生物醫學信號處理課程應用型教學的探索與實踐

王靜，陳仲本

（中山大學a.新華學院生物醫學工程系，廣東廣州510520；b.生物醫學工程系，廣東廣州510080）

生物醫學信號處理課程應用型教學的探索與實踐

王靜a，陳仲本b

（中山大學a.新華學院生物醫學工程系，廣東廣州510520；b.生物醫學工程系，廣東廣州510080）

生物醫學信號處理是生物醫學工程專業的一門核心課程。本文結合獨立學院的學生特點、現狀和應用型人才的培養定位，結合生物醫學工程專業人才培養要求，從教學內容設置、教學方法的拓展以及課程設計環節等方面對生物醫學信號處理課程的教學進行探索與實踐。

生物醫學信號處理；應用型教學；M at l ab軟件；獨立學院

一、前言

生物醫學信號處理是生物醫學工程專業的重要核心課程之一，其目的就是培養學生掌握醫學信號處理的基本原理、方法和發展趨勢，使學生具備提取、處理和解釋生物醫學信號的能力[1-2]，但醫學信號處理課程涉及面廣、數學公式多、理論概念抽象、學習難度大，教學過程面臨學生沒興趣、教學效果不明顯等問題，很難達到真正培養應用型人才和創新型人才的目的。

獨立學院作為一種新的辦學模式，近幾年得到迅速發展，但其人才培養方式、教學內容設置等方面基本上還是模仿原母體學校衍生出來。原有的教學模式將不利于獨立學院培養應用型人才的目標定位，本論文根據獨立學院的學生特點、現狀和應用型人才的培養定位，結合生物醫學工程專業人才培養要求，嘗試從教學內容設置、教學方法的拓展以及課程設計環節等方面對生物醫學信號處理課程進行探索與實踐。

二、在生物醫學信號處理課程中加入實驗、實踐教學環節

現行的教學計劃《生物醫學信號處理》這門課只有54學時的理論課，而實際上，實驗教學環節是理論教學實現和檢驗的重要手段。所以，課程組將在實際的課程安排中，加上至少18學時的實驗教學環節，一次實驗課3學時，主要包括M at l ab信號處理基礎及隨機信號分析、基于AR模型的腦電信號處理、自適應濾波器算法等基礎應用性實驗。

三、課程討論式教學

由于《生物醫學信號處理》這門課與前期的《數字信號處理》緊密相連，而且《生物醫學信號處理》的教材中也編寫有數字信號處理基礎這一章，所以，在講到這一章時，采用課程討論、引導學生回顧式教學能夠激勵學生主動學習的興趣，讓學生分組做課件，圍繞上學期學過的《數字信號處理》這門課的內容，以組為單位派代表上臺講解自己印象最深或最感興趣的知識點，然后臺下的學生進行點評和討論。獨立學院的學生相對其他研究性大學而言，學生的主動性欠缺，采用這種課程討論式教學能夠很好的引導學生進行主動學習。

四、加強M at l ab軟件與醫學信號處理教學相結合的教學方法

圖1 功率譜分析

M at l ab軟件是當今科研領域最尖端的科學計算應用軟件之一，具有豐富的函數和工具箱，可處理各種類型的信號，在生物醫學工程領域具有較廣泛的應用[3]。由于醫學信號處理這門課涉及很多的算法，如果在課堂上僅僅講解算法的數學公式、理論推導，學生感覺特別枯燥，而且對于獨立學院的學生來說，純粹的數學公式更是讓他們失去對這門課程的學習興趣，將M at l ab仿真教學手段引入課堂，能幫助學生更好的理解算法的意義以及在實際的信號處理中的應用。

目前，課程組基本實現了功率譜分析、數字濾波器的設計、統計分析、相關技術、維納濾波和自適應濾波算法、AR參數建模算法的M at l ab課堂演示。圖1和圖2分別是功率譜分析和濾波器設計的演示結果顯示。

圖2 切比雪夫低通濾波器的設計和應用

五、論文案例式教學

在相關章節的教學過程中，選擇一部分科研題目或論文進行講解，使學生通過研究論文案例，能夠運用所學內容重現科研論文計算結果，得出合理結論，提高學生解決醫學信號處理中遇到的實際問題的能力，并對學有余力的學生，鼓勵他們嘗試論文的寫作并以課題組項目的名義發表。考慮到目前我們實驗室的條件，課程組的現行案例有：

1.講解到維納濾波和卡爾曼濾波時，讓學生基于M at l ab軟件分別利用這兩種算法進行誘發腦電信號的提取，大腦誘發電位（EP）信號十分微弱，且EP的頻譜與自發腦電頻譜完全重疊。通過實際例子說明如何用維納濾波方法和卡爾曼濾波進行誘發電位的提取，學生能比較清楚的了解這兩種方法的優缺點，在進行對照比較的過程中，學生可以進行一定程度的創新，并嘗試自己寫論文發表。

2.講解到自適應濾波器時，讓學生自行在中國知網下載一篇有關自適應噪聲抵消器的文章，然后在M at l ab軟件上進行實現，同時用實驗室已有的m i ndray的監護儀設備，采集ECG信號，用設計出的自適應噪聲抵消器進行增強。通過論文和實例研究，學生能更好地掌握算法原理，并對如何運用學到的算法原理有了切身的體會。

六、課程結束，加入課程設計環節

在課程結束后，留給學生兩周的時間進行課程設計，設計題目圍繞生物醫學信號處理自擬。這個課程設計可以作為本課程的加分項，特別優秀的可以免于期末的閉卷考試。這個環節可以增加學生的動手能力，加深學生對本課程的理解，真正讓學生學以致用，而且可以作為大四畢業設計的前期部分。

七、結束語

作為一門重要的生物醫學工程專業課，醫學信號處理隨著科技的高速發展也在不斷的變化和發展，因此作為以培養應用型人才的獨立學院，必須注重教學方法的改進，不能完全照搬重點院校的教學方法。本文針對獨立學院的學生特點，辦學目標，對生物醫學信號處理課程的教學方法進行了初步的探索和實踐，學生反應這種多樣化的教學方法很好的提高了他們的學習興趣，避免了抽象的理論難以理解等情形，從需求的角度去應用書中的理論，獲得了較好的教學效果。除此之外，課程組非常注重課后同學生的交流，采取面對面訪談、網上交流等形式，了解學生的學習狀態和學習需求，動態的調整教學進度和教學方法，積累經驗，以生物醫學信號處理這門課程為教學改革的起點，爭取建立一套比較完整的適合于應用型教學的具有專業特色的課程體系。

[1]饒妮妮，杜曉川，等.生物醫學信號處理課程研究性教學探索與實踐[J].高教論壇，2011，（8）.

[2]Li ng l i，N i niR ao，D ehong Y ao.D i s cus s i onson“Bi om edi cal Si gnalProces s i ng“C ont ent，t eachi ng and t rai nni n[C].27t h Annual Int ernat i on C onf erence of t he IEEEEngi neeri ng i n M edi ci ne and Bi ol ogy Soci et y，Shanghai，C hi na：Sept，2005，（1-4）.

[3]李凌，蔣曉平，等.《生物醫學信號處理》實驗演示軟件開發[J].中國醫學物理學雜志，2007，（1）.

Expl orat i on and Pract i ce on Appl i ed Teachi ng ofBi om edi calSi gnalProcessi ng

W ANG Ji ng1，CH ENG Zhong-ben2
1.Depart m ent of Bi om edi cal Engneeri ng，Xi nhua Col l ege，Sun Yat-Sen Uni versi t y，Guangzhou Guangdong 510520，Chi na 2.Depart m entofBi om edi calEngneeri ng，Sun Yat-Sen Uni versi t y，Guangzhou Guangdong 510080

Bi om edi cal si gnal processi ng i s a core course i n bi om edi cal engi neeri ng di sci pl i ne.The paper expl ore and pract i ce t he new course desi gn of bi om edi cal si gnal processi ng f romt eachi ng cont ent s，t eachi ng m et hods and course desi gn accordi ng t o t he speci al t y，currentst at us and appl i cat i on of i ndependentcol l ege，wi t h t he requi rem ent s ofBi om edi calEngi neeri ng di sci pl i ne。

bi om edi calsi gnalprocessi ng；appl i ed t eachi ng；m at l ab sof t ware；i ndependentcol l ege

G 642.0文獻標志碼：A文章編號：1674-9324（2014）50-0164-02

2013年中山大學新華學院教學改革研究項目（2013J010）

王靜（1985-），女，碩士，講師，中山大學新華學院生物醫學工程系。