生物医学信号处理课程应用型教学的探索与实践

王静，陈仲本

（中山大学a.新华学院生物医学工程系，广东广州510520；b.生物医学工程系，广东广州510080）

生物医学信号处理课程应用型教学的探索与实践

王静a，陈仲本b

（中山大学a.新华学院生物医学工程系，广东广州510520；b.生物医学工程系，广东广州510080）

生物医学信号处理是生物医学工程专业的一门核心课程。本文结合独立学院的学生特点、现状和应用型人才的培养定位，结合生物医学工程专业人才培养要求，从教学内容设置、教学方法的拓展以及课程设计环节等方面对生物医学信号处理课程的教学进行探索与实践。

生物医学信号处理；应用型教学；M at l ab软件；独立学院

一、前言

生物医学信号处理是生物医学工程专业的重要核心课程之一，其目的就是培养学生掌握医学信号处理的基本原理、方法和发展趋势，使学生具备提取、处理和解释生物医学信号的能力[1-2]，但医学信号处理课程涉及面广、数学公式多、理论概念抽象、学习难度大，教学过程面临学生没兴趣、教学效果不明显等问题，很难达到真正培养应用型人才和创新型人才的目的。

独立学院作为一种新的办学模式，近几年得到迅速发展，但其人才培养方式、教学内容设置等方面基本上还是模仿原母体学校衍生出来。原有的教学模式将不利于独立学院培养应用型人才的目标定位，本论文根据独立学院的学生特点、现状和应用型人才的培养定位，结合生物医学工程专业人才培养要求，尝试从教学内容设置、教学方法的拓展以及课程设计环节等方面对生物医学信号处理课程进行探索与实践。

二、在生物医学信号处理课程中加入实验、实践教学环节

现行的教学计划《生物医学信号处理》这门课只有54学时的理论课，而实际上，实验教学环节是理论教学实现和检验的重要手段。所以，课程组将在实际的课程安排中，加上至少18学时的实验教学环节，一次实验课3学时，主要包括M at l ab信号处理基础及随机信号分析、基于AR模型的脑电信号处理、自适应滤波器算法等基础应用性实验。

三、课程讨论式教学

由于《生物医学信号处理》这门课与前期的《数字信号处理》紧密相连，而且《生物医学信号处理》的教材中也编写有数字信号处理基础这一章，所以，在讲到这一章时，采用课程讨论、引导学生回顾式教学能够激励学生主动学习的兴趣，让学生分组做课件，围绕上学期学过的《数字信号处理》这门课的内容，以组为单位派代表上台讲解自己印象最深或最感兴趣的知识点，然后台下的学生进行点评和讨论。独立学院的学生相对其他研究性大学而言，学生的主动性欠缺，采用这种课程讨论式教学能够很好的引导学生进行主动学习。

四、加强M at l ab软件与医学信号处理教学相结合的教学方法

图1 功率谱分析

M at l ab软件是当今科研领域最尖端的科学计算应用软件之一，具有丰富的函数和工具箱，可处理各种类型的信号，在生物医学工程领域具有较广泛的应用[3]。由于医学信号处理这门课涉及很多的算法，如果在课堂上仅仅讲解算法的数学公式、理论推导，学生感觉特别枯燥，而且对于独立学院的学生来说，纯粹的数学公式更是让他们失去对这门课程的学习兴趣，将M at l ab仿真教学手段引入课堂，能帮助学生更好的理解算法的意义以及在实际的信号处理中的应用。

目前，课程组基本实现了功率谱分析、数字滤波器的设计、统计分析、相关技术、维纳滤波和自适应滤波算法、AR参数建模算法的M at l ab课堂演示。图1和图2分别是功率谱分析和滤波器设计的演示结果显示。

图2 切比雪夫低通滤波器的设计和应用

五、论文案例式教学

在相关章节的教学过程中，选择一部分科研题目或论文进行讲解，使学生通过研究论文案例，能够运用所学内容重现科研论文计算结果，得出合理结论，提高学生解决医学信号处理中遇到的实际问题的能力，并对学有余力的学生，鼓励他们尝试论文的写作并以课题组项目的名义发表。考虑到目前我们实验室的条件，课程组的现行案例有：

1.讲解到维纳滤波和卡尔曼滤波时，让学生基于M at l ab软件分别利用这两种算法进行诱发脑电信号的提取，大脑诱发电位（EP）信号十分微弱，且EP的频谱与自发脑电频谱完全重叠。通过实际例子说明如何用维纳滤波方法和卡尔曼滤波进行诱发电位的提取，学生能比较清楚的了解这两种方法的优缺点，在进行对照比较的过程中，学生可以进行一定程度的创新，并尝试自己写论文发表。

2.讲解到自适应滤波器时，让学生自行在中国知网下载一篇有关自适应噪声抵消器的文章，然后在M at l ab软件上进行实现，同时用实验室已有的m i ndray的监护仪设备，采集ECG信号，用设计出的自适应噪声抵消器进行增强。通过论文和实例研究，学生能更好地掌握算法原理，并对如何运用学到的算法原理有了切身的体会。

六、课程结束，加入课程设计环节

在课程结束后，留给学生两周的时间进行课程设计，设计题目围绕生物医学信号处理自拟。这个课程设计可以作为本课程的加分项，特别优秀的可以免于期末的闭卷考试。这个环节可以增加学生的动手能力，加深学生对本课程的理解，真正让学生学以致用，而且可以作为大四毕业设计的前期部分。

七、结束语

作为一门重要的生物医学工程专业课，医学信号处理随着科技的高速发展也在不断的变化和发展，因此作为以培养应用型人才的独立学院，必须注重教学方法的改进，不能完全照搬重点院校的教学方法。本文针对独立学院的学生特点，办学目标，对生物医学信号处理课程的教学方法进行了初步的探索和实践，学生反应这种多样化的教学方法很好的提高了他们的学习兴趣，避免了抽象的理论难以理解等情形，从需求的角度去应用书中的理论，获得了较好的教学效果。除此之外，课程组非常注重课后同学生的交流，采取面对面访谈、网上交流等形式，了解学生的学习状态和学习需求，动态的调整教学进度和教学方法，积累经验，以生物医学信号处理这门课程为教学改革的起点，争取建立一套比较完整的适合于应用型教学的具有专业特色的课程体系。

[1]饶妮妮，杜晓川，等.生物医学信号处理课程研究性教学探索与实践[J].高教论坛，2011，（8）.

[2]Li ng l i，N i niR ao，D ehong Y ao.D i s cus s i onson“Bi om edi cal Si gnalProces s i ng“C ont ent，t eachi ng and t rai nni n[C].27t h Annual Int ernat i on C onf erence of t he IEEEEngi neeri ng i n M edi ci ne and Bi ol ogy Soci et y，Shanghai，C hi na：Sept，2005，（1-4）.

[3]李凌，蒋晓平，等.《生物医学信号处理》实验演示软件开发[J].中国医学物理学杂志，2007，（1）.

Expl orat i on and Pract i ce on Appl i ed Teachi ng ofBi om edi calSi gnalProcessi ng

W ANG Ji ng1，CH ENG Zhong-ben2
1.Depart m ent of Bi om edi cal Engneeri ng，Xi nhua Col l ege，Sun Yat-Sen Uni versi t y，Guangzhou Guangdong 510520，Chi na 2.Depart m entofBi om edi calEngneeri ng，Sun Yat-Sen Uni versi t y，Guangzhou Guangdong 510080

Bi om edi cal si gnal processi ng i s a core course i n bi om edi cal engi neeri ng di sci pl i ne.The paper expl ore and pract i ce t he new course desi gn of bi om edi cal si gnal processi ng f romt eachi ng cont ent s，t eachi ng m et hods and course desi gn accordi ng t o t he speci al t y，currentst at us and appl i cat i on of i ndependentcol l ege，wi t h t he requi rem ent s ofBi om edi calEngi neeri ng di sci pl i ne。

bi om edi calsi gnalprocessi ng；appl i ed t eachi ng；m at l ab sof t ware；i ndependentcol l ege

G 642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2014）50-0164-02

2013年中山大学新华学院教学改革研究项目（2013J010）

王静（1985-），女，硕士，讲师，中山大学新华学院生物医学工程系。