創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)引導(dǎo)生物醫(yī)學(xué)工程通識(shí)教學(xué)改革

吳 丹，寧鋼民，齊 煒，周 泓

（浙江大學(xué) 生物醫(yī)學(xué)工程與儀器科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310027）

引言

生物醫(yī)學(xué)工程是多種工程學(xué)科和生物醫(yī)學(xué)交叉的學(xué)科，為生命科學(xué)提供了工程原理、方法和手段，并為人類疾病的預(yù)防、診斷和治療提供了有力保障［1］?！吧镝t(yī)學(xué)工程導(dǎo)論”是世界一流大學(xué)普遍開設(shè)的關(guān)于生命科學(xué)與工程技術(shù)的典型交叉性課程［2］，學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)了解工程技術(shù)與人類生命活動(dòng)的關(guān)聯(lián)、生物醫(yī)學(xué)工程所涉及的基本科學(xué)與技術(shù)以及生物醫(yī)學(xué)工程的核心知識(shí)和最新進(jìn)展。更重要的是，學(xué)生從課程學(xué)習(xí)中得到啟發(fā)，增強(qiáng)從多學(xué)科交叉的角度分析與解決問題的創(chuàng)新精神以及創(chuàng)業(yè)意識(shí)，這也是時(shí)代發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步對教育提出的新要求［3］。

近四十年來，國內(nèi)外生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域中的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究得到迅速發(fā)展，在國民經(jīng)濟(jì)中的地位日趨重要，對人類健康和醫(yī)療健康裝備產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了巨大的影響［4］。經(jīng)濟(jì)全球化趨勢和醫(yī)療模式與醫(yī)療體制的變革，為生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)跨越式發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新提供了新的歷史機(jī)遇，引發(fā)了全球范圍對于先進(jìn)數(shù)字醫(yī)療儀器和生物醫(yī)學(xué)信息技術(shù)研究與開發(fā)的熱潮［5］。加快生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的教育改革，培養(yǎng)該領(lǐng)域的創(chuàng)新型工程與學(xué)術(shù)人才，主動(dòng)承擔(dān)起應(yīng)對挑戰(zhàn)、造福人類、塑造未來的時(shí)代責(zé)任，成為在激烈的國際競爭中贏得主動(dòng)的重要戰(zhàn)略選擇［6］。

一、原有生物醫(yī)學(xué)工程通識(shí)教育存在的問題

浙江大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科于1977年在國內(nèi)第一個(gè)設(shè)立生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)，學(xué)術(shù)聲譽(yù)位居全國前列，經(jīng)過40余年的持續(xù)建設(shè)和不斷發(fā)展，形成了生物傳感與醫(yī)學(xué)信息技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)成像與分子影像、數(shù)字技術(shù)與智能醫(yī)療儀器、神經(jīng)組織工程與腦機(jī)交互等學(xué)科方向［7］。依托生物醫(yī)學(xué)工程與儀器科學(xué)學(xué)院的優(yōu)勢師資力量與教學(xué)資源，學(xué)院已連續(xù)多年面向全校本科生開設(shè)“生物醫(yī)學(xué)工程——智慧醫(yī)療的前世今生”通識(shí)課（科技創(chuàng)新類），選課主體為大一、大二本科生。以往的教學(xué)規(guī)劃理論教學(xué)（專題報(bào)告）作為主體，輔以專題短報(bào)告和課程論文。此教學(xué)方法雖然一定程度上有利于系統(tǒng)化、連續(xù)性知識(shí)點(diǎn)的傳授，但是在一定程度上阻礙了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的提高。多年的教學(xué)工作下來，筆者發(fā)現(xiàn)課程實(shí)施過程中遇到了若干主要問題。

（一）課程知識(shí)涉及面廣，深度和廣度難以平衡

由于生物醫(yī)學(xué)工程是一門交叉學(xué)科，其中涉及醫(yī)學(xué)、生物工程、計(jì)算機(jī)、機(jī)械、材料等多門學(xué)科，因此對剛剛步入大學(xué)校門的新生來說知識(shí)涉及范圍廣，不易形成知識(shí)體系［8］。與此同時(shí)，課程內(nèi)容輻射傳感器、影像、醫(yī)院信息系統(tǒng)等多門課程，對教師的綜合素質(zhì)要求較高，對教學(xué)內(nèi)容深度與廣度的把握需要恰到好處。所以理論授課有必要邀請相關(guān)領(lǐng)域的專家對知識(shí)體系進(jìn)行系統(tǒng)化的梳理，并站在一定高度指出國際前沿發(fā)展趨勢和行業(yè)需要，強(qiáng)調(diào)交叉學(xué)科的融合創(chuàng)新，并提出相關(guān)科學(xué)問題供學(xué)生深入討論。

（二）學(xué)生來源多樣，同質(zhì)化的教學(xué)方式無法滿足學(xué)生需求

選修生物醫(yī)學(xué)工程通識(shí)教育的學(xué)生專業(yè)背景差異較大，來自生物醫(yī)學(xué)工程、計(jì)算機(jī)、機(jī)械、電氣、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、公共管理等全校各個(gè)專業(yè)。不同的專業(yè)背景導(dǎo)致學(xué)生對理論內(nèi)容的學(xué)習(xí)程度不一、對專題報(bào)告和課程論文把握的方向不一。對本專業(yè)的學(xué)生，需引導(dǎo)其尋找興趣點(diǎn)，深入某一具體方向展開學(xué)習(xí)；而對外專業(yè)的學(xué)生，則需引導(dǎo)其結(jié)合自身的專業(yè)背景，尋找與生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的結(jié)合點(diǎn)。因此，指導(dǎo)教師需要在學(xué)生自主選題開展專題內(nèi)容調(diào)研的基礎(chǔ)上，有的放矢地進(jìn)行引導(dǎo)。

（三）理論教學(xué)為主，對學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)引導(dǎo)不夠

生物醫(yī)學(xué)工程通識(shí)教育以理論為主，內(nèi)容多且課時(shí)緊，其中部分內(nèi)容需要學(xué)生能在課下進(jìn)行預(yù)習(xí)以及準(zhǔn)備相關(guān)背景的知識(shí)；此外，由于“生物醫(yī)學(xué)工程導(dǎo)論”是概論性課程，授課中會(huì)遇到很多專業(yè)術(shù)語，對一些沒有專業(yè)背景的前沿技術(shù)學(xué)生來說比較難以理解，導(dǎo)致學(xué)生在課堂上積極性不高、學(xué)習(xí)興趣不濃。因此，有必要在傳統(tǒng)教學(xué)方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，如專題討論、實(shí)物展示、視頻教學(xué)、案例介紹等，引導(dǎo)學(xué)生在融合多學(xué)科背景的基礎(chǔ)上尋找生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的問題，并通過工程信息技術(shù)解決問題，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

二、生物醫(yī)學(xué)工程通識(shí)教育的改革

為了更好地培養(yǎng)學(xué)生對生物醫(yī)學(xué)工程交叉領(lǐng)域的興趣、創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)意識(shí)，特別是培養(yǎng)通過查閱相關(guān)資料結(jié)合理論知識(shí)提出新穎可行問題、在實(shí)踐過程中分析解決問題的能力，亟須對“生物醫(yī)學(xué)工程導(dǎo)論”通識(shí)課程的理論授課形式、專題調(diào)研、課程論文的開展方式進(jìn)行全面的改革研究［9］，整體課程設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖1所示。目標(biāo)是將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)有機(jī)引入課程教學(xué)中，增強(qiáng)課程的趣味性、前沿性，并針對不同專業(yè)背景的通識(shí)課學(xué)生以個(gè)性化引導(dǎo)的形式，鍛煉學(xué)生的醫(yī)、工、信交叉融合思維，為生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科培養(yǎng)一流的交叉復(fù)合型人才。此次通識(shí)課程改革歸納的主要內(nèi)容如表1所示。具體改革方案如下。

表1 此次通識(shí)課程改革的主要內(nèi)容

圖1 生物醫(yī)學(xué)工程通識(shí)教育的改革架構(gòu)

（一）理論教學(xué)環(huán)節(jié)改革

1.課堂討論：由于每次專題講座的內(nèi)容較多，過程中可能有不少學(xué)生的疑問需要解決。方案提出預(yù)留每節(jié)課的最后30分鐘作為討論時(shí)間，以學(xué)生提問教師解答，或者針對學(xué)生普遍感興趣的問題分小組討論的形式加深學(xué)生對課堂內(nèi)容的理解，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

2.實(shí)物展示：課程中涉及多種醫(yī)療儀器的發(fā)明、發(fā)展及臨床應(yīng)用，通過簡單的講解或圖片展示學(xué)生很難形成直觀印象，如果能讓簡單的醫(yī)療器械實(shí)物走入課堂，一方面能夠讓學(xué)生親眼看到、親手摸到實(shí)物，從而使學(xué)生對該儀器有更深刻的印象；另一方面也在一定程度上，讓學(xué)生直觀感受它的智能化功能和涉及的關(guān)鍵技術(shù)。例如，穿戴式柔性傳感器、腦電控制小車、帶進(jìn)課堂的學(xué)生項(xiàng)目作品等。

3.視頻教學(xué)：在相關(guān)教學(xué)過程中引入視頻材料，更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，包括引入國際、國內(nèi)精心制作的與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的視頻、學(xué)生項(xiàng)目中錄制的視頻、教授團(tuán)隊(duì)的介紹視頻等。

4.案例講解：在教學(xué)過程中穿插與專題知識(shí)相關(guān)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)典型案例，包括“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)技術(shù)作品大賽、學(xué)生創(chuàng)業(yè)的優(yōu)秀案例等，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性發(fā)散思維，使其學(xué)有所用。

（二）專題報(bào)告、課程論文環(huán)節(jié)

課程改革要求學(xué)生在平時(shí)學(xué)習(xí)過程中選擇3個(gè)專題講座的相關(guān)內(nèi)容撰寫專題短報(bào)告。為明確專題報(bào)告的選題，針對課堂討論中的熱點(diǎn)、專題講座教師預(yù)留的3～5個(gè)話題以及學(xué)生自由選擇的話題，在選題過程中積極主動(dòng)引導(dǎo)。另外要求學(xué)生在課程結(jié)束后撰寫課程論文，并對這一過程進(jìn)行更為細(xì)致的引導(dǎo)。針對生物醫(yī)學(xué)工程本專業(yè)學(xué)生，引導(dǎo)其就某一感興趣的領(lǐng)域，進(jìn)行深入調(diào)研，或者采用仿真、實(shí)驗(yàn)等開展一定深度的研究；對外專業(yè)學(xué)生，引導(dǎo)其結(jié)合自身的專業(yè)背景進(jìn)行調(diào)研。例如，經(jīng)濟(jì)管理類學(xué)生可以就醫(yī)療儀器的市場前景進(jìn)行調(diào)研、醫(yī)學(xué)類學(xué)生可闡述現(xiàn)代信息技術(shù)對臨床實(shí)踐產(chǎn)生的影響及未來的需要等。

三、課程改革的特色與創(chuàng)新之處

在理論創(chuàng)新層面，課程改革在原有課程體系的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)了各類理論授課內(nèi)容之間的聯(lián)系，對課程內(nèi)容進(jìn)行模塊化梳理，沿著生物醫(yī)學(xué)信號(hào)獲取→處理→集成的鏈條，串聯(lián)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生對生物醫(yī)學(xué)工程的各個(gè)研究方向形成一個(gè)整體的概念。

在實(shí)踐創(chuàng)新層面，注重融入互動(dòng)、體驗(yàn)元素，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)。通過課堂討論、對熱點(diǎn)問題的深入剖析，及時(shí)為學(xué)生答疑解惑；通過實(shí)物體驗(yàn)式教學(xué)，讓學(xué)生直觀體會(huì)其中的關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新元素；通過對學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)經(jīng)典案例的介紹，引導(dǎo)學(xué)生將課堂所學(xué)知識(shí)與專業(yè)背景相結(jié)合，理解技術(shù)發(fā)展對醫(yī)療產(chǎn)業(yè)的推動(dòng)作用。

在整體設(shè)計(jì)層面，課程改革以教授團(tuán)隊(duì)為創(chuàng)新思維掌舵，主講教師和助教為探究實(shí)踐護(hù)航，充分發(fā)揮生物醫(yī)學(xué)工程優(yōu)勢特色學(xué)科資源，邀請各領(lǐng)域的學(xué)術(shù)帶頭人，站在一定學(xué)術(shù)高度為學(xué)生梳理知識(shí)體系和指引學(xué)科前沿方向。在專題報(bào)告和課程論文的實(shí)踐過程中，主講教授和助教將對學(xué)生選題的可行性、實(shí)踐強(qiáng)度把關(guān)，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合專業(yè)背景，開展不同深度、不同廣度的調(diào)研與分析。

四、初步成果

改革后的“生物醫(yī)學(xué)工程——智慧醫(yī)療的前世今生”通識(shí)課程通過專題討論、實(shí)物展示、案例介紹等方法，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)有機(jī)引入課程教學(xué)中；改革專題調(diào)研和課程論文形式，將自主命題與教師指導(dǎo)相結(jié)合，針對學(xué)生不同專業(yè)背景進(jìn)行個(gè)性化引導(dǎo)。針對課程理論教學(xué)涉及面廣、知識(shí)量大，對學(xué)生和教師要求高的特點(diǎn)，邀請相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)一步梳理知識(shí)體系，尋求學(xué)生更容易接受的授課模式；針對學(xué)生專業(yè)背景多樣的問題，分專業(yè)內(nèi)和專業(yè)外學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化的選題指導(dǎo)；針對以往授課過程中學(xué)生積極性不高、自主學(xué)習(xí)意識(shí)較弱的問題，通過專題討論、實(shí)物展示、視頻教學(xué)、案例介紹等形式，引導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)。針對本專業(yè)學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生對專業(yè)領(lǐng)域更深刻的理解，以為學(xué)科培養(yǎng)一流的專業(yè)人才為改革目標(biāo)；針對外專業(yè)學(xué)生，激發(fā)學(xué)生對生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的興趣，以培養(yǎng)學(xué)生的醫(yī)、工、信交叉融合思維為改革目標(biāo)。

改革課程試行后每學(xué)年均有70～80名大一、大二的本科生選擇修習(xí)，相繼提交200余份專題調(diào)研報(bào)告以及70余份課程大論文，教學(xué)實(shí)踐過程相關(guān)信息如表2所示。改革后的課程明顯提高了學(xué)生在課堂上的活躍度，師生互動(dòng)積極，有效提升了課程的趣味性、科普性和學(xué)生的主觀能動(dòng)性，讓低年級(jí)學(xué)生以可觀、可感的方式理解如何將理念知識(shí)轉(zhuǎn)化為醫(yī)療設(shè)備、系統(tǒng)的過程，并充分展示生物醫(yī)學(xué)工程特色，引發(fā)學(xué)生對交叉領(lǐng)域的興趣。改革課程試行后的實(shí)踐，一方面提升了本專業(yè)學(xué)生對特定領(lǐng)域的科研興趣，如有對專項(xiàng)課題感興趣的學(xué)生在課程結(jié)束后選擇進(jìn)入相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室參加浙江大學(xué)科研訓(xùn)練計(jì)劃（SRTP）項(xiàng)目，并獲取了一定的科研成果。另一方面，改革課程也激發(fā)了非本專業(yè)學(xué)生的發(fā)散思維，如醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生不僅對磁共振、傳感器以及腦機(jī)接口等專題產(chǎn)生興趣，而且能主動(dòng)向?qū)ｎ}教師詢問在臨床遇到的問題的解決方法，擴(kuò)大了專業(yè)影響力。

表2 教學(xué)實(shí)踐過程相關(guān)信息表

五、討論

隨著新工科人才戰(zhàn)略的提出，培養(yǎng)新時(shí)代本科生從醫(yī)、工、信多學(xué)科交叉角度發(fā)現(xiàn)、分析并解決問題的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神，是新工科人才戰(zhàn)略提出的主要培養(yǎng)目標(biāo)，也是教育部下達(dá)的人才發(fā)展的重要內(nèi)容［10］。改革課程的目標(biāo)是將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)有機(jī)引入課程教學(xué)中，增強(qiáng)課程的趣味性、前沿性，并針對不同專業(yè)背景的通識(shí)課學(xué)生以個(gè)性化引導(dǎo)的形式，鍛煉學(xué)生的醫(yī)、工、信交叉融合思維，為生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科培養(yǎng)一流的交叉復(fù)合型人才。在理論層面，課程改革通過增強(qiáng)各類理論授課內(nèi)容之間的聯(lián)系，讓學(xué)生對生物醫(yī)學(xué)工程的各個(gè)研究方向形成一個(gè)整體的概念。在實(shí)踐層面，課程改革為不同專業(yè)背景的學(xué)生提供了相應(yīng)的指導(dǎo)，針對生物醫(yī)學(xué)工程本專業(yè)學(xué)生，引導(dǎo)其就某一感興趣的領(lǐng)域，進(jìn)行深入調(diào)研，甚至采用仿真、實(shí)驗(yàn)等開展一定深度的研究；對外專業(yè)學(xué)生，引導(dǎo)其結(jié)合自身的專業(yè)背景進(jìn)行調(diào)研，例如，經(jīng)濟(jì)管理類學(xué)生可以就醫(yī)療儀器的市場前景進(jìn)行調(diào)研、醫(yī)學(xué)類學(xué)生可闡述現(xiàn)在信息技術(shù)對臨床實(shí)踐產(chǎn)生的影響及未來的需要等。

改革后的課程明顯提高了學(xué)生在課堂上的活躍度，師生互動(dòng)積極，有效提升了課程的趣味性、科普性和學(xué)生的主觀能動(dòng)性，讓低年級(jí)學(xué)生以可觀、可感的方式理解如何將理念知識(shí)轉(zhuǎn)化為醫(yī)療設(shè)備、系統(tǒng)的過程，并充分展示生物醫(yī)學(xué)工程特色，引發(fā)學(xué)生對交叉領(lǐng)域的興趣。一方面提升了本專業(yè)學(xué)生對特定領(lǐng)域的科研興趣，如有對專項(xiàng)課題感興趣的學(xué)生在課程結(jié)束后選擇進(jìn)入相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室參加浙江大學(xué)科研訓(xùn)練計(jì)劃（SRTP）項(xiàng)目，并獲取了一定的科研成果。另一方面，該課程也激發(fā)了非本專業(yè)學(xué)生的發(fā)散思維，如醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生不僅對磁共振、傳感器以及腦機(jī)接口等專題產(chǎn)生興趣，而且能主動(dòng)向?qū)ｎ}教師詢問在臨床遇到的問題的解決方法，擴(kuò)大了專業(yè)影響力。在改革課程的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生將了解工程技術(shù)與人類生命活動(dòng)的關(guān)聯(lián)、生物醫(yī)學(xué)工程所涉及的基本科學(xué)與技術(shù)以及生物醫(yī)學(xué)工程的核心知識(shí)和最新進(jìn)展。更重要的是，學(xué)生從課程學(xué)習(xí)中得到啟發(fā)，增強(qiáng)從多學(xué)科交叉的角度分析與解決問題的創(chuàng)新精神以及創(chuàng)業(yè)意識(shí)，響應(yīng)了時(shí)代發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步對教育提出的新要求。

結(jié)語

以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)為引導(dǎo)的生物醫(yī)學(xué)工程通識(shí)教育改革方案，通過專題討論、實(shí)物展示、案例介紹等方法，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)有機(jī)引入課程教學(xué)中；通過革新的專題調(diào)研和課程論文形式，將自主命題與教師指導(dǎo)相結(jié)合，針對學(xué)生不同專業(yè)背景進(jìn)行個(gè)性化引導(dǎo)。改革后的課程顯著提升了課堂活躍度，激起了本專業(yè)學(xué)生對科研的興趣并引導(dǎo)學(xué)生積極進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室參與科研創(chuàng)新項(xiàng)目，也激發(fā)了外專業(yè)學(xué)生對生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的興趣，是一次融合專業(yè)教育和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的教學(xué)，對于全國其他高校的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科具有一定的推廣與借鑒意義。