生物醫學工程本科教育中科教融合育人新模式探索

羅程 權凌 李文遠

［摘 要］ 生物醫學工程專業具有典型的醫工交叉融合性、知識綜合性及技術前沿性。將高水平科研成果融入課堂，既是創新發展生物醫學工程學科的需要，也是實現新時代創新人才培養的有效途徑。充分發揮高水平科研團隊的科教協同育人作用，可以深化生物醫學工程專業育人體系改革，有力保障新工科和新醫科教育的實施。針對生物醫學工程專業提出的科研育人模式，將有望夯實高校新醫科和新工科教育的基礎，提高拔尖創新人才的培養質量。

［關鍵詞］ 科研融合；生物醫學工程專業；新醫科；新工科；“腦智明珠”計劃

［基金項目］ 2021年度四川省高等教育人才培養質量和教學改革項目“‘科教融合、項目引領創新人才培養模式：‘腦智明珠科研育人計劃研究與實踐”（JG2021-189）；2021年度四川省高校思想政治工作精品項目科研育人項目“‘課程奠基，項目引領腦智明珠計劃科研育人模式探索與實踐”；2020年度教育部新工科研究與實踐項目“基于腦科學的生物醫學工程通專融合課程與教材體系建設”（E-SSWYY20202509）；2020年度電子科技大學“‘科研育人新工程教育計劃——腦智明珠計劃”（2020KY004）

［作者簡介］ 羅 程（1976—），男，四川樂至人，工學博士，電子科技大學生命科學與技術學院教授，博士生導師（通信作者），主要從事腦疾病的腦網絡和生物醫學工程教學改革研究；權 凌（1988—），女，甘肅蘭州人，工學碩士，電子科技大學生命科學與技術學院講師，主要從事高校思想政治教育與人才培養研究；李文遠（1972—），男，河北唐山人，工學碩士，電子科技大學生命科學與技術學院副研究員，主要從事高等教學管理與人才培養研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2023）26-0019-04［收稿日期］ 2022-12-28

第四次工業革命以來，新一輪的科技革命和產業變革正在重構全球的創新體系和經濟結構，這為全球產業的蓬勃發展提供了機遇，也對高校人才培養提出了更高的要求。教育部于2017年正式推出了高等工程教育改革的新工科計劃，多所高校努力探索適應全球科技革命和產業變革的高等工科教育的中國模式，2018年，進一步推出了“卓越醫生教育培養計劃2.0”新醫科計劃。醫學應從“生物醫學科學為主要支撐的醫學模式”向“醫文、醫工、醫理、醫X交叉學科為支撐的醫學模式”轉變［1］。生物醫學工程專業運用工程學原理與方法獲取新知識、探索新技術，以解決醫學實踐中的問題，是工程技術和醫學交叉融合的新興領域［2］。在新工科建設中，如何有效整合科研與教學，在教學過程中深度植入科研第一線的思路與成果，使二者協同服務創新人才培養，是高校必須面對和解決的一個重要理論和實踐問題［3］。

一、新醫科、新工科建設中科研育人的需求與特點

（一）瞄準國家重大戰略需求

創新是引領發展的第一動力。國家重大戰略需求的提出為科技創新指引了方向，圍繞其展開的科研育人模式改革，既符合科技革命和產業變革的需求，也是新工科教育中創新的需要。2021年，我國發布了《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》，確定了腦科學等科技前沿領域為事關國家安全和發展全局的基礎核心領域［4］。2021年，我國正式啟動“中國腦計劃”，即科技創新2030—“腦科學與類腦研究”項目，其以闡釋人類認知的神經基礎為主體和核心，推動腦重大疾病的研究及通過計算和系統模擬推進人工智能的研究，因此該計劃具有典型的醫工結合特征。推動這樣一個全球性且面向國家重大戰略需求的基礎性工作，需要持續不斷地為研究團隊注入新生力量，這就對高校人才培養體系提出了更高的要求。

（二）強化多學科交叉融合

目前，在國家重大科技需求中，人工智能、空天科技、深地深海等方向都是屬于多學科交叉的前沿科技領域。多學科交叉融合的新興工科專業建設已受到了各個高校的重視［5］。生物醫學工程是典型的工—醫多學科交叉融合的產物，不同學科因聚合而迸發出巨大的創新活力，兼通腦科學與類腦智能技術研究的復合型人才培養成為學科發展的重中之重。因此，面向腦科學與類腦智能研究的生物醫學工程科研育人體系，要以課程內容設計和人才培養架構兩方面為抓手，著力強化新工科建設中多學科交叉融合的重要性。

（三）激發學生興趣，夯實科學精神

探索未知是科學研究的魅力所在，也是科研人員為之奮斗的動力源泉之一。新工科建設框架下的科研育人模式變革，需要在激發學生興趣的基礎上，著力培養其科學精神，激發學生的潛能，實現創新創造［6］。首先，最前沿的科學探索和新興產業的需求是激發學生興趣的原動力。科研團隊承擔的系列高水平科研項目，既緊貼前沿，又具備科學的研究路線，能夠通過明確的研究方案和學習目標持續激發學生的學習興趣并引導學生探索未知。其次，對現有的高水平科研項目進行有效分割，形成層級遞進且兼具挑戰性和趣味性的進階式項目群，更符合教育規律，能夠循序漸進地培養學生攻堅克難的拼搏精神。最后，為學生提供真正融入團隊進行科研攻關的機會，培養學生真誠協作的團隊精神及勇于質疑、理性爭鳴的批判精神，鼓勵學生探索未知領域。

（四）加強教學培養方案改革

目前，研究生培養依然是高校科研育人的主陣地。針對本科生的科研育人主要聚焦于第二課堂，結合國家、學校的政策導向和學生的學習興趣開展。第一課堂和第二課堂之間沒有形成完整的人才培養鏈，與新時代高校科研育人的客觀要求存在差距。因此，新醫科、新工科建設模式下的科研育人教育體系構建，應該在探索和實踐已有教學模式的基礎上，打破傳統科研育人注重在第二課堂開展科研訓練的模式，深入落實第一課堂。需要將高水平科研團隊作為科研育人的主體，面向國家重大需求，結合高水平的科研項目，設計開發基于項目的課程，重構本科課程體系與培養方案，將構建科研項目需要轉為核心課程設置需要，最新科研成果轉換為核心課程內容的新型科研育人培養方案。

二、科研育人“腦智明珠”計劃新工程教育實踐

（一）面向國家需求，突出高水平、成體系、多學科融合

“腦智明珠”計劃所依托的生物醫學工程專業，包含高度綜合的交叉學科。該計劃一方面強調工科應順應生物醫學領域的發展，服務于面向人民生命健康的國家要求；另一方面要利用生物醫學工程的研究成果解決醫科領域的一些新問題，促進新醫科的發展。在新醫科和新工科建設背景下建立的“腦智明珠”計劃，深度融合了信息科學、神經精神病學、腦科學、心理學等多個醫、工、理學科，既是對生物醫學工程專業交叉融合的再升華，也是高等教育創新改革的新嘗試。更進一步，計劃在學生選拔過程中，繼續貫穿學科“融合—發展—創新”的思路，對全校所有的醫、工、理專業的本科學生開放，目前入選的學生涵蓋學校臨床醫學、信息與通信工程、計算機科學與工程、生命科學等10余個專業，于交叉交融中持續碰撞學術火花。

（二）堅持科學引導，強化逐級挑戰通關式發展

第一，緊扣腦科學科技創新與類腦技術發展的國家層次的科研項目，設計開發課程，融入本科培養方案。通過明確定位學習目標的高水平性，激發學生的興趣和求知欲。借鑒新工科建設在其他學科課程體系建設中的經驗，本計劃優選了腦科學與類腦智能研究相關的重要支撐課程，包括“認知神經科學概論”“腦智認知的解剖基礎”“腦智認知的生理基礎”“腦智信息分析”“腦智系統開發”等核心理論課程，以及“心理實驗實訓”“腦影像分析實訓”“腦電分析實訓”“腦神經建模實訓”“腦電檢測/腦機接口技術實訓”等需要實際動手操作培訓的核心實驗課程［6］。所有的課程分5個學期，以全校公選課的形式落地第一課堂，既能使學生接受有針對性的科研實訓，又能以選修課學分的形式植入學生現有的專業培養方案。

第二，利用具有挑戰性的科研實訓項目激發學生持續學習的興趣，結合逐級挑戰式的課程，實現項目應用導向的培養過程。以具備吸引力的實訓項目引領重要的核心課程，緊密結合“理論基礎+技能訓練”，培養學生的科研能力，使其接受科研素養熏陶，提高綜合能力。以“激發潛能，個性發展”為目標，從科研團隊承擔的腦科學與類腦智能相關科研攻關項目中，篩選出能夠吸引學生、具有挑戰性和一定顯示度的實訓項目。在貫穿整個大學的課程進度安排上，采取項目難度層級遞進的模式：初階以腦智相關基礎及實驗為核心，激發學生的學習興趣；中階以腦智信號處理及系統設計為核心，磨煉學生的實踐技能；高階則圍繞腦智機制、類腦系統等板塊開展主動探索研究，確保項目具備難度和興趣平衡的實際操作性。

第三，改變教學模式，整合核心課程和實訓項目，形成學生主動推進的“三級”攻關式發展。“腦智明珠”計劃的三個階段，難度和知識融合要求都較前一個階段逐漸提高。第一個階段，“腦智基礎”的教學目標是了解大腦智力相關的基本理論和方法，在第2～4學期通過開設3門課程和3個實訓課程進行。這些課程與專業要求的課程平行學習，使學生在已有的專業基礎上，掌握腦科學研究的基本實驗范式，熟悉腦科學實驗的基本技能，實現引導學生了解腦科學、培養學習興趣的目的。第二個階段，“腦智方法”在第5、6學期進行，開設2門專業課程和2個實訓課程，教學目標是讓學生進行腦科學研究方法訓練。有機融合基礎理論與工程實踐，讓學生基本具備從事腦科學研究的能力。第三個階段，“腦智研究”在第7、8學期進行，通過學生自主選擇，進入某一預設的課題，跟隨導師完成一個具體的科學任務，進而完成畢業設計，實現真正進入腦智研究階段的目標。在三個階段循序深入的過程中，通過啟發和實訓，培養學術多維度、多元化的創新思維和發散思維，幫助學生在項目牽引下完成錨定興趣、發現問題、提出問題、解決問題、逐級進階的攻關過程。

（三）深耕育人沃土，建設優勢聚集的科研育人新環境

科研育人實效性的永續發展，除了學生的參與熱情和創新激情外，還與學校的大力支持、院系的全力保障及科研團隊的全情投入密不可分。學校將構筑系統的科研育人新工程教育平臺作為核心內容納入新工科教育模式，為科研育人工作提供了經費、學分認定、場地保障、教師激勵等多方面的政策和制度支持，充分保障計劃的實施。首先，建設院系育人梯隊，項目依托學院成立了以學院黨委書記牽頭，科研育人團隊成員為主，學生工作隊伍為輔的科研育人工作專班，為每個班級配備一名教學班主任和一名學生管理班主任，各有側重、相互協同地開展工作，合力保障項目行穩致遠；其次，落實各項制度，通過制定《科研育人“腦智明珠”計劃班主任的主要工作職責》《科研育人“腦智明珠”計劃班主任考核辦法》《科研育人“腦智明珠”計劃參與考核機制》《科研育人“腦智明珠”計劃榮譽評價體系》等管理制度，從制度層面保障項目落地有聲；最后，驗收階段性成果，院系定期組織師生座談會，制作學生課程反饋卡片，及時更新教學內容與模式，制作科研育人教師記錄簿，記錄學生的階段性成果反饋，定期核驗項目成果。校院聯動層面，定期舉行教學研討會，發現問題、解決問題、啟發思路，做到研教相長、教學相長。嚴格開展課程督導，所有納入第一課堂的課程都按照學校新型教學改革課程質量督查要求，嚴格執行學校—院系—團隊三級督導，切實幫助團隊提高教學實操能力，提升學生的學習體驗。以上各層面的多維保障措施、科學考核考評機制及具有吸引力的激勵措施，為學生提供了研學沃土，持續激發學生的學習內驅力。

三、基于“腦智明珠”計劃的科研育人創新實踐成效

（一）人才培養落地見效

以一線科研團隊為依托，實現了高水平科研團隊、高水平科研平臺、高水平科研課題整裝落地第一課堂，形成了跨專業知識交叉融合的核心課程群；設置具備吸引力的科研項目群，磨煉學生集智攻關、守正創新的科學精神。本計劃于2020年秋季學期開始實施，已經招募兩期，全校工、理、醫專業300余人報名，反響熱烈。通過篩選60名不同學科專業的本科生先后進入培養計劃，在對管理、教學、項目三維度的滿意度調查中，95%的學生評價為非常滿意。

（二）學生創新能力切實提高

采用項目引領，基于項目創新創造，強化逐級挑戰。幫助學生致力于一個多階段實施的科研項目，逐級深入，成功激發學生學習醫工交叉學科知識的內驅力，同時在實踐過程中獲得工程經驗和科研訓練。改變了學生在傳統的“灌輸式”課堂講授模式下的被動學習方式，激發了學生自主思考學科實際內涵的能動性。入選一年后，有超過70%的學生獲得了國家、省市、學校各級科創類項目立項或獎項，近20%的學生申請了發明專利或發表了學術論文。《四川科技報》、電子科技大學官網等媒體報道了育人階段性成果。

（三）科研教學共生共榮

在科教融合育人大平臺氛圍的觸動下，凝練挑戰性、研究型教學培養新模式，啟發科研團隊同步推進科研創新和教學改革，做到教學相長，切實將生物醫學工程領域豐富的科研資源轉化為育人資源，創新構架，建立科教融合的育人機制，實現優秀科研人員轉化為優秀育人師資、科研平臺轉化為教學育人服務平臺、高水平科研創新體系轉化為科教融合的人才培養體系。

結語

“腦智明珠”計劃是科研育人新工程教育改革在生物醫學工程學科中的試點，強調一線科研引領，服務于國家重大戰略需求，面向學生差異化發展，依托科研團隊成體系推動，開發高水平的基于項目的系列本科核心課程并落地第一課堂，努力構建高水平科研支撐拔尖創新人才的培養機制。

參考文獻

［1］顧丹丹，鈕曉音，郭曉奎，等.“新醫科”內涵建設及實施路徑的思考［J］.中國高等醫學教育，2018（8）：17-18．

［2］教育部高等學校教學指導委員會.普通高等學校本科專業類教學質量國家標準［M］.北京：高等教育出版社，2018：495-502.

［3］周光禮，馬海泉.科教融合：高等教育理念的變革與創新［J］.中國高教研究，2012（8）：15-23.

［4］中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要［EB/OL］.（2021-03-13）［2022-11-15］.https：//www.gov.cn/xinwen/2021-03/13/content_5592681.htm.

［5］劉劍平，尹向東.“新工科”跨界融合研究：必要性、困境及發展路徑［J］.黑龍江高教研究，2020，38（2）：88-93.

［6］李平，劉瑩.新工科建設“成電方案”的商科類通識教育課程體系［J］.電子科技大學學報（社科版），2021，23（6）：89-95.

Exploration of the Talent Training Model by Integrating Scientific Research with Education in Biomedical Engineering： Based on the Analysis of “Pearls of the Crown of Brain Science” in UESTC

LUO Cheng， QUAN Ling， LI Wen-yuan

（School of Life Science and Technology， University of Electronic Science and Technology of China， Chengdu， Sichuan 611731， China）

Abstract： Biomedical engineering （BME） was characterized by unique strengths in interdisciplinary nature， comprehensive scope of knowledge， and status of being on the cutting edge of technology. Integrating high-level scientific research into university classrooms is considered as the necessity for the progress of BME， and as an effective way to cultivate innovative talents in the new era. Combining the scientific research with education plays a role to deepening the construction of emerging engineering education in BME， and it is also a strong guarantee for the implementation of the New medicine and emerging engineering education plan. The model was performed to consolidate the foundation of emerging engineering education in BME， and to improve the quality of training top-notch innovative talents in universities.

Key words： integration of research and education; biomedical engineering; new medicine education; emerging engineering education; project with pearls of the crown of brain science