“新醫(yī)科”背景下生物醫(yī)學工程非電子方向的化學課程體系構建研究

莫光權 陽范文

摘?要：本文主要從課程體系的背景與形式、課程的設置與實施狀況以及課程的融合與實用性需求三個方面對目前醫(yī)工類專業(yè)的化學課程體系進行了分析和探討，并以此為基礎，提出分層次構建適應“新醫(yī)科”背景下生物醫(yī)學工程非電子方向的化學課程體系，引入“第一課堂”協(xié)同“第二課堂”的復合教學模式，并給出依據(jù)新體系設計的化學課程評價方法，以期培養(yǎng)學生多學科交叉融合的科學素養(yǎng)，提高學生應用知識解決醫(yī)學問題的綜合能力，進而為“新醫(yī)科”背景下生物醫(yī)學工程專業(yè)復合人才的培養(yǎng)夯實基礎。

關鍵詞：新醫(yī)科；生物醫(yī)學工程；化學課程體系

中圖分類號：G642??文獻標識碼：A

1?概述

2019年，《教育部辦公廳關于實施一流本科專業(yè)建設“雙萬計劃”的通知》發(fā)布，明確提出以“新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科”的示范性本科專業(yè)，來引領高校的高等教育改革，全面構建高水平人才培養(yǎng)體系［1］。此后，各大高校紛紛啟動改革熱潮，并結合自身特點與優(yōu)勢，建設適應新形勢下的特色專業(yè)。其中，備受教育界關注的高校特色專業(yè)之一是醫(yī)學類高校開設的新工科專業(yè)。醫(yī)科院校開設的醫(yī)工類專業(yè)，如智能醫(yī)學工程、醫(yī)學信息工程、智能康復醫(yī)學以及生物醫(yī)學工程等專業(yè)，以醫(yī)學科學問題和醫(yī)療實際需求為基礎，以新興的工程技術為手段，通過深度的醫(yī)工融合來優(yōu)化診療質(zhì)量、提高醫(yī)學研究水平及創(chuàng)新醫(yī)療產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具有廣闊的前景和深遠的戰(zhàn)略意義。在“新醫(yī)科”背景下，大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)以及人工智能等工科專業(yè)與醫(yī)學的深度融合也是實現(xiàn)新興醫(yī)學、精準醫(yī)學和智能醫(yī)學等“新醫(yī)科”的必由之路。因此，新形勢下，醫(yī)工類專業(yè)人才的培養(yǎng)體系成為教育研究的熱點。例如，“三對接三融合三協(xié)同”培養(yǎng)醫(yī)工結合新工科人才的探索［2］，醫(yī)工融合式“醫(yī)學成像原理”課程教學改革［3］，“新工科”“新醫(yī)科”改革下生物醫(yī)學工程專業(yè)的醫(yī)工融合教學創(chuàng)新［4］等。醫(yī)工類專業(yè)的典型特色專業(yè)是生物醫(yī)學工程，該專業(yè)一方面要求學生掌握化學、生物學和醫(yī)學相關知識，另一方面要求學生結合醫(yī)學科學問題及醫(yī)療實際需求深入學習電子、信息和計算機類的專業(yè)知識，形成具有扎實理工科基礎，兼?zhèn)浣鉀Q臨床實際問題能力的多學科交叉素養(yǎng)。生物醫(yī)學工程專業(yè)的人才培養(yǎng)方向主要可以分為電子方向和非電子方向，非電子方向主要包括生物醫(yī)學材料、生物醫(yī)學納米技術和生物傳感芯片等。在非電子方向的專業(yè)人才培養(yǎng)體系中，化學課程是不可或缺的敲門磚，尤其是在鍛煉學生的觀察能力、動手能力以及嚴謹?shù)目蒲兴仞B(yǎng)方面。非電子方向的化學基礎課包括普通化學、無機化學、有機化學和物理化學等。這些課程是非電子方向?qū)W生的重要自然科學素養(yǎng)，也是從事相關行業(yè)必不可少的化學基礎。但是，非電子方向的應用領域眾多，如醫(yī)學診斷、成像、治療和康復等涉及多種材料、化合物、制備工藝和器械等。因此，在形勢下，必須根據(jù)專業(yè)應用方向來構建適合非電子方向的化學課程體系。本文分析探討了目前醫(yī)工類化學課程體系的整體情況，旨在探索“新醫(yī)科”背景下，適合生物醫(yī)學工程非電子方向的化學課程體系，以期有效構建專業(yè)人才的科學素養(yǎng)和化學基礎，促進化學知識在專業(yè)應用中的交叉融合，提高解決實際問題的能力與綜合素質(zhì)。

2?醫(yī)工類專業(yè)化學課程體系分析

在高等教育中，化學課程是自然科學的重要理學基礎，對于培養(yǎng)學生在認識世界、改造世界、掌握客觀規(guī)律以及積累實際經(jīng)驗等方面起著至關重要的作用。就醫(yī)工類專業(yè)人才培養(yǎng)體系而言，如何積淀學生的化學素養(yǎng)，構筑學生的理學思維，提高學生的實驗動手能力是專業(yè)人才培養(yǎng)的重點與關鍵。分析和了解當前醫(yī)工類專業(yè)培養(yǎng)體系中，化學課程的定位、設置以及相關的發(fā)展趨勢和實施情況對于醫(yī)工類專業(yè)人才的配置至關重要。醫(yī)工類專業(yè)化學課程體系分析，概述如下：

2.1?課程背景及形勢分析

國內(nèi)醫(yī)科院校中，化學課程體系的定位區(qū)別較大，盡管各大醫(yī)科院校都把化學課視為公共基礎課，但在各自的培養(yǎng)體系中，化學課的設定、學時數(shù)安排以及課程考核方式的都存在不小的差異。近年來，為了進一步增強學生的自主學習能力，讓學習的主動權充分回歸學生，提高學生學習主體意識，醫(yī)科院校逐步對專業(yè)人才的培養(yǎng)計劃進行了修訂和完善。在這個調(diào)整過程中，公共課和基礎課的內(nèi)容篇幅有所精簡，課程的學時數(shù)也相應減少［5］。在眾多基礎課程中，化學課的學時也進行了相應的調(diào)整，理論課和實驗課的學時數(shù)都出現(xiàn)了一定程度的降低。然而，在化學課程大幅度調(diào)整的同時，化學的知識體系卻在不斷豐富，新體系、新規(guī)律和新工藝發(fā)展迅速。因此，在新形勢下，需要更為合理的設計和構建新型的化學課程體系。只有把握好課程的對象，講解的內(nèi)容以及學習的深度，才能更好地培養(yǎng)學生自主學習化學基礎知識的能力，使學生具備良好的理學素養(yǎng)以及較強的科研實驗能力。

2.2?課程設置及實施狀況分析

化學課程的設置是為了讓學生掌握基本化學知識，獲得一定的動手實驗能力，從而為專業(yè)能力的培養(yǎng)奠定基礎［6］。目前的化學課仍有很強的化學色彩，學生最大的印象就是化合物、符號和反應，缺乏專業(yè)氣息?；瘜W課上，主要側(cè)重于化學基礎知識講解、化學實驗技巧訓練和化學案例解析。生物醫(yī)學工程專業(yè)中的化學問題、規(guī)律和技巧沒有在化學課程體系中得到合理的設計和引導，化學課程與生物醫(yī)學工程專業(yè)課程脫節(jié)，化學基礎與醫(yī)工專業(yè)不能有效銜接。此外，化學的實驗課也沒有適當融入專業(yè)特色，缺乏一些內(nèi)含醫(yī)工元素的綜合性實驗。因此，在新形勢下，調(diào)節(jié)并優(yōu)化化學課程，促進課程體系與專業(yè)課程銜接，對于構建完善的生物醫(yī)學工程人才培養(yǎng)體系非常重要。

2.3?課程實用性及融合分析

化學是一門重要的基礎學科，在自然科學中有著十分突出的地位和作用?；瘜W與各個學科的融合極大地改善了人類對客觀世界的認知?；瘜W與生命科學、醫(yī)學以及工程學的深度融合是生物醫(yī)學工程專業(yè)在解決醫(yī)學問題和醫(yī)療實際需求中的關鍵，也是醫(yī)工新科技發(fā)展的必然趨勢。目前，在生物醫(yī)學工程專業(yè)的培養(yǎng)體系中，化學基礎課主要由化學專業(yè)的教師講授。雖然化學教師可以將內(nèi)容講透徹，但是，化學教師沒有醫(yī)工類的專業(yè)背景，缺乏解決醫(yī)工實際問題的經(jīng)驗。這就容易導致培養(yǎng)體系中的化學知識相對獨立，化學知識在醫(yī)工專業(yè)實際應用中的交叉融合難以體現(xiàn)。因此，將醫(yī)工專業(yè)應用和實際場景中的化學痛點凝練出來，并合理地融入化學課程體系教學中，促進化學知識與醫(yī)工實際應用深度融合，是新形勢下生物醫(yī)學工程專業(yè)人才構筑扎實化學背景的迫切需求。

3?生物醫(yī)學工程專業(yè)非電子方向化學課程體系的設計與構建

基于醫(yī)工類化學課程體系的分析，以教研會議或者集體備課的形式邀請醫(yī)工類專業(yè)的相關專業(yè)教師仔細梳理專業(yè)課程中所需的化學知識點。在認真聽取專業(yè)課教師的各方意見，以及充分保障化學課程教學質(zhì)量的要求下，選取生物醫(yī)學工程專業(yè)非電子方向的化學基礎課構建目標化學課程體系。具體內(nèi)容如下所述：

3.1?構建層次遞進的化學課程體系

根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)體系的需求，結合專業(yè)課教師，學科帶頭人，以及企業(yè)技術精英對化學知識體系的梳理，將化學課程體系劃分為兩個層次：化學通識課和專業(yè)基礎課?；瘜W通識課是整個專業(yè)培養(yǎng)的化學基礎和理學背景，主要包括化學基本理論和規(guī)律、常規(guī)化合物的物理和化學性質(zhì)，經(jīng)典的化學反應類型和制備合成方法，以及各種代表性的化學實驗?；瘜W通識課程可精簡優(yōu)化為兩門，分別在第一學年的上和下兩個學期開設。上學期開設無機化學（48學時），理論32學時，實踐16學時。下學期開設有機化學（48學時），理論32學時，實踐16學時。化學通識課程的學習，主要培養(yǎng)學生的化學基礎，掌握化學基本知識，熟悉物性和反應，具備一定的實驗能力和科學素養(yǎng)。專業(yè)基礎課是學生掌握生物學，藥學和醫(yī)學相關背景的關鍵，也是銜接化學知識體系和醫(yī)工特色專業(yè)的重要橋梁。專業(yè)基礎課主要包括生物化學、藥物化學、物理化學和高分子化學。在完成無機化學和有機化學的課程學習基礎上，第二學年的上學期可開設生物化學和物理化學，第二學年的下學期可開設藥物化學和高分子化學。有機化學及生物化學的知識可為學生進一步學習生理學、病理學和藥理學等課程奠定基礎，進而構建學生的生物醫(yī)學背景，使學生能夠很好地掌握醫(yī)學的問題以及醫(yī)療實際需求。無機化學、物理化學和高分子化學的知識可為學生進一步學習生物醫(yī)學材料、醫(yī)學納米技術、醫(yī)學傳感與檢測技術、人工器官等課程學習鋪平道路。專業(yè)基礎課的學習，主要是讓學生體會到專業(yè)方向應用平臺的原理、方法與技巧，比如生物醫(yī)學材料的設計與合成，治療藥物的靶向遞送與釋放，檢測器械的構建與運行等，從而讓學生具備一定的專業(yè)素養(yǎng)，獲得專業(yè)的綜合能力。

3.2?“第一課堂”協(xié)同“第二課堂”的復合教學模式

新醫(yī)科背景下，要實現(xiàn)醫(yī)工深度融合，突出專業(yè)特色，凝聚綜合能力，就必須要從傳統(tǒng)的“學”加“考”的模式中脫離出來。因此，基于層次遞進的化學課程新體系，結合專業(yè)特色與培養(yǎng)目標設計“第一課堂”協(xié)同“第二課堂”的復合教學模式。第一課堂依據(jù)教學大綱實施教學，主要包括課前預習、課堂講授和課后鞏固。教學大綱的制定必須結合專業(yè)需求與培養(yǎng)目標，精簡教學內(nèi)容，在限定的學時內(nèi)完成化學基礎知識的學習，案例的挑選要專、精、新。課前預習，通過學習通平臺發(fā)布一些有針對性的趣味問題和案例，讓學生帶著問題學習相關章節(jié)內(nèi)容。課堂講授，通過多媒體工具，結合圖片動畫講解重點和難點并給出精準例題強化。課后鞏固，布置典型的習題和拓展性的實例，加深學習的印象并拓展知識的應用。例如，溶液性質(zhì)部分的學習，課前設計預習問題：病人輸液為何通常使用生理鹽水？課堂結合圖片和動畫講解溶液的蒸氣壓變化以及溶液的滲透壓，講解滲透濃度和等滲溶液兩個知識點，解答課前疑問。課后鞏固案例設計為：什么是血液透析？血液透析機的工作原理是什么？通過第一課堂的教學設計，使學生在有效學習化學基礎知識的同時，了解知識的專業(yè)應用，為高年級專業(yè)能力的培養(yǎng)奠定基礎。

第二課堂是圍繞高年級參加學科競賽所挑選設計的教學活動。要培養(yǎng)學生解決實際問題的能力，就必須讓學生置身于一定的應用場景中。學科競賽，如“挑戰(zhàn)杯”“互聯(lián)網(wǎng)+”和“全國大學生生物醫(yī)學工程創(chuàng)新設計競賽”等，都是學生綜合能力的重要賽場，以賽代練更能培養(yǎng)學生的實操能力。根據(jù)專業(yè)教師的背景設計參賽項目，通過團隊合作讓學生進行跨學科的演練，促進學科的交叉以及知識體系的融合。例如，學生在學習無機化學、物理化學和生物化學課程后，可在專業(yè)課醫(yī)學傳感器的課程中學習血糖儀的工作原理。進而可以設計血糖的檢測與動態(tài)監(jiān)測相關為項目，參與到學科競賽中。通過學科競賽，可讓學生更深地體會到血糖監(jiān)測的科學原理和意義，也為學生了解實際應用提供切實的場景。第二課堂的協(xié)同教學可以更加全面地鍛煉學生的實際應用能力，為解決“知識脫節(jié)”“學科融合不足”提供了可行的方向。

3.3?完整的化學課程評價體系

化學課程的學習效果評價主要考核學生掌握知識水平和應用知識能力的評估，包括形成性評價、終結性評價和實際綜合能力考查。形成性評價主要是學生在學習過程中的評價，包括課前預習（30分）、章節(jié)小測（30分）和實驗成績（40分），此部分用作課程考核的平時成績，課程總評占比40%。課前預習和章節(jié)小測可在學習通上通過視頻和作業(yè)發(fā)布，實驗成績則以實驗報告得分為準。終結性評價則是學生總體知識掌握水平測試，主要方式為期末閉卷考試，總分100分，課程總評占比60%。通過形成性評價和終結性評價來全面，系統(tǒng)地評價學生的學習成果，培養(yǎng)過程清晰，學習效果客觀。第二課堂主要是第一課堂的協(xié)同與延伸，能夠更加客觀和真實地展現(xiàn)學生的融會貫通的能力、知識應用的能力以及綜合解決實際問題的水平。競賽的結果直接體現(xiàn)了第二課堂的學習效果，也會被直接納入人才培養(yǎng)評價體系，在評優(yōu)和升學方面給予體現(xiàn)。

4?總結與展望

本文主要探討了“新醫(yī)科”背景下生物醫(yī)學工程非電子方向的化學課程體系構建的思路。首先，分析了新醫(yī)科背景下，生物醫(yī)學工程專業(yè)非電子方向化學課程體系存在的主要困境：“培養(yǎng)方案學時有限，教學難度大”“化學課程與醫(yī)工類專業(yè)課程脫節(jié)”以及“化學知識與醫(yī)工實際應用交叉融合不足”。針對這些困境，本文提出分層次構建適應“新醫(yī)科”背景下生物醫(yī)學工程非電子方向的化學課程新體系，引入“第一課堂”協(xié)同“第二課堂”的復合教學模式，構建綜合全面的化學課程體系評價方法，以期培養(yǎng)學生多學科交叉融合的科學素養(yǎng)，提高學生應用知識解決醫(yī)學問題的綜合能力，為新形勢下生物醫(yī)學工程專業(yè)人才的培養(yǎng)夯實基礎。

參考文獻：

［1］教育部辦公廳關于實施一流本科專業(yè)建設“雙萬計劃”的通知.http：//Www.Moe.Gov.Cn/Srcsite/A08/S7056/201904/T20190409_377216.Html.

［2］何青，林林，方向林.“三對接三融合三協(xié)同”培養(yǎng)醫(yī)工結合新工科人才的探索［J］.黑龍江教育（高教研究與評估），2023（08）：5557.

［3］呂丹，郭世俊，嚴加勇，等.醫(yī)工融合式“醫(yī)學成像原理”課程教學改革［J］.教育教學論壇，2021（12）：8992.

［4］楊潤懷，朱華慶.“新工科”“新醫(yī)科”改革下生物醫(yī)學工程專業(yè)的醫(yī)工融合教學創(chuàng)新［J］.九江學院學報（自然科學版），2020，35（04）：69.

［5］季超越，王杰，丁丹.新工科背景下醫(yī)工類專業(yè)數(shù)學課程體系構建研究［J］.科技風，2023（23）：126128.

［6］蔡東，張志華，趙桂芝.新醫(yī)科背景下有機化學案例教學探索［J］.衛(wèi)生職業(yè)教育，2021，39（19）：8385.

作者簡介：莫光權（1982—?），男，漢族，四川瀘州人，博士，講師，研究方向：電化學理論和電化學方法應用。