生物医学工程专业实践教育体系研究

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上海理工大学医疗器械与食品学院(上海，200093)

【关键字】 生物医学工程； 实践教育体系； CDIO

0 引言

生物医学工程专业是理工医相结合，应用工程技术的理论和方法，研究解决医学防病治病，保障人民健康的一门新兴的综合性科学。它属于实践性极强的工科专业，设置有医院实习﹑生产实习﹑综合设计和毕业设计等重要的专业综合实践环节，旨在提高本专业人才的创新能力﹑动手能力及专业素质。通过实践环节学生才能从更深层次理解所学专业知识，实践的重要性可见一斑[1]。

1 专业实践环节的问题

生物医学工程专业本科是上海理工大学的一个特色专业。实践环节拥有大量的课时，近3年专业综合实践的学时平均为18周，共18学分，占总学分10.9%； 配合丰富的教学形式，却收不到良好的预期效果。教学运行中存在较集中的问题： 观念上重理论学习，轻实践训练； 条件上重数量，轻质量，政策支持缺乏； 操作中重形式，轻效果[1]； 教学过程控制力不足，考核难以公平[2]； 反馈调控机制不健全[3]。集中表现为走马观花式的企业参观和医院见习，流于形式的课题设计，向就业倾斜的毕业设计过程，使得实践重要性被严重低估，学生接受专业训练的权益受到损害。追根溯源，上述问题主要源于以下5个方面。

1.1 观念上： 重理论﹑轻实践

生物医学工程专业需要学习生命科学﹑电子技术﹑计算机技术和信息科学的理工医综合性基本理论和知识，在有限的学分设定下，开设的理论课程较多，达到29门； 同时电子技术﹑计算机技术等应用的基本训练和专业综合实践却被忽视，即技术性和实践性不被重视。

1.2 条件上： 重数量﹑轻质量

生物医学工程的专业综合实践18学分的设置数量上基本满足要求。但是以具有特色的医院实习和生产实习环节为例，由于医疗行业的特殊性，使医院科室无法很好地接纳每届平均150名本科生进行实习，医疗器械生产企业也无法很好地安排众多的学生进行深入体验。长此以往各类实习演变成走马观花的短期参观，学生心目中也忽视此类实习。

1.3 操作中： 重形式﹑轻效果

生物医学工程的专业综合实践包括医院实习﹑生产实习﹑综合设计和毕业设计等多种形式，具体由医生/工程师的现场讲解﹑专家讲座﹑医疗器械装置实训﹑部件拆装测绘﹑企业实习和课题研究构成。尽管这些形式交叉组合形式多样，但实际效果却无法衡量，例如，医用设备关键部件的实物拆装测绘，很难达到考查机械制图能力的目标； 各类企业参观实习难以保证与专业紧密相关联。

1.4 控制上： 少控制﹑难公平

专业实践教学既是专业课程的深入与延续，也是独立的教学环节，自有独立的体系与内容，教学内容与过程的控制力不足。实习报告仅仅将医院各科室现场教学写成流水帐式“日记”，部件拆装测绘图设计专业性不足，有些甚至堪比“素描”。考核形式单一地仍以平时出勤和实习报告/测绘图纸构成，无法准确而公平地反映学生灵活运用知识解决问题的能力[4]。

1.5 反馈上： 无反馈﹑少改进

实践中的教学环节脱离学校的环境，以医院科室﹑企业生产现场﹑企业实训室﹑实习单位等为主要场合，医院或企业的外聘教师负责带教，而专业教师不便参与，教学质量控制有限。外聘教师对学生的要求和评价，学生对教学内容和形式的感受，双方面无法及时沟通，没有搭建反馈通道，整体实践教学的改进就无从谈起。

2 CDIO工程教育模式建立及改革措施

近十年生物医学工程的实践教学体系的管理和改革越来越受到重视，尤其在提出“卓越工程师培养计划”之后，国内许多大学都纷纷提出符合各具特色的改革措施[5-8]。调研表明国内外大学在生物医学工程专业综合训练环节存在差异，尤其美国大学强调将专业训练渗透到一些课程的大作业中，更突出对某研究领域的专项训练，贯穿于本科高年级的课程[7]。华中科技大学提出“培养兴趣、自主学习、层次教学、学以致用”的指导思想，从新实验教学平台建立、教学团队建设、实践基地建设三方面进行模式探索[5]； 西安交通大学特别强调综合型、设计型和创新型教学实践活动在整个实践教学环节中的主导地位，注重了灵活性、多样化和学生的自主性[6]； 清华大学着重于研究型综合训练实践教学改革，确立了“1个目标、3个环节、5种模式、4个主攻方向” 的方针，提高了学生的实践能力和创新意识[7]； 当面对卓越工程师培养新要求，南方医科大学进一步提出实践内容整合、建设“双师型”教师队伍、推进实践教学方法和考核方式等方面的实践[8]。

据统计2017年全国有67个大学设有生物医学工程本科专业，我校的专业排名位列19。根据生物医学工程专业的特点和实践的重要性，针对目前实践环节中存在的问题，参照借鉴国内外一流大学实践教学体系教改中的经验，提出针对3个不同专业方向(医用电子技术﹑精密医疗器械﹑医疗器械质量与安全)的实践教学平台建设方案，尤其引入卓越工程师培养计划和创新创业能力培养要求，更应在实践环节中提高专业的竞争力。

2.1 确立CDIO模式，观念上重视

实践出真知，创新无止境。专业实践教学的重要性被忽视的根本改变要来自于观念的改变。在现有学分和形式的范围内，整合最佳的医院和先进企业的实践资源，重视各类专业实践教学的内容安排和控制。兴趣是最好的老师。培养学生对本专业领域的广泛兴趣，树立发展目标，引导学生进行自主学习和研究，充分利用实践环节亲身体验先进技术。针对本专业实践教学环节的特色，确立基于CDIO工程教育模式，即以构思(Conceive) ﹑设计(Design) ﹑实现(Implement) ﹑运作(Operate)四个步骤，实现让学生以主动﹑实践﹑课程之间有机联系的方式，这是学习和获取综合能力的一种教育模式[9]，尤其在毕业设计阶段可实现以完整的项目研发为载体，系统地培养学生专业技术知识﹑创新思考能力﹑职业能力和态度﹑团队协作与沟通能力，培养对实际问题进行构思﹑设计﹑实施﹑运行等综合素质[10]。

2.2 制度上保证，过程严格控制

形式多样的实践教学环境往往很难控制教学效果，必须从教学制度的多方面予以控制。每个实践课程从教学大纲、教学日历、教材编写的基本环节抓起，做到学生可以了解所需的预备知识、教学内容、教学进度，有必要的辅导参考资料。教学过程中，在学生动员、实习组织、知识补充、教学控制、课程考核、双向反馈多方面进行改革。以生产实习和医院实习为例，课程正式开始之前的动员课程中明确课程的内容、时间安排、考核要求，包括必要的预备知识的复习与补充； 面对人数众多的学生和有限的资源的矛盾，合理划分实习小组，任命小组长，便于有效管理、分期分批地进行实习活动。

教学方法上，提倡以学生为中心，一个小组为单位，带教老师主导，专业教师为辅的教学形式，采取启发式﹑讨论式﹑提问式﹑基于项目的探究性学习模式[11]。教学过程中，教师具有监督学生实习过程﹑听取带教老师的反馈﹑评价本次实习效果的责任，及时调研学生小组长对课程的评价，实现双向反馈通路，为下一次实习安排调整给以指导性建议。

实践类课程的考核改变以往考勤加流水账式的报告的形式，采取基于各实习内容的提问式或讨论式主观题以及实践分析建议的不同组合，3种不同组合对应于3个不同专业，占50%； 考核内容还包括考察实践全过程﹑现场提问记录，占50%； 客观的考核形式真实地反映了学生学习过程和认知程度，避免了千篇一律的简单介绍和评分的不公平，成绩分布反映学习效果的差距，符合正态分布。

2.3 优化整合资源，发挥自身特色

专业实践教学离不开建设系列优秀的实践基地，生物医学工程专业发挥与各大医疗器械企业和高水平医院联系广泛的优势，建立医院和企业两大类实习基地。近年来合作的三甲医院有新华医院﹑仁济东院﹑东方医院，二甲医院包括市东医院﹑肺科医院等，提供多科室﹑多设备﹑多层次的临床医学部门亲身体验，包括放射科﹑放疗科﹑康复科﹑心内科﹑血液透析中心﹑理疗科﹑口腔科﹑检验科等。结合本专业的医学特色，还组织心肺复苏急救CPR的特色培训实习，购置了5套的心肺复苏模拟人，边讲解边实践的实习形式受到了学生欢迎，达到初步增进急救能力﹑培养社会责任的目的。

筛选具备带教师资力量和实习条件﹑管理规范，以及医疗器械行业内具有一定影响力的公司成为企业实习基地，生物医学工程专业先后和奥林巴斯中国医疗技术培训中心﹑上海联影医疗科技有限公司﹑微创医疗﹑上海市医疗器械检测所﹑上海康德莱医疗器械股份有限公司等知名企事业单位建立了共同培养本科生的校外实践基地。每年的假期还设置有飞利浦医疗苏州有限公司为期2周的研究实习。实现3个专业方向有侧重地前往不同实习基地，最大限度地发挥各基地的专业优势，使学生真实参与企事业单位的实际生产﹑研发和销售过程，对学生实践知识的扩展﹑眼界和思路的扩展起到较好的作用[6]。

生物医学工程专业还邀请上海诺诚电气股份有限公司﹑德国贝朗爱敦有限公司﹑德尔格医疗设备有限公司﹑日本光电工业株式会社﹑富士胶片投资有限公司多家企业以共建实验室形式设立了校内联合培训基地，德国Droger﹑Storz公司共建的模拟手术室则全方位展示现代化医院的手术室应用场景。公司无偿提供大量先进的医疗器械和设备，一方面培训员工，一方面供学生实验和设计，大大增强了生物医学工程专业实习基地实力。另外依托生物医学工程专业的教育部微创医疗器械工程研究中心，学生们也可直接接受微创器械的培训。校内基地相对独立﹑灵活，保证学生们足不出户就可以获得专业领域最先进的技术见习机会。

2.4 借鉴国际经验，实践环节贯穿专业课

美国大学生物医学工程的课程体系中并没有一门专业综合训练的课程，而是把专业综合训练渗透到一些课程的大作业中，持续贯穿在本科高年级的各学期中的某一门(些)课程里，更突出对某一研究领域的专项训练[7]； 杜克大学本科阶段≥2/3的学生参与了独立学习为主的研究，≥40 %的学生参与动手实验[12]。在本专业高年级的课程中已引入专项综合训练的部分，采取PBL(Problem-Based learning)﹑CBL(Case-Based learning)﹑基于项目团队的探究性学习模式[11]； 将专业实践训练提前至第3学年专业(基础)课程中，尽早培养学生的专业素养，领略专业特色和风采，也符合卓越工程师培养计划和创新能力培养要求。实践课程和部分专业基础课都已进行综合训练的改革尝试[13-14]。

2.5 进一步教学改革的思考

实践课程时间上和类型上都较分散，造成学生对实践重要性体验不够，各课程中管理学生形式不统一。目前利用微信群组织任务和管理过程，但是与教学制度的联系松散，比如了解课程内容﹑课程安排﹑预备知识等需要额外查询信息，不及时不灵活。可以基于“互联网+”思维[15]，开发微信小程序，将专业实践教学环节整合起来； 引入微课和论坛等多种形式，利于各课程教学效果的整合优化。

深入开展校企医相结合的产学研模式，充分调动全院教师的积极性，充分利用学校和学院的社会影响力，争取更多的社会力量(企业和医院)投入到实践教学的深入改革中。校企医三方共同孵化的科研项目，可以吸收本科学生参与其中，从而提早锻炼工程意识﹑自学能力﹑团队精神，促进实践教学的开展。

3 结果与分析

上述措施经过2年的执行初见成效，达到生物医学工程专业实践模块与学生能力的对应关系要求。以生产实习﹑医院实习﹑毕业设计为例，实践课程与学生知识(自然科学﹑医学)﹑能力(工程技术﹑提出分析解决问题﹑实践动手﹑创新能力)﹑素质(职业道德﹑沟通合作﹑学习能力)培养紧密相关。学生对实践环节的反映良好，学生评教分数较高，且2018届BME专业就业率达到98.44%。

4 讨论

生物医学工程专业的综合性使得实践教学环节更加重要，改革传统教学模式，适应现代社会的要求，培养学生的实践能力和创新精神是教学改革的首要目的，教学改革在现有基础上还需要进一步有序地探讨和深化。