现代生物医学信号处理课程建设体会

林 岚 吴水才

北京工业大学生命科学与生物工程学院 北京 100124

现代生物医学信号处理课程建设体会

林 岚 吴水才

北京工业大学生命科学与生物工程学院 北京 100124

精品课程建设是深化教学改革、提高教学质量的一项重要举措。结合在北京工业大学研究生精品课程建设项目中的实践，讨论了在课程建设中的一些体会。通过教育教学实践模式改革，建设现代生物医学信号处理课程的教学新体系，我们提高了学生的自主学习能力和实践动手能力，提高了课程整体教学效果。

现代生物医学信号处理；人才培养；教育改革

生物医学信号处理（biomedical signal processing，BSP）［1，2］是根据生物医学信号强噪声及低频弱信号的特点，从被干扰和噪声淹没的观察信号中提取所关注的信息进行分析、解释、分类、显示、存储和传输。经典的生物医学信号处理经过半个多世纪的发展，现在已经比较成熟。现代生物医学信号处理领域由于各种新的分析手段和新的生物医学仪器的开发还在不断扩大。现代生物医学信号处理是一门重要的生物医学工程专业的研究生课程。随着现代生物医学信号处理技术的快速发展，课程教学必须适应新形势和新变化，不断完善教学内容，改进教学方法，提高教学效果。

1 关于现代生物医学信号处理课程

生物医学信号处理作为一门重要的分析方法，在生物医学研究中显示出其不可或缺的重要性。从傅里叶变换开始至今，生物医学信号已经有了很大的发展，新理论和新算法层出不穷。近年来，随着现代通信、信息理论和计算机技术的飞速发展，经典信号处理理论也在向现代理论演化。现代生物医学信号处理课程［3-6］主要介绍了生物医学信号处理中的新理论、新技术、新方法、新应用。课程围绕现代生物医学信号处理理论和现代生物医学信号处理技术两大方面的内容展开。作为一门研究生课程，我们不可能也没有必要涉及现代生物医学信号处理的所有内容。因此，本课程从现代生物医学信号处理的庞大知识体系中选择了几个既相互独立、又有着密切联系的部分加以介绍。课程主要包括随机信号的特点、参数估计理论、现代谱估计、维纳滤波、卡尔曼滤波、自适应滤波、时频分析、滤波器组、小波分析、主成分分析、独立成分分析等基础原理，并列举了这些方法在生物医学工程领域的应用实例。

2 课程建设体会

2.1 组织现代生物医学信号处理课程教学内容编写新教材

教材建设在教学工作中占有重要的地位，是提高人才培养质量的一项关键因素。当前，国内现代生物医学信号的教材大都是根据对原有的电信专业教材修订而成。一般理论性方面较强，而对生物医学工程的实际应用方面强调不足。在教学内容与教材建设上，现代生物医学信号处理课程的教学内容必须适应该领域的快速发展，这样才可以激发学生对课程学习的积极性和主动性。为了进一步提高教学质量及效果，依托于我校校级教研课题“北京工业大学研究生精品课程建设”，在调研和分析国内外现代生物医学信号处理课程体系、教材和教学内容的基础上，结合我校生物医学工程专业人才培养目标与要求，从2014年开始编撰新的教材。我们对课程的建设更多是从研究性教学出发，以高层次应用型创新人才为培养目标，搭建自主创新的课程教育与实训平台，全面推进课程教学改革。教材充分做到与国际接轨，使人才培养能在教学内容上与国内外一流大学处于同一起跑线，课程教学效果明显提高。

2.2 探索现代生物医学信号处理教学的双语教学新模式

现代生物医学信号处理是一门高速发展的学科，不断出现新的研究方法和新的研究领域，教材特别是国内的教材往往存在一定的滞后性。研究生教育担负着为社会培养综合性、复合型人才的使命。研究生从事前沿科学研究工作，需要具备了解本学科前沿动态、阅读相关英文专业文献、分析解决问题、撰写英文学术论文等科研能力。研究生也是具有良好的学术和外语基础的专业人才。他们不但具备一定的专业基础，而且大多数人已经具有较高的外语水平。这使得现代生物医学信号处理教学中的双语教学具有可行性和必要性。

双语教学不同于专业英语教学，其本质上是专业课程的教学，旨在通过英语系统讲授专业课程，提高学生的专业知识水平。为了跟踪国际上现代生物医学信号处理的最新发展，我们组织学生围绕"IEEE Transactions on Biomedical Engineering""IEEE Transactions on Signal Processing"以及"IEEE Signal Processing Magazine"中的最新相关内容展开讨论。这不仅弥补了教材建设中教材与国外最新发展脱节的问题，而且可以帮助学生接触到国外相关领域的最新理论和技术，将最新研究成果完整地传递给学生。良好的教学也离不开适合的教学评价体系的督促作用。笔者认为可以从学生参与课堂讨论部分去评价。结合学生的研究方向，在学期末让学生自由选题，用英文展开课题讨论并撰写报告。这样，学以致用，可以大大提高学生利用英文掌握最新知识的能力。在这方面，笔者做了初步尝试，很受学生欢迎。从学生的反馈来看，双语教育可以显著提高学生对专业领域知识的英文阅读和交流能力，并加强学生接受新知识的能力。

2.3 发挥专业教师科研优势 积极推动实践教育

我校生命学院的生物医学电子与信息处理学科方向主要研究生物医学信号与图像处理以及生物医学电子与医疗仪器。现代生物医学信号处理是一门实践性很强的课程，强调学生能学以致用。为了提高学生的自主学习能力和实践动手能力，课程教学环节分为课堂讲授、论文讨论、课程设计等多个环节。在课程设计中，我们结合本研究方向所开发的多款可穿戴式医疗诊断设备，采集真实人体生理数据，要求学生利用Matlab软件进行与课程相关的课程设计。这种课程实践设计，在激发学生“想学”动机、提升学生“会学”能力方面取得了明显成效。学生普遍反映：通过课程设计巩固了课堂知识，学到了如何把课堂上学习的理论知识应用于解决实际生物医学工程问题，大大提高了实践动手能力。

3 结束语

通过调研和分析国内外现代生物医学信号处理课程体系、教材和教学内容，结合我校生物医学工程专业人才培养目标，创建了理论教学与实践教学并重的现代生物医学信号处理双语课程教学新体系，大大激发了学生的学习积极性和主动性，切实提高了学生的自主学习能力和实践动手能力。

［1］ 吴水才.医学信号处理与应用［M］.北京：北京工业大学出版社，2014.

［2］ 林家瑞.生物医学数字信号处理［M］.武汉：华中科技大学出版社，2001.

［3］ 胡广书.现代信号处理教程［M］.北京：清华大学出版社，2015.

［4］ 王炳和.现代数字信号处理［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2011.

［5］ 柏正尧.高级信号处理原理及应用［M］.北京：科学出版社，2013.

［6］ 胡宗福.现代信号处理基础及应用［M］.北京：电子工业出版社，2012.

Experience in Curriculum Development of Modern Biomedical Signal Processing

Lin Lan， Wu Shuicai

College of LifeScience and Bioengineering， Beijing University of Technology， Beijing， 100124， China

Excellent curriculum development is a key step in deepening the education reform， improving the quality of teaching. Based on our practice from Beijing University of technology postgraduate curriculum development project， we discussed some of our experience in the curriculum development. Through teaching reform and construction of new teaching system of modern biomedical signal processing， we improved the student's ability of autonomous learning and practical abilities， improve teaching effect of the course as a whole.

modern biomedical signal processing； personnel training； education reform

2015-06-12

林岚，博士，副教授。吴水才，博士，教授。

本文系北京工业大学研究生精品课程建设基金项目的研究成果（编号：CR2014—015）。