基于醫(yī)工融合的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理應(yīng)用型課程教學(xué)探索與實(shí)踐

張趁華 謝海鶴 傅磊 鄭敏敏

摘要：生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的一門(mén)核心課程，優(yōu)化本課程原有的課程體系，改進(jìn)并完善教學(xué)內(nèi)容，課堂學(xué)習(xí)采用PBL模式，利用學(xué)校與醫(yī)院和相關(guān)企業(yè)的資源優(yōu)勢(shì)，開(kāi)展“醫(yī)工融合”的實(shí)踐教學(xué)模式，加強(qiáng)課程中的實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓教學(xué)更具有實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：醫(yī)工融合；生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理；應(yīng)用型課程；PBL教學(xué)

中圖分類號(hào)：R318 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）24-0138-03

當(dāng)前，為了積極推進(jìn)高等教育體系的轉(zhuǎn)型發(fā)展，構(gòu)建適應(yīng)和滿足當(dāng)今經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的人才需求，我國(guó)的本科教育將重點(diǎn)放在了“應(yīng)用”二字上，這就要求高校在人才培養(yǎng)上注重學(xué)生的實(shí)踐能力，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的動(dòng)手與創(chuàng)新能力，培養(yǎng)出擁有較強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用能力的本科人才。[1]

生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科是一門(mén)交叉性高綜合性強(qiáng)的前沿學(xué)科，涵蓋了多種學(xué)科比如生物學(xué)、材料學(xué)、生物信息學(xué)、醫(yī)學(xué)等，研究和解決生物學(xué)和醫(yī)學(xué)中遇到的相關(guān)問(wèn)題，《生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理》作為生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的一門(mén)核心專業(yè)基礎(chǔ)課程，也具有交叉性高綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)，其根據(jù)采集到的各種生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的特點(diǎn)，進(jìn)行分析和處理，可應(yīng)用于生理信息采集、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、臨床診斷、生物信息探測(cè)等各種場(chǎng)合，尤其是在醫(yī)學(xué)檢測(cè)如心電圖、彩超、核磁共振等方面發(fā)揮著巨大的作用。

《生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理》作為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的一門(mén)核心基礎(chǔ)課程，在學(xué)生實(shí)際的工程應(yīng)用中尤為重要。通過(guò)本課程的系統(tǒng)學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，學(xué)生應(yīng)掌握生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的采集、提取、相應(yīng)的軟件編程以及數(shù)據(jù)分析處理能力，可進(jìn)行一般醫(yī)療儀器設(shè)備的運(yùn)行、維護(hù)、試驗(yàn)、檢修、設(shè)計(jì)和研究。對(duì)基于醫(yī)工融合的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理應(yīng)用型課程教學(xué)進(jìn)行探索與實(shí)踐，就是為了讓學(xué)生將所學(xué)知識(shí)更好地應(yīng)用于實(shí)際工程中。[2，3]

一、優(yōu)化課程體系，開(kāi)展多樣的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

本課程教學(xué)內(nèi)容分為理論知識(shí)教學(xué)和實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩個(gè)方面。《生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理》理論知識(shí)教學(xué)并不是一門(mén)簡(jiǎn)單從“零”開(kāi)始的課程教學(xué)，高等數(shù)學(xué)、數(shù)字信號(hào)處理、信號(hào)與系統(tǒng)、Matlab等先修課程，要為本課程的學(xué)習(xí)提供一定的理論知識(shí)基礎(chǔ)和軟件應(yīng)用能力。因此，鑒于《生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理》課程的綜合性，將本課程安排在大三下學(xué)期進(jìn)行。

學(xué)生對(duì)課程的掌握程度取決于課程的教學(xué)效果，而教學(xué)效果取決于教師和學(xué)生這兩大主體。教師一方面要豐富完善本課程的教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)課程建設(shè)，明確教學(xué)目標(biāo)，同時(shí)還要提高自身的教學(xué)能力，編寫(xiě)相對(duì)應(yīng)的課程教材和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，以及建設(shè)相對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)課程和課程試題庫(kù)，另一方面要積極與學(xué)生互動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行與本課程相關(guān)的實(shí)踐活動(dòng)，并為學(xué)生活動(dòng)提供保障和支持。[4]優(yōu)化原有的課程教學(xué)體系，開(kāi)展“以教師為引，以學(xué)生為主”的理論及實(shí)踐課程建設(shè)，優(yōu)化后的課程教學(xué)體系主要從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和改進(jìn)教學(xué)方法兩方面著手（圖1）。

課堂理論學(xué)習(xí)采用PBL模式教學(xué)，以問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生，要求學(xué)生通過(guò)課程的理論學(xué)習(xí)解決實(shí)際問(wèn)題，要求學(xué)生除了掌握課題知識(shí)外，也要拓寬自己的知識(shí)面，多查多學(xué)多練。實(shí)踐實(shí)驗(yàn)使用競(jìng)賽模式分組教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性。另外本課程還設(shè)置了課程實(shí)訓(xùn)，在課程實(shí)訓(xùn)中學(xué)生可自由選擇感興趣的研究方向進(jìn)行研究，也可選做由教師給出的研究課題。在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，要求學(xué)生獨(dú)立查找資料，設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)框架，獨(dú)立進(jìn)行軟件編程，并在實(shí)訓(xùn)期末以PPT演講的形式進(jìn)行總結(jié)，以競(jìng)賽標(biāo)準(zhǔn)判定分?jǐn)?shù)，以競(jìng)爭(zhēng)的形式激發(fā)學(xué)生的獨(dú)立性和創(chuàng)新性。為了滿足學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的需求，本專業(yè)實(shí)驗(yàn)室可對(duì)全體學(xué)生申請(qǐng)開(kāi)放，本課程任課教師可在日常工作時(shí)間提供專業(yè)指導(dǎo)。[4，5]

在現(xiàn)今網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)的時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)也成為教學(xué)過(guò)程中不可或缺的一部分，因此本課程也建設(shè)了網(wǎng)絡(luò)課堂，包括網(wǎng)絡(luò)教室、網(wǎng)絡(luò)試題庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)視頻、網(wǎng)絡(luò)作業(yè)、網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)等等，讓同學(xué)們?cè)谡n堂外也能與教師交流互動(dòng)。另外學(xué)生的考核體系也并不只是單一的平時(shí)作業(yè)+課程考核，網(wǎng)絡(luò)考試、網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)、實(shí)踐實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽分組成績(jī)等等都加入到考核體系中，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

二、突出重點(diǎn)，開(kāi)展“醫(yī)工融合”的教學(xué)模式，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)

《生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理》融合的多學(xué)科知識(shí)也并不僅僅是“1+1=2”的簡(jiǎn)單疊加與重復(fù)，通過(guò)本課程的理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐實(shí)驗(yàn)，將多學(xué)科的知識(shí)融會(huì)貫通，使用自如。但在有限的課時(shí)要求下，教師也并不能將本課程的全部知識(shí)教授于學(xué)生，因此教師在進(jìn)行課程建設(shè)時(shí)，在覆蓋課程廣泛知識(shí)面的同時(shí)突出所學(xué)重點(diǎn)。本課程的理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐實(shí)驗(yàn)課時(shí)比例接近1∶1（理論教學(xué)時(shí)36學(xué)時(shí)：實(shí)踐實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)12學(xué)時(shí)+課程實(shí)訓(xùn)學(xué)時(shí)1周≈1∶1），這樣的課時(shí)安排就是為了給學(xué)生提供充分的課堂時(shí)間將理論“融合”在實(shí)踐實(shí)驗(yàn)中，強(qiáng)化實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生在實(shí)踐實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行“實(shí)戰(zhàn)”，從而提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。[6，7]

為了讓學(xué)生更好地學(xué)習(xí)本課程，學(xué)校除了全天開(kāi)放專業(yè)實(shí)驗(yàn)室提供給學(xué)生進(jìn)行課外的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、操作練習(xí)、競(jìng)賽準(zhǔn)備等外，還跟學(xué)校的附屬醫(yī)院和相關(guān)企業(yè)進(jìn)行合作教學(xué)，開(kāi)展“醫(yī)工融合”的教學(xué)模式，將本課程的任課教師委托到醫(yī)院和相關(guān)企業(yè)中進(jìn)行培訓(xùn)學(xué)習(xí)，同時(shí)聘請(qǐng)醫(yī)院和相關(guān)企業(yè)的專家對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，全面提升本課程的教學(xué)能力。同時(shí)，我們也在課程學(xué)習(xí)期間帶領(lǐng)學(xué)生到醫(yī)院和相關(guān)企業(yè)中去實(shí)地參觀，參觀生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的采集以及處理，并觀察醫(yī)生和企業(yè)相關(guān)工作人員使用軟件的操作流程，讓學(xué)生在參觀中加深對(duì)本課程的認(rèn)識(shí)，明確本課程在實(shí)際工程中的應(yīng)用。[8，9]

三、重在平時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力

知識(shí)在于積累，學(xué)習(xí)從來(lái)都是一項(xiàng)艱苦而長(zhǎng)期的勞動(dòng)過(guò)程，因此在平時(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，本課程任課教師時(shí)常監(jiān)督學(xué)生的學(xué)習(xí)，并制定了平時(shí)學(xué)習(xí)的相關(guān)考核制度，由教師引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生自主學(xué)習(xí)。另外在平時(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程中，本課程任課教師提供一些由“淺”到“深”科研題目，逐漸培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和設(shè)計(jì)編程能力，同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)試題庫(kù)中提供給學(xué)生一些生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理的實(shí)際工程項(xiàng)目供學(xué)生自行選擇解決。

同時(shí)，任課教師在學(xué)生的平時(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程中，積極引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新的能力，借助學(xué)校的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，給學(xué)生提供一個(gè)專業(yè)實(shí)踐平臺(tái)，并在學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新過(guò)程中實(shí)行全面指導(dǎo)、培養(yǎng)和持續(xù)幫扶，讓學(xué)生在實(shí)踐創(chuàng)新過(guò)程中提高綜合運(yùn)用知識(shí)、探索實(shí)踐、邏輯思維等能力。另外，學(xué)生在實(shí)踐創(chuàng)新過(guò)程中新創(chuàng)意、好作品也可用于科研活動(dòng)和競(jìng)賽，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。[8，9，10]

四、以學(xué)生為主導(dǎo)，教師為輔助，活躍“第二課堂”

為了提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，教師積極倡導(dǎo)，學(xué)院積極配合，為積極開(kāi)展本課程的“第二課堂”創(chuàng)造了良好的環(huán)境與條件。本著“以學(xué)生為主導(dǎo)，教師為輔助”的原則，積極開(kāi)展各種活動(dòng)，比如學(xué)生主持的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理知識(shí)競(jìng)答、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理知識(shí)講座、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理編程設(shè)計(jì)等活動(dòng)都獲得了學(xué)生的積極響應(yīng)與參與。[11，12]

五、結(jié)語(yǔ)

開(kāi)展基于醫(yī)工融合的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理應(yīng)用型課程教學(xué)的探索與實(shí)踐，是學(xué)校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)建設(shè)的摸索，除了優(yōu)化課程體系，改進(jìn)完善教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)，利用學(xué)校的優(yōu)勢(shì)資源，結(jié)合醫(yī)院與相關(guān)企業(yè)開(kāi)展“醫(yī)工融合”的教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力，更注重加強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)實(shí)踐技能和積極主動(dòng)的探索精神，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

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