新工科和新医科背景下生物医学专业课程教学设计与实践

季振宇，周怡敏，杨 滨，史学涛，刘锐岗，付 峰

(空军军医大学军事生物医学工程学系，陕西 西安 710032)

1 新工科的背景及要求

在国家实施创新驱动发展战略的背景下，2017年教育部相继发布“新工科”建设复旦共识、“新工科”建设行动计划，提出探索建立工科发展新范式，吹响了“新工科”建设的号角[1-3]。2018年教育部通过“卓越医生教育培养计划2.0”，提出“新医科”建设，实现医学从“生物医学科学为主要支撑的医学模式”向以“医文、医工、医理、医X交叉学科为支撑的医学模式”的转变[4-5]。由此可见，“新工科和新医科”(后文简称“双新”)的建设和发展已然成为深化高等院校教育改革，满足社会产业、医学发展的现实要求。“双新”建设的内涵是：以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越人才[1,4]。对课程建设方面的要求是，注重知识更新，注重交叉融合；对学生培养方面的要求是，注重适应变化能力和工程创新能力的塑造。

2 生物医学专业课程特点及建设需求

生物医学工程是综合生物学、医学和工程学的理论和方法而发展起来的新兴边缘学科，其专业学科方向是运用工程技术手段，研究和解决生物学和医学中的有关问题，最终服务医学。生物医学工程与世界高新技术的发展密切相关，学科始终保持高速的发展状态。由于生物医学工程涉及多学科交叉，从我国高等院校开设的生物医学工程专业来看，其教学和培养重点通常会针对生物医学工程学科下的二级学科进行，如生物医学电子、生物医学材料、生物医学影像、生物信息学等。尽管如此，其专业课程内容却有共同的特点，即交叉跨度大，综合性强、发展速度快，这也给生物医学工程专业教学带来一定难度。特别是我国的生物医学工程本科专业有的在工科类院校设置，有的在医科院校设置，教学资源背景的差异，也使该专业的本科教学模式各有特色[6-8]。在此背景下，探索和优化“交叉复合型人才”培养方案，成为生物医学工程教育领域工作者所面对的共同问题[9-11]。为此，本文在教育部实施“双新”建设的教育改革背景下，从我系生物医学电子工程课程教学实际出发，对专业课程改革进行思考和设计，提出相应的教学实践措施，以注重学生“适应变化能力和工程创新能力”的塑造为理念，提升学生专业素养。

3 生物医学电子工程专业课程教学设计

生物医学电子工程专业课程主要包括《生物医学电子学》《医用传感器》《数字信号处理》《医学仪器》等，在深入理解“双新”建设内涵的前提下，我们主要从授课内容、课堂教学模式、课外教学实践等教改内容出发，在以下五个方面进行了相应的教学改革设计，以期提升教学水平。

3.1 提升学科交叉深度

“双新”建设注重交叉融合，生物医学工程专业本身就是一门交叉学科。但教学过程中，如果对授课内容把握不好，一定程度上会存在“重理工轻医学”或“重医学轻理工”的现象。对此，我们主要从教材内容建设、授课单元设计、课外实验作业三个方面提升专业课教学中存在的“交叉深度”不够的问题。在教材建设中，突出以临床应用为牵引，工程技术为手段的内容编排思路，与临床医生、临床工程师共同编制教材，教材内容充分体现工程原理与临床应用深度结合。授课单元设计中注重知识的整合交叉，强调基础课与专业课的联系，突出医学知识与工程知识的融合，加大临床工程应用实践案例、问题的引入，注重培养学生医工结合的学习思维。近年来，主编、副主编多部国家级规划教材：如《生物医学传感技术》《医用电子仪器》《生命支持技术与设备》《医学仪器原理与应用》等。课外实验作业是巩固专业课教学的重要环节，教学中我们充分利用医科大学附属医院的临床资源优势，将“临床应用调研性任务”融入到课外实验作业中，要求每个小组(或个人)的调研方向都不相同的形式，通过学生主动思考临床需求问题，激发他们对医学、工程知识主动交叉、主动融合的热情。

3.2 跟进行业前沿动态

行业前沿代表了专业的发展方向，高新技术革命催生下的医学前沿技术、融合创新给生物医学工程教育提出更高要求，专业课教学必须要跟进行业前沿动态。行业前沿对本科生似乎高深莫测，传统专业课教学中对行业动态跟进相对较慢，但行业前沿往往是创新性和多元化思想的体现。“双新”的建设背景，对专业课程授课提出挑战。在专业课教学中渗透行业前沿，一方面要求教学内容合理配置，但更重要的是对授课教员专业素养的要求。我们的措施是，通过开设专业课程选修课或讲座，请本领域的专家教授进行授课，将行业新方向、新进展引入课堂，激发学生的学习热情。另一方面，加大教师专业素质培养力度，提供学术交流途径，使教员紧跟专业前沿。特别是在教学中鼓励教员将科研方向相关内容引入课堂教学，让学生深刻理解目前所学知识与前沿领域的相关性，对专业思维能力训练和知识体系构建均能起到积极作用。以《生物医学电磁学概论》教学为例，本课程分为低频电磁场生物效应、射频电磁波生物效应、红外与激光生物效应、可见光生物效应、电磁辐射生物效应等8个教学模块，每个模块的内容都有当前医学新技术研究热点。通过在教学中加大专业前沿性内容的比重，使学生有机会接触到生物电磁领域的前沿性科学技术和科学问题。

3.3 突破本研教学界限

古希腊哲学家普罗塔戈说过：“学生的头脑不是用来被填满知识的容器，而是需要被点燃的火把。”本科阶段不少学生仍然具有“重分数、轻能力”的学习思维，过分注重应试，而缺乏对知识主动探究的热情。突破本研教学界限，让学生在科研中寻求兴趣，是激发学生动力的有效手段。只有在本科阶段养成主动思考的习惯和探究未知的兴趣，在研究生阶段才能提升人才培养的质量。这方面我们主要从授课内容设置、课后作业形式、和课外科研引导实施开展。专业课授课中为拓宽本科生教育的深度与广度，结合本系的科研方向，通过增加本研过渡性知识授课比例的方式，引入部分研究生基础课内容，有力支持了高年级本科的课外科研和毕业设计工作。专业课后作业一般采用调研、实现、写作、汇报的项目实施形式进行，锻炼学生的科研素养。并进一步对有余力的学生设置课外科研活动，通过参与教员科研课题中的部分研究内容，早期接触科研。

3.4 增加师生互动环节

增加师生互动的目的在于激发学生潜能，培养创新思维能力。学生如果没有敢于质疑的思维个性，思想受到严重束缚和禁锢，教育出的人才将缺乏创造性。我们注重在课堂中增加互动性设计，教学过程中增加提问式、启发式、案例研讨式、对话参与式教学环节，教师积极鼓励学生提问和发言，学生也可提出问题，发表见解。例如，在《生物医学电子学》的授课过程中，会设置课堂讨论性课时和实验大作业汇报环节。课题讨论课主要设置开放性问题，通过发言讨论引发学生多角度进行思维。以“心电信号检测设计要素分析”讨论为例，有些学生提出要设计可穿戴心电信号检测模块，那么其设计要素与传统交流供电式心电检测模块的分析会有很大差异。充分的讨论，多角度的分析，使学生对所学知识更能融会贯通。在课堂外，通过开展本科生导师制，利用我系本科学员招生人数少的特点，采用本科生与教员双向选择的方式开展导师制。导师制过程中，以课外“实验项目”为牵引，在学生完成任务的过程中，教师注重培养学生形成问题的意识，敢于试错的勇气，以问题为导向的学习习惯。学生和教师可充分地交流体会、交流思想。师生之间的深度互动可使教学气氛融洽，在激发学生学习热情的同时，也是消除师生交流不足的有效路径。

3.5 提供开放实践平台

诺贝尔奖得主贝乐纳说：“创造力是没法教的，必须在实践活动中让学生动手，有机会把自己的创新思想付诸实施。”实践教学是教学体系的重要组成部分，是培养学生创新思维和创新意识的重要环节。与知识的传授不同，能力的培养更强调实践的训练。但常规教学实验实践受制于学时、场地，学生不能充分发挥主观能动性。近年来，我们通过为学生提供开放实践平台的方式，为学生提供充分教学实践的机会。首先我们借助国家和军队教学训练建设项目，建成生物医学信号检测与处理综合实验室，形成了一个可完成设计性、综合性，医工交叉型实验的综合实践平台。通过增开医学仪器实训课程、定期发布实验小项目，为学生医学工程交融的实践能力锻炼提供条件。近年来实践教学与理论教学的课时比由1∶6提高到1∶3，增加了本科生实践动手的机会。同时我们也充分利用实验平台，改进课程考核方式。传统考核只重结果，不重过程，往往会使学生急功近利。通过增加开放性实验选题，强调以实验过程评价为中心的考核方式。一个实验如果很顺利，在实验过程中学到的东西可能并不多。因此，我们强调学生在实验过程中重视对实验问题的记录，注重对问题解决途径的分析和思考。鼓励学生在问题中学习和提升。

4 结语

科技发展日新月异，高新技术发展和变化对现代工程技术人才的知识能力和技能、职业素质和视野都提出了新要求。教育部启动“双新”建设，为工程专业的教学改革指出了方向。生物医学工程学科本身具有“交叉融合深、知识更新快”等特点，因此探究专业课教学改革模式一直是本领域教育工作者研究的热点。

近年来，作为专业课教研室，我们以“提升专业适应力和工程创新能力”为人才培养目标，不断探索生物医学工程专业课的教学改革模式。通过系列教学设计举措，学生的创新实践能力得到锻炼。近五年，在毕业设计中本科生根据课题研究结果在国家核心期刊发表科研论文8篇；积极参加全国生物医学电子创新设计竞赛，共获一等奖4项、二等奖4项、三等奖1项。有效提升了学生的专业任职能力、解决问题的能力和综合素质。新工科建设是一个长期而艰巨的任务。生物医学工程专业课教学方法、教学模式也需要不断优化和提升，我们需要摒弃浮躁、在教学实践中不断创新和超越。