生物医学工程专业复合型《医学仪器》课程教学的实践与探索

杨 滨，徐灿华，邱力军，付 峰，董秀珍

（第四军医大学 生物医学工程学院，陕西 西安 710032）

生物医学工程自20世纪50年代诞生以来，因与医学工程和生物技术的紧密关系，其经历了非常快速的发展，目前已经成为各国争相发展的高技术之一，具有很好的社会效益和市场效益［1］。近年来，我国的生物医学工程学科呈现出高速发展，对相关人才的需求日益增大，为此，我国有近70所医科大学、理工科院校和综合大学设置了生物医学工程从本科到博士的专业及相关科研邻域［2］。然而，生物医学工程作为一门高度综合的学科，具有跨学科的知识范畴，在人才培养模式方面不同于传统的专业学科，容易出现以偏概全的现象，无法真正体现出生物医学工程多学科知识综合的特点，难以更好地满足目前社会、经济发展对高素质复合型生物医学工程专业人才的要求。这一特点也体现在当前医疗单位对生物医学工程人才的需求上，即已从单纯维修型向使用、维护、管理、研制、开发等综合型过渡，既要参与课题研究解决医学问题，又要参加医院信息、网络等全面管理和技术服务。鉴于此，培养应用型和研究型的综合型人才已成为我校生物医学工程专业课程教学的目标之一，即在知识结构上满足学生第一任职需要，又使学生具有较强的发展潜力。

《医学仪器》作为生物医学工程专业重要的主干课程对完成这一人才培养目标起到重要作用。医学仪器是生物医学工程技术的载体和最终的成果形式，涉及电子、计算机、材料、机械等多学科知识，知识面和技能面广，具有信息丰富、内容抽象、实践性强的特点［3］。因此，课程教学应着眼于帮助学生掌握各类仪器结构和原理、了解医学仪器设计的基本方法和思路，使得基础理论学习同实践与创新能力的培养有机的结合，实现综合型人才的培养［4］。但是，该课程知识点众多、内容比较抽象，以往教学局限于理论授课且实验设备昂贵难以开展实践内容、教学时数有限，因此学生缺乏相应的学习热情、教学难度较大。针对这些教学难点，教学组以本专业学生第一任职和未来发展的实际需求为出发点，对课程进行复合型教学的改革和探索，以达成锻炼实践技能、增强社会适应能力、培养科研意识、全面提高学生综合素质的教学目标。

1 《医学仪器》课程教学特点

《医学仪器》是一门内容丰富的专业课程，目前有限的教学课时使得教学内容过于单薄，但如果为了适应教学目标，盲目增加课程内容，扩大教学覆盖面积，导致的结果是学生知识面广而不深，专业基础不牢，非常不利于后期深造。如果过重专注基础内容，没有涉及医疗单位已广泛使用的新设备，则知识体系过于陈旧、与实际应用脱节，学生第一任职的适应能力薄弱。这就对课程内容的优化选择提出更高的要求，需要做到去粗取精、重点突出、前后融合。

同时，根据发达国家生物医学工程教育取得成功的共同经验之一，就是既重视学生的理论基础，又重视他们的实践动手能力、实际操作能力，这样才能培养起学生的创造精神和创新意识，并发展想象力［5］。因此，实验教学应是本课程的重要组成部分，在实践中学习现代医学设备的设计方法和思路、训练学生实际动手和科研能力、培养创新思维，但在内容和形式上却应区别于其后的综合实验和毕业设计。

此外，现代医学仪器是当代高新技术与生物医学相结合的产物，它必须通过产业化走出实验室实现为医学服务的目的［6］。而产业化进程中的设计、开发、生产、管理、销售、售后等环节都对生物医学工程专业人才提出不同的知识需求。因此，在课程教学中融入对国内医疗设备研发情况和产业现状的介绍，将成为提高学生社会适应能力的一种行之有效的手段。

2 复合型《医学仪器》课程教学

根据本课程的特点，以实现应用型和研究型的综合性人才为教学目标，引入复合型教学方法，改进教学方式和模式，以提高教学效果。

2.1 优化和扩展的教学内容

为了符合医学仪器产业化对人才的需求，在课程内容的选择上做到优化与扩展结合，既要保证典型仪器的覆盖，同时突出新设备新技术。教学组摒弃传统的分类方式，根据临床应用将理论内容分为七大类，分别是生理信号检测仪器、监护仪器、光学仪器、临床检验仪器、植入式仪器、公共医疗仪器及医学仪器的安全性。其中生理信号检测仪器集中介绍无创血压测量、无创血流测量，而以往的心电、脑电测量因与前期《生物医学电子学》课程的内容重复，则归并至监护仪器讲解；监护仪器详细讲解多生理参数床旁监护仪的基础上，介绍手术监护、麻醉监护和胎儿监护设备；光学仪器属于新扩展内容，侧重于临床大量使用的医用内窥镜、验光仪以及激光治疗仪；临床检验仪器覆盖常规生化检查，包括生化分析仪、光度计、色谱仪、血糖仪和尿液分析仪；植入式仪器仅学习心脏起搏器；公共医疗仪器也属于扩展内容，选择了呼吸机、麻醉机、血液透析仪、医用高频电刀和各类手术器械等病房、ICU、手术室标配设备及耗材进行介绍。

2.2 模块化互动式的教学方式

在教学实施过程中，根据内容进行模块化教学，每个模块独立讲授一类仪器，相互间既有联系又有区别。联系在于使用相同的教学方法，即课前准备教学“三大件”：讲义、教案、多媒体幻灯，课中采用启发式教学。其中讲义作为教材的补充，内容来源于国外教材的翻译、最新文献的总结，可以根据教学内容的变化进行补充修改。讲义的使用有助于教师实现个性化教学、学生理解教学内容，并且能够及时增加本学科发展动态、国内外重大研究成果。这样不断追踪新方法和新技术的应用，积极培育学生的学习兴趣的同时让学生全方位地认识这门课程的实用性和重要性。而互动式教学则是教员就教学内容向学生提问，引起学生主动思考，或者学生随时就疑问向教师提问，帮助学生理解难点重点内容，从而变“灌输式”的被动学习为主动学习。而且，这种互动式的教学，有助于营造和谐、平等的教学环境，鼓励学生提问或发表观点。在这样的教学氛围里，学生勇于发现问题、敢于提出问题、渴求解决问题。

2.3 专业领域的专题讲座

随着新技术新方法的不断应用，医疗设备领域发展日新月异，与医学仪器相关的工作对从业人员的要求也不断细化。为了适应这种需求，教学组利用各种资源组织开展了设备研发、临床管理、仪器安全评估与认证、市场和业界动态四大类专题讲座，讲授者来自科研院所、三级甲等医院设备科、医疗器械认证公司、外资医疗器械公司等。讲座分为两段进行，第一段约30分钟为讲授，第二段约20分钟的提问与讨论。通过讲座与对话，不但使学生接触了前沿动态、开阔视野，而且能帮助学生理解学习目的、树立学习目标、调动学习热情和积极性。这一教学方式充实了课程的教学内容，将实践知识带入课堂，真正做到学习需求与教学内容相联系，从而更好地实现课程的教学目标。

2.4 项目式的课后作业

以往课后作业的内容习惯于采用教材附带的习题，其设计多偏向于单个知识点的练习和复习，但由于《医学仪器》课程自身侧重于使学生掌握医学仪器的基本工作原理和设计方法，培养学生的系统设计思想和工程实践能力，因此教学组自2004年开始就对课后作业的形式和内容进行了一系列的探索，确定了以项目为导向的综合性课后作业。作业的实质就是在人体体温、心电、血压、呼吸、心音、脉搏等生理信号中任选一种作为测量目标，撰写综述回顾测量方法、设计电路、仿真验证并完成设计报告。测量目标选择是提出问题的过程，即被测信号的特点是什么、信号处理的要求是什么、输出结果的形式是什么、测量电路的技术指标是什么；撰写综述则是形成设计思路的过程，通过复习课程内容、查阅相关参考文献，整理归纳资料，进而确定设计方案，并由教员对方案的可行性进行核准；方案的实现采用Protues软件进行电路图的绘制和仿真验证，一般包括生理信号的滤波放大、处理、隔离和输出等功能；最后以报告的形式进行总结。这种形式的作业在鼓励学生利用理论知识解决实际问题、培养学生实践能力的同时，又练习了科研论文及设计方案的写作，并且在课程体系中也起到承上启下的重要作用，后续“综合实验”课程中将依据此方案进行电路安装和调试［7］。

2.5 基于虚拟仪器技术的实践教学

实验教学是本课程教学的重要组成部分，随着教育理论的发展，研究型实验课越加受到重视，这是培养学生科研能力、创新思维的重要途径之一。然而，《医学仪器》开设研究型实验所需的硬件平台价格昂贵，因此我们另辟蹊径，选择利用虚拟仪器技术［8］设计研究型实验，不仅达成教学目标，又补充了仪器设计的新方法。实验主要内容为在MIT－BIH心率异常数据库［9］中任选一种病理状态的ECG数据，编写Lab－VIEW程序完成数据的读取显示，利用信号处理方法提取心电波形的特征参数，以此为据实现判断异常ECG的方法。实验分组进行，每组选出负责人并分析任务、提出解决方案、落实分工、撰写任务书，由教师核准后开始实验。实施过程中教师全程参与，认真论证实验方案、给予适当指导的同时，对实验各环节出现的问题同学生展开积极讨论，并随时督促实验进度。最后按分组进行现场考核，结合实验报告给予总评。通过实验教学，使学生了解课题研究的一般过程，锻炼学生的解决问题的能力，培养团队协作精神。

3 复合型教学对学生综合素质培养的意义

课程教学实践与探索应以培养学生综合素质满足实际工作需求为主线，教学组多次参加学院组织的毕业生交流讨论会以及与用人单位的座谈会，逐渐总结出学生的适应能力、实践能力和科研能力是影响未来工作和发展的重要因素，因此教学内容的调整与方式的改革均着眼于培养三种能力来提高学生综合素质。

3.1 适应能力的培养

这里的适应能力指学生毕业后的适应工作的能力，是社会适应能力的重要组成部分，是学生完成转换角色、融入工作和团队的基础。为此，利用涉及工作各个方面的专题讲座，帮助学生形成对工作的初步了解，并在讨论中帮助学生对职业设计形成正确认识。同时，在实验教学中利用小组内的分工与合作促进团队意识和协作精神的形成。

3.2 实践能力的培养

实践能力已经成为人才综合素质的核心组件，表现为综合运用理论知识解决问题的能力。为此，利用项目式的课后作业和开放式的实验教学，让学生更多地参与仪器的系统设计与开发工作，在实践中引导学生对难点问题进行分析，灵活应用所学的技术方法加以解决，有效地强化学生的综合设计能力和实际动手能力。

3.3 科研能力的培养

科研能力的培养是目前高等教育的主要内容，通过教学中有机地融合科学研究的训练，是提高学生综合素质的有效途径。为此，在实践教学中加入了综述和实验报告的撰写、文献资料的查阅学习、系统设计的独立完成，潜移默化中完成对学生科研思维的培养和研究方法的训练。

4 结论

针对任职与个人发展对生物医学工程专业学生能力需求的变化以及《医学仪器》课程的特点，结合自身教学实践，建立了复合型教学模式，突出对学生适应能力、实践能力和科研能力的培养。这种教学模式与以往相比，具有教学内容切合实际、教学方法生动新颖、实验教学开放自主的特点，有利于提高学生的综合素质。然而，《医学仪器》课程的教学改革和探索研究是一项长期任务，在教学内容和方法上仍有需要改进之处，比如项目式课后作业仍局限于使用传统器件进行设计，没能引入现代集成电路式仪器的设计理念，而实验教学集中于心电信号的采集处理，不足以覆盖更多的相关知识应用，这将是我们继续发展和研究的重点。

［1］张阳德，王 毅，任力锋.生物医学工程教育模式和人才培养途径的探讨［J］.中国医学工程，2004（3）：106－107.

［2］余大昆，李义兵，洪俊田.医学院校医学工程型人才培养模式的探索与实践［J］.中国高等医学教育，2001（6）：36－37.

［3］王群芳，和卫星，李天博.生物医学工程“医学仪器”课程教学方法分析［J］.中国电力教育，2010（33）：133－134.

［4］漆家学，李雪琦，尤富生，等.浅谈新形势下生物医学工程专业人才培养［J］.医疗卫生装备，2008，28（9）：526－531.

［5］季振宇，张 雯，王 楠，等.生物医学工程本科专业课教学实施教育国际化的思考［J］.医疗卫生装备，2011，32（10）：411－412.

［6］尤富生，史学涛，付 峰，等.生物医学工程专业毕业设计教学研究［J］.医疗卫生装备，2008，29（9）：566－567.

［7］漆家学，董秀珍，李 斌，等.在生物医学信号检测与处理综合实验课中培养学生综合能力［J］.中国高等医学教育，2004（5）：47－48.

［8］方向林.LabVIEW与虚拟医学仪器［J］.生物医学工程研究，2006，25（1）：65－66.

［9］http：／／www.physionet.org／physiobank／database／mitdb／