《醫學儀器原理及設計》課程的特色化建設

劉珂舟，楊勇，祝磊，徐平，薛凌云

摘要：《醫學儀器原理及設計》作為生物醫學工程專業的特色專業課程，具有專業知識點多學科交叉，課堂內容復雜，與實踐結合緊密，行業發展速度快等特點。以往的課程設置往往只是局限于其中的一個部分，無法滿足培養全面型人才的要求。因此我們改變以往單一方式的該課程教學模式，建立一個由醫學儀器基本原理介紹、不同種類醫學儀器簡介及設計原則、醫學虛擬儀器設計構成的新的教學體系，是順應現代儀器技術發展的趨勢，實現教學相長，最大限度地滿足現代生物醫學工程發展的要求，使學生畢業以后能夠在醫學儀器的設計應用上有一個質的飛躍，更能適應社會需要。

關鍵詞：醫學儀器；課程改革；虛擬儀器

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）15-0164-02

一、課程特點分析

生物醫學工程是一門跨學科的相對較新的專業，它綜合性強，在十幾年的發展過程中，生物醫學工程在生物、醫學、工程各個領域都有了長足的發展，所涉及的領域也越來越廣。但在國內外高校中，對于生物醫學工程專業本科生的培養方式則一直秉持著用工程角度來審視生物/醫學問題的理念。所以在生物醫學工程專業的基礎課程中，既有細胞生物學、人體解剖與生物學等生物醫學課程，也有數字信號處理、單片機原理及應用等工程類課程。旨在用技術科學的概念和方法來解釋和描述人體各層次的成分、結構和功能，以及人體各種正常生理功能與病理狀態之間的差異，同時探索防病、診斷、治療及功能輔助的具體技術和設備[1]，因此《醫學儀器原理及設計》課程一直是生物醫學工程專業重要的特色專業課之一。

作為生物醫學工程系的專業必修課，《醫學儀器原理及設計》課程的教學體系的建立對于本專業學生專業知識的學習起著至關重要的作用。它涉及到生物醫學工程與電子信息技術及儀器兩個專業的知識交叉與融合，所以該課程的特色化建設對于一個學校生物醫學工程的發展尤為重要。現代醫學儀器在生物醫學工程學科發展和現代臨床的診斷、治療中所發揮的作用是不可或缺的。從簡易的數字血壓計到大型CT（X射線電子計算機斷層掃描）的結構，都是與現代醫學電子技術密不可分的。因此，了解并掌握它們的工作原理、電路組成和設計原則，對促進學科、教學發展，保障學生的培養質量和提高自身的市場競爭力都具有重要意義。

同時，現代醫學儀器又是現代工程技術的結晶。隨著微電子技術和計算機技術的飛速發展，現代醫學儀器的設計無論是內容、方法還是成本都發生了根本的變化。計算機與傳統的醫學儀器儀表的結合已成為一種趨勢，這項技術來自于虛擬儀器的概念[2]?，F代醫學儀器系統應該是一個開放式的系統，在這個系統中，可以根據當前生物醫學測量技術、生物醫學信息處理技術、計算機技術和集成制造技術等的發展，隨時改善其系統構成，從而使其永遠是一個先進的系統。而借助于近幾年發展起來的虛擬儀器技術，可以方便地實現這一目標。虛擬儀器強大的功能是傳統儀器所無法比擬的：虛擬儀器是在通用計算機平臺上，用戶根據自己的需求來定義和設計測試功能的儀器系統。也就是說虛擬儀器是由用戶利用一些基本硬件及軟件編程技術組成的各種各樣的儀器系統[3]?，F代醫學儀器的設計過程必將和虛擬儀器產生交集，所以醫學儀器相關課程的傳統內容已經遠遠不夠，我們必須教會學生在虛擬儀器的平臺上進行醫學儀器的設計，這樣，培養出來的大學生才能緊跟時代發展的腳步，掌握最新的科學技術。

杭州電子科技大學近年來在《醫學儀器原理及設計》課程上做了一系列的探討，在培養目標和課程設置上基本上有了一定的科學依據。然而在實際的教學過程中，我們還是發現了一些問題：《醫學儀器原理及設計》課程知識點多，而且課程內容比較抽象，學生不易理解透徹；并且實踐性強，需要進行理論與實踐相結合的課程訓練。同時，隨著計算機技術的迅猛發展，傳統的醫學儀器設計方法也已經跟不上發展形式。因此，改變以往單一方式的該課程教學模式，建立一個由醫學儀器基本原理介紹、不同種類醫學儀器簡介及設計原則、醫學虛擬儀器設計構成的新的教學體系，是順應現代儀器技術發展的趨勢，可以最大程度地實現教學相長。因此我們對《醫學儀器原理及設計》課程教學模式進行了如下的改革，通過改革，使醫學儀器系統的發展不再拘泥于傳統的醫學儀器系統的框架，最大限度地滿足現代生物醫學工程發展的要求，使學生畢業以后能夠在醫學儀器的設計應用上有一個質的飛躍，更能適應社會需要。

二、課程改革的主要內容

1.教學內容的優化。醫學儀器的概念非常寬泛，涉及到的內容也十分繁復。要在短短的48課時內講授完所有的醫學儀器相關知識是不現實的[4]。所以對于課程內容的選擇就顯得尤為重要。在研究了多個高校類似課程的內容設計之后，我們結合本學院專業交叉的特點，對課程的內容進行了優化?！夺t學儀器原理及設計》要在內容上做到點和面的結合，既要保證知識面廣，同時又要重點突出，要有體現較寬專業綜合理論和較強實踐特點的課程內容。在目前高校常用的教材基礎上[5][6]，我們將課程內容進行整合與優化。從基本原理知識出發，了解生物醫學信號的特點，通過數學建模方法的講解，深入醫學儀器的設計原則，最后詳細介紹各類典型醫學儀器，包括：基礎生理信號（血壓、心電）的檢測儀器，臨床監護儀器，治療及恢復設備，醫學成像設備，臨床檢測儀器等。此外，還涵蓋了國際和國內關于醫學儀器的認證和監管，電器安全評估以及現在醫學儀器發展的方向等內容。

2.教學方式和教學手段的多樣化。單一的教學方式無法滿足這類專業特色課程的需求，所以我們在教學過程中采用以多媒體為主，板書為輔的教學方式。由于課程內容豐富，信息量大，需要借助多媒體的方式形象地展示各種圖片與視頻文件，充分調動學生的學習興趣，提高學習效果[7]。而板書的融入可以提高學生對知識的理解和掌握能力，使其學懂學透，起到事半功倍的效果。

此外，為了充分調動學生的積極性，培養學生自主學習、歸納整理以及表達的能力，將學生分為5～6人一組，課外通過對任何一種醫療儀器的學習，在課堂上做一個10分鐘左右的presentation，內容涉及該種醫療儀器的原理方法、使用過程、行業前景等內容。這種互動方式可以提升學生學習的積極性，同時直觀地了解教學安排是否合理，效果是否明顯，為教學改革提供依據。endprint

3.實踐環節的設計和加強。《醫學儀器原理及設計》是一門理論性和實踐性都很強的課程，單一的課堂講授遠遠不夠，為此，本課程采取理論教學與實驗教學相結合的方式。具體來說，實踐環節包括課堂實驗和上機課程設計兩個環節。課堂實驗旨在讓學生最直觀地接觸市場上的醫療儀器，在使用過程中體會學習過的原理知識，感受不同廠家的產品在細節處的差別，以及不同檢測原理在測量同一生理參數時結果的區別。主要實驗儀器包括：水銀血壓計，電子血壓計，紅外體溫計，血糖儀，電子刺激器等。上機課程設計環節主要為虛擬醫學儀器的設計。基于虛擬儀器的軟件開發平臺Labview（美國NI公司），使用圖形語言，讓學生4人一組，共同設計一個能夠實現基本功能的醫學儀器，并在全班同學前進行演示和講解。通過這種課程設計，讓學生切身體會一下虛擬儀器平臺在醫學儀器發展中的重要作用，同時在設計醫療儀器的時候，又把在課堂上學習的內容進行了綜合運用，既扎實了知識，又鍛煉了能力，為今后走向工作崗位奠定了堅實的基礎。

4.建立合理全面的考核方式。以往單一的僅用期末考試成績反映學生課程水平的方法已經不適用于《醫學儀器原理及設計》這類綜合性專業課。我們建立了一套多形式、多層面的教學評價方法，既檢測學生對課程內容的掌握程度，又可以衡量學生的獨創性、探索性和分析應用知識的能力。平時課堂表現、小組presentation的質量、課程設計程序的優劣以及期末考試成績，均成為新考核體系中的一部分。

課程的考核方式和考核結果并不是我們追求的最終目標，在新考核體系的指導下，最大程度調動學生的積極性、鞏固學習到的專業知識、鍛煉學生的專業綜合能力、公平評價每個學生的學習態度才是課程考核體系的不斷完善的目標方向。考核不是最終的結果，但卻是必不可少的一個重要手段。

三、總結

通過一個學期課程實踐，我們發現，改革后的《醫學儀器原理及設計》課程在多個方面都有了明顯的進步與提高。新的課程安排在內容上體現了生物醫學工程專業的多學科交叉，課堂內容的講解和學生自主學習有效融合，實驗課程讓專業知識不僅僅局限于課本演示，虛擬儀器設計的訓練緊跟現代醫學儀器發展的腳步，全面提升了學生的專業知識和行業競爭力，為他們今后進入社會，從事相關行業打下堅實的基礎。同時，學生對于這種新的教學模式十分喜歡，接受度很高，在實驗報告上，經常可以看到他們這樣寫道：“喜歡這樣的課程，很開心也挺有收獲”；“第一次接觸血壓計，比課堂上講解更直觀”；“嘗試了很多新東西，很有趣”，“既興奮又倍感收獲”……學生喜愛，教學效果良好，緊貼行業發展步伐，培養行業需要的人才，這正是我們高校課程改革的最終目的。

參考文獻：

[1]趙佐民，周克元，馮天亮.我院生物醫學工程專業設置《生物醫學儀器》課程的意義和建設[J].廣東醫學院學報，2005，（23）.

[2]俞鐵岳，林建歡，黃宜堅.虛擬儀器和LabVIEW簡介[J].福建電腦，2004，（2）.

[3]季忠，秦樹人.基于虛擬儀器技術的生物醫學儀器系統[J].中國機械工程，2004，（15）.

[4]王芳群，和衛星，李天博.生物醫學工程專業“醫學儀器”課程教學方法分析[J].課程教材建設，2010，（33）.

[5]王成.醫療儀器原理[M].上海：上海交通大學出版社，2008.

[6]鄧親愷.現代醫學儀器設計原理[M].北京：科學出版社，2004.

[7]吳水才，白燕萍，楊春蘭.生物醫學工程專業信息類課程教學內容與方法探討[J].中國電力教育，2010，（10）.

基金項目：杭州電子科技大學高等教育改革研究課題（2D1302，2C1103）。

通訊作者：劉珂舟（1981-），女，湖南湘潭人，博士，杭州電子科技大學，講師，研究方向：醫學儀器，神經電生理。endprint