现代医学信号处理课程中专题研讨课的初探

林 岚 张柏雯 吴水才

北京工业大学生命科学与生物工程学院 北京 100124

生物医学信号处理是一门涉及生物学、医学、信息科学等多学科的交叉性课程。该课程基于生物医学信号的特点，对生物医学工程领域存在的问题[1]，应用信号处理的原理及算法进行解决。经过多年的发展，传统的生物医学信号处理已比较成熟。近年来,现代通信、信息理论和计算机技术的飞速发展，也给其在现代理论中的应用提供了广阔的发展空间[2]。鉴于对医学信号处理中现代化理论日益增长的需求，为满足学科发展的需要，北京工业大学生物医学工程系从21世纪初就开始对生物医学工程专业研究生开设了现代医学信号处理这一门专业基础课程。该课程的教育已经取得了不少的成绩，但也存在着一些不足。(1)由于该课程知识结构的体系具有多元化的结构，且处于学科快速发展的领域，教学内容的编排往往会落后于该领域的最新发展[3]。(2)由于该课程具有较强理论性，涉及较多数学基础理论，学生在学习中容易产生挫败感，从而导致学习效果不佳。因此，教师在考虑课程教学模式上必须把激发学生学习兴趣、调动学生的学习主动性放在重要的地位[4]。专题研讨课这种新型教学模式在一定程度上可以较好地解决这两个问题，并促进传统的以教师传授知识为主的教学模式向研究型教学模式转变。

专题研讨课是一种将教学与科研相结合的新型模式，也是促进研究生创新思维的一个重要环节[5]。根据《教育部关于改进和加强研究生课程建设的意见》的目标要求，以我校获批为教育部学术学位研究生课程建设首批试点单位为契机，为进一步构建与国际知名、高水平研究型大学相适应的高质量研究生教育，我校提出了“教育部课程建设试点—北工大研究生精品课程建设”的设想。精品课程建设的内容之一就是在为研究生开设的重要专业基础课程中安排一定数量的专题研讨课，及时反映本学科领域的最新研究成果，培养学生的研究型思维和方法，不仅有利于研究生掌握系统深入的专门知识，加强先进性和实践性，并且有利于高层次创新人才的培养。现代医学信号处理的课程在内容上可以分为适合传统讲授和适合研讨的两个部分，在课程内容适合研讨的部分引入专题研讨，可以加强师生间的互动，摆脱传统束缚，提高教学质量[6]。

1 课堂组织形式及内容

1.1 课程基础

几十年来，国内外研讨课的教学实践经验表明，小班授课利于实现师生之间和学生之间交流与互动，便于实现个性化的教育指导，有较好的教学效果[7,8]。本课程长期以来选修学生人数一直在10～20人之间，非常适合开展小班研讨的模式。同时，为了保证学生学习质量和积极性，研讨课一般需要有高水平且经验丰富的教学团队。通过几代任课教师的持续建设和发展，我院已形成了一个生物医学信号类课程的教学团队。该团队由具有较高专业学术造诣的老、中、青教师相结合组成，拥有1位北京市高等学校教学名师，1位北京工业大学优秀教师。

1.2 研讨目标

研讨课的教学目标是让学生通过课堂研讨，在了解学科领域前沿进展的同时，也能够强化归纳和总结的能力。在研讨过程中，教师和学生围绕教学内容及相关问题展开研讨。通过查阅、分析和归纳文献，学生可以进一步掌握主动学习的能力；发现问题、提炼问题；逐步提出自己的见解。

1.3 研讨内容与实施环节

研讨课的实施是一个由教师引导，学生自主学习，师生互动的过程。每一部分研讨课程所用的学时为3～6个学时不等，占总课堂教学时间比例的40%。课前，教师需拟出详细的研讨选题，学生结合兴趣可以选择教师提出的题目或自行选题。根据题目的选择，以2～3人组成研究小组，以组为单位查阅资料，通过分析、归纳，逐步形成自己的见解。通过小组内部的大量讨论，制作用于汇报的多媒体课件。学生报告与主持讨论是研讨课的重要组成部分。各小组推选1名学生为代表进行主题发言，在汇报的前几天将相关资料分发给教师和同学。研讨分为两个部分，在学生和教师都认真阅读相关资料的基础上展开。第一部分是对学习内容进行报告；第二部分是由报告者主持的讨论。根据各个小组的汇报内容，教师进行逐一点评，给出进一步改进的建议。研讨课教学内容分为生物医学信号的特征与特征提取、信号分类器与预测器的比较、心电信号分析、信号处理在神经影像中的应用及从医学大数据到深度学习5个模块。

2 教学成果与体会

经过一段时间的实践，学生对这项教学模式的改革给予了正面的评价。虽然现代医学信号处理这门课理论性比较强，但研讨课的形式并没有给学生枯燥的感觉。学生对所学课程产生了兴趣，不知不觉接受了知识，自我的创新精神也得到了提升。

2.1 加强了以学生为本的教育理念 激发了学生的学习兴趣

研讨课在内容选择上主要服务于本专业研究生在实际研究中的需求和遇到的问题，更注重学生能力、兴趣和学习风格的培养，教师起的是促进者和推动者的作用。课堂内外的交流体现了以学生为本的核心教育理念，以师生互动为主，调动了学生的学习能动性，进一步激发了学生的创新意识。

2.2 强化了学生对于基础理论知识的掌握

研讨课的题目设计围绕课程的教学目标和教学要求，通过相互研讨，吸纳他人意见和修正自己观点，开阔了眼界，巩固和加强了课堂教学所学中知识。

2.3 促进了教学与科研相结合的研究探索式学习

教师将自己的科学研究寓于教学内容中，提出的问题没有标准答案，师生共同承担起了研究者的角色，学生通过对大量阅读和分析加工，思考如何解释和回答问题。在主动学习和探索未知的过程中，提出创造性的问题解决方法或方案，有利于对自己研究领域的进行一个全面深入的了解，使学习更接近于研究发展的前沿领域。

2.4 团队意识及合作精神得到提升

以小团队协作的形式开展学习讨论，建立互相启发、互相学习的氛围，体验合作学习的乐趣，营造一个相互合作与信赖的和谐的外部环境，学会通过团队协作推进今后的学习和工作。

2.5 有利于教师教学水平的提高

教师在应对学生们在研讨课上可能提出的各种问题的过程中，必须不断拓宽自己的知识面，促进了教师教学水平的提高。

3 教学中需注意的问题

由于研讨课的新颖性以及课堂组织形式的特殊性，在尝试过程中也发现存在一些问题。

(1)研讨课的一个特点是它以学生为主体展开讨论。由于学生提出的问题具有随机性，教师需要对教学过程的各个具体环节进行通盘考虑，设计好情景让学生来讨论。因此，教师课程准备时间要远多于传统备课时间，对教师需要有更高要求。

(2)在研讨课中，每个学生必须动手大量查阅资料，并要认真分析和归纳，无形中也提高了对学生的要求[9]。学生有一个适应的过程，部分学生会对这种需要自己归纳总结并讨论的方式不是很习惯，表现不是很活跃，需要教师花精力引导。今后需要进一步增强学生兴趣，在提高学生学习的主动性和积极性上下功夫。

4 结语

研讨课作为一种不同于常规的教学组织方式，具有鲜明的教学特点和独特的教育价值，对课堂教学方法的改革具有重要的意义。在现代医学信号处理的研讨课建设中，讨论课学时不少于总学时的40%，通过较易引起学生共鸣的讨论主题，引导学生提出问题，师生互动学习，注重于培养学生提出问题、分析问题和解决问题的能力，培养学生的创新意识与创新能力[10]。总体而言，研讨课目前还是一个新生事物，发展过程中还存在这样那样的问题。因此，需要学校、教师、学生多方的配合努力，才能充分发挥它的特点和作用，为培养更多的创新型人才和促进研究生教育的发展发挥更大的效益。

参考文献

[1]余颖,肖静,刘树博.数字信号处理课程教学改革的探索和实践[J].东华理工大学学报:社会科学版,2011,30(3):294-296.

[2]林岚,吴水才.现代生物医学信号处理课程建设体会[J].中国现代教育装备,2015(23):48-49.

[3]莫建文,欧阳宁.现代数字信号处理课程教学改革探索[J].大众科技,2017,19(1):85-86.

[4]王静,陈仲本.生物医学信号处理课程应用型教学的探索与实践[J].教育教学论坛,2014(50):164-165.

[5]陈慧,王威廉.“数字信号处理”精品课程建设与教学改革探索[J].教育教学论坛,2014(37):42-43.

[6]陈雅清,刘淑彦,张艺苧.北京大学小班研讨课教学改革的实证研究[J].教育学术月刊,2013(11):25-30.

[7]朱红,马莉萍,熊煜.“大班授课、小班研讨”教学模式效果研究[J].中国高教研究,2016(1):42-47.

[8]Lee J J. Size matters: an exploratory comparison of smalland large-class university lecture introductions[J]. English for Specific Purposes, 2009, 28(1):42-57.

[9]章东平,徐佳慧,杨力.浅谈《现代信号处理》课程的教学改进[C].“决策论坛:区域发展与公共政策研究学术研讨会”论文集:上,2016.

[10]胡永江,马晓琳,王永川.以培养应用创新能力为目标的研究生课程教学改革探索:军队工科院校研究生数字信号处理课程改革实践[J].中国教育技术装备,2015(18):116-118.