“新医科”背景下生物医学工程非电子方向的化学课程体系构建研究

莫光权 阳范文

摘 要：本文主要从课程体系的背景与形式、课程的设置与实施状况以及课程的融合与实用性需求三个方面对目前医工类专业的化学课程体系进行了分析和探讨，并以此为基础，提出分层次构建适应“新医科”背景下生物医学工程非电子方向的化学课程体系，引入“第一课堂”协同“第二课堂”的复合教学模式，并给出依据新体系设计的化学课程评价方法，以期培养学生多学科交叉融合的科学素养，提高学生应用知识解决医学问题的综合能力，进而为“新医科”背景下生物医学工程专业复合人才的培养夯实基础。

关键词：新医科；生物医学工程；化学课程体系

中图分类号：G642  文献标识码：A

1 概述

2019年，《教育部办公厅关于实施一流本科专业建设“双万计划”的通知》发布，明确提出以“新工科、新医科、新农科、新文科”的示范性本科专业，来引领高校的高等教育改革，全面构建高水平人才培养体系［1］。此后，各大高校纷纷启动改革热潮，并结合自身特点与优势，建设适应新形势下的特色专业。其中，备受教育界关注的高校特色专业之一是医学类高校开设的新工科专业。医科院校开设的医工类专业，如智能医学工程、医学信息工程、智能康复医学以及生物医学工程等专业，以医学科学问题和医疗实际需求为基础，以新兴的工程技术为手段，通过深度的医工融合来优化诊疗质量、提高医学研究水平及创新医疗产业的发展，具有广阔的前景和深远的战略意义。在“新医科”背景下，大数据、云计算、物联网以及人工智能等工科专业与医学的深度融合也是实现新兴医学、精准医学和智能医学等“新医科”的必由之路。因此，新形势下，医工类专业人才的培养体系成为教育研究的热点。例如，“三对接三融合三协同”培养医工结合新工科人才的探索［2］，医工融合式“医学成像原理”课程教学改革［3］，“新工科”“新医科”改革下生物医学工程专业的医工融合教学创新［4］等。医工类专业的典型特色专业是生物医学工程，该专业一方面要求学生掌握化学、生物学和医学相关知识，另一方面要求学生结合医学科学问题及医疗实际需求深入学习电子、信息和计算机类的专业知识，形成具有扎实理工科基础，兼备解决临床实际问题能力的多学科交叉素养。生物医学工程专业的人才培养方向主要可以分为电子方向和非电子方向，非电子方向主要包括生物医学材料、生物医学纳米技术和生物传感芯片等。在非电子方向的专业人才培养体系中，化学课程是不可或缺的敲门砖，尤其是在锻炼学生的观察能力、动手能力以及严谨的科研素养方面。非电子方向的化学基础课包括普通化学、无机化学、有机化学和物理化学等。这些课程是非电子方向学生的重要自然科学素养，也是从事相关行业必不可少的化学基础。但是，非电子方向的应用领域众多，如医学诊断、成像、治疗和康复等涉及多种材料、化合物、制备工艺和器械等。因此，在形势下，必须根据专业应用方向来构建适合非电子方向的化学课程体系。本文分析探讨了目前医工类化学课程体系的整体情况，旨在探索“新医科”背景下，适合生物医学工程非电子方向的化学课程体系，以期有效构建专业人才的科学素养和化学基础，促进化学知识在专业应用中的交叉融合，提高解决实际问题的能力与综合素质。

2 医工类专业化学课程体系分析

在高等教育中，化学课程是自然科学的重要理学基础，对于培养学生在认识世界、改造世界、掌握客观规律以及积累实际经验等方面起着至关重要的作用。就医工类专业人才培养体系而言，如何积淀学生的化学素养，构筑学生的理学思维，提高学生的实验动手能力是专业人才培养的重点与关键。分析和了解当前医工类专业培养体系中，化学课程的定位、设置以及相关的发展趋势和实施情况对于医工类专业人才的配置至关重要。医工类专业化学课程体系分析，概述如下：

2.1 课程背景及形势分析

国内医科院校中，化学课程体系的定位区别较大，尽管各大医科院校都把化学课视为公共基础课，但在各自的培养体系中，化学课的设定、学时数安排以及课程考核方式的都存在不小的差异。近年来，为了进一步增强学生的自主学习能力，让学习的主动权充分回归学生，提高学生学习主体意识，医科院校逐步对专业人才的培养计划进行了修订和完善。在这个调整过程中，公共课和基础课的内容篇幅有所精简，课程的学时数也相应减少［5］。在众多基础课程中，化学课的学时也进行了相应的调整，理论课和实验课的学时数都出现了一定程度的降低。然而，在化学课程大幅度调整的同时，化学的知识体系却在不断丰富，新体系、新规律和新工艺发展迅速。因此，在新形势下，需要更为合理的设计和构建新型的化学课程体系。只有把握好课程的对象，讲解的内容以及学习的深度，才能更好地培养学生自主学习化学基础知识的能力，使学生具备良好的理学素养以及较强的科研实验能力。

2.2 课程设置及实施状况分析

化学课程的设置是为了让学生掌握基本化学知识，获得一定的动手实验能力，从而为专业能力的培养奠定基础［6］。目前的化学课仍有很强的化学色彩，学生最大的印象就是化合物、符号和反应，缺乏专业气息。化学课上，主要侧重于化学基础知识讲解、化学实验技巧训练和化学案例解析。生物医学工程专业中的化学问题、规律和技巧没有在化学课程体系中得到合理的设计和引导，化学课程与生物医学工程专业课程脱节，化学基础与医工专业不能有效衔接。此外，化学的实验课也没有适当融入专业特色，缺乏一些内含医工元素的综合性实验。因此，在新形势下，调节并优化化学课程，促进课程体系与专业课程衔接，对于构建完善的生物医学工程人才培养体系非常重要。

2.3 课程实用性及融合分析

化学是一门重要的基础学科，在自然科学中有着十分突出的地位和作用。化学与各个学科的融合极大地改善了人类对客观世界的认知。化学与生命科学、医学以及工程学的深度融合是生物医学工程专业在解决医学问题和医疗实际需求中的关键，也是医工新科技发展的必然趋势。目前，在生物医学工程专业的培养体系中，化学基础课主要由化学专业的教师讲授。虽然化学教师可以将内容讲透彻，但是，化学教师没有医工类的专业背景，缺乏解决医工实际问题的经验。这就容易导致培养体系中的化学知识相对独立，化学知识在医工专业实际应用中的交叉融合难以体现。因此，将医工专业应用和实际场景中的化学痛点凝练出来，并合理地融入化学课程体系教学中，促进化学知识与医工实际应用深度融合，是新形勢下生物医学工程专业人才构筑扎实化学背景的迫切需求。

3 生物医学工程专业非电子方向化学课程体系的设计与构建

基于医工类化学课程体系的分析，以教研会议或者集体备课的形式邀请医工类专业的相关专业教师仔细梳理专业课程中所需的化学知识点。在认真听取专业课教师的各方意见，以及充分保障化学课程教学质量的要求下，选取生物医学工程专业非电子方向的化学基础课构建目标化学课程体系。具体内容如下所述：

3.1 构建层次递进的化学课程体系

根据专业人才培养体系的需求，结合专业课教师，学科带头人，以及企业技术精英对化学知识体系的梳理，将化学课程体系划分为两个层次：化学通识课和专业基础课。化学通识课是整个专业培养的化学基础和理学背景，主要包括化学基本理论和规律、常规化合物的物理和化学性质，经典的化学反应类型和制备合成方法，以及各种代表性的化学实验。化学通识课程可精简优化为两门，分别在第一学年的上和下两个学期开设。上学期开设无机化学（48学时），理论32学时，实践16学时。下学期开设有机化学（48学时），理论32学时，实践16学时。化学通识课程的学习，主要培养学生的化学基础，掌握化学基本知识，熟悉物性和反应，具备一定的实验能力和科学素养。专业基础课是学生掌握生物学，药学和医学相关背景的关键，也是衔接化学知识体系和医工特色专业的重要桥梁。专业基础课主要包括生物化学、药物化学、物理化学和高分子化学。在完成无机化学和有机化学的课程学习基础上，第二学年的上学期可开设生物化学和物理化学，第二学年的下学期可开设药物化学和高分子化学。有机化学及生物化学的知识可为学生进一步学习生理学、病理学和药理学等课程奠定基础，进而构建学生的生物医学背景，使学生能够很好地掌握医学的问题以及医疗实际需求。无机化学、物理化学和高分子化学的知识可为学生进一步学习生物医学材料、医学纳米技术、医学传感与检测技术、人工器官等课程学习铺平道路。专业基础课的学习，主要是让学生体会到专业方向应用平台的原理、方法与技巧，比如生物医学材料的设计与合成，治疗药物的靶向递送与释放，检测器械的构建与运行等，从而让学生具备一定的专业素养，获得专业的综合能力。

3.2 “第一课堂”协同“第二课堂”的复合教学模式

新医科背景下，要实现医工深度融合，突出专业特色，凝聚综合能力，就必须要从传统的“学”加“考”的模式中脱离出来。因此，基于层次递进的化学课程新体系，结合专业特色与培养目标设计“第一课堂”协同“第二课堂”的复合教学模式。第一课堂依据教学大纲实施教学，主要包括课前预习、课堂讲授和课后巩固。教学大纲的制定必须结合专业需求与培养目标，精简教学内容，在限定的学时内完成化学基础知识的学习，案例的挑选要专、精、新。课前预习，通过学习通平台发布一些有针对性的趣味问题和案例，让学生带着问题学习相关章节内容。课堂讲授，通过多媒体工具，结合图片动画讲解重点和难点并给出精准例题强化。课后巩固，布置典型的习题和拓展性的实例，加深学习的印象并拓展知识的应用。例如，溶液性质部分的学习，课前设计预习问题：病人输液为何通常使用生理盐水？课堂结合图片和动画讲解溶液的蒸气压变化以及溶液的渗透压，讲解渗透浓度和等渗溶液两个知识点，解答课前疑问。课后巩固案例设计为：什么是血液透析？血液透析机的工作原理是什么？通过第一课堂的教学设计，使学生在有效学习化学基础知识的同时，了解知识的专业应用，为高年级专业能力的培养奠定基础。

第二课堂是围绕高年级参加学科竞赛所挑选设计的教学活动。要培养学生解决实际问题的能力，就必须让学生置身于一定的应用场景中。学科竞赛，如“挑战杯”“互联网+”和“全国大学生生物医学工程创新设计竞赛”等，都是学生综合能力的重要赛场，以赛代练更能培养学生的实操能力。根据专业教师的背景设计参赛项目，通过团队合作让学生进行跨学科的演练，促进学科的交叉以及知识体系的融合。例如，学生在学习无机化学、物理化学和生物化学课程后，可在专业课医学传感器的课程中学习血糖仪的工作原理。进而可以设计血糖的检测与动态监测相关为项目，参与到学科竞赛中。通过学科竞赛，可让学生更深地体会到血糖监测的科学原理和意义，也为学生了解实际应用提供切实的场景。第二课堂的协同教学可以更加全面地锻炼学生的实际应用能力，为解决“知识脱节”“学科融合不足”提供了可行的方向。

3.3 完整的化学课程评价体系

化学课程的学习效果评价主要考核学生掌握知识水平和应用知识能力的评估，包括形成性评价、终结性评价和实际综合能力考查。形成性评价主要是学生在学习过程中的评价，包括课前预习（30分）、章节小测（30分）和實验成绩（40分），此部分用作课程考核的平时成绩，课程总评占比40%。课前预习和章节小测可在学习通上通过视频和作业发布，实验成绩则以实验报告得分为准。终结性评价则是学生总体知识掌握水平测试，主要方式为期末闭卷考试，总分100分，课程总评占比60%。通过形成性评价和终结性评价来全面，系统地评价学生的学习成果，培养过程清晰，学习效果客观。第二课堂主要是第一课堂的协同与延伸，能够更加客观和真实地展现学生的融会贯通的能力、知识应用的能力以及综合解决实际问题的水平。竞赛的结果直接体现了第二课堂的学习效果，也会被直接纳入人才培养评价体系，在评优和升学方面给予体现。

4 总结与展望

本文主要探讨了“新医科”背景下生物医学工程非电子方向的化学课程体系构建的思路。首先，分析了新医科背景下，生物医学工程专业非电子方向化学课程体系存在的主要困境：“培养方案学时有限，教学难度大”“化学课程与医工类专业课程脱节”以及“化学知识与医工实际应用交叉融合不足”。针对这些困境，本文提出分层次构建适应“新医科”背景下生物医学工程非电子方向的化学课程新体系，引入“第一课堂”协同“第二课堂”的复合教学模式，构建综合全面的化学课程体系评价方法，以期培养学生多学科交叉融合的科学素养，提高学生应用知识解决医学问题的综合能力，为新形势下生物医学工程专业人才的培养夯实基础。

参考文献：

［1］教育部办公厅关于实施一流本科专业建设“双万计划”的通知.http：//Www.Moe.Gov.Cn/Srcsite/A08/S7056/201904/T20190409_377216.Html.

［2］何青，林林，方向林.“三对接三融合三协同”培养医工结合新工科人才的探索［J］.黑龙江教育（高教研究与评估），2023（08）：5557.

［3］吕丹，郭世俊，严加勇，等.医工融合式“医学成像原理”课程教学改革［J］.教育教学论坛，2021（12）：8992.

［4］杨润怀，朱华庆.“新工科”“新医科”改革下生物医学工程专业的医工融合教学创新［J］.九江学院学报（自然科学版），2020，35（04）：69.

［5］季超越，王杰，丁丹.新工科背景下医工类专业数学课程体系构建研究［J］.科技风，2023（23）：126128.

［6］蔡东，张志华，赵桂芝.新医科背景下有机化学案例教学探索［J］.卫生职业教育，2021，39（19）：8385.

作者简介：莫光权（1982— ），男，汉族，四川泸州人，博士，讲师，研究方向：电化学理论和电化学方法应用。