生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討

韋然 鄭羽 王慧泉 陳瑞娟 陳洪麗 田磊

摘 要：生物醫(yī)學(xué)工程是一個(gè)交叉學(xué)科，生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)在生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)課程體系中具有承先啟后的作用。在天津工業(yè)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本科生培養(yǎng)過(guò)程中，《生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)》是本專業(yè)非常重視的一門(mén)重要專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目前存在硬件實(shí)驗(yàn)資源和學(xué)生實(shí)踐能力偏弱的問(wèn)題，本研究探討改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，加入設(shè)計(jì)人體血壓檢測(cè)等模塊，使實(shí)驗(yàn)與生活體驗(yàn)相結(jié)合，有助于提高學(xué)生對(duì)本專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)實(shí)際動(dòng)手能力。

關(guān)鍵詞：生物醫(yī)學(xué)工程；生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

生物醫(yī)學(xué)工程是一門(mén)交叉學(xué)科，將工程學(xué)與生物、醫(yī)學(xué)緊密結(jié)合，旨在探索生命產(chǎn)生、演化規(guī)律，并利用工程手段解決生物及臨床醫(yī)學(xué)中的關(guān)鍵問(wèn)題，在疾病的診斷、預(yù)防、治療等方面提供技術(shù)支持和支撐。生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課程。該課程作為連接生物學(xué)與電子信息科學(xué)的橋梁，綜合運(yùn)用了電子學(xué)和信息科學(xué)的理論和方法，如生物信息獲取、生物信息分析和生物信息處理等手段，解決生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)中的相關(guān)問(wèn)題。

天津工業(yè)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)自2012年開(kāi)設(shè)以來(lái)，學(xué)院教師在國(guó)內(nèi)各大知名高校進(jìn)行了廣泛調(diào)研。生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)結(jié)合天津工業(yè)大學(xué)學(xué)校以及電子與信息工程學(xué)院的實(shí)際情況和辦學(xué)特色，形成了以培養(yǎng)醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)及儀器方向高端專業(yè)人才為目標(biāo)，注重多學(xué)科交叉，強(qiáng)調(diào)工程技術(shù)和實(shí)踐能力的培養(yǎng)模式。天津工業(yè)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)將生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)開(kāi)設(shè)在大學(xué)二年級(jí)第一學(xué)期。本階段是學(xué)生了解生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的行業(yè)特點(diǎn)，培養(yǎng)基本理論知識(shí)的學(xué)習(xí)能力，以及培訓(xùn)工程思維方式等問(wèn)題的關(guān)鍵時(shí)期。

綜合生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)以往該課程教學(xué)工作總結(jié)、后續(xù)專業(yè)課程授課教師的反饋以及畢業(yè)論文的實(shí)際情況，我們發(fā)現(xiàn)生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)的開(kāi)設(shè)能使學(xué)生掌握了生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的專業(yè)特色，具備了一定的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)的設(shè)計(jì)思維。但學(xué)生在理論聯(lián)系實(shí)際以及動(dòng)手能力等方面，還有待提高和改進(jìn)。

生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程圍繞生物醫(yī)學(xué)信號(hào)采集系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)，將生理學(xué)、電子信息、信號(hào)處理等知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行介紹。在常用的人體體表生理信號(hào)檢測(cè)中，心電圖、肌電圖、脈搏波、血氧飽和度、呼吸、血壓等信號(hào)都是本專業(yè)需要重點(diǎn)講解的部分。其中，人體血壓測(cè)量是學(xué)生最早體驗(yàn)過(guò)的醫(yī)療器械之一，對(duì)該設(shè)備的講解，能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，促進(jìn)學(xué)生對(duì)生物醫(yī)學(xué)信號(hào)采集處理過(guò)程的認(rèn)識(shí)和理解。

目前本課程設(shè)置為45學(xué)時(shí)，其中30學(xué)時(shí)授課，15學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)。由于生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生們接觸到的第一門(mén)專業(yè)課實(shí)驗(yàn)。因此，在實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)方面，需要考慮實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如何增強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用多學(xué)科知識(shí)解決專業(yè)問(wèn)題的能力，提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。以往的實(shí)驗(yàn)課程由實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行獨(dú)立的4次實(shí)驗(yàn)，4次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的關(guān)聯(lián)性不足。并且，由于實(shí)驗(yàn)箱具有較高的封閉性和整體性，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過(guò)程僅需按步驟插線并獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因此學(xué)生往往并不能通過(guò)15學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容達(dá)到對(duì)教學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生足夠的了解和認(rèn)識(shí)。

鑒于以上情況，按照生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)課程建設(shè)規(guī)劃和人才培養(yǎng)模式的特點(diǎn)，綜合以往教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，突出實(shí)踐教學(xué)的重要性，我們嘗試將生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中4次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改為一個(gè)完整的血壓檢測(cè)硬件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并設(shè)計(jì)了“理論學(xué)習(xí)-市場(chǎng)調(diào)研-仿真實(shí)驗(yàn)-電路調(diào)試-驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，這有效提高了生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本科生對(duì)實(shí)際問(wèn)題的調(diào)研、分析和解決的能力。

實(shí)驗(yàn)課程給學(xué)生提供的主要資料和器材包括實(shí)驗(yàn)手冊(cè)、PCB板、必要的電路調(diào)試、焊接工具等。學(xué)生每4～6人為一組，需要完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容包括：血壓檢測(cè)原理說(shuō)明、電子血壓計(jì)市場(chǎng)調(diào)研、濾波器仿真設(shè)計(jì)、硬件電路焊接及調(diào)試、血壓信號(hào)波形顯示、實(shí)驗(yàn)成本分析、個(gè)人總結(jié)等內(nèi)容。

由于人體生物醫(yī)學(xué)信號(hào)具有信號(hào)弱、頻率低、安全要求高、易受心理因素干擾、工頻干擾大等特點(diǎn)，因此，在實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)方面，選擇了電路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、對(duì)各學(xué)科知識(shí)點(diǎn)要求相對(duì)較高的人體血壓信號(hào)進(jìn)行采集和處理。

人體血壓信號(hào)采集的硬件模塊設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，并且在整個(gè)專業(yè)課程中起到承先啟后的作用——既是《基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)》《人體解剖》以及《電路理論》等課程的后續(xù)延展，又是《傳感器與醫(yī)學(xué)工程》《醫(yī)學(xué)電子儀器設(shè)計(jì)》《嵌入式系統(tǒng)》等課程的先導(dǎo)基礎(chǔ)。生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)的課程講授及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，在學(xué)生的專業(yè)興趣培養(yǎng)、職業(yè)規(guī)劃等方面都具有十分重要的意義。

實(shí)踐表明，通過(guò)改革后課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)專業(yè)的認(rèn)知程度、對(duì)知識(shí)的掌握程度和團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)等方面都得到提升。在今后的生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程教學(xué)中，應(yīng)該繼續(xù)以實(shí)踐教學(xué)為主要手段，進(jìn)一步完善相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，改進(jìn)教育教法。

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作者簡(jiǎn)介：

韋然，鄭羽，王慧泉，陳瑞娟，陳洪麗，田磊，天津市，天津工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系。