基于非医学专业的生物医学工程课程教学改革探索

□张 超 王心如 刘爱辉

一、引言

生物医学工程是一门综合生物学、医学和材料学的理论和方法来研究人类疾病预防、诊断、康复和预防的交叉学科。我国的生物医学工程起步于20世纪70年代，1977年，中国协和医科大学首次创建了该课程。多学科、广范围、高层次和交叉融合是其核心特点，这意味着它不仅要求学生掌握生命科学的相关基本知识，更要掌握工程学、电子技术、计算机技术、信息处理理论等基础理论和实验技术。近年来，该方向相关专业的毕业生就业前景良好，职业方向广泛，主要去向为研究机构、医院影像、临床工程、医疗器械等相关企事业单位。除了医学专业外，目前，我国综合性和理工类高校中很多非医学专业，比如材料学相关专业，也都将生物医学工程设置为专业必修和选修课。该课程覆盖的知识面广，内容繁多且冗杂，大多院校的课程及人才培养模式过分偏向于理论教学，且存在以下几个弊端：一是教学内容与市场需求不同步；二是教学目标所体现的更多为应试目标，而非能力目标，导致学生不能将所学的知识应用于实际；三是教学方法与认知规律不适应。本着突出对非医学专业学生能力和实践能力培养的原则，有必要对该课程的内容重构定位，以“必需、够用”为度，改革教学内容，打破传统教学模式，培养学生日后的职业岗位能力。

二、非医学专业的生物医学工程课程改革和优化

(一)根据人才培养方向，调整教学内容。生物医学工程是交叉学科，它集合了化学、电子学、力学、射线技术、精密机械等多学科知识，而它的发展也与高科技技术的进步息息相关。在本科生教学中，其所涉及的知识广泛且庞杂，内容涵盖生物传感技术、医学影像技术显微成像技术、分子及细胞分析技术、纳米生物技术生物芯片技术、生物医药三维打印技术等，这一定程度上导致广而不精，且在该领域中所涉及的技术十分尖端，甚至连国内相关企业还不娴熟。由于该课程覆盖面广，在授课深度和广度之间存在一定矛盾，因此，对于非医学专业的教学需设有不同的侧重点或重点方向。以培养应用型人才为目标的学院或大学，教师在教学过程中可偏重于对医学影像、器械(大型X射线机组、X射线数字减影(DSA)装置、计算机X射线断层成像装置(X-CT)、B型超声检查和彩色超声多普勒检查装置、放射性核素成像设备)和三维打印技术等仪器或技术的讲解，突出现代生物医学工程技术在生命科学领域中的广泛应用，并强化学生对相关技术原理的理解及应用，为学生毕业后从事医学成像、仪器和信息处理等相关工作，奠定牢固的基础。而以科研为主的高校，教师可侧重于更为前沿的技术，如生物芯片和纳米生物技术等，引导学生把握该领域中学术思想，提升创新意识，从而为学生日后读研读博或继续深造奠定坚实的基础。此外，对于非医学专业，如材料学，教师可将材料学与组织工程学结合，讲解有关人工器官应用于临床的实例，如人工皮肤、心脏瓣膜和肾脏等，以提升学生自身专业素养，激发学生对研发新材料的积极性和主动性。

因此，对于生物医学工程课程的教学，教师需结合本校对该专业学生的教学大纲和培养方案，因材施教，坚持以行业需求为导向，适当对该课程内容进行删减，调整重点、难点，强化学习内容的结构层次和逻辑联系。

(二)优化教学方式，丰富教学方法。在教学中,难免会出现因课程内容繁多枯燥而降低学生的学习兴趣的现象，这就要求高校教师不断优化教学方法，可以结合多媒体并利用各种网上资源，图文并茂，激发学生兴趣，让学生从头脑中更为形象地理解各种医疗仪器设备的原理及应用，以促进知识的内化和吸收。对于抽象难懂的仪器原理，教师在原本教材内容基础上，将本人或学校的相关科研实例和成果引入到课堂中，活跃课堂气氛，即通过以科研为导向的教学，促进学生科学素养与专业水平的提升。现代化教育需要培养创造型、应用型人才，对于学科知识应侧重于实践知识的教学。因此，根据各自高校的硬件资源，充分利用已经建立的基础医学虚拟仿真实验中心和校外实践教育中心等教学实践平台，如通过3D建模、虚拟动画和人机交互等技术，使学生进行医用电子直线加速器放射治疗虚拟仿真实验，使学生对X射线和医用电子直线加速器的原理有深入了解，从而促进教学内容实体化，培养学生独立思考问题的能力。对于某些综合性或理工类高校，其工程力量雄厚，但缺乏医学基础设施，建议其与当地医学院校合作，以对方作为依托医学背景，联合开展教学。在教学过程中，注重将课程内容与日常实例结合，以达到提升教学内容的实践运用，比如，讲授X-CT成像技术时，可以联合当前疫情防控，说明X-CT技术能作为新冠肺炎疾病的初步判断方法和辅助诊断的手段。除此之外，在这次抗击新冠病毒的斗争中，生物医学工程学科发挥了重要作用。依托生物医学工程学研发的新冠病毒防护设备、病毒快速检测仪器和方法、影像智能处理系统、智慧医疗大数据软件等为新冠病毒的防控和患者治疗提供了重要支撑。关于教学中的具体问题，教师需对学生进行及时测评，可以在授课和课程互动的过程中，结合问答式和讨论式的教学方法，一方面检验学习效果；另一方面使得课堂更加生动，提升课堂气氛，并培养学生发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的能力，力争将该课程教学从单纯的理论化向应用型转变，提高学生就业时的个人竞争力，为企事业单位培养有差异化的创造型人才。

(三)改革考试形式，深化素质教育。生物医学工程是一门科技含量比较高的专业，其涵盖了医学中各种高新技术甚至是各行业的顶尖技术，在该课程的教学中要着重培养学生快速吸纳新知识并将其合理应用的能力，以及理科学习的能力，以应对日新月异的变化。因此，对于该课程的考核，教师要以能力培养为核心，加重实践环节的比重，如将课程的考核分为闭卷考试、组会讨论、科研报告等，更加全面客观地评价学生的综合水平，强化学生的素质教育。为了使学生更好地掌握学科基础知识，任课教师可根据课程不同章节和主题，或者结合当前研究热点和最新研究成果，将学生进行分组，小组内可按照资料收集、信息整合、成果展示进行分工，由学生自行协调。教师要让学生明确教学内容，例如，提示学生通过多种形式来介绍超声成像技术：原理、设备、临床应用以及技术指标，在整个过程中，充分发挥学生主观能动性和团队协作性，从而促进学生自主自学，提高科学思维和归纳总结的能力。

近年来，国际生物医学工程学科发展迅猛，通过不断汲取各学科最新成果、交叉融合，推动改善人类健康。因此除了上述三点之外，任该课程的教师需不断更新自己知识储备和提升科研水平，时刻保持着在该领域的专业性，这种示范作用也会促使学生对本门课程产生兴趣。如果可能的话，教师自身主持或参加该领域中的相关项目，这样会使得学生从教授过程中获益良多。

三、结语

《生物医学工程》作为一门跨学科、专业的综合性课程，在疾病的预防、诊断、治疗、康复和保障人类健康等方面发挥着重要作用。在研究和解决生物学、医学有关问题的过程中，该课程主要涉及到生物材料、人工器官、生物医学信号处理方法、医学成像和图像处理方法等，对于学生理解和运用工程技术手段的要求非常高。由于课程内容前沿性强，知识更新速度较快，新热点问题层出不穷，这使得对该课程的讲授具有一定挑战性，要求授课教师投入更多时间与精力用于梳理本课程的前沿知识。作为非医学专业的必修方向课，在教学过程中，应结合本专业的培养目标，以应用为驱导，改善课程教学内容和侧重点，善于利用互联网资源和虚拟仿真网络平台，激发学生兴趣，提高主观能动性，从而培养学生对未来相关工作中出现问题的应变能力和创新能力。