軍事生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)員實踐創(chuàng)新能力教學(xué)方法探討

張林媛 李釗 雷濤 路國華

[摘 要] 提高軍事生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)員創(chuàng)新實踐能力，對適應(yīng)軍隊改革、滿足信息化、智能化條件下軍事斗爭需要及第一崗位任職能力具有重要現(xiàn)實意義。通過軍隊醫(yī)學(xué)院校與地方優(yōu)質(zhì)大學(xué)、大型綜合醫(yī)院、基層部隊聯(lián)合教學(xué)育人，提高基本動手能力、專業(yè)技術(shù)能力、實踐操作能力，利用教學(xué)與創(chuàng)新類競賽相結(jié)合，快速提高學(xué)員創(chuàng)新實踐能力。結(jié)果表明：本科生創(chuàng)新設(shè)計結(jié)果豐碩，“早期接觸科研”積極性高，培養(yǎng)素質(zhì)良好的復(fù)合醫(yī)工人才可操作性強。

[關(guān)鍵詞] 實踐創(chuàng)新能力;軍事生物醫(yī)學(xué)工程;學(xué)員競賽;早期接觸科研

[基金項目] 2020年度空軍軍醫(yī)大學(xué)軍事生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)系培鷹計劃“電子電工實訓(xùn)指導(dǎo)書教材建設(shè)”（2020100501）

[作者簡介] 張林媛（1989—），女，陜西三原人，碩士，空軍軍醫(yī)大學(xué)軍事生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)系助理實驗師，主要從事生物醫(yī)學(xué)工程研究;李 釗（1985—），男，陜西西安人，博士，空軍軍醫(yī)大學(xué)軍事生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)系講師，主要從事生物醫(yī)學(xué)工程研究;路國華（1976—），男，寧夏中衛(wèi)人，博士，空軍軍醫(yī)大學(xué)軍事生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)系副教授，碩士生導(dǎo)師（通信作者），主要從事生物醫(yī)學(xué)工程研究。

[中圖分類號] G642.4;R318 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）24-0152-04 [收稿日期] 2021-10-13

生物醫(yī)學(xué)工程是利用工程領(lǐng)域的原理和技術(shù)解決生物醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)及臨床問題的一門學(xué)科[1]。隨著時代的發(fā)展，醫(yī)學(xué)高度依賴工程技術(shù)和儀器裝備，生物醫(yī)學(xué)工程僅70年的發(fā)展歷史就對醫(yī)學(xué)發(fā)展起到了巨大助推作用。軍事生物醫(yī)學(xué)工程作為生物醫(yī)學(xué)工程的重要分支，服務(wù)于軍隊，它能將生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)轉(zhuǎn)化為保障力和戰(zhàn)斗力，采用生物醫(yī)學(xué)工程的技術(shù)和方法，解決軍事衛(wèi)勤保障中遇到的特殊問題，是新興的前沿交叉學(xué)科，創(chuàng)建于空軍軍醫(yī)大學(xué)軍事生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)系。

軍隊院校培養(yǎng)軍事生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)員的目的是適應(yīng)中國特色軍事變革，滿足信息化、智能化條件下軍事斗爭的需要，畢業(yè)以后能夠從事醫(yī)學(xué)信息與影像、醫(yī)學(xué)儀器、衛(wèi)生裝備與計量等各個相關(guān)領(lǐng)域的教育、科研、技術(shù)開發(fā)與設(shè)備維護管理工作，因此對學(xué)員的實踐創(chuàng)新能力要求極高。

筆者結(jié)合教育教學(xué)經(jīng)驗和循證實踐對軍隊院校軍事生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)員實踐創(chuàng)新能力教學(xué)方法進行探索研究，提出了幾點建議。

一、實踐創(chuàng)新能力提高的方法

（一）院校與地方大學(xué)聯(lián)合開展金工實習(xí)教學(xué)

生物醫(yī)學(xué)工程是醫(yī)學(xué)與工學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物，軍事生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)員需要同時具備醫(yī)學(xué)學(xué)科與工程學(xué)科的相關(guān)素養(yǎng)，需要對醫(yī)學(xué)儀器及衛(wèi)生裝備進行開發(fā)、操作、管理和維護，對實踐動手能力要求高。而金工實習(xí)作為一門工程類實踐基礎(chǔ)必修課，學(xué)員需學(xué)習(xí)車、銑、刨、磨、鉗等傳統(tǒng)機械制造手段及現(xiàn)代化數(shù)控設(shè)備的理論和工藝，理解其基本原理與操作規(guī)范。通過構(gòu)想設(shè)計圖紙、加工制造、組裝配件、融合理論總結(jié)等環(huán)節(jié)，極大發(fā)揮學(xué)員的主觀能動性[2]，學(xué)員積極參與，訓(xùn)練自主思維，培養(yǎng)基本動手能力，促進實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。另外，新興的3D打印技術(shù)，利用計算機技術(shù)，打印出各種復(fù)雜形態(tài)的材料，在醫(yī)療設(shè)備及醫(yī)療構(gòu)件領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景[3]，也逐步融入金工實習(xí)的課程內(nèi)容，拓寬學(xué)員的視野。但是，軍隊醫(yī)學(xué)類院校的金工實習(xí)設(shè)備往往較工科綜合類院校更新速度慢且不夠完備，因此可與地方大學(xué)聯(lián)合協(xié)作，依托地方實力強勁的理工科類大學(xué)平臺及優(yōu)秀的師資力量，更好地完成金工實習(xí)。近5年，我校本科學(xué)員金工實習(xí)課程在西安交通大學(xué)工程坊開展，為學(xué)生提供了高端的學(xué)科交叉綜合實踐訓(xùn)練平臺，通過拆裝發(fā)動機、砂型鑄造、3D打印、材料成型等擴展訓(xùn)練，極大激發(fā)了學(xué)生對科學(xué)學(xué)習(xí)、實踐操作的興趣，有效增強實踐創(chuàng)新能力。

（二）院校與醫(yī)院協(xié)作開展醫(yī)學(xué)儀器實訓(xùn)

醫(yī)學(xué)儀器采用現(xiàn)代先進電子技術(shù)手段對人體健康或疾病狀況進行檢測、監(jiān)測、治療及評估，它將傳感器技術(shù)、電子工程技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)等核心技術(shù)應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)及研究，顯著提高了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)臨床診療水平和效率。而在此背景下，僅學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)儀器的基礎(chǔ)理論知識已無法適應(yīng)崗位工作的需求，而在扎實理論知識的基礎(chǔ)上具備良好的操作技能既能提高實踐創(chuàng)新能力又能滿足崗位的要求?！搬t(yī)學(xué)儀器實訓(xùn)”課程能夠與相應(yīng)崗位無縫銜接，學(xué)員直接動手操作，在培養(yǎng)技術(shù)與職業(yè)能力方面至關(guān)重要。軍事生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)員需要對醫(yī)療設(shè)備，特別是影像、監(jiān)護、治療、急救及檢驗等五大類臨床醫(yī)療設(shè)備進行實訓(xùn)練習(xí)，了解和掌握醫(yī)用電子儀器的使用、維護、質(zhì)控、管理等方面的應(yīng)用技能。與大型醫(yī)院設(shè)備科協(xié)作，邀請大型設(shè)備廠商的專業(yè)工程師進行授課，在了解設(shè)備運行原理的基礎(chǔ)上通過對設(shè)備性能參數(shù)的設(shè)置、故障的檢查排查、維護維修的演示、實踐操作的練習(xí)等教學(xué)環(huán)節(jié)，可顯著提高學(xué)員醫(yī)學(xué)儀器應(yīng)用及維護能力，共同開展醫(yī)學(xué)儀器實訓(xùn)?？刹捎们榫笆浇虒W(xué)方法，既能解決院校教育教學(xué)設(shè)備不齊全的問題，又能激發(fā)學(xué)員的探索熱情，還能提高批判性思維能力，增強應(yīng)變能力[4]。近5年來，依托附屬醫(yī)院影像科、設(shè)備科，我系本科學(xué)員接受了醫(yī)學(xué)儀器的安裝、使用、維護和質(zhì)檢等內(nèi)容的系統(tǒng)培訓(xùn)，熟悉了醫(yī)學(xué)儀器的全壽命管理;同時，聯(lián)合模擬示教系統(tǒng)與現(xiàn)場操作示范，對儀器故障檢測和判斷進行實踐，應(yīng)用技能顯著提升。特別提出的是，2016年以來中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會醫(yī)學(xué)工程分會、中華醫(yī)學(xué)會醫(yī)學(xué)工程學(xué)分會、中國醫(yī)師學(xué)會臨床工程師分會聯(lián)合發(fā)起了臨床醫(yī)學(xué)注冊工程師資質(zhì)認證，我系有畢業(yè)班學(xué)員獲得了此項證書，有效證明了畢業(yè)班學(xué)員的臨床醫(yī)學(xué)工程管理能力與水平。

（三）院校與部隊基地合作創(chuàng)建學(xué)員創(chuàng)新基地

很多基層單位反映缺乏專業(yè)的醫(yī)學(xué)工程技術(shù)人員，各類儀器的日常保養(yǎng)及常見故障排除等最基本的要求無法保障[5]，而藥品儀器監(jiān)督檢驗站有大量、各類需要檢測和維修的儀器，學(xué)員不僅有時間動手操作，還可以自主拆卸、維修、安裝。某些儀器監(jiān)督檢驗站每年都有固定的任務(wù)，到基層部隊去現(xiàn)場檢測儀器，若與其建立合作關(guān)系，學(xué)員隨行，能迅速提高學(xué)員的動手操作能力，同時能獲知一線部隊真正所需裝備的功能，從而進行創(chuàng)新開發(fā)。這對我軍部隊衛(wèi)生裝備教育訓(xùn)練存在的一些問題也是很好的解決辦法，比如解決部隊上存在教育訓(xùn)練模式?jīng)]有充分體現(xiàn)任職教育要求、教育訓(xùn)練內(nèi)容與崗位認知能力及一線救治需求不緊密的問題[6]。同時能解決在校期間，院校附屬或合作的醫(yī)院接診病人量較大、能夠直接動手操作的裝備數(shù)量有限的問題。優(yōu)勢互補、強強聯(lián)合，基地為軍事生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)員提供研發(fā)、維修、計量、質(zhì)控等實踐所需的場所、設(shè)備和培訓(xùn)，提高學(xué)員的崗位任職能力。

（四）人才培養(yǎng)過程教育與競賽相結(jié)合

黨的十九大報告指出，加快軍事智能化發(fā)展，提高基于網(wǎng)絡(luò)信息體系的聯(lián)合作戰(zhàn)能力、全域作戰(zhàn)能力，有效塑造態(tài)勢、管控危機、遏制戰(zhàn)爭、打贏戰(zhàn)爭[7]。2017年，聚焦軍事領(lǐng)域，由軍隊學(xué)位與研究生教育發(fā)展中心主辦的第一屆全軍軍事建模競賽開賽，這場代表全軍建模領(lǐng)域的最高賽事，分部隊組、研究生組、本科生組三組，在四天內(nèi)完成考卷，沒有標(biāo)準(zhǔn)答案只有最優(yōu)解法，對部隊院校學(xué)員的軍事知識儲備、理解能力、數(shù)學(xué)建模能力、論文撰寫能力及短時高壓下問題處理能力、分隊內(nèi)部協(xié)調(diào)分配能力要求均高，參加此競賽能全面提高學(xué)員的軍事素質(zhì)。在院校人才培養(yǎng)過程中，創(chuàng)建學(xué)員創(chuàng)新club，專業(yè)人員講解軍事理論、運籌學(xué)、MATLAB等軟件等相關(guān)知識，對于進入崗位后，解決實際戰(zhàn)場問題，建設(shè)信息化、智能化軍隊均有重要意義。

以習(xí)近平同志為核心的黨中央對發(fā)展軍事高科技的高度重視，勢必推動軍事智能化向更高更精更尖的方向快速前進?？萍际呛诵膽?zhàn)斗力，而人工智能是核心軍事科技。人工智能是指能夠模擬人類智能活動的智能機器或智能系統(tǒng)[8]，可用于醫(yī)療計算機視覺和醫(yī)學(xué)圖像處理、軍事探測和導(dǎo)彈制導(dǎo)等，人工智能已成為軍事革命新的著力點，對提高我國軍事競爭力有著重要作用。而全國大學(xué)生計算機設(shè)計大賽、全國計算機仿真大賽等計算機類競賽，接軌人工智能，軍地院校學(xué)員之間公平競賽，對手的數(shù)量基數(shù)更大、知識領(lǐng)域更廣闊，對于軍隊院校學(xué)員的創(chuàng)新能力要求更高。

聚焦于生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，由教育部高等學(xué)校生物醫(yī)學(xué)工程類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會主辦的全國大學(xué)生生物醫(yī)學(xué)工程創(chuàng)新設(shè)計大賽，以及全國生物醫(yī)學(xué)電子創(chuàng)新設(shè)計大賽，通常包括醫(yī)療電子、疾病預(yù)防、診斷、生物醫(yī)學(xué)材料、康復(fù)輔助等多個領(lǐng)域主題，學(xué)員可以針對此類競賽開發(fā)微型、小型醫(yī)療衛(wèi)生裝備，比如可監(jiān)測生命參數(shù)并具有疾病預(yù)警功能的智能耳機、智能鼠標(biāo)。通過此類競賽的歷練，學(xué)員既對系統(tǒng)理論知識構(gòu)架的理解有所提升，又對專業(yè)類實驗、動手訓(xùn)練能力有了強化，與競賽結(jié)合，以學(xué)參賽，以賽促學(xué)。

參加以上創(chuàng)新類設(shè)計大賽，對于深化教學(xué)改革、加強教學(xué)實踐、促進教學(xué)相長、培養(yǎng)學(xué)員運用信息技術(shù)解決綜合實際問題的能力有重要的意義。軍事生物醫(yī)學(xué)工程設(shè)置的課程如“智能醫(yī)學(xué)導(dǎo)論”“高級語言程序設(shè)計”“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”“單片機技術(shù)與應(yīng)用”“醫(yī)學(xué)圖像處理”“數(shù)字信號處理”“機器學(xué)習(xí)與應(yīng)用”等均可與人工智能類設(shè)計大賽相接。例如，獲獎作品《基于對抗模型和層次分析法的航母編隊數(shù)量建模與預(yù)測》《基于灰色模型和多元線性回歸方法的航母編隊數(shù)量建模與預(yù)測研究》《基于MITK的虛擬膀胱鏡系統(tǒng)開發(fā)》《基于磁共振成像的膀胱腫瘤檢測》等，均是競賽式教學(xué)取得的成果。

二、創(chuàng)新實踐結(jié)果

（一）創(chuàng)新設(shè)計成果豐碩

近幾年，空軍軍醫(yī)大學(xué)軍事生物醫(yī)學(xué)工程系學(xué)員在學(xué)員總?cè)藬?shù)少的情況下，在競賽中取得了豐碩的成果。在全軍軍事建模中，2019年度獲特等獎1項、二等獎2項，2020年度獲得二等獎1項。在全國大學(xué)生生物醫(yī)學(xué)工程創(chuàng)新設(shè)計競賽中，2018年度獲一、二、三等獎各1項，2019年度獲一等獎2項，二等獎1項。在全國大學(xué)生生物醫(yī)學(xué)電子創(chuàng)新設(shè)計競賽中，2017年度獲一等獎1項，二等獎1項。在中國大學(xué)生計算機設(shè)計大賽中，2017年度獲二等獎2項，2018年度獲二等獎1項，三等獎1項，2019年度獲一等獎1項，2020年獲西北賽區(qū)一等獎1項。

這些優(yōu)秀成績的取得，充分展現(xiàn)了新時代強國強軍青年的高素質(zhì)、高才能，也是對我們實踐創(chuàng)新能力教育方法的充分驗證。精彩的獲獎作品，作為教育教學(xué)方法的素材，不斷積累擴充，為后續(xù)教學(xué)提供優(yōu)秀案例，并為案例教學(xué)大賽提供思路。我系教員在2020年度高等學(xué)校國家級實驗教學(xué)示范中心聯(lián)席會組織的實驗教學(xué)案例設(shè)計競賽中獲得全國一等獎和三等獎，以及西北賽區(qū)一等獎2項。

（二）本科生“早期接觸科研”積極性高

為本科學(xué)員建立“早期接觸科研”制度，對于優(yōu)秀本科學(xué)員提前進入科研提供了制度保障。對焦國際一流大學(xué)，哈佛大學(xué)、密西根大學(xué)等均鼓勵和提倡“本科生科研”[9]。近幾年，通過上述實踐，越來越多的本科學(xué)員愿意提前參與科研課題研究，通過動手實驗、研究小組會議、提交科研報告等環(huán)節(jié)，既讓學(xué)員各項能力有所提升，又解決了課題組研究生人員較少的問題。近3年，約40%的大三、大四本科生通過早期接觸科研在中文核心期刊上發(fā)表論文。為后續(xù)的繼續(xù)教育科學(xué)研究打下了堅實的基礎(chǔ)。

三、展望

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、無人化系統(tǒng)、醫(yī)工交叉的不斷發(fā)展，新技術(shù)新裝備新手段不斷出現(xiàn)，有創(chuàng)新才能更好牽引技術(shù)創(chuàng)新、催生新興設(shè)備、推動應(yīng)用發(fā)展。面向信息化、智能化軍隊，以及新時代強軍目標(biāo)對高素質(zhì)人才的需求，通過軍隊醫(yī)學(xué)院校與地方院校、大型醫(yī)院、部隊基地聯(lián)合教學(xué)的方式，以競賽和學(xué)員早期接觸科研為抓手，提高軍事生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)員創(chuàng)新實踐能力，培養(yǎng)多方面素質(zhì)良好的新型復(fù)合型醫(yī)工人才。

參考文獻

[1]鄒慧玲，董秀珍，王松俊，等.構(gòu)建具有鮮明特色的軍事生物醫(yī)學(xué)工程概念體系[J].第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報，2004（12）：1147-1149.

[2]李亞鵬，張余益，李睿，等.金工實習(xí)教學(xué)的提升與創(chuàng)新[J].設(shè)備管理與維修，2019（2）：38-40.

[3]侯良衡.3D打印技術(shù)及其應(yīng)用[J].電子制作，2019（12）：53-55+73.

[4]潘曉，唐雪麗，黃曉琳，等.PBL聯(lián)合情景模擬教學(xué)法在耳鼻喉科臨床護理教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].中國高等醫(yī)學(xué)教育，2018（11）：22-23.

[5]蘇慶軍，常穎，唐茂林.如何提高基層部隊醫(yī)療檢驗設(shè)備的使用效能[J].中國醫(yī)療設(shè)備，2011，26（3）：81-82.

[6]崔澂，李忠紅，傅占江，等.部隊衛(wèi)生裝備教育訓(xùn)練現(xiàn)狀與需求發(fā)展[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2017，38（3）：153-156.

[7]決勝全面建成小康社會，奪取新時代中國特色社會主義偉大勝利[N].人民日報，2017-10-28（1）.

[8]朱巍，陳慧慧，田思媛，等.人工智能：從科學(xué)夢到新藍海：人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析及對策[J].科技進步與對策，2016，33（21）：66-70.

[9]季波，李勁湘，邱意弘，等.“以學(xué)生為中心”視角下美國一流研究型大學(xué)本科人才培養(yǎng)的特征研究[J].中國高教研究，2019（12）：54-59.

Exploration on the Teaching Method of Improving the Practical Innovation Abilityof Students Majoring in Military Biomedical Engineering

ZHANG Lin-yuan， LI Zhao， LEI Tao， LU Guo-hua

（School of Biomedical Engineering， Air Force Military Medical University， Xi’an，

Shaanxi 710032， China）

Abstract： It is important to improve the practical innovation ability of military biomedical engineering students to adapt to the military reform and meet the needs of military struggle under the condition of informationization and intelligence. At the same time， it can improve their competencies for their first working posts. This paper holds that the basic hands-on ability， professional and technical ability， and practical operation ability can be improved by the joint teaching and education of military medical colleges， local high-quality universities， large general hospitals， and grass-roots military bases， and their practical innovation ability can be quickly improved by the combination of teaching and innovation competitions. The results show that the innovative design results of undergraduates are fruitful， and the enthusiasm of “early participation in scientific research” is high， which is very practical to cultivate compound and high-quality medical and engineering talents.

Key words： practical innovation ability; military biomedical engineering; trainee competition; early exposure to scientific research