科研引领多学科融合式实验教学改革初探

张晓枫

[摘要]针对生物医学工程专业的多学科交叉性与涉及领域的广泛性特点，在分析传统实验教学弊端的基础上，结合长春理工大学生物医学专业实验室在专业课实验教学工作中的探索，阐述了科研引领多学科融合式实验教学的意义和内涵，探讨了提炼科研项目、整合各个专业课程的实验教学方法在学生创新能力培养方面的实践效果，并对进一步发展和完善有生物医学工程特色的实验教学提出建议。

[关键词]生物医学 交叉学科 创新能力 实验教学

一、引言

生物医学工程是将工程学与生物、医学紧密结合，旨在探索生命的产生、演化规律，并利用工程技术手段，为人类生命健康问题提供有效的解决方案，包括疾病的诊断、监测、控制、预防和治疗等。生物医学工程作为交叉学科，它涉及生命、电子、光学、信息、材料、药学等多个领域，具有很强的交叉性和综合性，在生命科学中占有重要的地位。[1]长春理工大学的生物医学工程专业成立于1995年，主要以生物医学仪器、生物医学成像及信号处理、生物医学光学为主要教学研究方向。涉及的领域含有若干分支与广泛内容，发展速度相当迅速。一方面，这些相关领域的发展与技术的进步，为培养生物医学工程学科专业人才不断提供新的理念、理论、知识与手段；另一方面，生物医学工程专业人才的培养不断面临各种新的挑战。

为了贯彻长春理工大学教学研究型大学的教学理念与实施创新型人才的培养目标，满足日益提高的实验教学要求，生物医学工程专业以培养具备理、工、医、电、算、才、光等多学科交叉知识的专门人才为主线，把学生创新精神与实践能力的培养贯穿于整个教学过程。

二、传统实验教学模式

传统的实验教学模式都是以理论课为主，实验课为辅，依附于理论课程。专业课程的学时是其相应实验学时的3-5倍，理论课程讲授后，只是实际操作验证1-2个实验项目。这样的实验教学效果相当差，学生只是通过几个学时的时间验证理论课程当中的一两个知识点，对于整个专业课程的认识大多是还是停留在理论认识，不要说创新能力的培养，就是简单的应用也不能够完成。在各个学科都飞速发展的时代，还停留在以往的传统实验教学模式是行不通的，生物医学专业的实验教学改革迫在眉睫。

三、科研引领多学科融合式实验教学

想要提高实验教学的教学质量与效果，首先，必须提高实验教学的地位，使其不再是理论教学的附属，这样，学生才会从思想意识上真正重视实践学习[2]。2010年起，生物医学工程专业帅先将生物医学电子仪器、智能仪器、生物医学分析仪器等课程的实验部分与其理论课分离出来，单独设立了2门生物医学工程专业实验系列课程，且确定为必修考试课程，为实验课程编制了相应的实验教学大纲。增加了实验课程的学时数， 为原来几门专业课实验学时总和的一倍。在实验单独设课以后，实验课程内容的制定犹为重要。

独立的实验教学内容需要涵盖多门专业课程的核心内容，需要教学团队的教师归纳和制定。而最简洁最为有效的方式即为由指导教师在科研课题中提炼出一系列科学问题，通过这些科学问题的侧重、难易、特点将其设计为实验项目。因为任何一个科研活动都是一个系统的工程。以生物医学信号的采集、处理为例，实验部分可能包括传感器的设计、信号调理电路设计、单片机接口设计、上位机通信设计、及上位机软件编程（包括数据的分析、处理、识别、计算）等。在这些步骤中，研究的核心可能只是其中1或2个步骤，其余部分则应该是经典和成熟的方法和手段，对这些方法和手段，可以通过筛选、论证和验证后[3]，将其成熟部分先期转化为验证、综合性实验项目，而将其中较有难度的问题作为设计性或开放性实验项目。这样，学生在实验过程中可以认识到自己所做实验是正在进行的专业前沿性科研的一部分，不仅在实验中学习了专业知识，而且对专业的应用领域及发展趋势有了深入了解；另外通过学生实验，又可反过来检验此方法和手段的成熟合理程度， 启发学生在专业领域的新想法和新思路，并让学生以思考题的方式参与讨论，能否进一步修改或创新等，从而充分调动学生的学习兴趣和创新意识。

四、实验教学层次及实验教材改革

按照循序渐进、因材施教的原则，“生物医学工程专业实验系列课程”建立了四个层次的实验内容，1.验证型实验：由教师提出实验方案及具体步骤，由学生具体操作验证；2.综合型实验：包括两门及以上课程知识点的实验项目即为综合性，在整合多个专业课程后开设的独立的实验课程中应均为综合性实验；3.设计性实验：由教师提出实验目的，由学生自行设计实验方案及步骤，准备实验器材；4.研究型实验：通过前期实验的积累，由学生提出一个感兴趣的专业实验项目，学生在教师指导下进行相对独立的科研活动，进行资料查询、方案设计、理论论证分析等全过程。

针对前三个层次的实验教学需要有配套的实验教材来为学生了解实验内容，为学习实验方法和指导实验过程提供第一手材料，学生对实验的预习和了解程度直接影响着实验的操作过程。所以要求实验教学教师要根据新的实验教学体系和教学内容，对实验教材进行编写，并不断更新。改革实验教材必须改变从前实验指导书只是交待实验内容和实验方法的写法，应该加入实验的相关理论知识、器件的基本知识和测试及数据处理方法等内容，自成体系，同时融合多学科教学研究和教学改革的最新成果。

五、结语

在该模式实验教学中，能让学生实实在在体会到理论所学与科研实际的结合，了解科研的全过程，充分发挥学生的主观能动性， 开阔学生视野，提高学生的學习兴趣，启发学生创新思维。这也要求实验教学能在实践中不断探索、不断完善，加强实验队伍自身的创新，让实验技术人员在创新教育中发挥更大的作用，使专业实验室真正成为培养高素质创新人才的摇篮。

[参考文献]

[1]郭圣文，吴效明.理工类院校生物医学工程专业人才培养模式探索与实践[J].中国医学物理学杂志.2013，30（2）：4084-4088

[2]秦钢年，万辅彬.独立设实验课带动实验教学改革[J].实验室研究与探索，2004，23 （ 7） ： 75-77

[3]陈卫汝.试论实验技术队伍的建设[J].实验室研究与探索， 2005，24（11）： 114-115， 125.

（作者单位：生命科学技术学院 长春理工大学 吉林长春）