基于医工融合的生物医学信号处理应用型课程教学探索与实践

张趁华 谢海鹤 傅磊 郑敏敏

摘要：生物医学信号处理是生物医学工程专业的一门核心课程，优化本课程原有的课程体系，改进并完善教学内容，课堂学习采用PBL模式，利用学校与医院和相关企业的资源优势，开展“医工融合”的实践教学模式，加强课程中的实践实验教学，让教学更具有实用性。

关键词：医工融合；生物医学信号处理；应用型课程；PBL教学

中图分类号：R318 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）24-0138-03

当前，为了积极推进高等教育体系的转型发展，构建适应和满足当今经济与社会发展的人才需求，我国的本科教育将重点放在了“应用”二字上，这就要求高校在人才培养上注重学生的实践能力，强调学生的动手与创新能力，培养出拥有较强技术应用能力的本科人才。[1]

生物医学工程学科是一门交叉性高综合性强的前沿学科，涵盖了多种学科比如生物学、材料学、生物信息学、医学等，研究和解决生物学和医学中遇到的相关问题，《生物医学信号处理》作为生物医学工程学科的一门核心专业基础课程，也具有交叉性高综合性强的特点，其根据采集到的各种生物医学信号的特点，进行分析和处理，可应用于生理信息采集、医疗监护、临床诊断、生物信息探测等各种场合，尤其是在医学检测如心电图、彩超、核磁共振等方面发挥着巨大的作用。

《生物医学信号处理》作为生物医学工程专业的一门核心基础课程，在学生实际的工程应用中尤为重要。通过本课程的系统学习与训练，学生应掌握生物医学信号的采集、提取、相应的软件编程以及数据分析处理能力，可进行一般医疗仪器设备的运行、维护、试验、检修、设计和研究。对基于医工融合的生物医学信号处理應用型课程教学进行探索与实践，就是为了让学生将所学知识更好地应用于实际工程中。[2，3]

一、优化课程体系，开展多样的网络教学

本课程教学内容分为理论知识教学和实践实验教学两个方面。《生物医学信号处理》理论知识教学并不是一门简单从“零”开始的课程教学，高等数学、数字信号处理、信号与系统、Matlab等先修课程，要为本课程的学习提供一定的理论知识基础和软件应用能力。因此，鉴于《生物医学信号处理》课程的综合性，将本课程安排在大三下学期进行。

学生对课程的掌握程度取决于课程的教学效果，而教学效果取决于教师和学生这两大主体。教师一方面要丰富完善本课程的教学内容，加强课程建设，明确教学目标，同时还要提高自身的教学能力，编写相对应的课程教材和实验指导书，以及建设相对应的网络课程和课程试题库，另一方面要积极与学生互动，引导学生进行与本课程相关的实践活动，并为学生活动提供保障和支持。[4]优化原有的课程教学体系，开展“以教师为引，以学生为主”的理论及实践课程建设，优化后的课程教学体系主要从优化教学内容和改进教学方法两方面着手（图1）。

课堂理论学习采用PBL模式教学，以问题引导学生，要求学生通过课程的理论学习解决实际问题，要求学生除了掌握课题知识外，也要拓宽自己的知识面，多查多学多练。实践实验使用竞赛模式分组教学，激发学生的学习主动性和积极性。另外本课程还设置了课程实训，在课程实训中学生可自由选择感兴趣的研究方向进行研究，也可选做由教师给出的研究课题。在实训过程中，要求学生独立查找资料，设计实训框架，独立进行软件编程，并在实训期末以PPT演讲的形式进行总结，以竞赛标准判定分数，以竞争的形式激发学生的独立性和创新性。为了满足学生对实验平台的需求，本专业实验室可对全体学生申请开放，本课程任课教师可在日常工作时间提供专业指导。[4，5]

在现今网络发达的时代，网络教学也成为教学过程中不可或缺的一部分，因此本课程也建设了网络课堂，包括网络教室、网络试题库、网络视频、网络作业、网络互动等等，让同学们在课堂外也能与教师交流互动。另外学生的考核体系也并不只是单一的平时作业+课程考核，网络考试、网络互动、实践实验竞赛分组成绩等等都加入到考核体系中，提高学生的学习积极性。

二、突出重点，开展“医工融合”的教学模式，强化实验实践教学

《生物医学信号处理》融合的多学科知识也并不仅仅是“1+1=2”的简单叠加与重复，通过本课程的理论学习与实践实验，将多学科的知识融会贯通，使用自如。但在有限的课时要求下，教师也并不能将本课程的全部知识教授于学生，因此教师在进行课程建设时，在覆盖课程广泛知识面的同时突出所学重点。本课程的理论学习与实践实验课时比例接近1∶1（理论教学时36学时：实践实验学时12学时+课程实训学时1周≈1∶1），这样的课时安排就是为了给学生提供充分的课堂时间将理论“融合”在实践实验中，强化实践实验教学，让学生在实践实验中进行“实战”，从而提高学生的综合素质。[6，7]

为了让学生更好地学习本课程，学校除了全天开放专业实验室提供给学生进行课外的实验预习、操作练习、竞赛准备等外，还跟学校的附属医院和相关企业进行合作教学，开展“医工融合”的教学模式，将本课程的任课教师委托到医院和相关企业中进行培训学习，同时聘请医院和相关企业的专家对学生进行指导，全面提升本课程的教学能力。同时，我们也在课程学习期间带领学生到医院和相关企业中去实地参观，参观生物医学信号的采集以及处理，并观察医生和企业相关工作人员使用软件的操作流程，让学生在参观中加深对本课程的认识，明确本课程在实际工程中的应用。[8，9]

三、重在平时，培养学生实践创新能力

知识在于积累，学习从来都是一项艰苦而长期的劳动过程，因此在平时的学习过程中，本课程任课教师时常监督学生的学习，并制定了平时学习的相关考核制度，由教师引导学生学习逐渐转变为学生自主学习。另外在平时学习过程中，本课程任课教师提供一些由“浅”到“深”科研题目，逐渐培养学生的逻辑思维能力和设计编程能力，同时在网络试题库中提供给学生一些生物医学信号处理的实际工程项目供学生自行选择解决。

同时，任课教师在学生的平时学习过程中，积极引导学生培养实践创新的能力，借助学校的专业实验室，给学生提供一个专业实践平台，并在学生实践创新过程中实行全面指导、培养和持续帮扶，让学生在实践创新过程中提高综合运用知识、探索实践、逻辑思维等能力。另外，学生在实践创新过程中新创意、好作品也可用于科研活动和竞赛，激发学生的创新意识。[8，9，10]

四、以学生为主导，教师为辅助，活跃“第二课堂”

为了提高学生的综合素质，教师积极倡导，学院积极配合，为积极开展本课程的“第二课堂”创造了良好的环境与条件。本着“以学生为主导，教师为辅助”的原则，积极开展各种活动，比如学生主持的生物医学信号处理知识竞答、生物医学信号处理知识讲座、生物医学信号处理编程设计等活动都获得了学生的积极响应与参与。[11，12]

五、结语

开展基于医工融合的生物医学信号处理应用型课程教学的探索與实践，是学校生物医学工程专业建设的摸索，除了优化课程体系，改进完善教学内容，强化实验实践教学，利用学校的优势资源，结合医院与相关企业开展“医工融合”的教学模式，引导学生自主学习，培养学生实践创新能力，更注重加强学生的专业实践技能和积极主动的探索精神，提高学生的综合素质。

参考文献：

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[11]周莹.以学科竞赛为抓手，培养学生实践能力的探索与实践——以上海电力学院为例[J].科技视界，2016，（22）：162-162.

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