论中国高等院校生物医学工程本科专业的核心竞争力

刘有军 南群

0 引言

生物医学工程是运用工程学的原理和方法解决生物医学问题，提高人类健康水平的综合性学科。它在生物学和医学领域融合数学、物理、化学、信息与计算机科学，运用工程学的原理与方法获取和产生新知识，促进生命科学和医疗卫生事业的发展，从分子、细胞、组织、器官、生命系统各层面丰富生命科学的内涵，推动生命科学的研究进程，深化人类对生命现象的认识，为疾病的预防、诊断、治疗和康复，创造新设备，研发新材料，提供新方法，实现提高人类健康、延长人类寿命的伟大使命。生物医学工程在国家发展和经济建设中具有重要的战略地位，是医疗卫生事业发展的重要基础和推动力量，其涉及的医学仪器、医学材料等是世界上发展迅速的支柱性产业。高端医学仪器和先进医学材料成为国家科技水平和核心竞争力的重要标志，是国家经济建设中优先发展的重要领域，需要大量专业人才[1]。

高等院校设置生物医学工程类专业的目标是培养具有良好的人文科学素养、社会责任感和职业道德，及适应社会与经济发展需要的人才；需要较系统地掌握专业基础知识(数学、物理学、化学、生物学、医学)和主攻方向的基本理论与基本技能，同时需要了解生物医学工程类专业的概貌，具有分析和综合能力、实践动手能力和不断学习适应发展的能力，勇于质疑，并具有创新精神、创业意识和创新创业能力，能够在生物医学工程相关领域从事教育、科研、技术开发、工程和行政管理的人才[2-3]。

我国生物医学工程作为一个专门学科开始于20世纪70年代，经过40多年的发展，目前全国已有逾百所高校设有生物医学工程学科，从事着生物医学工程的教学科研工作[3]。作为交叉学科，我国高校生物医学工程专业的人才培养具有多样化特点。在一些理科、工科实力较强的高校内均建有生物医学工程专业，这些院校均是以科研性学科设置的，而一些医学院校则是以医学作为基底学科，置入一些工程学科的知识，并以医学应用为目的建立相关的课程体系，这些院校培养的目标是将生物医学工程运用于实际。这样，各高校根据学生发展需求和学校学科特色及研究优势，制定针对不同类型人才的培养方案，在学分分配、课程模块设置、实习实践环节、毕业设计等方面不够统一，更多的是体现学校专业特色，进行多样化培养[4]。

另外，根据《生物医学工程类教学质量国家标准》[1]，生物医学工程专业属于电子信息类专业，其课程安排和知识体系与电子信息类专业有很大的相似度，造成二者目前在就业领域的部分重叠。如何突出生物医学工程专业与其他相近专业的区别度也是生物医学工程专业面临的难题。

因此在各高校保持各自学科特色和研究优势的前提下，在生物医学工程专业与电子信息类专业知识体系相似的情况下，哪些是生物医学工程专业必须具备的、区别于电子信息类工程专业的显著特征？或者说，生物医学工程专业应该具备且无可替代性的核心竞争力是什么呢？

为此本文将从生物医学工程专业的知识体系出发，寻找生物医学工程专业本科生的核心竞争力，并对如何提升核心竞争力提出看法和建议。

1 生物医学工程专业的知识体系

按照《生物医学工程类教学质量国家标准》要求，生物医学工程知识体系包括通识类知识、学科基础知识和专业知识[1]。

通识类知识主要指数理化基础和计算机应用知识，包括高等数学、工程数学、大学物理、大学化学、工程图学、计算机高级语言设计等。

学科基础知识包括生物学、生理学、医学基础知识和专业主干知识，其中专业主干知识体系分生物医学仪器类、生物医学材料类、生物医学信息工程类、假肢矫形工程类。

生物医学仪器类(包括医学电子与信息类)主干知识体系应包括电子技术、计算机技术、信号与系统、生物医学信息获取处理与调控、医学成像、医学图像处理、光子学基础、生物医学传感、生物力学、生物医学系统建模与仿真、医学与健康互联网、云计算与大数据、嵌入式微机系统、数理统计等中至少6个核心内容。

生物医学材料类主干知识体系应包括生物化学、生物材料学基础、生物材料制备工艺原理、生物材料性能测试与评价、生物医学材料、人工器官、组织工程、生物力学等中至少6个核心内容。

生物医学信息工程类主干知识体系应包括生物信息学、基因组科学与技术、基因与疾病、生物物理、生物医学传感、生物医学信息获取处理与调控、细胞与分子生物学、计算机结构与逻辑设计、数据结构、云计算与大数据、数理统计等中至少6个核心内容。

假肢矫形工程类应包括生物力学、电工电子技术、机械设计基础、材料学、假肢学、矫形器学、矫形临床学、运动学、康复医学基础等中至少6个核心内容。

专业主干知识包括理论教学和实验教学。理论教学基本内容包括生物学、生理学、医学知识基础等，实验教学基本内容包括生化、生物类实验，医学类实验(基础与临床)，医学仪器与医学电子类实验，生物力学与生物材料类实验等。

从生物医学工程知识体系来看，生物医学工程专业强调的是医学和工程的交叉融合， 是一个与医学、生物相关的工程专业[5]。因此主流的观点认为生物医学工程专业主要是针对医疗仪器的工程技术，所以电子技术、计算机技术是其核心。各高校生物医学工程也基本围绕这个核心来构架学生的知识体系，由于服务对象限定于医疗仪器，应用的是电子技术，貌似生物医学工程专业从属于电子信息类专业。所以，只强调与医学、生物学的知识融合，并不能完全突出生物医学工程专业的不可替代性。

2 生物医学工程专业的核心竞争力

生物医学工程专业本科生区别于其他工程专业学生的能力培养方面也有所不同。对于一般工程专业对应的产业要求，学生应具备以下9种能力：解决问题的能力(problem-solving)、人际交流能力(interpersonal communication)、设计经验(design experience)、团队协作能力(team projects)、写作能力(writing)、技术展示能力(technical presentation)、传统工程中的高级课程(advanced courses in traditional engineering)、软件应用能力(experience with relevant software)、统计分析能力(statistics)。而生物医学工程是数学、物理学、化学、生物学、医学、工程技术等多学科的交叉融合。作为一门特殊的工程学专业，生物医学工程专业的特质是学科融合，是评价专业教学质量的根本标志。生物医学工程产业对生物医学工程专业的学生要求，除一般工程专业的普适性要求外，还突出要求工程与生物、医学学科的交叉融合，特别要求其毕业生必须是一个懂生物和医学的工程师。这种要求体现在如下三个方面。(1) 知识体系：多学科交叉。(2) 沟通能力：与生物学家和医学工作者沟通的能力，作好医学与工程的桥梁，特别是能够准确把握临床对工程的需求与生物学制约。(3) 实践能力：生物医学工程的服务对象是人，学生应具有人体生理信息测量与分析的实践能力(医学信号获取、处理与调控等)[6]。

另外，生物医学工程类专业毕业生还必须具备大数据综合与分析处理的决策能力。现在是一个信息时代，是一个大数据时代，生物医学工程专业既然具有学科交叉整合的特点，涉及大量的生物、医学、工程等数据，那么就要求生物医学工程专业的学生要具有较好的数据收集、分析、处理和融合的能力，这样才能更好地、综合地利用这些数据，造福人类健康[7]。

因此，在强调医学、生物、工程交叉融合知识体系的基础上，培养完全懂医学的工程师，使其成为医学与工程无缝对接的桥梁，并拥有可以针对人体进行工程实践和信息处理能力，才是生物医学工程专业不可替代的核心竞争力。

3 生物医学工程专业本科生核心竞争力的实现方法

交叉学科知识体系的构建：为保证生物医学工程专业学生具备多学科交叉的知识体系，建议生物医学工程课程体系至少应包括：5～8学分的定量生理学、医学仪器、计算机编程等课程；不低于4学分的定量生物学(分子、细胞)、统计学、信号处理、固体力学、传热传质、生物材料等课程；同时应适当选修有机化学、组织工程、控制系统、流体力学等课程。

与生物学家和医生的沟通能力：生物医学工程师应是一个懂医学的工程师，能够发挥工程与医学之间的桥梁纽带作用。一方面，要及时掌握临床医学对生物医学工程产业的需求，促进医学的技术进步；另一方面，在为医学提供技术服务的同时，还要明确生物学对医学工程的限制。为此，生物医学工程专业培养目标的评价与修订过程应该有生物医学工程类的企业专家全程参与，同时，企业也要充分参与生物医学工程专业的课程设计和毕业设计等实践环节。

人体(活体)测量与分析实践能力：加强医学影像、生理信号传感、生理信号处理的理论教学与实验教学等，使学生充分理解生理信号的特点，掌握生理信息的处理方法，并加以实践锻炼。这里特别推荐生物医学工程实践教学一体化训练，即以一种医疗仪器来贯穿整个实践教学过程，从产品设计、信号检测与处理、样机、产品检验等，直到做出一个正规的合格产品，使学生受到完整而严格的全流程工程训练。

大数据能力：生物医学工程专业学生，除了具有概率论、数理统计等数据科学的课程外，更重要的是要有跟进的综合性数据科学实践项目，这些项目可以帮助学生获得数据分析之外的涵盖所有数据科学元素的经验，其中包括离散数据的处理方法。

4 小结

生物医学工程作为特殊的工程专业，交叉学科特点的教学环境是专业建设和人才培养的重点。在生物医学工程专业人才培养多样化的背景下，突出生物医学工程专业的核心竞争力，是生物医学工程独立并区别于其他相关专业的重要标志。生物医学工程专业培养具备工程、生物和医学交叉学科知识体系，能与生物学家和临床医生无障碍沟通，掌握人体生理信息获取、处理与调控能力的创新、创业型人才。新的信息时代，还要求生物医学工程专业要有大数据处理、分析与利用的能力。这些核心竞争力可以通过合理的医工交叉学科课程体系设计、培养过程中生物医学工程企业深度融入，以及生理信息测量、处理、分析与利用等实践活动来达成。