《醫學儀器原理與設計》課程教學方法探索

鄭其斌 李星

【摘要】“醫學儀器原理與設計”是一門集醫學、物理、電子和計算機等多學科技術為一體的交叉學科;本文根據該課程的特點，進行了教學方法的探索和改革。在儀器通用設計部分采用傳統教學方法，由教師主導課堂，融合實際項目需求和工程設計經驗講解知識點;在具體典型的醫學儀器設計原理部分借鑒翻轉課堂理念，由學生主導課堂，學生分組調研、整理材料、匯報和討論。本文就該教學模式的設計思路和教學方法進行了探討。

【關鍵詞】翻轉課堂 ?教學模式

【中圖分類號】G642.4 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2020）27-0103-02

“醫學儀器原理與設計”課程是生物醫學工程專業學生的專業主干課程，該課程全面深入地介紹生物醫學測量方法、現代醫學儀器的原理與設計等相關重要知識，涵蓋了較寬的專業綜合理論，體現了較強的實踐特點。主要內容包括現代醫學儀器概論、生物電測量及儀器、生理參數測量及儀器、治療和修復醫學設備、醫學儀器的干擾抑制等。該課程涉及到醫學、物理、電子和計算機等方面的技術，通過該課程的學習使學生掌握醫學儀器的分類與構成、理解基本測量原理、掌握基本設計方法。為生物醫學工程專業學生今后就業和深入地研究學習奠定基礎，并能夠在實際工作中產生重要作用。

課程的主要特點首先在于課程內容均為最常用的醫學儀器的原理、應用與設計;其次，在課程講授中，著重強調醫學儀器不同于其他電子儀器設計的特點，以經典的醫學測量、治療儀器的原理和設計為例詳細講解醫學儀器設計開發的正確思路和方法，使學生知其然也知其所以然，從而掌握醫學儀器設計的一般規律，最終具備不同醫學儀器開發需求的專業基礎和工程素養;最后，教師長期從事醫學儀器開發相關的科研工作，在動態心電、血壓監測和有源植入醫療器械等方面都有很好的工作積累，在課程講授和課下輔導方面都能夠很好地體現科研反哺教學的教學改革理念。

作為一門隸屬于生物醫學工程專業的綜合學科，它涉及知識面廣、難度較大，在教學過程中如何將該課程的知識系統且清晰地呈現給學生，如何及時地將前沿設計理念傳遞給學生，如何培養學生的創新設計能力，正是目前課程教學中迫切需要解決的問題。為此，作者結合本課程特點和前期教學經驗，對該課程的教學方法進行探索和改革，提出一種傳統教學與翻轉課堂相結合的教學模式。

1.教學模式的整體思路

該教學模式在儀器通用設計部分采用傳統教學方法，以教師授課為主，融合實際項目需求和課題組前期積累的工程經驗講解知識點，給學生建立一個良好的儀器設計基礎。通過學習生物醫學測量和各種醫學儀器的系統原理和組成，使學生掌握醫學儀器的分類和構成、理解基本測量原理、掌握基本設計方法。為學生今后就業和深入地研究學習奠定基礎，并能夠在實際工作中產生重要作用。通過基礎的課程教學以期達到三大目標：第一，了解醫學儀器設計的基本流程、各類常見儀器的設計思路，儀器設計時的注意事項等專業知識;第二，培養學生的工程素養：能夠將數學、自然科學、工程基礎和專業知識用于解決復雜醫學儀器系統設計的工程問題;第三，培養學生分析問題的能力：能夠應用數學、自然科學和工程科學的基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析復雜醫學儀器系統設計中的工程問題，以獲得有效結論。

在具體儀器設計部分借鑒翻轉課堂理念，老師準備多個醫學儀器設計類題目供學生挑選，包括：心電檢測電路的設計、心率變異性檢測模塊的設計、人體溫度測量電路及體溫的實時監測顯示模塊的設計、呼吸測量電路及體溫顯示模塊的設計、脈搏/心音記錄電路及其波形的實時顯示模塊的設計、腦電信號檢測及腦電波形的實時顯示模塊的設計、肌電測量電路及其波形的實時顯示模塊的設計、血氧飽和度檢測系統的設計等，供學生自主挑選自己感興趣的部分，分組進行討論，最終得出一份設計方案在課堂上進行講演辯論。這樣有助于提升學生的創新能力和知識運用的靈活性。該傳統教學與翻轉課堂相結合的教學模式，既能讓學生系統地掌握課程理論知識，又能提高學生的動腦、動手能力，為以后進一步深造或步入工作崗位打下堅實的基礎。

在具體設計部分主要期待達成以下目的：第一，培養學生設計、開發能力：能夠設計針對復雜醫學儀器系統的解決方案，設計滿足特定需求的系統、單元（部件）或工藝流程，并能夠在設計環節中體現創新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環境等因素。第二，培養學生具備初步的研究能力：能夠基于科學原理并采用科學方法對復雜工程問題進行研究，包括設計實驗、分析與解釋數據、并通過信息綜合得到合理有效的結論。第三，培養學生溝通能力：能夠就復雜工程問題與業界同行及社會公眾進行有效溝通和交流，包括撰寫報告和設計文稿、陳述發言、清晰表達或回應指令。并具備一定的國際視野，能夠在跨文化背景下進行溝通和交流。最后，培養學生終身學習能力：具有自主學習和終身學習的意識，有不斷學習和適應發展的能力。

2.教學模式的具體實踐

課程設計內容的安排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。醫學儀器及設備課程設計在自主學習環節安排了多個設計題目供學生選擇，各個題目均是有一定代表性的醫學儀器或醫學電子儀器的功能模塊。醫學電子儀器的功能模塊的設計需具備一定電子實驗技能，并能綜合運用所學電子理論知識和醫學儀器與設備的理論知識，經過一定努力方可完成。在教師授課環節早期便布置下設計任務，安排學生自由組成固定人數的小隊，以方便大家學以致用，更好地吸收課堂知識。自主學習的講演展示階段，由老師和學生共同打分點評，促進大家的學習積極性。

2.1醫學儀器設計通用知識部分

教師總結講解儀器設計通用的知識點，基礎知識包括傳輸線理論與應用、測量中的噪聲與干擾、放大器設計、時鐘技術、模數轉換和數據傳輸與存儲等，專業知識包括X線成像的基本原理、PET的設計原理、核磁共振成像原理、全自動血氣分析儀設計原理、除顫儀和心臟起搏器的設計原理等，通過講授上述儀器設計的基礎理論和設計經驗，給學生系統地呈現儀器設計的通用知識。并引導學生聯系自己的設計題目進行實際的應用，提升學生對知識理解的深度。并留出時間給學生就自己設計的部分進行提問，教師適當給出意見。

2.2具體的儀器設計部分

具體儀器設計部分是本節課的亮點所在，也是檢查學生課堂知識掌握程度的重要途徑。

將學生分為人數相等的幾個小組，每組設置一名組長，選擇本小組感興趣的設計題目，在教師講授階段逐步確認每個成員的分工。學生課下先結合自己所掌握的知識，通過自己查閱相關資料，詢問老師同學等方法，完善本組的設計。

在規定時間結束時，收集和整理全組整體的設計結果，并選出代表進行課堂講演，其他小組可以對該小組的講演內容進行提問。教師要引導、鼓勵學生參與到討論中來，指引自學和討論的方向、廣度、深度，提供教學資源，指導查找資料，解答疑難，協調小組活動，幫助有困難的同學。最后通過在課堂上的歸納總結，每組學生可以檢查自己的學習情況，鞏固所學的知識，分享整理好的設計結果，提出在討論過程中遇到的問題。各組歸納結束后，由老師做最后的陳述。老師總結陳述時，概念要清楚，重點要突出，層次要分明，幫助學生掌握重點、彌補遺漏。課程的最后讓同學們以撰寫論文的形式，總結自己本次課程中遇到的問題、學習到的知識以及本組的設計思路、自己的貢獻等。通過這樣一些開放式問題的設置，讓學生積極思考問題，探索造成差異的原因，加深了對各生理參數采集原理和臨床意義的認識。實驗教學也極大鞏固了對理論知識的掌握，初步培養學生一種探索式思維方式。

3.教學模式的優勢

該教學模式同以往的教學相比，其優勢主要表現在以下三個方面：

3.1傳統教學和翻轉課堂結合，優勢互補

傳統教學和翻轉課堂，在教學實踐上各有優勢。傳統教學，知識傳授是通過教師在課堂上的講授完成。在教師講授的知識引導下，學生在課后自主進行知識的深化學習。而翻轉課堂顛覆了傳統的教學思維，學生在課前就完成有關知識的學習和思考，然后帶著疑問入課堂，在課上進行答疑與討論，調動了學生在醫學儀器領域探索的積極性。兩種教學方法各有優勢。

雖然課前學習方便且不受課堂教學限制，但是經調查發現學生對自己的學習能力缺乏自信，而教師授課可根據學生的實際情況調整所授知識[1]，這是課前學習不具備的優勢。所以在實際教學實踐中，需要把控好課前學習與課堂講解的結合，讓傳統教學與翻轉課堂充分結合，優勢互補。

3.2充分利用網絡信息資源

雖然目前大多數同學都知曉網絡上能夠搜索到自己所需的學習內容，但是并不是所有同學均能掌握正確的篩選方法，網絡上繁雜的資源影響了查詢內容的正確性。因此，教師對網絡資源的提前整合起到十分重要的作用。不僅節約了同學們的查詢時間，也提高了學習效率。另外，課前學習相關內容不受傳統課時的限制，教師分享的內容也會因此更加豐富。

3.3抓住學習關鍵點

學習的關鍵在于知識是否被吸收內化。翻轉課堂與傳統教學相比增加了課內討論時間，與機械的接受知識灌輸相比，這種形式使得學生主動尋找相關知識并進行發揮。翻轉課堂無疑更能提高知識內化的比例，學生的學習效益得以大幅度提升。

教學課程的探索是為了提升教學質量，而不僅是為了完成教學任務。新式教學方法提升了學生對課程學習與探索的興趣[2]，并且在其他課程中已然初見成效[3];傳統的教學方法中教師可以根據學生的具體情況調整傳授的知識，將理論知識和個人經驗系統地傳授給學生。因此，作者相信兩種教學方法的結合將會給學習“醫學儀器原理與設計”的學生帶來很大的幫助。

參考文獻：

[1]劉珂舟，嚴明，祝磊，薛凌云.基于MOOCs/SPOC的《醫學儀器原理及設計》課程翻轉課堂的改革與實踐[J].教育教學論壇，2018（18）：118-119.

[2]王美玉，朱友華，許鵬，施敏，周晶，許小梅，曾鳳.微課在實驗教學中的運用研究——以醫學電子儀器原理與設計課程為例[J].中國現代教育裝備，2016（21）：56-58.

[3]顧艷，周瑩，周芯羽，袁剛，駱孟.翻轉課堂模式應用于醫學影像教學的實驗研究[J].當代教育實踐與教學研究，2018（09）：16-17+19.