基于模块化理论的人体辅助康复器械教学方案设计

孟巧玲 喻洪流

[摘要]随着康复辅助器具行业的蓬勃发展，相关的康复工程需求越来越大。上海理工大学假肢矫形工程专业开设了《人体辅助康复器械》专业基础课来满足培养应用型人才需求。然而传统教学方式并不适用这门实践性强的课程。为了提升教学效果，培养实用型人才，本文基于模块化理论，提出理论模块与实践模块相结合的教学形式来增强学生学习积极性，为学生进入康复辅助器具行业发展打下坚实的基础。

[关键词]康复器械；模块化理论；教学方案

[中图分类号]G642 [文献标识码]A [文章编号]1671-5918（2016）08-0108-03

doi：10.3969/j.issn.1671-5918.2016.08.050[本刊网址]http：//www.hbxb.net

一、引言

据2015年人口统计数据，我国60周岁以上人口已有22200万人，占全国人口总数的16.1%；65周岁以上人口有14386万人，占总人口10.5%；除此之外，我国还有残障人士近9000万的。随着生活水平的提高，我国人民不再满足基本的温饱问题，而是对生活质量和个人价值体现有了更高的要求。在这样的需求下，智能假肢、康复机器人、智能轮椅、智能家居等一系列康复辅助产品日益融人的人们的生活中。肢体功能障碍不再是一种疾病，而是看做缺失某个零件，只要适配合适的辅具便可继续实现自己的个人价值。随着社会对康复产品的需求日益增大，康复产业成为了朝阳中朝阳产业康复产业。然而，我国康复产业的发展较发达国家起步较晚，相关康复人才较少，并且由于我国传统康复概念，国内大部分高校设立的康复相关专业绝大多数为康复治疗学；对于工程类人才的培养还十分稀少，如上所述，我国缺少的更多的是具有康复工程背景的专业人才。上海理工大学根据人才形势需要建立了假肢矫形工程（康复工程）本科专业来满足社会对康复工程人才的需求。

康复工程技术是当今先进科学技术与人体康复需求相结合的产物，其任务是研究与开发用于人体功能评估、诊断、恢复、代偿以及重残者护理所需的各种设施。上海理工大学所建立的假肢矫形工程（康复工程）专业以培养医工结合、机电结合、兼容管理并具有实践动手能力的复合型高级工程应用人才为目标，开设了多门具有较强实践性专业基础课程，《人体康复辅助器械》是其中的特色课程之一。

《人体辅助康复器械》主要讲授内容包括辅助技术与康复器械两大部分。辅助技术是用于辅助技术装置（康复器械）或辅助技术服务的设计技术；康复器械（根据ISO标准的定义中文翻译应为辅助产品，但由于我国文化背景的需求，现在国内用辅助器具、康复辅助器具康复器械等名词，本文统一采用康复器械作为专属名词）根据《ISO 9999 Assistive Products for Per-sons with Disability：Classification and Terminology》，其可分为12大类，132个次类，包括个人医疗辅助产品、训练技能辅助产品、矫形器和假肢、个人护理和防护辅助产品、个人移动辅助产品、家务辅助产品、住家和其他场所的家具及其适配件、沟通和信息辅助产品、处理物品和器具的辅助产品、环境改善辅助产品，工具和机器、职业康复产品，以及休闲辅助产品，目前已列入国际产品目录的产品有8000余种。辅助技术服务是直接帮助功能障碍者来选择、获取和使用辅助技术装置所做的任何服务。总的来说，人体辅助康复器械这门课是一个多学科交叉的课程，涵盖了康复医学、生物力学、人因工程学、仿生学、机械工程学、控制工程学、电子工程学、化学工程学、材料工程学及人工智能等多个学科领域。并且，现在康复产业的发展更需要能即刻工作，即具有独立适配各种康复器械的能力、具有独自设计康复器械的能力，并具有分析和评估康复器械和适配人需求的能力，因此该门课不能只局限于理论的教授，还需要让学生进行实操训练，真正做到培养可适应现代康复技术一线生产及研发需要的应用型人才。

由此可见，《人体辅助康复器械》这门专业基础课较其他课程具有如下特点：

（一）教学内容多样化

本门课程是一门多学科交叉课程，涵盖了各个学科的基础知识，但是从本专业整体的教学计划上看，学生无法在学习本门课之前把所有需要的基础知识学完，因此，本门课程在每一部分理论讲解的同时需增加部分与该课程相关的其他学科基础课。由此可见，本门课的教学内容不只包含12大类，132次类的康复器械产品学习与认知、辅助技术服务（尤其是适配服务）的学习，还要包含涉及到各学科的基础知识，如机械学科机械设计理论与产品设计理论的学习，电子学科中基本控制电路的设计理论等教学。只有教学内容多样化才能保证该门课的教学目标的实现。

（二）理论与实践结合密切性

由于康复器械是与人直接接触的一种特殊产品，所以从研发到应用，无论哪一个环节都需要技术人员具有足够的实践经验。对于一个刚毕业的本科生来讲，他们的实践经验来自于课堂，因此本门课必须将理论与实践相结合，避免学生在实际操作过程中出现纸上谈兵的尴尬情况。

在此背景下，作者基于模块化理论提出模块化教学来解决传统教学方法在这样应用型课堂教学不足的缺点。

二、模块化理论

H.Simon最早提出了“模块”的概念，他将在进化环境中促使复杂系统均衡动态演进的特别结构称为模块。美国心理学教授Michael Gazzaniga在此基础上，提出大脑是各个神经系统的子系统以模块形式组织在一起的。自此，一些学者开始对模块化进行深入研究，将模块化理论应用到重型设备的设计、手表、自行车、快餐及教育、法律等领域。

模块化理论在20世纪70年代初被国际劳工组织研究开发，形成一种以现场教学为主，以技能培训为核心的教学模式，即模块式技能培训。从而形成由若干不同又相互联系的功能部件组成动态的教学过程，通过教学目标贯穿整个教学的新型教学方式。

随着模块化教学方式的形成，许多具有实践性的课程逐渐开始引用这种教学方式来弥补传统教学中枯燥、理论与实际相脱离等缺点。但是模块化教学能够合理的实施却要注意以下几点：

（一）模块的划分

将一门课程根据不同的功能划分成多个模块是模块化教学的根本条件。然而一门课程不同于一项产品设计，每节课的内容都有较强的关联性，因此，如何划分一门课程是模块化教学成功的关键点之一。

（二）学生的个体差异性

学生学习能力及基础各不相同，对知识理解的能力也存在差异，学习的主动性也会大不相同。因此，如何设计模块化内教学目标才能满足不同学生个体学习需求是模块化教学难点之一。

（三）实践教学的实施

模块化教学是实践性课程进行的必要教学方式，如何结合知识点的实践性教学也是模块化教学的难点之一。

三、《人体辅助康复器械》模块化教学方案设计

（一）模块的划分

教学内容多样化，在规定课时的限制下，很容易引起教学内容过于科普化，前后内容不连贯的问题产生。传统的课堂教学方式主要有讲授、提问等两种方式，将多样化的教学内容通过这两种方式进行教学，会造成课堂单一、枯燥，调动不起课堂学习气氛等问题；除此之外，该门课强调实践教学，即需要锻炼学生的实操能力，因此，该教学方法也无法实现教学目的。因此，结合这两点现存的问题，本文提出一例带全课程的教学方案，一例就是利用一个轮椅适配、设计的例子来贯穿整个教学内容。由于多样化的教学内容，本课程必须借用模块化理论将整门课内容进行模块化划分，然后再通过实例进行前后贯穿。基于此，本课程将分为两大主模块--理论模块和实践模块。理论模块根据知识点分成辅助技术、辅助技术服务、康复器械设计三个模块。其中，辅助技术再分为人工智能技术、脑机接口技术和物联网技术三个子模块，通过三种先进技术的教学让学生了解目前康复器械前沿技术。辅助技术服务重点讲适配服务，包括以机构为主的适配服务模块和以人为主的适配服务模块。康复器械设计包括产品设计、计算机辅助设计、康复器械设计三个子模块来诠释康复器械设计的技术要点内容。实践模块即为实操模块，根据理论模块的内容也分为辅助技术实践模块、辅助技术服务实践模块和康复器械设计实践模块三大模块。如前所述，本课拟通过一个案例贯穿课程始终，因此实践模块详细划分为：智能轮椅、脑机接口轮椅、物联网中的智能轮椅、个人轮椅适配、公共轮椅适配、轮椅个性化设计等六大模块，将每次课程都分成理论模块与实践模块，使学生能够做到学到即用到，牢固掌握知识点，学习目标明确。

（二）模块内目标的设计

如前所述，模块化教学的难点之一是满足学生的个体差异性，但是如果设立的目标出现等级的划分，很容易引起学生的抵触心理，反而不利于教学的开展。因此，本课程将教学目标根据模块内容设立三个目标，第一个目标为基础目标，主要是理论模块内容基本概念的掌握与理解；第二个目标为进阶目标将理论模块内容在实践操作中的应用掌握；第三个目标为创新能力培养目标，主要是结合前面两个目标，拓展学生的创新思维，提高自身知识应用于创新能力。每个目标的等级不同，学生不仅可以在课堂上完成，也可在课下思考，最终完成三个目标，最大程度的降低学生的个体差异性。

（三）实践教学的方案设计

实践教学是本门课程的难点，本课程采用本体感觉方法来让学生对本课程内容有更深入的了解。本体感觉概念来源于康复医学，旨在利用患者自身感受来帮助患者恢复器官功能。将“本体感觉”应用在《人体辅助康复器械》课程教学中，一方面让学生互相适配康复器械，感受现存康复器械优缺点，增加其学习兴趣，并引导其在设计中所应注意事项，依据自身本体感受学习并设计或改进康复器械，最终达到设计实践的目的，该方法还可激发学生学习的主动性。在本文研究中，实践模块根据理论模块内容分成六大模块，根据每个模块内容特点，让学生真正理解所学内容与掌握技能。例如轮椅适配和设计两大模块，首先请学生自己操控轮椅，根据自己对轮椅操控的感受来讲解适配原则与理由，再对所操控轮椅提出改进方案，并利用3D建模软件进行实施，或者利用现有产品进行改进，充分感受适配原则BAD（Buy-Adapt-Design）原则。除此之外，本门课将针对临床适配和工程设计两大专题，聘请临床适配技师和康复器械设计工程师进行专题化教学，从而增加学生的动手能力和实际工作经验。

四、实践与讨论

作者将此教改方案进行一个学期的实验教学，教学发现：从学习积极性来看，本学期参与课程的学生较上学期的学生对辅助技术、康复器械、辅助技术服务有了深刻的理解，其中有80%的同学明确表示对康复器械设计产生兴趣，并且课后增加了与教师的沟通，拓展了他们学习的方向。其中一部分同学还利用本门课所学的知识完成医疗器械课程设计，取得优异成绩。从学习成绩上看，本学期学生的成绩较上学期学生提高了20%。

由此可见，模块化教学不但促进的教学的多样化，提高了学生的学习积极性，而且也增进了教师与学生之间的交流，让教学与实践不再相互孤立，促进理论联系实际的实施。然而该教学方法的实施也促进了教学评价的多样性，单一的教学评价不再适用于模块化教学方式，在今后的教学中，为了给予学生更科学更公平的评价，教学评价方法还需更具模块内容进行相应的改革与创新。