生物醫學工程專業復合型《醫學儀器》課程教學的實踐與探索

楊 濱，徐燦華，邱力軍，付 峰，董秀珍

（第四軍醫大學 生物醫學工程學院，陜西 西安 710032）

生物醫學工程自20世紀50年代誕生以來，因與醫學工程和生物技術的緊密關系，其經歷了非常快速的發展，目前已經成為各國爭相發展的高技術之一，具有很好的社會效益和市場效益［1］。近年來，我國的生物醫學工程學科呈現出高速發展，對相關人才的需求日益增大，為此，我國有近70所醫科大學、理工科院校和綜合大學設置了生物醫學工程從本科到博士的專業及相關科研鄰域［2］。然而，生物醫學工程作為一門高度綜合的學科，具有跨學科的知識范疇，在人才培養模式方面不同于傳統的專業學科，容易出現以偏概全的現象，無法真正體現出生物醫學工程多學科知識綜合的特點，難以更好地滿足目前社會、經濟發展對高素質復合型生物醫學工程專業人才的要求。這一特點也體現在當前醫療單位對生物醫學工程人才的需求上，即已從單純維修型向使用、維護、管理、研制、開發等綜合型過渡，既要參與課題研究解決醫學問題，又要參加醫院信息、網絡等全面管理和技術服務。鑒于此，培養應用型和研究型的綜合型人才已成為我校生物醫學工程專業課程教學的目標之一，即在知識結構上滿足學生第一任職需要，又使學生具有較強的發展潛力。

《醫學儀器》作為生物醫學工程專業重要的主干課程對完成這一人才培養目標起到重要作用。醫學儀器是生物醫學工程技術的載體和最終的成果形式，涉及電子、計算機、材料、機械等多學科知識，知識面和技能面廣，具有信息豐富、內容抽象、實踐性強的特點［3］。因此，課程教學應著眼于幫助學生掌握各類儀器結構和原理、了解醫學儀器設計的基本方法和思路，使得基礎理論學習同實踐與創新能力的培養有機的結合，實現綜合型人才的培養［4］。但是，該課程知識點眾多、內容比較抽象，以往教學局限于理論授課且實驗設備昂貴難以開展實踐內容、教學時數有限，因此學生缺乏相應的學習熱情、教學難度較大。針對這些教學難點，教學組以本專業學生第一任職和未來發展的實際需求為出發點，對課程進行復合型教學的改革和探索，以達成鍛煉實踐技能、增強社會適應能力、培養科研意識、全面提高學生綜合素質的教學目標。

1 《醫學儀器》課程教學特點

《醫學儀器》是一門內容豐富的專業課程，目前有限的教學課時使得教學內容過于單薄，但如果為了適應教學目標，盲目增加課程內容，擴大教學覆蓋面積，導致的結果是學生知識面廣而不深，專業基礎不牢，非常不利于后期深造。如果過重專注基礎內容，沒有涉及醫療單位已廣泛使用的新設備，則知識體系過于陳舊、與實際應用脫節，學生第一任職的適應能力薄弱。這就對課程內容的優化選擇提出更高的要求，需要做到去粗取精、重點突出、前后融合。

同時，根據發達國家生物醫學工程教育取得成功的共同經驗之一，就是既重視學生的理論基礎，又重視他們的實踐動手能力、實際操作能力，這樣才能培養起學生的創造精神和創新意識，并發展想象力［5］。因此，實驗教學應是本課程的重要組成部分，在實踐中學習現代醫學設備的設計方法和思路、訓練學生實際動手和科研能力、培養創新思維，但在內容和形式上卻應區別于其后的綜合實驗和畢業設計。

此外，現代醫學儀器是當代高新技術與生物醫學相結合的產物，它必須通過產業化走出實驗室實現為醫學服務的目的［6］。而產業化進程中的設計、開發、生產、管理、銷售、售后等環節都對生物醫學工程專業人才提出不同的知識需求。因此，在課程教學中融入對國內醫療設備研發情況和產業現狀的介紹，將成為提高學生社會適應能力的一種行之有效的手段。

2 復合型《醫學儀器》課程教學

根據本課程的特點，以實現應用型和研究型的綜合性人才為教學目標，引入復合型教學方法，改進教學方式和模式，以提高教學效果。

2.1 優化和擴展的教學內容

為了符合醫學儀器產業化對人才的需求，在課程內容的選擇上做到優化與擴展結合，既要保證典型儀器的覆蓋，同時突出新設備新技術。教學組摒棄傳統的分類方式，根據臨床應用將理論內容分為七大類，分別是生理信號檢測儀器、監護儀器、光學儀器、臨床檢驗儀器、植入式儀器、公共醫療儀器及醫學儀器的安全性。其中生理信號檢測儀器集中介紹無創血壓測量、無創血流測量，而以往的心電、腦電測量因與前期《生物醫學電子學》課程的內容重復，則歸并至監護儀器講解；監護儀器詳細講解多生理參數床旁監護儀的基礎上，介紹手術監護、麻醉監護和胎兒監護設備；光學儀器屬于新擴展內容，側重于臨床大量使用的醫用內窺鏡、驗光儀以及激光治療儀；臨床檢驗儀器覆蓋常規生化檢查，包括生化分析儀、光度計、色譜儀、血糖儀和尿液分析儀；植入式儀器僅學習心臟起搏器；公共醫療儀器也屬于擴展內容，選擇了呼吸機、麻醉機、血液透析儀、醫用高頻電刀和各類手術器械等病房、ICU、手術室標配設備及耗材進行介紹。

2.2 模塊化互動式的教學方式

在教學實施過程中，根據內容進行模塊化教學，每個模塊獨立講授一類儀器，相互間既有聯系又有區別。聯系在于使用相同的教學方法，即課前準備教學“三大件”：講義、教案、多媒體幻燈，課中采用啟發式教學。其中講義作為教材的補充，內容來源于國外教材的翻譯、最新文獻的總結，可以根據教學內容的變化進行補充修改。講義的使用有助于教師實現個性化教學、學生理解教學內容，并且能夠及時增加本學科發展動態、國內外重大研究成果。這樣不斷追蹤新方法和新技術的應用，積極培育學生的學習興趣的同時讓學生全方位地認識這門課程的實用性和重要性。而互動式教學則是教員就教學內容向學生提問，引起學生主動思考，或者學生隨時就疑問向教師提問，幫助學生理解難點重點內容，從而變“灌輸式”的被動學習為主動學習。而且，這種互動式的教學，有助于營造和諧、平等的教學環境，鼓勵學生提問或發表觀點。在這樣的教學氛圍里，學生勇于發現問題、敢于提出問題、渴求解決問題。

2.3 專業領域的專題講座

隨著新技術新方法的不斷應用，醫療設備領域發展日新月異，與醫學儀器相關的工作對從業人員的要求也不斷細化。為了適應這種需求，教學組利用各種資源組織開展了設備研發、臨床管理、儀器安全評估與認證、市場和業界動態四大類專題講座，講授者來自科研院所、三級甲等醫院設備科、醫療器械認證公司、外資醫療器械公司等。講座分為兩段進行，第一段約30分鐘為講授，第二段約20分鐘的提問與討論。通過講座與對話，不但使學生接觸了前沿動態、開闊視野，而且能幫助學生理解學習目的、樹立學習目標、調動學習熱情和積極性。這一教學方式充實了課程的教學內容，將實踐知識帶入課堂，真正做到學習需求與教學內容相聯系，從而更好地實現課程的教學目標。

2.4 項目式的課后作業

以往課后作業的內容習慣于采用教材附帶的習題，其設計多偏向于單個知識點的練習和復習，但由于《醫學儀器》課程自身側重于使學生掌握醫學儀器的基本工作原理和設計方法，培養學生的系統設計思想和工程實踐能力，因此教學組自2004年開始就對課后作業的形式和內容進行了一系列的探索，確定了以項目為導向的綜合性課后作業。作業的實質就是在人體體溫、心電、血壓、呼吸、心音、脈搏等生理信號中任選一種作為測量目標，撰寫綜述回顧測量方法、設計電路、仿真驗證并完成設計報告。測量目標選擇是提出問題的過程，即被測信號的特點是什么、信號處理的要求是什么、輸出結果的形式是什么、測量電路的技術指標是什么；撰寫綜述則是形成設計思路的過程，通過復習課程內容、查閱相關參考文獻，整理歸納資料，進而確定設計方案，并由教員對方案的可行性進行核準；方案的實現采用Protues軟件進行電路圖的繪制和仿真驗證，一般包括生理信號的濾波放大、處理、隔離和輸出等功能；最后以報告的形式進行總結。這種形式的作業在鼓勵學生利用理論知識解決實際問題、培養學生實踐能力的同時，又練習了科研論文及設計方案的寫作，并且在課程體系中也起到承上啟下的重要作用，后續“綜合實驗”課程中將依據此方案進行電路安裝和調試［7］。

2.5 基于虛擬儀器技術的實踐教學

實驗教學是本課程教學的重要組成部分，隨著教育理論的發展，研究型實驗課越加受到重視，這是培養學生科研能力、創新思維的重要途徑之一。然而，《醫學儀器》開設研究型實驗所需的硬件平臺價格昂貴，因此我們另辟蹊徑，選擇利用虛擬儀器技術［8］設計研究型實驗，不僅達成教學目標，又補充了儀器設計的新方法。實驗主要內容為在MIT－BIH心率異常數據庫［9］中任選一種病理狀態的ECG數據，編寫Lab－VIEW程序完成數據的讀取顯示，利用信號處理方法提取心電波形的特征參數，以此為據實現判斷異常ECG的方法。實驗分組進行，每組選出負責人并分析任務、提出解決方案、落實分工、撰寫任務書，由教師核準后開始實驗。實施過程中教師全程參與，認真論證實驗方案、給予適當指導的同時，對實驗各環節出現的問題同學生展開積極討論，并隨時督促實驗進度。最后按分組進行現場考核，結合實驗報告給予總評。通過實驗教學，使學生了解課題研究的一般過程，鍛煉學生的解決問題的能力，培養團隊協作精神。

3 復合型教學對學生綜合素質培養的意義

課程教學實踐與探索應以培養學生綜合素質滿足實際工作需求為主線，教學組多次參加學院組織的畢業生交流討論會以及與用人單位的座談會，逐漸總結出學生的適應能力、實踐能力和科研能力是影響未來工作和發展的重要因素，因此教學內容的調整與方式的改革均著眼于培養三種能力來提高學生綜合素質。

3.1 適應能力的培養

這里的適應能力指學生畢業后的適應工作的能力，是社會適應能力的重要組成部分，是學生完成轉換角色、融入工作和團隊的基礎。為此，利用涉及工作各個方面的專題講座，幫助學生形成對工作的初步了解，并在討論中幫助學生對職業設計形成正確認識。同時，在實驗教學中利用小組內的分工與合作促進團隊意識和協作精神的形成。

3.2 實踐能力的培養

實踐能力已經成為人才綜合素質的核心組件，表現為綜合運用理論知識解決問題的能力。為此，利用項目式的課后作業和開放式的實驗教學，讓學生更多地參與儀器的系統設計與開發工作，在實踐中引導學生對難點問題進行分析，靈活應用所學的技術方法加以解決，有效地強化學生的綜合設計能力和實際動手能力。

3.3 科研能力的培養

科研能力的培養是目前高等教育的主要內容，通過教學中有機地融合科學研究的訓練，是提高學生綜合素質的有效途徑。為此，在實踐教學中加入了綜述和實驗報告的撰寫、文獻資料的查閱學習、系統設計的獨立完成，潛移默化中完成對學生科研思維的培養和研究方法的訓練。

4 結論

針對任職與個人發展對生物醫學工程專業學生能力需求的變化以及《醫學儀器》課程的特點，結合自身教學實踐，建立了復合型教學模式，突出對學生適應能力、實踐能力和科研能力的培養。這種教學模式與以往相比，具有教學內容切合實際、教學方法生動新穎、實驗教學開放自主的特點，有利于提高學生的綜合素質。然而，《醫學儀器》課程的教學改革和探索研究是一項長期任務，在教學內容和方法上仍有需要改進之處，比如項目式課后作業仍局限于使用傳統器件進行設計，沒能引入現代集成電路式儀器的設計理念，而實驗教學集中于心電信號的采集處理，不足以覆蓋更多的相關知識應用，這將是我們繼續發展和研究的重點。

［1］張陽德，王 毅，任力鋒.生物醫學工程教育模式和人才培養途徑的探討［J］.中國醫學工程，2004（3）：106－107.

［2］余大昆，李義兵，洪俊田.醫學院校醫學工程型人才培養模式的探索與實踐［J］.中國高等醫學教育，2001（6）：36－37.

［3］王群芳，和衛星，李天博.生物醫學工程“醫學儀器”課程教學方法分析［J］.中國電力教育，2010（33）：133－134.

［4］漆家學，李雪琦，尤富生，等.淺談新形勢下生物醫學工程專業人才培養［J］.醫療衛生裝備，2008，28（9）：526－531.

［5］季振宇，張 雯，王 楠，等.生物醫學工程本科專業課教學實施教育國際化的思考［J］.醫療衛生裝備，2011，32（10）：411－412.

［6］尤富生，史學濤，付 峰，等.生物醫學工程專業畢業設計教學研究［J］.醫療衛生裝備，2008，29（9）：566－567.

［7］漆家學，董秀珍，李 斌，等.在生物醫學信號檢測與處理綜合實驗課中培養學生綜合能力［J］.中國高等醫學教育，2004（5）：47－48.

［8］方向林.LabVIEW與虛擬醫學儀器［J］.生物醫學工程研究，2006，25（1）：65－66.

［9］http：／／www.physionet.org／physiobank／database／mitdb／