學科競賽引領下的“醫學儀器設計原理”教學改革實踐＊

李瑞霞

（長治醫學院生物醫學工程系，山西 長治046000）

《國家教育事業發展“十三五”規劃》中指出：調整高等教育結構，推進高等教育分類發展、合理布局，推動具備條件的普通本科高校向應用型轉變，提高應用型、技術技能型和復合型人才培養比例。長治醫學院確定以“特色鮮明、區域領先的教學應用型醫學院校”為發展目標，確立辦學定位為“立足山西、面向全國、服務區域社會，培養實踐能力強、具有崗位勝任力的高素質應用型醫學人才”。為此，生物醫學工程系在“醫學儀器設計原理”課程教學中引入項目驅動教學法，以學科競賽項目為載體，在課程內容和教學方法等方面進行了一些探索和嘗試，使教師與學生的課程知識結構在課程建設與改革中得到進一步的優化，進一步提高了學生的工程實踐能力。

1 當前教學狀況現狀分析

作為生物醫學工程系的專業必修課程，“醫學儀器設計原理”課程涉及到電子技術、計算機技術、信號及圖像處理技術、傳感器技術等，目前在教學和實踐過程中存在著一些弊端，教學模式和環節比較單一，課程內容老化、陳舊，更新不及時，缺乏實用性和針對性，課程課程內容的組織與工作過程不一致，學生實訓力度不足，沒有與臨床很好地結合起來。其中最突出的是課程內容缺乏實用性和針對性，忽視了對學生實踐能力的培養，不適應應用型人才培養的需要。

該課程原來是12 學時的實驗教學時間，是在理論課后開設的實踐環節，實驗內容為4個具體實驗，分別是50 Hz陷波器、心電放大器研究、心率顯示器、QRS 波檢出器，2～3 人為一組。學生對于醫學儀器的基本原理、結構、電路的理解得到了加深，鞏固了理論教學內容，但由于實驗以驗證性實驗為主，一定程度上限制了學生實踐動手能力和創新思維能力的培養，甚至還束縛了學生創新才能的充分發揮。因此，需要改變以往單一的教學模式，引入項目驅動教學法，通過多學科知識的融合交叉來完成某一醫學儀器的產品設計，這樣可以提高學生的學習興趣，激發他們的積極性和主動性，鍛煉學生運用專業知識來解決實際問題的能力以及創新創業能力，使其在畢業后就業與創業中發揮所長，實現自己的夢想。

2 課程教學改革和實踐過程

從2015 級生物醫學工程專業本科生開始，分別在理論教學、實踐教學、項目實施和考核評價方面進行了實踐，旨在提高學生交流溝通、自主學習、專業知識應用、產品設計等創新能力，并使之能得到可持續發展[1]。

2.1 理論教學整合與優化

在以往所用教材的基礎上，將課程內容進行了整合與優化，從醫學儀器的基本原理出發，通過生理系統建模方法的講解，掌握醫學儀器的設計原則，然后以學生的崗位勝任力為導向，構建項目化教學單元。每類典型醫學儀器的設計基礎作為一個教學項目，包括生理類醫學儀器、治療類醫學儀器、便攜式醫學儀器、遠程醫學儀器等，實行理論、實踐一體化的單元式教學。學生從原來的被動教育模式——教師課堂講授，學生聽課，課后答疑逐步轉變為主動學習式，使學生主動地參與教學過程，有目的地獲取有用的信息，并在一個團隊中發揮自己的作用，最大地發揮學生自身的主觀能動性，這樣有利于培養學生的工程意識、工程素質和工程實踐能力。

2.2 課程教學網站

疫情期間的空中課堂與以往的教學模式相比，發生了很大的變化，在“停課不停教、停課不停學”的前提下，為了保證線上教學順利開展，分工協作，對教學內容重組，精心設計教學環節，逐步建設和完善課程資源，包括錄制視頻、項目拓展資料、在線直播、互動討論等，結合具體案例進行分析，通過完成作業、課后討論與互動發言等及時了解學生在線學習狀況，解決學習中遇到的問題，建立多元化、過程化、動態化評價體系，采取靈活多樣的考評方式，更有針對性地指導、引導和督查學生學習，增強了學生的自主學習能力，充分調動學生學習興趣和積極性，實現了特殊時期線上教學與開學后教學進度的有效銜接。

2.3 開放式實驗室教學

“醫學儀器設計原理”課程知識點多、課時少、實用性強，教師除了講授重點、難點外，更多的是把握方向和指導，更好地發揮教師的監督、協調和指導等作用。設立了實驗室開放日，學生可以根據自己的興趣與愛好，參與到學科競賽項目或者教師的橫縱向科研項目中，也可以自擬題目，組成課題小組，共同研究討論，鼓勵學生有自己的獨立見解，即使是不成熟的想法也可以講出來，最大限度地發揮學生的潛力，激發學生的求知欲望和學習熱情。

在項目研究過程中，以學生研究為主，教師指導為輔，讓學生真正融入到項目研究的過程中[2]。首先，教師指導學生完成項目整體方案設計，確定研究目標；其次，學生廣泛查閱資料，為方案實施提供理論和原理支持；然后，學生根據已定方案，進行硬件和軟件設計，并進行仿真實驗和作品測試，這是最為關鍵的一步；最后，對項目研究過程及成果進行總結，教師指導學生撰寫設計報告。

在這里，學生完成了課堂到實踐的過渡，和教師可以進行全面溝通，為大學生科研能力的提升和創新能力的增強提供了平臺。

2.4 項目驅動教學

“醫學儀器設計原理”教學環節是全面應用所學專業知識的過程，要將前3年學過的電子技術、計算機、傳感器、信號處理等專業基礎課和醫學基礎課有機地融合起來，實現知識的一個大貫通。通過對歷屆學科競賽項目的分析研究，結合企業、醫院真實工作情境或任務，經過對項目進一步優化整合，轉化為教學任務，貫穿于教材、教學、實訓、參賽等多個環節。

項目選擇上既要符合教學計劃的要求，又要兼顧學生的知識水平、實際情況及課程設計時間的限制，同時還要有利于培養學生的開拓創新能力、獨立分析問題、解決問題能力。采用學生自主擬題與教師擬題相結合的方式，學生需具備一定的電子實驗技能，并能綜合運用所學電子理論知識和醫學儀器設計原理的理論知識，經過一定努力方可完成。

教師不再用以前的以“知識點”為線索，而是改用以“項目”為線索，以“子項目”為模塊，各“子項目”對應相應課程，在項目實施過程中學生的知識水平節節攀升。學生通過自主學習、小組協作等方式，在教學過程中不斷地根據“項目”的需求來學習，變被動地接受知識為主動地尋求知識，改變學生傳統的學習觀，由“學會”到“會學”，逐步完成項目任務。最后學生展示自己的項目成果，接受他人的評價和教師的反饋。

“項目驅動”在設計方面可分為“方案及原理分析、硬件設計、軟件設計、系統調試、產品制作、設計報告”6個“子項目”。

項目實施分解如圖1 所示。

圖1 項目實施分解圖

2.5 構建完善的考核評價體系

該課程由于注重理論與實踐相結合，考核方式也進行了不同于傳統筆試的改革。改革如下：分筆試成績（50%）和課程設計考核成績（50%）兩部分，項目組限定2～3 人為一組。課程設計考核按組內自評、學生評委評分、教師評分等多步進行，采取“過程性”與“結果性”相結合的考核方式[3]。

為了鼓勵學生動手、動腦，調動其學習的積極性，養成科學的工作態度，考核成績評定由3 部分組成：項目研究過程、項目研究成果及設計報告以及作品展示。項目研究過程成績是對項目研究進展及學生參與度給出的評價，包括工作態度、平時表現和團隊協作能力，占總成績的20%；項目研究成果及設計報告成績是對項目研究結果及撰寫設計報告情況給出的評價，占總成績的40%；作品展示成績是學生對項目研究的總結展示，占總成績的40%。最后匯總3 部分成績，給出“醫學儀器設計原理”課程設計的考核成績。

在改革考核方式時，同樣要注重考試的導向作用，增強考核這一環節的靈活性，引導學生學習動機，鞏固項目式教學成果，促進理論與實踐的有機融合。

3 基于競賽項目驅動的課程改革與實踐成果

將項目驅動教學法融入教學過程，以各類學科競賽為驅動，以學生為主體，指導教師和學生對競賽題目共同研究、設計、實踐，學生在項目研究過程中更加深刻理解醫學儀器設計原理的相關知識，鍛煉和培養了學生的實踐動手能力和創新能力。同時，教師的教學和科研水平也得到了提升，還促進了學生和教師合作的默契感。醫學儀器的設計研究也將為專業發展指明方向，培養學生認識、分析、解決問題的科學思維和能力。

3.1 省級及以上創新創業競賽獲獎總數逐年提高

近5年來，生物醫學工程系在省級以上創新創業競賽中共獲獎113 項，其中國家獎共26 項，國家級一等獎6 項。其中，全國大學生生物醫學工程創新設計競賽共獲得國家一等獎4 項，二等獎3 項，三等獎14 項，全國大學生數學建模競賽中獲得國家一等獎2 項，國家二等獎3 項，在全國大學生電子設計競賽、挑戰杯、互聯網+等競賽中也獲得省級以上獎項若干次。在多次獲得各類獎項的同時，學院的知名度得到了提升，更促進了學生實踐能力和綜合素質的提升。

3.2 論文、專利等研究成果逐年增加，學生就業前景良好

學生參與學科競賽或者教師科研項目后，研究成果凸顯，以本科生為第一作者發表的論文、專利等研究成果數量逐年增加。在研究生復試環節中，更看重實踐動手能力和科研水平，學生成績遙遙領先，得到招考院校的高度認可。在每年的企事業單位招聘中，參加過創新項目或者競賽的學生都是他們優先招聘的對象，就業情況日漸良好。也對已經畢業的學生進行了跟蹤調查發現，他們在后續的企業工作中能夠較快地進入角色，發揮自身的才能[4]，為專業方向的拓展指明了方向。

4 結語

構建以學科競賽為主要載體的“醫學儀器設計原理”課程建設，通過對歷屆學科競賽項目的分析研究，結合企業、醫院真實工作情境或任務，經過對項目進一步優化整合，轉化為教學任務，貫穿于教材、教學、實訓、參賽等多個環節，可以徹底改變單一文本課程知識與企業、醫院脫節的問題，使教師與學生的課程知識結構在課程建設與改革中得到進一步的優化，同時縮小了教學內容與單位需求的差距，實現了教學過程的多樣化。

采用項目驅動教學模式，以各級各類學科競賽為項目主體，對學生進行醫學儀器設計全過程的訓練，學生在大學生創新創業項目申報、競賽獲獎、論文發表、專利申請等方面較以前有了很大提高，有助于培養學生的綜合素質和創新創業能力。同時以點帶面，對生物醫學工程專業乃至其他專業課程的教學改革與創新上能起到一定的借鑒作用。