医工融合背景下医学仪器原理课程教学体系重构

安荣荣 杜若瑜 马千里 王俊

摘  要：“四新”理念的提出，为生物医学工程专业注入独特的医工融合特色，从而对生物医学应用型人才培养提出全新的挑战。该文以医学仪器原理课程改革为例，在突出医工交叉融合的教学思想指导下，以提升学生专业理论知识、综合设计能力、工程创新思维为目的，从教学内容设计、教学方法构建、教学手段创新等方面为入手点，对医学仪器原理课程教学体系进行重构。通过一系列的教学创新改革，学生的实践能力和创新能力得以综合提升，为培养医工融合高素质生物医学工程科学创新技术人才奠定基础。

关键词：医工融合；生物医学工程；教学体系；医学仪器原理；教学创新

中图分类号：G640        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）35-0089-04

Abstract： The proposal of the "Four New" concept has injected a unique feature of medical and engineering integration into the biomedical engineering specialty， which puts forward a new challenge for the training of biomedical applied talents. Taking the course reform of The Principles of Medical Instruments as an example， this paper reconstructs the teaching system of The Principles of Medical Instruments course from the aspects of teaching content design， teaching method construction and teaching means innovation to improve students' professional theoretical knowledge， comprehensive design ability and engineering innovation under the guidance of teaching ideology highlighting the cross-integration of medical and industrial engineering. Through a series of teaching innovation reforms， students' practical ability and innovation ability can be comprehensively improved， laying a foundation for training high-quality biomedical engineering science innovation and technical talents that integrate medical and industrial fields.

Keywords： medical and industrial integration; biomedical engineering; teaching system; Principles of Medical Instruments; teaching reform

生物医学工程学科是一门综合性强、交叉性高的前沿学科，涵盖了物理学、生物学、信息学、医学和工程领域技术等多学科知识，研究和解决生物学和医学中遇到的相关问题，它是新工科和新医科改革背景下的医工融合桥头堡[1-6]。

习近平总书记提出，要集中力量开展关键核心技术攻关，解决一批药品医疗器械、疫苗等领域“卡脖子”问题[7]。《中国制造2025》[8]也将高性能医疗器械列入重点领域。在生物医学工程专业中，医学仪器原理课程是一门至关重要的专业核心课程，它将现代高新信息科学的发展、生物医学工程学科的研究及医学生物学的应用有机融合在一起，是一门关键的“纽带”课程。课程主要培养学生设计研发现代医学电子仪器的实践能力、创新能力和将理论转化为实际应用的能力，是提高学生综合素质的重要课程，为进行生命科学研究和培养医疗器械行业卓越工程师奠定基础。

一  课程现状分析

课程团队在长期教学实践中发现，大部分学生局限于掌握理论知识和仪器设计方法，对医学仪器综合分析设计能力不足，缺乏融会贯通，导致应用实践与理论脱离，无法满足“厚基础、精专业、强实践、重创新”的专业特色培养要求（图1）。同时，医学仪器技术日新月异，现有课程结构僵化，知识来源单一，内容抽象，与医工融合所需的复合创新型人才培养目标脱节，育人功能不够凸显。

基于以上分析，秉持“德育为先、学生中心、研学融合、持续改进”的教学理念，对标新医科、新工科医工融合人才培养需求，课程团队对医学仪器原理课程进行教学内容、教学方法、教学手段等多方面的深入改革。

二  课程教学内容设计

课程团隊以学生为中心，坚持“四紧齐驱，六性并举”，对教学内容进行重构。

（一）  紧抓基础知识，整合课程内容，体现课程科学性

教学团队以基本概念和原理为主线，进行知识内容的建构和整合，以达到更高层次的知识构建，精心打造了高品质的线上课程——医学仪器原理，课程教学资源丰富，持续更新保障，知识框架合理，单元独立清晰。目前主要包含教学视频、教学课件、随堂测验、问题研讨、典型习题、章节测验和项目式学习七大核心内容，为开展系列创新教学活动提供有力支撑。

（二）  紧盯学科前沿，提升知识内涵，体现课程时代性和先进性

医学电子仪器技术日新月异，传统教材的知识点内容已无法满足科研项目和工程实践对人才更新迭代的需求。教学团队密切关注学科前沿，持续不断地更新教学内容，融入最新的技术和方法，以提升知识的广度和深度。除此，教学周期开始阶段，由学生分组调研举荐当前社会热点仪器，作为新增知识点进行原理和关键技术的学习。

（三）  紧贴实践项目，升华知识体系，体现课程高阶性和创新性

课程团队以创新引领为出发点，基于高端医疗器械领域的国家战略性、知识前沿性、技术创新性和工程系统性等特点，强化学生科技创新使命感、责任感和知识创新、技术创新与工程实践创新能力培养。课程团队围绕“强实践、重创新”的医工融合专业培养目标，将线上线下、自主探究相结合，紧贴实践项目，精心设计仪器设计环节，实现基本理论知识与实际问题之间的融会贯通，进行知识体系拓展升华。依托5个课内实验项目和6个仪器模块设计作业和1个团队自选综合仪器设计项目，培养学生将理论运用到实践中去，增强自主学习和解决问题的能力，做到以学促用；通过参加医学仪器创新设计类型竞赛，培养学生仪器设计能力和创新思维，达到以创促新；在推进产学研医工融合项目的过程中，调动学生的创新热情，实现以思促行。

（四）  紧扣课程思政，强化知识育人，体现课程思想性

课程团队以教师为出发点，提高自身专业素养，打造高效课堂，做到微光引路星火燎原，实现“传道授业解惑，诠释大学之道”德智相融；以知识点为主线，以科技报国和民族复兴的使命担当、创新精神与创新能力、工匠精神等思政元素与红色校史文化[9]为抓手，形成五大思政模块，建立课程思政案例库（表1），蕴育“仪”路报国蓝色梦想，润物无声地浸润教与学的全过程；将线拓展为面，组织学生参与医学仪器相关的公益活动、科普活动，使课程育人功能延伸，让课程变得有温度。课程组构建了以点引线、以线带面，点线面螺旋上升课程思政模型，做到显性育人和隐性育人结合[10]、课内育人和课外育人结合。

三  教学方法和手段创新

团队于2020年开始利用在线课程实施翻转课堂混合式教学模式。采用PBL教学法，并辅以分组学习的TBL教学法，融入课程思政、培养仪器设计能力，强调过程化管理和形成性评价。

（一）  融入多环教学设计，构建“探究混合式”教学模式

整个教学过程课程团队实施“探索混合式”教学，具体流程（图2）如下。

1  课前导学

依托线上平台进行，是学生进行知识点广度、深度学习的第一步。教师提前发布知识单元教学资源、学习任务与目标、任务点截止时间等。首先，学生明确每节课学习目标，带着引导性问题进行线上自主学习，期间可参与小组成员之间交流及平台讨论分享观点；其次，学生需完成课前导学知识点测试；此外，学生可通过完成实践作业，提高利用基本原理解决实际仪器设计问题的能力；通过阅读应用拓展和学术前沿资料，开阔眼界，了解基础知识在科学前沿问题研究中的作用。

2  课中研学

是线上线下相融合的过程，教师融入多元化教学手段和方法有针对性地设计线下翻转课堂的各个教学环节，帮助学生完成线上学习重难点知识的内化，弥补线上学习的不足。首先，教师根据网络平台数据中学生对该知识点反馈情况及时调整教学内容，有针对性地设计线下翻转课堂的各个教学环节，对知识点进行重难点讲解；其次，针对教学内容进行课中测，进一步巩固学生对知识的理解；再次，针对重难点问题设置课堂分组讨论题目，合作探究，通过抢答选取若干学习组进行汇报展示。最后教师对学习内容进行补充讲解和总结。

3  课后延学

学生通过线上平台或线下与教师实现答疑互动交流，定期完成相关知识点的作业测验。教师根据学生三个阶段的学习数据，预测学生下一阶段的学习质效，对学习困难的学生进行及时的干预和帮扶。

4  设计实践

巩固学生仪器设计能力，通过电路模块设计、电路纠错、综合实验设计和撰写实验报告加强对理论知识的理解和融会贯通。

整个混合课程实施过程中，任课教师均以学生为中心，根据学生知识点掌握情况动态调整课堂教学内容，切实做到针对每一个知识点、每一堂课、每一个知识单元和每一轮翻转教学都进行学情分析，通过“教”与“学”的反思总结，持续进行课程教学改进，形成闭环。

（二）  融入多元化教学模式，打造高效翻转课堂

本课程形成了以“课程讲授”为主，“在线自主课堂、专题讨论、案例教学、现场教学、实物演示、专家进课堂”等相结合的“1+N”多元化翻转课堂教学模式。例如，在心电图、脑电图、除颤仪和血压测量等知识环节采用“专家进课堂”教学模式，通过科室医生、仪器工程师、科研学者等专家的讲解、交流和操作，让学生了解第一线的需求，学习最前沿的技术，掌握更专业的知识。互动环节除必答环节和抢答环节外，还设置主题讨论环节、设计竞赛环节、游戏互动环节、项目研究汇报和学生问卷调查等多种教学手段。根据不同的单元内容，融入不同的教学方式和互动手段实现对学生的多维立体式教学，打造高效翻转课堂。

（三）  融入网络信息技術，构架开放拓宽学习环境

通过将现代网络信息技术深度融入整个教学环节，建构融合线上的线下的混合式教学模式，能够实现学生课堂内外高效学习。课前，开展线上学习强调的是学习过程中督促和督导；课中，课堂授课以学生为主体互动式教学是关键；课后的后台移动管课以反思为核心。教师通过把控、分析全过程学习数据，掌握学习状况，反思教学质效，持续改进。教学平台实现师生线上线下多渠道高效联动；前测、中测与后测及时反馈学习质效，教学张弛有度；突出课程整体性，打造开放延伸多元课堂。

四  课程考核评价体系构建

为了实现课程评价主体的多元化、评价手段的多样化及评价内容的综合化，课程团队构建了以学生为主体的“四位一体”考核评价体系，其中包括知识点测试类（知识点前測、知识点后测、章节测和期中测试）诊断性评价、随堂习题研讨类（随堂测试、思维导图和结构式研讨等）的形成性评价、 学期期末试卷的终结性评价及仪器设计实践活动类（医学仪器模块设计、验证性实验、大型综合实验等）的特色性评价四个部分。

五  改革成效

教学创新改革后，学生学习积极性大幅提高，反馈评价效果好（图3），医学仪器设计能力明显提升，获得多项国家级省部级医学电子仪器创新设计类竞赛奖项；在教学改革期间，课程组建设了省级在线开放课程，被多所学校选为异步SPOC课程进行线上学习；教师通过技能竞赛和指导学生参加竞赛，大幅提高了创新教学水平，课题组成员多次获得省部级教师技能竞赛一等奖，在构建与实践生物医学工程专业医工融合创新人才培养新体系方面取得了较为显著的教学成果。

六  结束语

生物医学工程学科是一门综合性强、交叉性高的前沿学科，是新工科和新医科改革背景下的医工融合桥头堡。本文以医学仪器原理课程改革为例， 在突出医工交叉融合的教学思想指导下，从教学内容设计、教学方法构建、教学手段创新等多方面入手，探讨了医工融合背景下生物医学工程专业课程的教学创新模式。本文的研究不仅为生物医学工程专业相关课程的改革提供了参考依据，同时也为其他相关专业提供了可供借鉴的经验。

参考文献：

[1] 林佳，王莉，贺宝玲，等.创新教学理念下生物化学课程新型教学体系的重构[J].高教学刊，2022，8（36）：59-62.

[2] 王伯初，刘德芳，徐志玲，等.基于工程需求的多维度知识融通研究生教学模式探究——以生物力学与医学工程课程为例[J].高教学刊，2023，9（5）：10-13，20.

[3] 王晨波，班戈，陈坤.高质量发展阶段基于医工融合的医学工程综合实验室建设方法初探[J].科技风，2022（11）：145-147.

[4] 阎红灿，谷建涛，赵艳君，等.医工融合通识拓展课程的教学模式设计与实践[J].计算机教育，2022（10）：192-196.

[5] 谢蒙蒙，周越，叶坚.关于生物医学工程研究生培养改革的思考与探索[J].生物医学工程学进展，2022，43（4）：246-250.

[6] 刘旭辉，刘祎，桂志国，等.生物医学工程专业“医工深度融合”人才培养模式探讨[J].新课程教学（电子版），2022（23）：174-176.

[7] 习近平在教育文化卫生体育领域专家代表座谈会上的讲话[EB/OL].http：//jhsjk.people.cn/article/31871323.

[8] 国务院关于印发《中国制造2025》的通知（国发〔2015〕28号）[EB/OL].https：//www.gov.cn/zhengce/content/2015-05/19/content_9 784.htm.

[9] 李飞，王昆，季薇，等.红色文化融入研究生课程思政的价值意蕴与实践逻辑[J].研究生教育研究，2023（4）：46-51，55.

[10] 赵亮.“三全育人”视角下高校思想政治教育协同育人机制研究——以隐性教育与显性教育的有机融合为例[J].高教学刊，2023，9（8）：160-163.