點，完成教學重點和難點的講授，并將其應用于學生項目實踐中，反復訓練提升學習效果，實現課程教學體系的全面性、系統(tǒng)性和教學實踐的前后銜接性。

（二）項目化教學內容制定

“電路原理”課程的項目化教學就是結合學生和課程的特點，以項目實施為導線，將課程中相關知識點融入項目應用中，再將每個項目進行詳細任務劃分，把學生已學過的基礎學科知識融入課程教學內容中。按照不同章節(jié)的電路組成特點及信號分析方法，通?？蓪ⅰ半娐吩怼眱热輨澐譃?個不同項目，教師根據學生情況再將項目進行具體劃分，形成項目教學內容[7]，“電路原理”項目化教學內容詳見表1。

（三）項目化教學內容實施

完成課程項目化教學內容制定以后，便進行項目化教學實施，包括：學生組隊、下達任務、小組自主討論、分享設計思路和方案、確認項目實施方案、項目實踐、項目結束和評價、項目總結等，具體設計流程如圖1所示。

課前準備：學習之前要求學生自由組隊，教師可通過“雨課堂”或班級微信群向學生推送相關優(yōu)質MOOC資源，要求學生提前自學。

下達任務：教師根據課前推送的MOOC資源和項目進展情況，給學生布置學習任務，讓學生按照要求進行練習、電路的分析、設計、仿真等。

制定方案：主要在課堂教學階段完成，教師針對項目化教學內容進行重點和難點講授，通過問題分析，引發(fā)學生對項目相關知識點的思考，組織學生進行小組討論，確定項目內容實施方案。

實踐操作：方案確定后，學生在仿真室或實驗室進行虛擬仿真或實踐活動，驗證實施方案的可行性，進一步修改方案、調試電路。

結果評價：在項目進度的重要環(huán)節(jié)或項目完成后，組織學生進行項目工作展示、學生答辯、分析和總結，此過程中學生可將項目進行中遇到的困惑和問題進行說明，教師和其他小組成員也可進行提問或給予可行建議，最后針對每個小組的項目展示進行客觀評價。

為保障項目化教學順利實施，教學組2019年購置了一批NI myDAQ設備，可以提供8種基于Labview的儀器，包括函數信號發(fā)生器、任意波形發(fā)生器、數字萬用表、示波器、Bode圖儀、動態(tài)信號分析儀和數字I/O，學生可以利用這些常用儀器進行工程實踐創(chuàng)新，與NI Multisim電子電路設計仿真軟件結合，為“電路原理”項目化教學提供理想平臺。

（四）補充性實驗教學建設

以項目化課程教學理念為指導，在補充性實驗教材中引入醫(yī)學應用相關案例（比如：心電信號的放大和濾波），讓學生帶著問題進行實踐操作，在補充性實驗教材的內容設置中將驗證性、綜合性、設計性和探索性創(chuàng)新實驗多層次有機結合[8]，減少驗證性實驗，增加綜合性實驗，提高設計性和創(chuàng)新性實驗項目比重。按照驗證性實驗、綜合性實驗、設計性實驗和創(chuàng)新性實驗的層次設計實驗項目，包括獨立元器件的伏安特性分析、實際電源等效、電阻電路原理、動態(tài)電路分析、波形發(fā)生器、RLC諧振電路等，最后通過創(chuàng)新性設計實驗項目綜合應用電路知識，鍛煉學生的動手能力，培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維，讓學生牢固掌握并形成“醫(yī)工”結合理念。

針對醫(yī)學院校中生物醫(yī)學工程電工電子類專業(yè)基礎課程教學中長期存在的“注重工科基礎、弱化醫(yī)工理念”問題，提出項目化教學理念。本文以空軍軍醫(yī)大學生物醫(yī)學工程“電路原理”課程教學內容研究項目為例，分析了醫(yī)學背景院校中“電路原理”課程教學中存在的問題與不足，分別從課程教學內容整合、制定項目化教學內容、項目化教學實施內容和補充性實驗教材建設方面進行討論，對“電路原理”課程項目化教學內容進行全面性、系統(tǒng)性調整。通過項目化教學的開展，在教學中體現醫(yī)工特色，學生真正理解課程教學意義，進而提升自身的知識運用能力和工程實踐能力。

參考文獻

[1]劉思磊.《電工技術基礎》項目化教學改革實踐研究[J].當代教學實踐探索，2020（2）：163-164.

[2]朱桂萍，于歆杰，陸文娟.“電路原理”課程深度改革的理念探索[J].電氣電子教學學報，2013，35（5）：1-5.

[3]張運波，鄭文，姜志宏.電工電子系列課程教學內容優(yōu)化的研究與實踐[J].長春工程學院學報（社會科學版），2012，13（4）：82-84.

[4]栗文彬，董秀珍，盧虹冰，等.軍事生物醫(yī)學工程專業(yè)特色教學模式的創(chuàng)建與探討[J].中國醫(yī)學裝備，2013，10（9）：62-64.

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[6]盧愛臣，魏建宇，馬文彬.以項目為牽引的計算機CDIO創(chuàng)客教學模式研究[J].軟件導刊（教育技術），2019，18（3）：31-32.

[7]李培芳，李育玲，童梅.“電路原理”與“信號與系統(tǒng)”課程的整合和優(yōu)化[J].電氣電子教學學報，2003（25）：5-7+49.

[8]李中燕，袁霖，袁先友，等.應用型人才培養(yǎng)背景下儀器分析實驗教材編寫的思考[J].山東化工，2020，49（10）：194-195.

Abstract： To solve the problem of “emphasizing the engineering foundation and weakening the medical engineering concept” in the teaching of electrician and electronics courses of biomedical engineering majors in medical colleges. We took the teaching of Circuit Principle course of the biomedical engineering major of Air Force Military Medical University as the research object， and analyzed the problems and shortcomings in the Circuit Principle course teaching. The reform were conducted in three aspects： the course teaching content integration， the project teaching content formulation and implementation， and the supplementary experimental teaching materials construction. Through the reform， the course content has been comprehensively and systematically perfected. The development of project teaching is expected to realize the characteristic teaching? in medical engineering major， which provides a meaningful reference for the teaching reform of electrician and electronics courses in military biomedical engineering majors of medical colleges.

Key words： biomedical engineering major; Circuit Principle; project teachingAE514F2F-9F5D-4F01-B4F6-01F5FB51E0D1