生物医学电子学实验教学探讨

韦然 郑羽 王慧泉 陈瑞娟 陈洪丽 田磊

摘 要：生物医学工程是一个交叉学科，生物医学电子学在生物医学工程专业课程体系中具有承先启后的作用。在天津工业大学生物医学工程专业本科生培养过程中，《生物医学电子学》是本专业非常重视的一门重要专业基础课。该课程的实验教学目前存在硬件实验资源和学生实践能力偏弱的问题，本研究探讨改革实验教学内容，加入设计人体血压检测等模块，使实验与生活体验相结合，有助于提高学生对本专业学习的兴趣，培养实际动手能力。

关键词：生物医学工程；生物医学电子学；实验教学

生物医学工程是一门交叉学科，将工程学与生物、医学紧密结合，旨在探索生命产生、演化规律，并利用工程手段解决生物及临床医学中的关键问题，在疾病的诊断、预防、治疗等方面提供技术支持和支撑。生物医学电子学是生物医学工程专业的一门专业基础课程。该课程作为连接生物学与电子信息科学的桥梁，综合运用了电子学和信息科学的理论和方法，如生物信息获取、生物信息分析和生物信息处理等手段，解决生物学、医学、生命科学中的相关问题。

天津工业大学生物医学工程专业自2012年开设以来，学院教师在国内各大知名高校进行了广泛调研。生物医学工程专业结合天津工业大学学校以及电子与信息工程学院的实际情况和办学特色，形成了以培养医学信号检测及仪器方向高端专业人才为目标，注重多学科交叉，强调工程技术和实践能力的培养模式。天津工业大学生物医学工程专业将生物医学电子学开设在大学二年级第一学期。本阶段是学生了解生物医学工程领域的行业特点，培养基本理论知识的学习能力，以及培训工程思维方式等问题的关键时期。

综合生物医学工程专业以往该课程教学工作总结、后续专业课程授课教师的反馈以及毕业论文的实际情况，我们发现生物医学电子学的开设能使学生掌握了生物医学工程专业的专业特色，具备了一定的生物医学信号检测的设计思维。但学生在理论联系实际以及动手能力等方面，还有待提高和改进。

生物医学电子学课程围绕生物医学信号采集系统的组成和特點，将生理学、电子信息、信号处理等知识点进行介绍。在常用的人体体表生理信号检测中，心电图、肌电图、脉搏波、血氧饱和度、呼吸、血压等信号都是本专业需要重点讲解的部分。其中，人体血压测量是学生最早体验过的医疗器械之一，对该设备的讲解，能够提高学生的学习积极性，促进学生对生物医学信号采集处理过程的认识和理解。

目前本课程设置为45学时，其中30学时授课，15学时实验。由于生物医学电子学实验是学生们接触到的第一门专业课实验。因此，在实验课程设计方面，需要考虑实验内容如何增强学生应用多学科知识解决专业问题的能力，提高学生的实际动手能力。以往的实验课程由实验箱进行独立的4次实验，4次独立实验的关联性不足。并且，由于实验箱具有较高的封闭性和整体性，学生的实验过程仅需按步骤插线并获得实验结果，因此学生往往并不能通过15学时的实验内容达到对教学内容产生足够的了解和认识。

鉴于以上情况，按照生物医学工程专业课程建设规划和人才培养模式的特点，综合以往教学经验，突出实践教学的重要性，我们尝试将生物医学电子学实验教学过程中4次独立实验内容改为一个完整的血压检测硬件设计实验，并设计了“理论学习-市场调研-仿真实验-电路调试-验证实验”的实验教学模式，这有效提高了生物医学工程专业本科生对实际问题的调研、分析和解决的能力。

实验课程给学生提供的主要资料和器材包括实验手册、PCB板、必要的电路调试、焊接工具等。学生每4～6人为一组，需要完成实验内容，并撰写实验报告。实验报告内容包括：血压检测原理说明、电子血压计市场调研、滤波器仿真设计、硬件电路焊接及调试、血压信号波形显示、实验成本分析、个人总结等内容。

由于人体生物医学信号具有信号弱、频率低、安全要求高、易受心理因素干扰、工频干扰大等特点，因此，在实验课程设计方面，选择了电路结构相对简单、对各学科知识点要求相对较高的人体血压信号进行采集和处理。

人体血压信号采集的硬件模块设计具有很强的实践性，并且在整个专业课程中起到承先启后的作用——既是《基础医学》《人体解剖》以及《电路理论》等课程的后续延展，又是《传感器与医学工程》《医学电子仪器设计》《嵌入式系统》等课程的先导基础。生物医学电子学的课程讲授及实验内容的设计，在学生的专业兴趣培养、职业规划等方面都具有十分重要的意义。

实践表明，通过改革后课程的学习，学生对专业的认知程度、对知识的掌握程度和团队合作意识等方面都得到提升。在今后的生物医学电子学课程教学中，应该继续以实践教学为主要手段，进一步完善相关实验内容，改进教育教法。

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].

[2]崔栋，张光玉，郭永新，程运福，宋莉，焦青，鲁雯.生物医学工程专业电子学实验教学改革的研究与实践[J].中国医学物理学杂志，2012（03）.

[3]赵丽萍.浅析生物医学工程人才培养模式现况[J].南京医科大学学报（社会科学版），2011（06）.

[4]张燕，杜磊，王月丹，张卫光，宫恩聪，李学军，管又飞.基础医学实验教学中心在创新型医学人才培养中的建设与效果评价[J].实验技术与管理，2010（07）.

[5]杨海波，吴艳茹，刘晓静，易小林.医学电子学教学中本科生创新能力培养探讨[J].中国医学物理学杂志，2010（04）.

[6]马春排，李天钢，李自毅，周秦武.生物医学工程实践教学体系的建设[J].实验室研究与探索，2010（04）.

[7]张怀文，胡博.创新型生物医学工程人才培养模式探讨[J].医学教育探索，2008（03）.

作者简介：

韦然，郑羽，王慧泉，陈瑞娟，陈洪丽，田磊，天津市，天津工业大学电子与信息工程学院生物医学工程系。