促進“醫—工”知識融合的《醫學物理》教學改革的思考

吳小鷹 侯文生 田學隆 羅小剛 胡寧 李曉暉 鄭小林

摘要：《醫學物理》是物理學基本原理與生物醫學應用相結合的生物醫學工程專業課程，為構建貫通工程技術和生物醫學的橋梁提供了可能。通過課程教學改革，實現傳統理工方法技術與現代生物醫學應用需要的橋接，對激發學生專業學習興趣、培養高質量生物醫學工程復合型人才，具有非常重要的現實意義。文章在簡要介紹重慶大學生物醫學工程系教學現狀的基礎上，分析其存在的主要問題，提出促進“醫—工”知識融合的《醫學物理》教學改革的建議。

關鍵詞：醫—工知識融合;醫學物理效應;生物醫學工程;復合型人才培養

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2020）12-0141-02

一、引言

生物醫學工程是傳統工程技術與生物醫學相互滲透的交叉學科[1]。重慶大學的學科專業以傳統工科見長，教學資源配置能很好適應理工科人才培養需要。如何在知識學習和能力訓練中，將理工知識與生物醫學應用相結合[2]，是生物醫學工程專業人才培養面臨的巨大挑戰。同時，信息化、網絡化技術環境為學生的專業知識學習提供了新的途徑，但來自非專業的網絡化信息資源也導致知識碎片化，難以滿足培養擁有生物醫學工程系統性專業知識的人才需要，特別是要將生命過程/醫療健康與數理原理/工程技術實現有機結合。顯然，生物醫學工程人才培養，依賴生物醫學與理工知識的跨度交叉融合。

《醫學物理》是物理學基本原理與生物醫學應用相結合的生物醫學工程專業課程，重點闡述生物醫學過程中的物理學原理，用物理學原理描述和測評生理、病理現象與過程，實現生物醫學過程的物理參數定量描述。同時，探索運用物理學方法調控生理病理過程也是《醫學物理》的重要內容，它旨在利用物理學技術和方法實現對生理、病理過程的定量控制和干預。因此，《醫學物理》為構建貫通工程技術和生物醫學的橋梁提供了可能。

另外，生物醫學工程專業的本科生已經具備良好的物理學基礎。物理課程一直貫穿中學基礎教育過程，對力、熱、聲、光、電等基本物理現象有初步認識，并掌握了利用初等數學方法描述基本物理現象、求解基本物理過程參數的知識和能力。大學階段，通識教育和理工大類基礎教育開設的《大學物理1》《大學物理2》課程，使生物醫學工程專業的低年級本科生學習并掌握了利用微積分等高等數學方法來深入理解物理現象和解析物理過程，在物理學原理認識方面也得到進一步的提升。但是，物理課程的學習幾乎都是立足非生命的物理對象或物理模型，教學內容和教學過程不能很好地實現與生物醫學的對接。

事實上，生物醫學工程是數學/物理理論、化學/材料方法、信息/儀器技術、機械/力學工程的生物醫學應用，物理學原理是電子信息、機械傳動、能量耦合與傳導方法及技術的基礎，因此，從物理學視角詮釋生物醫學現象與過程是生物醫學、工程技術、數理科學知識大跨度交叉融合的有效路徑。依托醫學物理，既可以將運動生理過程、心血管系統、呼吸系統、消化系統的生物力學現象，用剛體力學、流體力學以及運動學、動力學原理方法進行描述和建模，也能夠利用超聲、熱傳導、電磁場理論闡明超聲成像、紅外成像、熱/冷治療、電生理信號形成與檢測的生物醫學工程問題，實現理工技術方法與生物醫學應用的對接，將探索與生理活動相關的物理現象與特征以及物理因子對生物組織、生命系統的作用機制的工程技術與生物醫學緊密地結合起來。

二、醫學物理課程開設情況及其面臨的主要問題

《醫學物理》課程一直是生物醫學工程專業的核心課程，包括理論學習和實驗環節，在第三學期開課，是引導大二學生從理工大類基礎跨入生物醫學應用的重要環節。現有教學模式的主要問題如下。

1.以教科書為素材的教學資源缺少鮮活感。醫學物理課程以物理學為基礎闡述說明生物醫學過程或現象，抽象的課堂講授難以激發學生學習興趣，需要數字化課程資源支撐。

2.局限于單門課程的教學內容難以實現“醫—工”知識融合。原有教學內容強調物理學原理而忽視其與醫學生理過程的聯系，需要同生理、解剖等生物醫學課程銜接。

3.以物理原理方法為主的教學內容難以實現醫學應用的跨越。在具有大學物理知識的基礎上，本課程需要突出物理原理的醫學應用，引入健康信息檢測、健康狀態調控等與大健康產業相關的工程實現方法，促進物理方法在醫學工程中的應用。

4.傳統教學模式難以適應人才培養需求。現有教學模式以原理方法及其理論分析為線索，無法滿足以問題為導向的教學理念，將案例課前學習與課堂研討剖析相聯系，實現案例教學與翻轉課堂、研究型教學模式的結合。

5.實驗教學與課堂教學內容聯系不夠緊密。現有的醫學物理實驗是認知型實驗項目，與課堂教學內容相關但聯系不夠緊密，有效的途徑是將實驗項目與案例問題相結合，以加深對知識的掌握和醫學物理方法技能的訓練。

三、促進“醫—工”知識融合的課程教學改革

《醫學物理》作為新的大類培養專業核心課程，在生物醫學工程人才培養鏈條中發揮著從理工大類向醫工結合的橋梁作用。因此，根據醫—工知識融合的教學需要調整原有教學大綱，聯合生理學、解剖學等上游課程，以及生物醫學傳感器、醫學儀器等下游課程，將《醫學物理》的課程內容與上下游課程有機結合，通過生理活動過程形成的物理效應和物理量激勵產生的生物學效應等醫學物理知識的系統學習，促進理工方法原理與醫學應用相結合的醫—工融合，如下圖所示。

在《醫學物理》課程教學大綱編制過程中，將與上游生物醫學課程和下游醫學工程課程組成聯合課程組，在生物力學效應、生物電磁學效應、生物熱力學效應、生物醫學聲學效應、生物醫學光效應等主要章節，以醫學物理原理方法為基礎、醫學健康應用為目標、工程實現為手段，在每個章節融入不少于20%的上下游知識，實現以《醫學物理》為橋梁的醫—工融合。

四、小結

本文所說的教學教改工作有利于促進“醫—工”知識融合，滿足生物醫學工程培養擁有系統性專業知識的人才需要。該工作符合重慶大學2018級生物醫學工程專業本科培養方案，現已啟動，組建了項目實施課題組，并分步實施相關內容。

參考文獻：

[1]鄭萬挺，曾碧新，黃敏.生物醫學工程專業“醫·工”互融 特色教學改革模式的探索[J].中國高等醫學教育，2018，（2）：76-77.

[2]杜永洪，陳地龍，顏家珍等.“產學研結合、醫理工交叉、國際化視野”的生物醫學工程專業研究生培養模式探索[J].中華醫學教育探索雜志，2014，13（2）：125-129.