跨學(xué)科課程知識(shí)模塊整合方法創(chuàng)新

摘 要：基于模塊整合的跨學(xué)科教學(xué)方法是當(dāng)前高校推行交叉學(xué)科課程改革及跨學(xué)科復(fù)合型人才培養(yǎng)的創(chuàng)新探索。以北京航空航天大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程跨學(xué)科系列課程為例，深入剖析跨學(xué)科課程模塊整合設(shè)計(jì)方法，總結(jié)出基于“基礎(chǔ)—核心—擴(kuò)展”的知識(shí)模塊整合邏輯、“真實(shí)工程實(shí)踐”的課程模塊結(jié)構(gòu)、自成體系的知識(shí)整合、聚合多元主體的跨學(xué)科協(xié)同教學(xué)團(tuán)隊(duì)等特征，得出知識(shí)深度交叉的結(jié)構(gòu)化知識(shí)模塊重組、逐層推進(jìn)的知識(shí)模塊銜接、瞄準(zhǔn)跨學(xué)科綜合素養(yǎng)提升的擴(kuò)展知識(shí)模塊融合等啟示。

關(guān)鍵詞：跨學(xué)科課程；模塊整合；教學(xué)改革；生物醫(yī)學(xué)工程

中圖分類號(hào) G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1005-4634（2025）01-0085-08

在國家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展和重大科技戰(zhàn)略需求的驅(qū)動(dòng)下，多學(xué)科交叉與多技術(shù)跨界融合成為高?？蒲信c教學(xué)改革的常態(tài)，不斷催生新科技領(lǐng)域與前沿學(xué)科。隨著2021年“交叉學(xué)科”正式成為我國第14個(gè)學(xué)科門類，高校紛紛開設(shè)新興交叉學(xué)科專業(yè)并開設(shè)跨學(xué)科課程。如何促進(jìn)學(xué)科交叉領(lǐng)域的教學(xué)與課程改革，成為當(dāng)前各高校共同面臨的難題和挑戰(zhàn)。在新興跨學(xué)科課程建設(shè)中，課程知識(shí)模塊整合成為跨學(xué)科教學(xué)方法革新的關(guān)鍵。尤其是“生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和工程學(xué)”（以下簡稱“生醫(yī)工”）交叉學(xué)科深度融合的課程改革中，知識(shí)模塊整合的教學(xué)方法創(chuàng)新成為課程改革關(guān)注的核心問題。自20世紀(jì)中葉興起至今，生物醫(yī)學(xué)工程作為一級(jí)學(xué)科在我國積累了初步的發(fā)展基礎(chǔ)，但目前現(xiàn)行生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的人才培養(yǎng)、課程體系和教學(xué)方法仍存在諸多問題，無法滿足行業(yè)未來發(fā)展需求及“新工科”提出的“理工結(jié)合、工工交叉、工文滲透”的學(xué)科交叉新要求[1]。生物醫(yī)學(xué)工程跨學(xué)科系列課程，是北京航空航天大學(xué)（以下簡稱“北航”）針對(duì)跨學(xué)科復(fù)合型人才培養(yǎng)戰(zhàn)略目標(biāo)，以新時(shí)期學(xué)科群建設(shè)改革方向?yàn)橹笇?dǎo)，面向生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本科生開設(shè)的新興跨學(xué)科課程。本研究以北航生醫(yī)工交叉系列課程為例，探索跨學(xué)科課程知識(shí)模塊整合的教學(xué)方法創(chuàng)新，為高校新興跨學(xué)科課程的教學(xué)改革提供參考。

1 北航生醫(yī)工跨學(xué)科課程建設(shè)背景

北航生物醫(yī)學(xué)工程跨學(xué)科課程教學(xué)方法的創(chuàng)新，建立在深度融合的專業(yè)設(shè)置、培養(yǎng)機(jī)制、課程體系的基礎(chǔ)上，已有資源為跨學(xué)科專業(yè)、人才培養(yǎng)和課程建設(shè)提供了強(qiáng)大的支撐。

1.1 依托學(xué)校生醫(yī)工交叉跨學(xué)科平臺(tái)

生物醫(yī)學(xué)工程是北航的優(yōu)勢交叉學(xué)科，自2002年建成以來，在20余年的發(fā)展歷程中形成了兩大重要特色：醫(yī)學(xué)與工程交叉融合發(fā)展和“兩個(gè)面向”（面向醫(yī)療裝備與器械、面向航空航天生命保障[2]。該學(xué)科已經(jīng)積淀了生物、醫(yī)學(xué)、理科、工科等豐富的學(xué)科資源和跨學(xué)科融合經(jīng)驗(yàn)。2015年起北航陸續(xù)建立了“醫(yī)工交叉創(chuàng)新研究院”“大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)醫(yī)療高精尖創(chuàng)新中心”“生物醫(yī)學(xué)工程高精尖創(chuàng)新中心”“生物力學(xué)與力生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”“生物醫(yī)學(xué)工程與轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)工信部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”等跨學(xué)科研究平臺(tái)。2020年，北航又成立了醫(yī)學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院及生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，為醫(yī)工融合、前沿研究和產(chǎn)教融通提供了前沿交叉學(xué)科研究與教學(xué)平臺(tái)。

1.2 創(chuàng)設(shè)新型跨學(xué)科專業(yè)及醫(yī)工交叉學(xué)制

在教育部“支持高校自主設(shè)置跨學(xué)科本科專業(yè)”[3]的指引下，北航在原有生物醫(yī)學(xué)與工程專業(yè)的基礎(chǔ)上，于2017年聯(lián)合北京協(xié)和醫(yī)院以“醫(yī)工深度融合”為宗旨打造全新的“生物醫(yī)學(xué)工程”跨學(xué)科專業(yè)，特設(shè)“醫(yī)工交叉試驗(yàn)班”，實(shí)行單獨(dú)招生。2023年5月，北航與北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，依托北航醫(yī)工學(xué)科群成立“協(xié)和醫(yī)班”，實(shí)施4（本科）+4（直博）基本學(xué)制，培養(yǎng)多學(xué)科復(fù)合型醫(yī)學(xué)人才。生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)以培養(yǎng)“拔尖醫(yī)學(xué)科學(xué)家和醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)堅(jiān)實(shí)的生物醫(yī)學(xué)卓越工程師”為目標(biāo)，涵蓋生物醫(yī)學(xué)工程與智能醫(yī)學(xué)工程兩個(gè)專業(yè)，分別由生物醫(yī)學(xué)與工程學(xué)院、醫(yī)學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院進(jìn)行培養(yǎng)。其中，生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)依托力學(xué)、機(jī)器人、自控、航空等北航學(xué)科優(yōu)勢，形成生物醫(yī)學(xué)傳感、醫(yī)療及康復(fù)機(jī)器人、醫(yī)學(xué)人工智能等特色學(xué)科方向，建立 “MT+BT”“IT+BT”的MIBT模式。

1.3 組建“醫(yī)校聯(lián)培”的優(yōu)質(zhì)跨學(xué)科教學(xué)團(tuán)隊(duì)

北航“醫(yī)工程交叉試驗(yàn)班”與國內(nèi)頂級(jí)三甲醫(yī)院（北京協(xié)和醫(yī)院、北京大學(xué)第三醫(yī)院等）進(jìn)行了長期科研合作和教學(xué)合作，采用“醫(yī)工雙導(dǎo)師制”聯(lián)合培養(yǎng)學(xué)生，為學(xué)生提供多學(xué)科教師資源和跨學(xué)科綜合指導(dǎo)，使學(xué)生在校期間獲得來自臨床一線專業(yè)醫(yī)生的醫(yī)學(xué)工程實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)與教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)。醫(yī)工交叉試驗(yàn)班以“本博柔性貫通”為人才培養(yǎng)宗旨，為學(xué)生提供遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)醫(yī)工專業(yè)的保研率和國際交流機(jī)會(huì)，保證學(xué)生在本專業(yè)深耕發(fā)展的同時(shí)，能夠與醫(yī)工交叉領(lǐng)域的世界一流學(xué)者進(jìn)行面對(duì)面交流。

1.4 構(gòu)建新型生醫(yī)工跨學(xué)科課程體系

傳統(tǒng)生醫(yī)工課程往往按照基礎(chǔ)課、專業(yè)核心課、專業(yè)選修課等形式設(shè)計(jì)課程體系。在學(xué)科深度交叉的目標(biāo)指導(dǎo)下，重新設(shè)計(jì)以學(xué)科深度交叉為邏輯的課程體系（見圖1）。與原有生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)相比，醫(yī)工交叉試驗(yàn)班壓縮了工程類基礎(chǔ)課程所要求的學(xué)分，增加了專業(yè)核心課程的學(xué)分和學(xué)時(shí)，為生物醫(yī)學(xué)和工程學(xué)的深度交叉融合奠定了基礎(chǔ)。

生醫(yī)工跨學(xué)科課程開設(shè)在本科高年級(jí)階段，包括兩個(gè)系列共七門課程。生物醫(yī)學(xué)與工程學(xué)在自身高度分化的基礎(chǔ)上，根據(jù)交叉方式的不同形成了傳統(tǒng)跨學(xué)科系列課程與創(chuàng)新跨學(xué)科系列課程。前者將工程學(xué)的不同分支與生物醫(yī)學(xué)結(jié)合，形成四大課程：“生物材料學(xué)”“生物力學(xué)”“生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)”“醫(yī)學(xué)信息學(xué)”。后者是將生物醫(yī)學(xué)的不同分支與工程學(xué)相結(jié)合，形成三大課程：“肌骨系統(tǒng)醫(yī)學(xué)與工程”“神經(jīng)系統(tǒng)醫(yī)學(xué)與工程”“循環(huán)系統(tǒng)醫(yī)學(xué)與工程”（見圖2）。生醫(yī)工跨學(xué)科課程在不斷摸索與實(shí)踐中，探索跨學(xué)科課程知識(shí)模塊的整合方法創(chuàng)新。

2 生醫(yī)工跨學(xué)科課程知識(shí)模塊整合設(shè)計(jì)

北航生醫(yī)工跨學(xué)科課程主要包括“循環(huán)系統(tǒng)醫(yī)學(xué)與工程”“神經(jīng)系統(tǒng)醫(yī)學(xué)與工程”“肌骨系統(tǒng)醫(yī)學(xué)與工程”。該課程的教學(xué)設(shè)計(jì)理念是：以醫(yī)工交叉學(xué)科領(lǐng)域的真實(shí)問題為導(dǎo)向?qū)φn程內(nèi)容進(jìn)行模塊整合，打破學(xué)科界限，實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)、臨床實(shí)際和工程技術(shù)的深度交叉融合。通過交叉學(xué)科模塊主題深度整合生物、力學(xué)、電學(xué)、工程學(xué)等課程知識(shí)，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到生物醫(yī)學(xué)與工程學(xué)間的內(nèi)在連接及學(xué)科交叉的現(xiàn)實(shí)意義，激發(fā)其對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)學(xué)習(xí)的興趣。

2.1 “循環(huán)系統(tǒng)醫(yī)學(xué)與工程”知識(shí)模塊整合設(shè)計(jì)

“循環(huán)系統(tǒng)醫(yī)學(xué)與工程”的知識(shí)體系共分為三個(gè)階段七個(gè)模塊（包括兩個(gè)基礎(chǔ)模塊、兩個(gè)核心模塊和三個(gè)專題模塊，具體如圖3所示），其教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生在對(duì)人體循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行建模的基礎(chǔ)上，掌握兩種典型疾病的核心知識(shí)，并在專題學(xué)習(xí)中探索跨學(xué)科前沿問題。

該體系由三個(gè)階段組成。第一階段由兩個(gè)基礎(chǔ)模塊組成。學(xué)生在數(shù)學(xué)建模基礎(chǔ)上，運(yùn)用生物工程學(xué)知識(shí)，對(duì)血液循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行定量描述分析，深入把握血液循環(huán)系統(tǒng)的生理機(jī)制，提高對(duì)疾病機(jī)理的認(rèn)識(shí)能力。該階段模塊由北航生物醫(yī)學(xué)與工程學(xué)院生物力學(xué)和血管力學(xué)生物學(xué)領(lǐng)域的教師聯(lián)合講授。第二階段由兩個(gè)核心模塊組成。分別將力學(xué)與電學(xué)嵌入到血液疾病的分析與診療中，以兩種典型的血液循環(huán)系統(tǒng)疾病診療技術(shù)為核心，結(jié)合生物醫(yī)學(xué)知識(shí)與工程學(xué)知識(shí)體系，介紹用于治療動(dòng)脈粥硬化等血管疾病的支架治療技術(shù)以及生物電子學(xué)的醫(yī)療器械的使用，由北航生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院教師及北京大學(xué)第三醫(yī)院權(quán)威醫(yī)生聯(lián)合教授。第三階段由三個(gè)專題模塊構(gòu)成。對(duì)常見重要疾病診療問題進(jìn)行教學(xué)，由三位北航研究專家以專題拓展形式對(duì)課程進(jìn)行拔高，并引入該交叉學(xué)科領(lǐng)域前沿研究。

2.2 “神經(jīng)系統(tǒng)醫(yī)學(xué)與工程”知識(shí)模塊整合設(shè)計(jì)

該組知識(shí)體系共分為三個(gè)階段七個(gè)模塊（三個(gè)基礎(chǔ)模塊、兩個(gè)核心模塊和兩個(gè)專題模塊，具體如圖4所示）。教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生理解人體神經(jīng)系統(tǒng)的生理結(jié)構(gòu)與功能，運(yùn)用數(shù)學(xué)、工程學(xué)知識(shí)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量描述和檢測；引導(dǎo)學(xué)生利用醫(yī)學(xué)與工程學(xué)的交叉知識(shí)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)常見問題進(jìn)行分析，使學(xué)生具備綜合運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

第一階段由三組模塊組成。其中，模塊一包括神經(jīng)元及其神經(jīng)連接、神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能等課程內(nèi)容；模塊二主要是利用數(shù)學(xué)模型分析神經(jīng)元、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的微觀、介觀和宏觀腦網(wǎng)絡(luò)模型；模塊三包括神經(jīng)電信號(hào)檢測（如EEG）、神經(jīng)磁信號(hào)檢測（如MEG）和神經(jīng)影像技術(shù)（如CT、MRI、fMRYI、fNIRS）等內(nèi)容。由北航生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院生物神經(jīng)細(xì)胞學(xué)、生物醫(yī)學(xué)影像學(xué)、生物系統(tǒng)仿真建模領(lǐng)域的教師聯(lián)合教學(xué)。第二階段有兩個(gè)模塊，基于力學(xué)的神經(jīng)血管耦合及腦氧代謝檢測，電學(xué)的神經(jīng)電磁信號(hào)檢測及電磁調(diào)控技術(shù)、深部電刺激技術(shù)、經(jīng)顱電刺激技術(shù)等，由生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院與醫(yī)學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院的教師聯(lián)合教學(xué)。第三階段的模塊六、七屬于臨床及前沿研究的拓展專題，是未來神經(jīng)系統(tǒng)研究的重要方向，能為學(xué)生提供前沿研究和臨床診療的重要訓(xùn)練，是“教學(xué)—研究—醫(yī)療”結(jié)合的典型案例。腦機(jī)接口技術(shù)面向未來腦機(jī)智能技術(shù)研發(fā)，為新一代人工網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模型和類腦計(jì)算系統(tǒng)設(shè)計(jì)，由清華大學(xué)心理學(xué)專家、北京大學(xué)第三醫(yī)院神經(jīng)外科臨床主任醫(yī)師聯(lián)合教學(xué)。

2.3 “肌骨系統(tǒng)醫(yī)學(xué)與工程”知識(shí)模塊整合設(shè)計(jì)

“肌骨系統(tǒng)醫(yī)學(xué)與工程”課程知識(shí)體系共分為三個(gè)階段七個(gè)模塊（包括三個(gè)基礎(chǔ)模塊、兩個(gè)核心模塊和兩個(gè)專題模塊，具體如圖5所示）。教學(xué)目標(biāo)是教[HJ68x]授關(guān)節(jié)病理生理基礎(chǔ)知識(shí)和關(guān)節(jié)力學(xué)的定量分析方法，以關(guān)節(jié)疾病的診療和臨床手術(shù)過程為核心，使學(xué)生能夠運(yùn)用醫(yī)工跨學(xué)科知識(shí)進(jìn)行人工關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)與測評(píng)，通過兩個(gè)專題拔高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。

該體系第一階段由三個(gè)模塊構(gòu)成，包括以骨骼的組織構(gòu)造重建、骨細(xì)胞生物學(xué)和骨分子生物學(xué)為主要內(nèi)容的“生理基礎(chǔ)”模塊；以關(guān)節(jié)疾病的病理基礎(chǔ)和診療技術(shù)為主要內(nèi)容的“病理基礎(chǔ)”模塊；以肌骨系統(tǒng)的數(shù)學(xué)和力學(xué)基礎(chǔ)為主要內(nèi)容的“工程分析”模塊，由北京大學(xué)第三臨床醫(yī)學(xué)院運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究所主任醫(yī)師、北航生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院的教師聯(lián)合教學(xué)。第二階段主要聚焦人工關(guān)節(jié)的醫(yī)學(xué)與工程，包括模塊四“人工關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)與測評(píng)”與模塊五“人工關(guān)節(jié)手術(shù)與前沿技術(shù)”。前者涉及人工髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)等相關(guān)知識(shí)，后者具體介紹膝關(guān)節(jié)的置換手術(shù)及其臨床技術(shù)的前沿研究等內(nèi)容。由北航生醫(yī)工教師及北京大學(xué)第三醫(yī)院骨科關(guān)節(jié)外科三位醫(yī)師聯(lián)合講授。第三階段是兩個(gè)拓展專題模塊，選取常見的骨科疾病對(duì)知識(shí)進(jìn)行模塊化整合，具有較強(qiáng)的針對(duì)性和實(shí)踐性。由兩位北京大學(xué)第三醫(yī)院專精于骨折問題與脊柱疾病的骨科專家及北航生醫(yī)工教師聯(lián)合講授。

基于知識(shí)模塊整合的邏輯，北航生醫(yī)工跨學(xué)科課程的教學(xué)創(chuàng)新是將不同學(xué)科高度分化的知識(shí)通過模塊化整合完成跨學(xué)科知識(shí)的深度融合。每個(gè)知識(shí)模塊都具有相對(duì)獨(dú)立性和完整性，同時(shí)兼具開放性及連貫性。

3 生醫(yī)工跨學(xué)科課程知識(shí)模塊整合過程

生醫(yī)工跨學(xué)科課程的知識(shí)模塊整合機(jī)制，連接不同模塊，并按同一主線將“以問題為核心”的知識(shí)模塊進(jìn)行整理與組合，形成結(jié)構(gòu)完整、整體協(xié)調(diào)的綜合體系（具體如圖6所示）。這些模塊以“基礎(chǔ)—核心—拓展”專題為主線結(jié)構(gòu)進(jìn)行深度學(xué)科交叉和知識(shí)串聯(lián)；以綜合性實(shí)踐能力為目標(biāo)導(dǎo)向，建構(gòu)融會(huì)貫通的課程知識(shí)模塊體系；兼顧學(xué)科之間、課程之間以及學(xué)生之間的特征差異，作出相應(yīng)的調(diào)整；形成創(chuàng)新性的跨學(xué)科課程知識(shí)模塊整合方法。

3.1 “基礎(chǔ)—核心—拓展”的知識(shí)模塊整合邏輯

生醫(yī)工跨學(xué)科系列課有著貫穿全課程的主線邏輯，所有模塊遵循“基礎(chǔ)—核心—拓展”的專題模式進(jìn)行課程結(jié)構(gòu)搭建，以實(shí)現(xiàn)課程模塊的有序整合。例如，在第一階段中，基礎(chǔ)模塊主要內(nèi)容是人體器官的生物學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)與工程學(xué)的定量分析。在第二階段的核心課程模塊中，主要內(nèi)容則逐漸過渡到具體的疾病診療理論及解決真實(shí)臨床問題的醫(yī)學(xué)工程問題的設(shè)計(jì)上。例如，神經(jīng)系統(tǒng)醫(yī)學(xué)與工程模塊中，學(xué)生需結(jié)合臨床醫(yī)學(xué)病例了解神經(jīng)系統(tǒng)臨床疾病的診療技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)、基于力學(xué)及電磁學(xué)的知識(shí)研究神經(jīng)電磁調(diào)控技術(shù)。在第三階段擴(kuò)展模塊中，教學(xué)重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到結(jié)合跨學(xué)科前沿議題開展的綜合性實(shí)踐專題拓展上，例如，學(xué)生在循環(huán)系統(tǒng)醫(yī)學(xué)與工程模塊的擴(kuò)展環(huán)節(jié)中，需基于生物電子學(xué)等知識(shí)，研究血管疾病治療技術(shù)以及醫(yī)療器械的使用，并在醫(yī)院專家指導(dǎo)下對(duì)常見血管疾病開展診療案例學(xué)習(xí)。課程三個(gè)階段遵循“基礎(chǔ)—核心—拓展”的整合邏輯，從分科知識(shí)到跨學(xué)科綜合應(yīng)用，層層遞進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣。

3.2 分支模塊結(jié)構(gòu)自成體系的知識(shí)整合特征

根據(jù)領(lǐng)域前沿研究進(jìn)展、教師研究方向、器官系統(tǒng)常見疾病特征的差異，分支模塊的整合機(jī)制和教學(xué)設(shè)計(jì)各具特色且各有側(cè)重。在循環(huán)系統(tǒng)醫(yī)學(xué)模塊，不同疾病的治療方式和醫(yī)療器械針對(duì)性較強(qiáng)，因此課程安排以常見疾病為核心劃分模塊。在神經(jīng)系統(tǒng)醫(yī)學(xué)模塊，由于其相關(guān)病癥比較復(fù)雜且診斷難度高，因此，教學(xué)目標(biāo)強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)和學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。教學(xué)方法上，強(qiáng)調(diào)學(xué)生通過項(xiàng)目實(shí)踐討論和自學(xué)。肌骨系統(tǒng)疾病模塊則強(qiáng)調(diào)病理診療、醫(yī)療器械與工程力學(xué)的關(guān)系，因此，教學(xué)團(tuán)隊(duì)成員中，醫(yī)院一線臨床專家占比較高。無論是基礎(chǔ)模塊、核心模塊還是專題模塊，都服務(wù)于課程目標(biāo)，即“著重培養(yǎng)綜合運(yùn)用生物學(xué)、醫(yī)學(xué)與工程學(xué)知識(shí)，深入理解與綜合分析跨學(xué)科知識(shí)的能力，解決醫(yī)工交叉融合問題”。

3.3 基于“真實(shí)工程實(shí)踐”的課程模塊結(jié)構(gòu)

生醫(yī)工跨學(xué)科課程教學(xué)設(shè)計(jì)的主線結(jié)構(gòu)體現(xiàn)出基于真實(shí)醫(yī)學(xué)工程實(shí)踐的教學(xué)模塊設(shè)計(jì)。在學(xué)時(shí)上，基礎(chǔ)模塊約占全部學(xué)時(shí)1/3、核心模塊學(xué)時(shí)約占全部學(xué)時(shí)的1/2、拓展專題每個(gè)模塊4～6學(xué)時(shí)。隨著課程進(jìn)程的深入推進(jìn)，教學(xué)學(xué)時(shí)的占比逐漸減少，即教師的講解指導(dǎo)逐漸減少，學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和自我指導(dǎo)環(huán)節(jié)逐漸增加。在課程實(shí)踐模塊部分，每節(jié)課后，教師會(huì)布置與課程模塊主題相關(guān)的計(jì)算題、工程題和代碼題等作業(yè)，讓學(xué)生在深入理解理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，探究醫(yī)學(xué)實(shí)踐。例如，在學(xué)生根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)自主建立模型的課程模塊中，不僅需要學(xué)生具備計(jì)算機(jī)編程、臨床醫(yī)學(xué)和工程學(xué)等多學(xué)科知識(shí)，也需要極強(qiáng)的醫(yī)學(xué)實(shí)踐調(diào)研和研究能力，能夠綜合融通交叉學(xué)科知識(shí)并應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)實(shí)踐。

3.4 聚合多元主體的跨學(xué)科協(xié)同教學(xué)團(tuán)隊(duì)

在教學(xué)團(tuán)隊(duì)的安排上，傳統(tǒng)的生醫(yī)工課程團(tuán)隊(duì)往往由主力學(xué)科教學(xué)團(tuán)隊(duì)作支撐，新型的課程則更加注重生物、醫(yī)學(xué)及工程領(lǐng)域教學(xué)團(tuán)隊(duì)的協(xié)作攻堅(jiān)，聯(lián)合臨床醫(yī)學(xué)專家共同完成。其中相對(duì)基礎(chǔ)的教學(xué)模塊由主力學(xué)科教師教學(xué)，復(fù)雜的核心模塊則通常由不同學(xué)科領(lǐng)域的兩位及以上的教師或臨床醫(yī)生聯(lián)合開展教學(xué)。如循環(huán)系統(tǒng)醫(yī)學(xué)與工程部分被分為三個(gè)模塊（動(dòng)脈粥硬化病理、動(dòng)脈粥硬化診療、血管支架技術(shù)），分別由生物、醫(yī)學(xué)和工程學(xué)背景的教師從各自學(xué)科視角切入教學(xué)主題、引入教學(xué)內(nèi)容，并形成互相補(bǔ)充；在拓展專題模塊中，由于教學(xué)主題的前瞻性和實(shí)踐性，課程邀請(qǐng)?jiān)撗芯款I(lǐng)域的業(yè)界專家或合作醫(yī)院（北醫(yī)三院等）臨床醫(yī)生進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，為學(xué)生開辟從學(xué)習(xí)課內(nèi)知識(shí)到了解前沿醫(yī)學(xué)研究和臨床診療經(jīng)驗(yàn)的窗口?？鐚W(xué)科教學(xué)團(tuán)隊(duì)與臨床專家的統(tǒng)籌聯(lián)合教學(xué)，充分體現(xiàn)了跨學(xué)科融合課程“理論知識(shí)與前沿研究”“學(xué)科深度與廣度”“基礎(chǔ)研究與臨床實(shí)踐”的統(tǒng)籌兼顧，以及跨學(xué)科教學(xué)團(tuán)隊(duì)的逐步改進(jìn)與完善。

4 跨學(xué)科課程知識(shí)模塊整合方法創(chuàng)新

面對(duì)真實(shí)世界中日益復(fù)雜而綜合的工程醫(yī)學(xué)難題，培養(yǎng)能夠解決現(xiàn)實(shí)問題的跨學(xué)科復(fù)合型應(yīng)用人才是醫(yī)工教學(xué)的當(dāng)務(wù)之急。北航在生醫(yī)工交叉跨學(xué)科課程模塊整合方法創(chuàng)新的探索實(shí)踐中得出以下啟示。

4.1 以“真實(shí)問題”為核心重組知識(shí)模塊結(jié)構(gòu)

基于模塊整合的跨學(xué)科課程教學(xué)方法解構(gòu)生物醫(yī)學(xué)與工程學(xué)的學(xué)科知識(shí)體系，并以真實(shí)醫(yī)學(xué)工程問題為核心重構(gòu)知識(shí)內(nèi)容和課程結(jié)構(gòu)知識(shí)模塊，在每個(gè)知識(shí)模塊內(nèi)進(jìn)行學(xué)科深度交叉，形成高度凝練、整體平衡的跨學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)。

這種知識(shí)模塊整合有利于解決跨學(xué)科知識(shí)缺乏整合性和針對(duì)性的問題。在傳統(tǒng)的生物醫(yī)學(xué)與工程跨學(xué)科課程中，生物醫(yī)學(xué)和工程學(xué)本質(zhì)上依然處于分離狀態(tài)，學(xué)生無法將二者的知識(shí)體系進(jìn)行聯(lián)系和融合。通過創(chuàng)新性的模塊化整合，有利于將學(xué)習(xí)過程中分散的知識(shí)聚合起來，將不同核心知識(shí)模塊串聯(lián)起來，形成整合的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。這使學(xué)生面對(duì)現(xiàn)實(shí)性復(fù)雜問題時(shí)，能夠積極調(diào)動(dòng)多學(xué)科知識(shí)解決綜合問題。此外，傳統(tǒng)生醫(yī)工課程兼顧多個(gè)學(xué)科的課程，學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容量較大，學(xué)業(yè)壓力沉重。通過模塊整合方式，能夠解決知識(shí)整合冗余及課程內(nèi)容重復(fù)的問題，將知識(shí)高度綜合和濃縮，既能提高教師的教學(xué)效率，也能減輕學(xué)生負(fù)擔(dān)。

4.2 以“基礎(chǔ)—核心—拓展”邏輯銜接知識(shí)模塊

基于模塊整合的跨學(xué)科課程教學(xué)方法，將知識(shí)模塊按照從理論基礎(chǔ)到綜合實(shí)踐的邏輯順序進(jìn)行編排，確保知識(shí)層次的逐步推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)從理論傳授到實(shí)踐能力的根本轉(zhuǎn)變，深度融合教學(xué)與實(shí)踐。以實(shí)踐為導(dǎo)向的模塊結(jié)構(gòu)邏輯幫助學(xué)生在課程中建設(shè)真實(shí)系統(tǒng)工程的探究環(huán)境，避免脫離真實(shí)工程世界而產(chǎn)生“不知何以為學(xué)”的現(xiàn)象，提升學(xué)生“自主探究、創(chuàng)新生成、整合融通”的科學(xué)素養(yǎng)。以生醫(yī)工跨學(xué)科課程知識(shí)為實(shí)踐基礎(chǔ)，形成“發(fā)散思維—?jiǎng)?chuàng)新思維—批判思維—跨學(xué)科思維”的綜合思維擴(kuò)展，變革由傳統(tǒng)課程基于學(xué)科出發(fā)的知識(shí)碎片式學(xué)習(xí)到跨學(xué)科知識(shí)統(tǒng)籌學(xué)習(xí)的創(chuàng)新模式[4]。這種新型知識(shí)整合模式既兼顧到學(xué)科知識(shí)的邏輯、跨學(xué)科知識(shí)融合邏輯、學(xué)生認(rèn)知發(fā)展邏輯，又接軌跨學(xué)科前沿研究以及行業(yè)專家的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)關(guān)注解決現(xiàn)實(shí)醫(yī)學(xué)工程世界復(fù)雜問題的需要。較之傳統(tǒng)學(xué)科模塊整合方式，新型知識(shí)整合模式能夠更加靈活便捷地實(shí)現(xiàn)教學(xué)模塊調(diào)整，保障跨學(xué)科課程不同學(xué)科主體模塊的銜接、知識(shí)內(nèi)容的前后貫通和教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

4.3 瞄準(zhǔn)“跨學(xué)科素養(yǎng)提升”實(shí)現(xiàn)知識(shí)模塊融合

基于模塊整合的跨學(xué)科課程中，所有模塊最終都指向一個(gè)共同的目標(biāo)。這一共同目標(biāo)使所有模塊前后貫通，并建構(gòu)為結(jié)構(gòu)嚴(yán)密的知識(shí)體系和課程體系，確?？鐚W(xué)科課程的整合性。在學(xué)生跨學(xué)科綜合素養(yǎng)培育方面，通過教學(xué)模塊的層次遞增，將學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)和創(chuàng)新性下放給學(xué)生，逐步提升學(xué)生批判思維、分析解決復(fù)雜問題的跨學(xué)科能力及設(shè)計(jì)開發(fā)的創(chuàng)新能力。同時(shí)，教師的跨學(xué)科合作又為學(xué)生提供了跨學(xué)科思維和方法上的案例教學(xué)，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)解決問題[5]。在國家“卓越工程師2.0計(jì)劃”的推動(dòng)下，以培養(yǎng)“拔尖醫(yī)學(xué)科學(xué)家”或醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)堅(jiān)實(shí)的“生物醫(yī)學(xué)卓越工程師”為宗旨的醫(yī)工交叉試驗(yàn)班，將培養(yǎng)學(xué)生解決生物醫(yī)學(xué)工程中復(fù)雜科學(xué)問題的能力作為整個(gè)課程體系的核心目標(biāo)，深入貫徹在整個(gè)課程教學(xué)中。在課程設(shè)計(jì)和教學(xué)內(nèi)容的模塊設(shè)計(jì)上，始終圍繞著培養(yǎng)學(xué)生“跨學(xué)科問題解決能力和綜合研究能力”這一目標(biāo)，致力于提升學(xué)生綜合復(fù)雜跨學(xué)科研究能力。

5 結(jié)語

北航生醫(yī)工跨學(xué)科課程模塊整合的教學(xué)方法創(chuàng)新，是新興跨學(xué)科課程教學(xué)方法的改革與前沿探索。通過知識(shí)模塊結(jié)構(gòu)化整合，致力于跨學(xué)科復(fù)合型人才培養(yǎng)的課程目標(biāo)，兼顧跨學(xué)科領(lǐng)域橫向融合的學(xué)科邏輯與“基礎(chǔ)—核心—拓展”縱向發(fā)展的知識(shí)邏輯、“理論—實(shí)踐”個(gè)體學(xué)習(xí)邏輯與“單一—綜合”社會(huì)發(fā)展邏輯的統(tǒng)一。在跨學(xué)科課程改革成效方面，課程采用學(xué)生評(píng)教、督導(dǎo)評(píng)議及教師自評(píng)的評(píng)價(jià)反饋體系，并通過“短期效果評(píng)估”（課堂考試+課后測驗(yàn)+期中考試+期末閉卷考試）和“長期效果跟蹤”（課程考核+畢業(yè)設(shè)計(jì)）有效結(jié)合的方法進(jìn)行評(píng)估?？己酥攸c(diǎn)關(guān)注以下幾項(xiàng)關(guān)鍵能力：一是能夠掌握生醫(yī)工跨學(xué)科領(lǐng)域基礎(chǔ)知識(shí)的能力；二是能夠在一、二年級(jí)基礎(chǔ)學(xué)科知識(shí)基礎(chǔ)上綜合掌握高階生醫(yī)工知識(shí)與技能的能力；三是能夠?qū)⑸t(yī)工領(lǐng)域知識(shí)基礎(chǔ)與前沿研究相結(jié)合的能力；四是能夠通過所學(xué)知識(shí)，創(chuàng)新性地解決跨學(xué)科問題及臨床醫(yī)學(xué)問題的能力。來自學(xué)生的課程評(píng)估調(diào)查顯示：該課程在借助教學(xué)模塊促進(jìn)跨學(xué)科知識(shí)能力提升、教學(xué)模塊圍繞跨學(xué)科前沿主題展開設(shè)計(jì)、課堂研討內(nèi)容基于醫(yī)學(xué)工程項(xiàng)目開展知識(shí)遷移、課堂鼓勵(lì)使用跨學(xué)科研究方法等方面的指標(biāo)測評(píng)結(jié)果均良好。如學(xué)生在評(píng)教中提到“盡管課程的學(xué)習(xí)難度很大，但在工程實(shí)踐和技能提升方面幫助很大”“課程包含大量實(shí)踐性任務(wù)，對(duì)于團(tuán)隊(duì)合作解決復(fù)雜工程問題能力有明顯提升”“課程設(shè)計(jì)內(nèi)容對(duì)于編程設(shè)計(jì)、軟件使用、工程實(shí)踐能力有幫助”“課程中的工程實(shí)踐訓(xùn)練和跨學(xué)科綜合解決工程問題的方法對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)具有重要啟發(fā)”“該課程難度較之其他課程偏高，但在綜合運(yùn)用生醫(yī)工交叉學(xué)科技能訓(xùn)練方面收獲頗豐”等。來自同行教師及督導(dǎo)專家的評(píng)教反饋顯示，課堂知識(shí)模塊和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)生醫(yī)工交叉課程的知識(shí)模塊基礎(chǔ)上進(jìn)行了創(chuàng)新探索，通過課程模塊整合促進(jìn)了跨學(xué)科知識(shí)內(nèi)容掌握和實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的提升。此外，在跨學(xué)科教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)方面，課程通過知識(shí)模塊的重構(gòu)與整合，將生物工程和臨床醫(yī)學(xué)兩大主要科研與教學(xué)團(tuán)隊(duì)重組，形成了基于生醫(yī)工課程的跨學(xué)科教學(xué)團(tuán)隊(duì)，并通過高階性知識(shí)難度提升和團(tuán)隊(duì)深度交叉融合，實(shí)現(xiàn)了課程建設(shè)提出的“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”相結(jié)合的“兩性一度”的目標(biāo)?？傮w而言，課程改革成效顯著。當(dāng)前，課程教學(xué)改革尚存在一些問題與改進(jìn)空間，例如，對(duì)教學(xué)模塊的專用跨學(xué)科教材缺乏整合；不同教學(xué)模塊間銜接度有待進(jìn)一步加強(qiáng)；課程內(nèi)容重生物、工程，輕醫(yī)學(xué)；在交叉學(xué)科領(lǐng)域教師聯(lián)合授課的過程中，教師間知識(shí)講授與教學(xué)方法差異較大；教師主攻學(xué)科與交叉領(lǐng)域間的跨度較大，對(duì)學(xué)生掌握融合知識(shí)結(jié)構(gòu)形成挑戰(zhàn)等。作為新興跨學(xué)科教學(xué)方法的有益性嘗試和創(chuàng)新性探索，跨學(xué)科模塊整合教學(xué)方法可從以下方面改進(jìn)：面向現(xiàn)實(shí)問題重構(gòu)跨學(xué)科知識(shí)體系，培養(yǎng)復(fù)合型跨學(xué)科人才；組建優(yōu)質(zhì)高效的跨學(xué)科協(xié)作教學(xué)團(tuán)隊(duì)；提高跨學(xué)科融合課程的教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量；探索“研究指引教學(xué)，教學(xué)帶動(dòng)研究”的產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人機(jī)制，注重跨學(xué)科課程教學(xué)中的工程實(shí)踐能力培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的深度交叉融合。

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Method innovations of knowledgemodule integration of interdisciplinary curriculum：biomedical engineering curriculum of Beihang University as case study

ZHANG Hui，WU Jingjin，LI Deyu，NIE Jiachen

（School of Humanities and Social Science ，Beihang University，Beijing[KG*2]100191，China）

Abstract The innovation of interdisciplinary teaching methods based on module integration is the frontier exploration of the current interdisciplinary curriculum reform and interdisciplinary compound talent training innovation in colleges and universities.Taking" Biomedical Engineering interdisciplinary series curriculum Beihang University as case study，this paper deeply analyzes the integration design method of interdisciplinary course modules，forms the integration logic of “foundation-core-extension”，the knowledge integration characteristics of the self-contained system of branch modules，the teacher-student teaching interaction mode of “theory-practice”，and the interdisciplinary collaborative teaching of multiple subjects，and obtains enlightenment such as the structural knowledge module structure and promotion of knowledge module convergence with deep knowledge intersection，and the integration of extended knowledge modules aiming at the improvement of interdisciplinary comprehensive literacy.

Keywords" smodule integration;interdisciplinary curriculum;teaching reform;biomedical engineering

[責(zé)任編輯 馬曉寧]

收稿日期2023-11-02

基金項(xiàng)目北京航空航天大學(xué)教學(xué)改革重點(diǎn)項(xiàng)目（2024）

作者簡介：張惠（1987—），女，河南許昌人。博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)楦叩冉逃龑W(xué)。

*通信作者 吳京津（1998—），女，浙江紹興人。碩士研究生，主要研究方向?yàn)楦叩冉逃龑W(xué)。