多學科交叉視域下課程改革初探

田雨

［摘 要］ 生物醫學信息學是一門新興學科，特別在醫療信息化、醫學人工智能高速發展的今天，其對國家發展特別是人民生命健康具有重要意義，因此迫切需要培養大量具有“醫、工、信”多學科交叉背景的復合型人才。結合“生物醫學信息學”本科生課程及國內外同類專業及課程的有關情況，著重闡述了對“生物醫學信息學”課程改進方向的思考與嘗試，并結合課堂反饋對課程改進效果進行評估，以期進一步推動“生物醫學信息學”的課程建設，為培養視野寬闊、敏于思考、敢于創新的生物醫學信息復合型人才提供有力支撐。

［關鍵詞］ 生物醫學信息學；醫工信交叉；課程培養

［基金項目］ 2021年度浙江大學本科課程思政建設項目“生物醫學信息學”（15120520）

［作者簡介］ 田 雨（1987—），男，黑龍江齊齊哈爾人，博士，浙江大學生物醫學工程與儀器科學學院副研究員，主要從事醫學信息學研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2023）36-0071-07［收稿日期］ 2022-08-07

引言

20世紀50年代以來，信息學技術高速發展，并與生物醫學領域結合產生了新的知識領域與專業學科。最早將計算機技術應用在生物醫學領域的主要集中在生物物理學、生物工程以及生物醫學電子出版物等，出現了如醫學計算（medical computing）、計算機醫學（computer medicine）、醫學信息處理（medical information processing）、醫學信息科學（medical information science）、醫學軟件工程（medical software engineering）以及醫學計算機技術（medical computer technology）等一系列對這一新領域進行描述的新名詞［1］。直到1974年在第一屆世界醫學信息學大會中，“醫學信息學（medical informatics）”這一術語才被正式提出用來描述這一新興領域。這一領域主要研究與患者、臨床知識、群體衛生等數據的管理及利用相關的新理論、新方法、新技術，涉及健康醫學的各個方面，包括研究、教學和實踐。從20世紀60年代開始，出現了多個有代表性的學術組織專注于醫學信息學，如國際信息處理聯合會第四技術委員會將國際信息聯合會中與醫學計算相關的學術討論整合起來，并于1988年正式獨立，發展成國際醫學信息學學會，同年美國醫學信息學協會也正式成立。這些學術組織的建立與發展，極大地推動和促進了醫學信息學在世界范圍內的研究與發展。

20世紀90年代，“生物醫學信息學”一詞才開始出現。得益于人類基因組計劃以及對基礎生物學數據分析的不斷拓展與深入，越來越多的學者認識到醫學信息學的方法和技術可能會適用于更廣泛的生物醫學領域。從那以后，很多科研項目均采用“生物醫學信息學”這一術語來替代“醫學信息學”，目前，這一術語作為領域名稱已被廣泛接受。

美國醫學信息學協會將生物醫學信息學定義為“生物醫學信息學（biomedical informatics， BMI）是一個跨學科領域，在努力改善人類健康的驅動下，研究和追求面向生物醫學科學探究、問題求解以及決策制定相關的生物醫學數據、信息和知識的有效利用”。從學科范圍上來講，生物醫學信息學覆蓋從分子到個體再到群體的宏微觀相結合的研究對象；從理論和方法上來講，生物醫學信息學建立在計算機、通信和信息等學科和技術發展的基礎上，為生物醫學數據、信息和知識的生成、存儲、檢索、使用、管理和共享提供理論及方法支撐；生物醫學信息學特別強調人是生物醫學信息的最終用戶，因此會利用社會及行為科學為生物醫學領域相關技術方案、政策以及經濟、倫理、社會、教育和組織系統的演變提供信息［2］。

生物醫學信息學與健康信息學（health informatics）和生物信息學（bioinformatics）之間存在緊密的聯系，生物醫學信息學能夠為覆蓋個體及群體層面的健康信息學提供基礎理論、方法及技術，也能為面向組織、器官、細胞乃至分子層面的生物信息學及影像信息學等提供基礎理論、方法及技術，如圖1所示。不同應用領域通過不斷地探索及實踐對生物醫學信息學的核心理論、方法及技術進行交互與刺激，不斷推動理論創新，從而更好地指導相應領域信息學技術的創新與發展。

一、國內外生物醫學信息學專業及課程情況調研

生物醫學信息學是比較新穎的專業領域。為了更好地把握課程建設前沿方向，筆者針對國內外生物醫學信息學領域知名高校的專業及課程情況進行了調研，由于生物信息領域已有較為系統的調研［3-5］，本文主要將醫學信息學發展到生物醫學信息學的脈絡加以梳理和調研，具體情況如下。

（一）美國生物醫學信息學專業及課程情況調研

美國生物醫學信息學專業培養主要以研究生培養項目為主。1964年，美國猶他大學創立了世界范圍內第一個生物醫學信息學系，創立之初就聚焦于對醫學專業人士、醫學信息學家以及醫療健康領域從業者開展醫學信息學領域教育，經過多年的發展，猶他大學醫學信息學系因其對臨床健康信息系統、計算機化決策制定、計算機化患者護理評估以及其他醫學信息學研究領域的貢獻而享譽國際。1994年，美國哥倫比亞大學正式建立生物醫學信息學系并開始培養研究生，該系囊括了健康、預防、公共衛生、生物學以及醫學等領域中與生物醫學信息相關的各個方面，具備從基因組學、蛋白組學、生物系統模擬到電子病歷系統、臨床決策支持、知識管理、遠程醫療等全方位開展生物醫學信息學基礎理論、方法教學及應用研究的能力。1997年，美國得克薩斯大學休斯頓健康科學中心就開始關注信息技術在生物醫學領域的應用，并于2001年正式成立健康信息科學學院，2010年正式更名為生物醫學信息學學院，是全美范圍內第一個致力于健康信息學的研究生教育項目。該學院致力于為跨學科團隊工作的醫療專業人員、生物醫學科學家以及信息技術人員提供系統的生物醫學信息學教育，通過將計算機、工程、認知和醫學科學相結合，有效推動生物醫學研究和新型醫療服務模式的研究與發展。2015年，美國哈佛大學、斯坦福大學均正式設立了生物醫學信息學系，并圍繞精準醫學、轉化醫學信息學等前沿方面開展研究與教學。

由于生物醫學信息學既是科學領域又是技術領域，美國生物醫學信息學相關課程總體上遵循“記憶、理解、應用、分析、評估、創造”的教學流程，通過從研究視野、理論及方法、技術技能等三個方面的教學與培養，促使學生在提出正確問題時表現出創造力，在質疑過去方法時表現出科學的懷疑態度，并具備嚴格應用所學方法及技術進行實驗設計、數據分析和理論制定的能力。具體的教學內容（以美國猶他大學生物醫學信息學系為例）包括：（1）醫學信息系統：讓學生清楚地了解醫學信息系統設計、開發和評估相關的要求、概念和方法；（2）專家系統：主要強調專家系統研究和人工智能技術在醫學問題上的應用；（3）生物信息學：旨在為學生提供生物信息學、人類遺傳學和統計學等方面的全面培訓；（4）醫療質量：重點培養學生應用計算機技能評估和提升醫療質量的能力；（5）醫學影像：培養學生對醫學成像及圖像處理相關知識與技術的理解能力［6］。

（二）日本生物醫學信息學專業及課程情況調研

自1980年東京舉辦第三屆世界醫學信息學大會以來，醫學信息學在日本蓬勃開展起來。1983年，日本醫學信息學學會正式成立，此后每年都會舉行年度學術會議，有力地促進了日本醫學信息學領域的發展。

由于不同群體對于醫學信息學教育存在不同的需求，因此日本醫學信息學相關培養項目及課程的設置也存在差異：（1）針對醫生、護士、藥劑師、健康記錄員等醫務工作者在實際診療環境中面臨的醫療信息系統使用、管理等IT技術問題，提出在健康醫療從業人員培養的過程中加入健康及醫學信息學相關內容，具體包括：醫學信息學（必修）、統計學、醫學電子、信息處理及計算機等；（2）面向醫學信息領域專家學者群體的培養需求，除了為該類群體在研究生階段提供醫學信息學教育以外，還提供特定的培養項目，穿插在本科到博士的不同階段，提供靈活、多樣的醫學信息學教育途徑。

與美國主要以研究生階段的培養不同，一些日本高校開設了醫學信息學相關的本科課程。以日本川崎醫科大學健康信息學系為例，與醫學信息學相關的本科課程主要包括三個部分：（1）IT和信息處理，涵蓋編程、數據庫系統、網絡、軟件系統設計及開發；（2）健康醫療統計和方法，涵蓋數學、健康醫學統計、決策支持；（3）健康與醫療，涵蓋人體機構與功能、疾病概述、健康服務體系、健康信息管理等。同時，日本醫學信息學培養特別強調實踐性，特別會安排學生利用暑期在醫院進行為期2～4周的實踐培訓，從而讓學生了解醫院的功能組織、病人流、信息流以及幫助患者的態度等［7］。

（三）中國生物醫學信息學專業及課程情況調研

自20世紀80年代開始，我國醫學信息學領域也在不斷發展與前進。1980年，中國醫藥信息學會成立，并作為國家成員單位參與國際醫學信息學會；同年，中國生物醫學工程學會成立，后續陸續成立了醫學影像信息與控制分會、生物醫學測量分會、數字醫療及醫療信息化分會等與生物醫學信息領域相關的分會；1985年，當時的白求恩醫科大學創辦了醫學圖書情報系，湖南醫科大學、同濟醫科大學、中國醫科大學也相繼成立了醫學圖書情報系（后陸續更名為醫學信息學系或者生物醫學信息學系），后續許多高校（復旦大學、四川大學、吉林大學、中南大學）也專門成立了醫學信息相關專業的研究生學位點；特別地，中南大學、南通大學、徐州醫科大學等分別于2003年、2007年、2010年相繼獲批醫學信息學本科專業，國內還有50多所醫學院校雖未獲批設置醫學信息學專業，但在相應專業名稱后標明“醫學信息（學）”或者“醫學信息（學）方向”，有效推動了醫學信息專業教育。但2013年，《普通高等學校本科專業目錄》將原“醫學信息學”專業歸并到“生物信息學”專業，同年出版的《學位授予和人才培養一級學科簡介》將“醫學信息學”納入“基礎醫學（1001）”下的第7個分支學科范圍［8］。上述發展過程說明了我國生物醫學信息學專業還在不斷摸索與嘗試的過程中。

目前，我國生物醫學信息學專業在不同高校的所屬院系不盡相同，以筆者所在的浙江大學為例，并沒有單獨的醫學信息學系而是歸到生物醫學工程專業下開展教學及科研工作，而如中南大學生物醫學信息學系則是歸在生命科學學院的。因此，不同高校的教學內容也有所差異，有些高校側重生物信息學（如北京大學、復旦大學等），有些高校側重醫學信息及與生物醫學工程技術的結合（如浙江大學、清華大學等），還有些高校則側重醫學文獻檢索及情報方面（如中國醫學科學院醫學信息研究所、南通大學等），學科分類及培養體系還存在分散度高、系統性及規范性有待進一步提升等問題［9］。不過相信在醫療大數據、醫學人工智能、精準醫學等前沿方向的不斷推動下，我國生物醫學信息學專業及課程建設會不斷完善。

二、課程面臨的挑戰

為了推動生物醫學工程專業本科生對于生物醫學信息學這一新興學科方向有較為全面而系統的認知，浙江大學專門開設了面向本科生的“生物醫學信息學”課程，該課程綜合考慮了科學性、新穎性、實用性，既介紹了生物醫學信息學的基礎知識，也介紹了國內外的最新發展和應用現狀、面臨的問題及解決的對策。通過“生物醫學信息學”的開設，試圖讓學生對生物醫學信息學有一個比較完整和系統的了解，并對當前生物醫學信息學的實際應用有比較具體和深入的認識，學習到生物醫學信息系統的研發方法。但是，作為授課教師，筆者在教學過程中逐步體會到現有課程教學面臨的一些挑戰，具體歸納如下。

第一，課程內容涉及信息科學、生物學、醫學、心理學、社會科學等多學科交叉，如何與本科前序課程之間有效銜接存在挑戰。“生物醫學信息學”課程目前主要面向生物醫學工程專業三年級本科生開設，學生前序課程主要圍繞“微積分”“線性代數”“計算機技術基礎”等基礎課程展開，而“生物醫學信息學”課程不可避免地會涉及生物、醫學、心理學、認知科學、社會科學等多個學科的基礎知識，學生往往會由于缺乏相應的知識而對課程內容的學習感到吃力。因此，如何做好與前序課程知識的銜接是課程教學面臨的挑戰。

第二，課程涉及知識內容較多、領域跨度大，如何幫助學生建立較為全面的知識體系存在挑戰。“生物醫學信息學”課程主要涉及三個方面的內容：（1）生物醫學信息學的基本概念：生物醫學數據的獲取、存儲和利用，相關國際信息標準，自然語言和文本處理等。（2）生物醫學信息學的實際應用：醫療衛生領域內的各類信息系統，諸如醫院信息系統、電子病歷、醫學成像系統等。（3）生物醫學信息學的發展方向和新技術：醫療大數據、醫學人工智能、精準醫學、移動醫療等。“生物醫學信息學”課程涉及的知識內容多、領域跨度大，因此，如何幫助學生將不同學科領域中涉及的生物醫學信息學知識統合、梳理清晰，建立整體性、系統性的知識體系存在挑戰。

第三，課程中有不少緊貼臨床實際的內容，本科生接觸機會較少，如何幫助學生加深理解存在挑戰。生物醫學信息學，特別是醫學信息學子領域中，會涉及電子病歷系統等眾多醫療信息系統，對于尚未有醫院實習或工作經歷的本科學生來說，對臨床實際流程與業務場景往往比較陌生，不太容易理解。因此，如何幫助學生理解臨床業務，加深學生對臨床信息系統在真實診療環節中應用能力的理解存在挑戰。

三、課程改進方法初探

基于上述挑戰，結合對國內外生物醫學信息專業及課程的調研，筆者從以下幾個方面探索課程改進措施，為提升課程教學效果進行了有益嘗試。

（一）互動啟發、開闊視野

為了幫助學生更好地將“生物醫學信息學”課程內容與多學科領域知識建立聯系，教學組在原有課堂講授的基礎上，新增了課堂展示環節，讓學生根據自身興趣，從課程涉及的生物醫學信息學要點中選擇一個方向進行文獻綜述，然后將綜述相同方向的學生組成3～4人的課堂展示小組，并安排各個小組面向所有學生及教學組進行綜述內容展示。通過讓學生針對感興趣的方面進行綜述，有助于充分調動學生的主動性，促使其借助互聯網、文獻數據庫等資源充分了解特定方向的發展歷程及最新進展，在此過程中，學生自然會對多學科知識進行探索，將課堂上的被動講授變為學生的主動探索，加深學生對領域及方向的理解。同時，通過組隊課堂展示的方式，一方面，能夠鍛煉學生總結歸納及表達能力，另一方面，通過學生與教學組的互動，能夠進一步開闊學生的視野，了解學科前沿進展情況，有助于學生建立系統的知識體系。

（二）情景帶入、鼓勵思考

為了幫助學生了解臨床真實場景，教學組通過設定模擬場景的方式，幫助學生快速感受醫院信息化業務場景。例如，教學組設定醫學門診接診場景、放射科患者接診場景、門診處方發藥場景、住院患者化驗場景、院長全院運行情況溝通場景、病案室病案審核及醫保結算場景、遠程慢病管理場景、突發事件急救場景等，在這些模擬場景中要求學生扮演一些角色，然后根據教學組的指導，真實模擬相應場景業務開展過程，同時要求學生觀察并記錄相應過程涉及的臨床信息系統以及相應信息在不同系統之間完整的流動過程，并根據相應業務流、信息流記錄思考現有場景中的信息化、智能化技術是否已經足夠，是否存在需要改進的方面。通過這一嘗試，較好地激發了學生參與課程的熱情，有利于讓學生更有臨場感，通過換位思考，設身處地地體驗醫學信息學為臨床服務帶來的變革，加深學生對課程的感性認知。

（三）緊跟時事、融入思政

2016年，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調指出“把思想政治工作貫穿教育教學全過程”［10］。但是學生對于開展課程思政并不是太感興趣，如圖2所示。為此，教學組就如何更好地實施課程思政開展了問卷調研，結果如圖3所示。因此，“生物醫學信息學”課程著重介紹了近年來我國在醫院信息化、智能化建設，在醫療大數據、人工智能等前沿技術領域的不斷突破，激發了學生的民族自豪感與使命感。特別地，在課程中重點介紹我國科學及技術人員在疫情防控公共衛生信息系統、新冠感染AI影像判斷、“互聯網+遠程醫療”等方面取得的一系列成果與代表性應用，這些技術突破與創新既能讓學生感受到生物醫學信息學在解決生命健康領域重大問題方面的重要意義，也能使學生從與其他國家抗疫過程的比較中，自然而然地感受到我國防疫政策的正確性以及防疫能力的全面性，從而將課程思政緊密融入課程中，達到潤物無聲的效果。

四、課程改進效果評估

在課程結束之后，通過問卷對學生進行了調查，共回收有效問卷29份。從圖4中我們可以發現，總體來說，學生對于“生物醫學信息學”課程的評價較好，尤其是在全面性層次上，8分及以上達到了89.66%，但在課程內容的深入性上還有待提高，6分及以下占據了44.83%。如圖5所示，從學生對于章節內容的感興趣程度來看，重點集中在臨床決策支持系統、遠程醫療與移動醫療、認知科學與人工智能、生物醫學自然語言處理與文本挖掘這些生物醫學信息學的前沿方向上。

結語

生物醫學信息學是一門多學科交叉、理論與實踐相結合的新興科學，本文通過對國內外相關專業及課程的調研，并結合筆者對學科發展及教學對象的認知與理解，對課程教學方式、方法進行了一定的探索性嘗試，取得了一定的教學效果。不過交叉學科教學改革是一項長期任務，筆者仍會不斷學習與嘗試，為培養生物醫學信息學領域交叉復合型人才不斷努力。

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［10］習近平在全國高校思想政治工作會議上強調 把思想政治工作貫穿教育教學全過程 開創我國高等教育事業發展新局面［N］.人民日報，2016-12-09（1）.

A Preliminary Study on the Curriculum Reform of “Biomedical Informatics” from the

Interdisciplinary Perspective

TIAN Yu

（College of Biomedical Engineering & Instrument Science， Zhejiang University， Hangzhou，

Zhejiang 310027， China）

Abstract： Biomedical informatics is an emerging discipline， especially in todays rapid development of medical informatization and medical artificial intelligence， which is of great significance to the national development of China， especially peoples life and health， and a large number of interdisciplinary talents with “medical， industry and information are in great need”. Combined with the biomedical informatics undergraduate courses and similar majors and courses at home and abroad， this paper expounds the course improvement direction， and combined with classroom feedback， evaluates the course improvement effect， in order to further promote the construction of the biomedical informatics course， to cultivate biomedical information talents with broad vision and innovation.

Key words： biomedical informatics; integration of medical industry and information; curriculum training