以医学影像工程为特色的生物医学工程本科人才培养的探索与实践

李菁菁，时梅林，陈明慧

（徐州医科大学医学影像学院，江苏 徐州 221004）

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[1]。生物医学工程是多学科融合且具有特定内涵的学科，它涉及多个学科如生物学、医学、数学、物理、化学、信息与计算机科学等，应用范围从新设备的创造、新材料的研发到新方法的开发等[2]。因此，生物医学工程专业的课程体系涵盖广泛，包括基础学科如数学、物理学、化学、生物学、医学等，工程学科如电子、机械、材料、信息、计算机科学等，虽然《普通高等学校本科专业教学质量国家标准》[3]中规定了生物医学工程类专业的主干知识体系和技术领域包括生物医学电子学、生物医学仪器、生物力学、医学影像学、生物医学光子学、生物医学信息工程、生物医学材料、矫形工程、人工器官、神经工程、生物医学传感器、生物医学建模和仿真、组织工程、临床工程、康复工程、医学纳米技术等，但不同的学校会根据各自的专业发展历史、教学资源优势有侧重点地形成各自特色的生物医学工程专业人才培养体系[4-5]。本文将重点介绍徐州医科大学以医学影像工程为特色的生物医学工程本科人才培养的探索与实践。

1 徐州医科大学生物医学工程专业发展历史

徐州医科大学是一所有着六十余年办学历史的高等医学院校，开设17个学院（部）、36所附属医院（临床学院），设置28个本科专业，涵盖医、理、工、管4个学科门类，是整个淮海经济区办学历史悠久、办学特色鲜明的一所高等医学院校，也是该地区医学教育、医学科研和医疗服务的中心。徐州医科大学生物医学工程专业始于1997年，我校与中国矿业大学联合开办了医学影像工程专业，2001年开始自主招收医学影像工程专业方向学生，2006年经教育部批准更名为生物医学工程专业（四年制，工学学位），2010年、2012年先后获批江苏省品牌专业、江苏省“十二五”重点专业类，2018年获批生物医学工程硕士学位授权一级学科，2019年获批江苏省一流专业建设点，2020年获国家一流本科专业建设点、江苏省品牌专业。在徐州医科大学这样一所地方医学院校开办生物医学工程专业，我们历经二十余年的办学实践与积淀，形成以医学影像工程为特色，以区域临床资源为优势，紧扣国家发展需求，培养具有解决复杂问题思维、开拓创新能力和国际化视野的复合型生物医学工程创新人才培养体系。

2 以“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念为指导打造理工医深度融合师资队伍

师资队伍建设是专业发展、人才培养的根本。师资队伍结构和师资队伍水平决定了专业人才培养的方向和特色，合理的生师比与适度的师资队伍结构比是衡量师资队伍建设质量高低的重要指标[6]。徐州医科大学医学影像学院现有医学影像学、生物医学工程、医学影像技术、假肢矫形工程4个本科专业，教师医、理、工比例为 4.4∶2.4∶3.2，具有天然的理工医融合基础，以此为依托，打造了符合新工科人才培养的理工医深度融合教学团队。目前生物医学工程专业教学团队最高学历理、工、医比例1∶2.6∶1.4，形成一支理工医相结合、梯队合理的师资队伍，整体素质高。学院现有8个教研室（影像诊断教研室、影像工程教研室、医学图像处理教研室、影像技术学教研室、放射治疗学教研室、介入放射学教研室、超声诊断学教研室、假肢矫形工程教研室），其中4个教研室以我校附属医院临床师资为主，为医工融合的生物医学工程创新人才培养提供保障，8个教研室之间相互支撑、相互补充，基层教学组织结构完整、规范有序。

3 模块化课程体系架构实现多学科的交叉融合和学生全面发展

2005年，德国应用科学大学针对应用型人才培养兴起模块化课程体系改革，以应对长期以来高校基础课、专业基础课以及专业课分散等问题[7]。通过模块化课程体系的构建，可以凸显不同课程间的逻辑联系，使相对分散的知识内容整合成相对完整的知识体系。为培养理工基础扎实、医学知识系统完整的创新型复合人才，按照“打好基础、注重实践、突出创新”原则，借鉴国内外专业课程体系建设经验，按照通识课、专业基础课、专业主干课、选修课、实践与创新培养等方面的知识要求形成通识课程群、学科基础课程群、专业主干课程群、选修课程群、实践与科技活动课程群的课程体系架构，具体见图1。围绕医学影像工程特色，开设了医学影像设备学、医学影像物理学、医学影像技术、影像诊断学、放射治疗设备等课程，使学生掌握常见医学影像设备及其配套设施的工程构造、工作原理和适应工作范围，掌握常见故障的分析方法和排除手段，同时了解设备的发展历程和医学设备的发展趋势，使学生具有较强的社会适应能力。进一步加大力度打造“临床医学+工程学”的新型课程模块，有效提高学生的产品应用能力、产品开发能力等；创新符合人才培养模式的理论课程和实验课程体系，优化课程模块；将前沿技术与传统课程体系充分融合，形成交叉复合型课程；创新课程考核方式，以展示实践和应用能力为核心进行课程考核。

图1 徐州医科大学生物医学工程专业课程体系架构Figure 1 Curriculum structure of biomedical engineering in Xuzhou Medical University

4 以“教学质量和学生创新”为核心，深化课程与教学改革，探索创新教学闭环体系

贯彻“以创新能力培养为主线，以兴趣选择为基础，自主学习，层次化教学，学用结合”的指导思想，实行课堂内系统、综合实践技能训练，课外自助式开放实验，贯穿校内学习全过程的素质拓展训练和校外实习相结合的培养体系，探索创新教学闭环体系。在课程建设上，坚持专业知识与课程思政同向同行，结合国家战略需求，将家国情怀、民族精神、创新精神贯穿课程教学全过程，充分发挥专业课程的育人作用。充分利用现代信息技术，将传统教学与数字化教学深度融合，完成所有专业课的在线课程建设，获江苏省一流课程2门。在教学方法上，坚持以学生为中心，探索并实践以线下课堂教学、PBL案例教学、实验教学、虚拟仿真教学、线上教学为一体的多样化、互动化、视觉化和信息化的教学模式，提高学生的学习兴趣，培养学生的主动学习能力。在医学影像设备学、放射治疗设备等主干课程中积极推进PBL、CBL、翻转课堂、线上与线下混合式教学在教学中的应用，发表相关教学论文25篇。在实践教学中，构建“课堂教学、仿真教学、实践基地医疗设备教学”相互支撑的实践教学体系。以“虚实结合，能实不虚，以虚补实”为原则，师生共同研发CT、ECT、MRI、PET/CT系列化仿真操作训练系统和钴60治疗机实验教学模型，建立了以学生为主体、以学生自我训练为主的教学模式，获得国内外专家一致好评。与企业合作的实践教学改革获得教育部产学研协同育人项目3项。

5 以能力培养为主线，推行基于学生核心素养的全方位育人机制

以医工结合为特色，以创客空间为平台，以课外竞赛为导向，以大创项目为形式，实行科创小组导师制，培养学生的科研能力和创新精神。构建年级交叉、专业融合、项目优化、结构合理的优秀科研团队。与深圳大学生物医学工程学院共建创新实验室，立足于CDIO工程教育培养模式，旨在将理论课程学到的内容与实际应用的产品相关联，通过“初阶—中阶—高阶”课外培训课程的设置，培养新工科创新人才。同时建立医学图像处理、医学影像技术、医学影像综合训练中心、实践基地等交叉实验室，辅以创新开放实验室和“产学研用一体化”创客空间，打造理医工深度融合优势平台，形成模拟仿真与实践实训相结合、创新研发与能力培养相结合、综合培养与个性发展相结合的“三结合”的特色实验平台，多措并举。充分利用教师科研课题作为大学生科研素养培养的平台，积极探索学生科研素养及创新能力培养新模式。教师科研课题具有系统性、前瞻性、可行性高等特点，在教师的指导下，学生的实验设计与实施能力、组织协调能力、团队协作能力、发现问题和解决问题的能力等得到锻炼和提高，同时教师科研课题可行性高的特点也保证了学生不会因为课题的失败而丧失科研兴趣。相反，实验结果的出现将激发学生参与科研和学习专业课的积极性与兴趣，对于其科研素养的培养具有举足轻重的作用。

6 专业建设成效

经过多年的建设和优化，本专业建设水平获得了国内外专家的高度认可，培养的一批生物医学工程人才已在社会各个方面发挥自己的作用，本专业的发展与建设为地方医学院校生物医学工程领域的人才培养和理医工多学科融合提供了新思路和新范式。

6.1 构建“课堂教学、仿真教学、实践基地医疗设备教学”相互支撑的实践教学体系

针对大型医学影像设备现场教学困难等问题，以“虚实结合，能实不虚，以虚补实”为原则，师生自主研发的医疗设备虚拟仿真教学系统已累计获专利40余项，被第三军医大学、福建医科大学、桂林电子科技大学、皖南医学院、河南中医药大学、湖北科技学院等二十余所高校采购并推广使用；理工医融合育人理念孕育出学院生物医学工程、医学影像学、医学影像技术3个国家一流本科专业建设点。

6.2 以提升岗位胜任力为目标，搭建“五位一体”协同育人平台，探索协同育人新形态

生物医学工程作为一门工程应用型专业，培养过程应面向企业、面向医院[8]。我校的生物医学工程专业积极与地方政府（徐州市经济技术开发区、高新技术开发区）、知名企业（上海联影医疗科技股份有限公司、深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司、南京巨鲨医疗科技有限公司）、科研院所（中国科学院苏州生物医学工程技术研究所、常州医疗器械产业研究院、徐州淮海医药产业园）、境外知名高校、附属医院协同育人，提高人才培养质量。发挥合作共建模式示范作用，与徐州市经济技术开发区、中国科学院苏州生物医学工程技术研究所共建转化医学研究院，服务地方社会经济发展；示范引领校内其他专业，推进医工、医管、医药合作育人；医科院校医工结合的协同育人模式受到教育部生物医学工程教学指导委员会专家、英国纽卡斯大学医学物理系、美国纽约州立大学托马斯·J.沃森工程与应用科学学院、台湾阳明交通大学生物医学暨工程学院、天津医科大学、福建中医药大学、301医院和川北医学院等兄弟高校的高度认可。“五位一体”协同育人培养模式见图2。

图2 “五位一体”协同育人培养模式Figure 2"Five-point Strategy"collaborative cultivation model

6.3 学生科研实践能力和创新创业能力明显提升，受到媒体广泛关注

近5年来，本专业学生参加国内外科创竞赛累计获奖58项，获大学生创新实践训练计划17项，获专利32项，其中包含了2018年“创青春”全国大学生创业大赛金奖、第六届中国“互联网+”大学生创新创业大赛三等奖、第十二届“挑战杯”中国大学生创业计划竞赛全国决赛铜奖、第七届“创青春”中国青年创新创业大赛全国赛铜奖等。江苏卫视《江苏新时空》《新闻360》、江苏教育频道《江苏教育新闻》等媒体专题报道了我院学生作品。2019年8月，我校参赛项目《医学影像设备拆装与故障维修示教系统》在第五届全国大学生生物医学工程创新设计竞赛决赛中荣获一等奖，现场展示交流中，本项目得到中国科学技术大学、北京理工大学、桂林电子科技大学、广西医科大学、广东药科大学等高校多位专家的认可与好评。2022年第十三届“挑战杯”中国大学生创业计划竞赛中本专业学生作品成功入围并备战全国决赛，体现专业学生较高的创新素养。

6.4 抓质量赢口碑、强特色铸品牌，毕业生社会美誉度逐年提升

学校通过麦克思报告——徐州医科大学应届毕业生培养质量评价报告，用人单位对既往毕业生跟踪统计，生物医学工程毕业生在社会中的整体评价度逐年上升，工作与专业相关度较高，也得到了新华网、中国青年网、搜狐网等社会媒体的优质报道。以医学影像工程为特色的生物医学工程人才的就业主要集中在医院影像科、设备处，企业如深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司、上海联影医疗科技股份有限公司、美国飞利浦、西门子等影像设备制造企业，南京巨鲨医疗科技有限公司等医疗设备及生物医药企业等，就业方向体现了较为明显的专业培养特色。