新工科背景下生物医学工程“多学科融合”人才培养体系的建设

刘杰 张超 罗洁

摘  要：結合生物医学工程具有很强的综合性、实践性的交叉融合学科特点，从综合性大学多学科交叉聚焦新工科的人才培养模式，着重于三个内容上的突破：强调理、工、医的学科交叉融合;突出“导师团”创新培育机制的育人模式;打造学生实验->实践->科研的递进式能力培育，最后形成新工科背景下的“多学科融合”人才培养模式。

关键词：新工科;生物医学工程;多学科融合;人才培养

中图分类号：C961      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2021）34-0141-04

Abstract： Combining with the characteristics of biomedical engineering as a comprehensive and practical interdisciplinary subject， this paper focuses on the breakthrough in three aspects from the perspective of the talent training mode of multi-disciplinary interdisciplinary focusing on new engineering in comprehensive universities： emphasizing the interdisciplinary integration of science， engineering and medicine， highlighting the "mentor group" innovative cultivation mechanism mode， building the progressive ability cultivation of students' experiment -> practice -> scientific research， and finally forming the talent cultivation mode of "multi-disciplinary integration" under the background of new engineering.

Keywords： the new engineering; biomedical engineering; multidisciplinary integration; cultivation of talents

当前，世界范围内新一轮科技革命和产业变革加速进行，综合国力竞争愈加激烈。国家实施创新驱动发展、“中国制造2025”“互联网+”等重大战略，以新技术、新业态、新产业为特点的新经济蓬勃发展，要求工程科技人才具备更高的创新创业能力和跨界整合能力，加快新工科建设，助力经济转型升级[1]。十九大报告中提到，要深化产教融合、校企合作，加快一流大学和一流学科建设，实现高等教育内涵式发展。习近平总书记指出，“我们对高等教育的需要比以往任何时候都更加迫切，对科学知识和卓越人才的渴望比任何时候都更加强烈”，我国高等工程教育改革发展已经站在新的历史起点。

新经济快速发展迫切需要新型工科人才支撑。新工科的概念在2016年提出，又在2017年形成了复旦共识、天大行动及北京指南，国内各大高校就新工科的建设进行了广泛而深入的讨论，新工科不再是局部考量，而是适应以新技术、新产业及新业态为特征的新经济背景下工程教育改革的重大战略抉择。

在新工科中，工科是指工程科学，新包含三方面涵义，即新兴、新型和新生。新工科代表的是最新的产业或行业发展方向，指的是正在形成的或者将要形成的新的工程学科，因此其大体上有引领性、交融性、创新性、跨界性和发展性等几个特征[2]。生物医学工程为多学科交叉的新型工科专业，通过生物、医学、材料、电子、信息等领域的交叉与融合，利用现代工程技术手段，解决医学中的预防、检测诊断、治疗和康复等问题。但学科人才培养方面存在着培养目标和社会需求贴合不紧密，师资力量配置不合理，课程设置不均衡等问题，严重制约着生物医学工程学科的进一步发展和生物医学工程产业进行新一轮的升级换代[3]。

综上所述，要培养符合新时代新经济发展要求的新工科人才，必须重新审视学科的人才培养体系。

一、新工科背景下的生物医学工程学科人才培养体系建设总思路

中山大学生物医学工程学科建于1982年，是国内较早成立生物医学工程教研室的高校之一，目前的生物医学工程专业立足于中山大学原有的生物医学工程一级学科，学校充分考虑了资源整合、学科布局及发展趋势等等因素，于2017年独立成立生物医学工程学院。中山大学生物医学工程专业致力于培养掌握生物医学工程和其他相关学科的基础理论，具有综合应用多学科知识和方法解决医学相关领域实际问题的能力，在生物材料与组织工程、生物医学传感、医疗仪器等相关领域从事科学研究与应用开发的高素质医工复合型人才。

新工科下生物医学工程专业的人才培养，需要从根本上解决高端技术研发人才培养的问题，为解决生物医疗产业重大共性关键技术、有效提升国内企业技术水平及市场竞争力提供人才基础。因此，中山大学生物医学工程学院对本科人才培养的理念和思路是“以本科实验教学课程为基础，以培养学生解决实际问题为导向，以创新能力培养为核心，以科研带动实验教学为手段的方式”。从社会需求的角度出发，按照“面向医科、背靠工科、医工融合”的办学思路，以“来自临床、服务临床、高于临床”为指导方针，将医工合作切实有效地落实到教学与实践中，拓展学科建设方向，逐步建立起适合于多学科合作发展的运行模式。充分利用综合性高等院校的学科、科研优势设置课程体系，利用专业课程涉及面广、灵活性高的特点，结合科研优势，突出重点，构建科学的教育体系结构。根据专业设置和学科研究方向，确定知识结构的主干，同时注重拓宽知识范围，使学生既能有相应的生物医学工程专业知识又具备在其他领域中发展的基础， 从而实现真正意义上的理、工、医的交叉和融合，进而培养一批能够理论联系实际、具有分析解决问题能力和独立创新能力的、能真正满足现代社会对生物医学工程要求的人才。

（一）強化“顶层设计”，结合专业特色形成多学科交叉的人才培养理念和体系

新工科代表了新兴行业或产业发展方向，多学科融合或通过跨学科研究问题是产业发展中技术解决问题的创造性方法。多学科交叉与融合是现代科学技术发展的趋势，是新工科的显著特点，是科技创新的源泉，也是学科增长点最重要的来源之一。进一步增强多学科之间以及学科方向间交叉融合，积极探索多学科交叉融合的有效途径，以激发创新活力，提升学科竞争力。

然而，在本科人才培养过程中，实现对学科学生的“多学科交叉式”培养会受到许多限制因素影响，如固有学科领域界限的限制，学科配置建设完整性，学科导师专业领域广度，产学合作协同育人机制完善程度等。针对高度融合的交叉学科——生物医学工程专业而言，学科教师往往只在某个学科领域有所长，但其学术视野、思维方式及技术方法等受到特定学科领域的限制，一定程度上制约了学生能力的提高。

国外生物医学课程存在多元化、个性化及职业化的设置倾向，通识与人文社科类课程比重较高，重视学生综合素质的培养，为接下来继续深造或者入职打下良好基础。国内的课程设置更多的体现专业化，职业发展能力和科学研究能力有所欠缺，培养出的学生往往知识背景单一、解决临床问题能力匮乏，不能满足社会对具有综合应用多学科知识和方法解决实际问题能力的高素质复合型人才的需求[4]。经过多轮研究与调整，制定了多学科交叉培养的新型生物医学工程专业培养计划，有针对性地结合医学、化学、生物学、电子学、材料学和工程学等学科核心课程开展生物医学工程课程体系改革;通过创新培育实施，完善课程设置、评估与考核体系。

在中山大学“德才兼备、领袖气质、家国情怀”人才培养目标的指导下，从社会需求的角度出发，按照“面向医科、背靠工科、医工融合”的办学思路，以“来自临床、服务临床、高于临床”为指导方针，针对先进医疗器械这个新兴产业的发展需求，战略性布局生物医学材料、生物医学传感和医疗仪器三个生物医学工程人才培养方向，为先进医疗器械开发储备从机体->材料->传感器->仪器->机体的整个开发闭环中所需的“多学科融合”人才（图1）。

将医工合作切实有效地落实到教学与实践中，充分利用综合性高等院校的学科、科研优势设置课程体系，结合科研优势，突出重点，构建科学的教育体系结构，确定知识结构的主干，同时注重拓宽知识范围，使学生既能有相应的生物医学工程专业知识又具备在其他领域中发展的基础，从而实现真正意义上的理、工、医的交叉和融合，进而培养一批能够理论联系实际，具有分析解决问题能力和独立创新能力的，能真正满足现代社会对生物医学工程需求的人才。

（二）组织建立多学科交叉融合的跨学科人才培养

团队和导师团人才培养新型运行机制

现时我国大部分高校都实行学分制的教学管理制度，但在目前学年学分制的教学管理制度下，我国本科教育“管教分开”的模式逐渐暴露出“思想政治教育工作和专业教育完全分离”的弊端，专职老师只负责上课，缺乏对学生发展和需求的了解，达不到因材施教的效果，不利于对学生进行全方位、人性化的指导，不利于学生综合素质的培养。

为解决上述问题，我们在单导师制模式下进一步优化，提出了新型本科生导师团模式。不同年龄层、不同职务、不同专业及研究方向的导师组成有机互补的导师团，对所有本科生给予全方位、个性化的指导：让本科生从大学一年级开始有机会接触本专业相关的内容，加强了对专业的认识及学习的兴趣，逐渐培养协同创新意识，为日后学习打下基础;到大学二年级，在对本专业有总体了解的基础上接受导师团手把手的指导，通过参与项目培养创新能力以及基本的研发能力;高年级的本科生侧重于专业核心技能的训练，将本科生创新培育计划与毕业设计相结合，培养高年级学生分析问题、解决问题、实际操作等专业的能力。

导师团指导小组的建立，成功构建了教学、实践、科研协同创新机制，同时也解决了工程应用型交叉学科中的局限性问题，促进学科交叉融合，大大提高了学院本科生培养质量，既可以拓宽学生的知识面，提高学生的实践创新能力，为社会输送复合型人才，也能为提升导师自身学术水平提供良好的平台，也是增进技术交流、实现学科交叉融合的有效途径。

生物医学工程学科的人才培养团队主要来源于生物医学工程学院专任教师，同时从中山大学各个学院，尤其是医学院、附属医院、化学院、材料学院、生命学院等相关学院筛选一批具有不同研究方向的教授、副教授组成教师培养团队;根据本科生不同阶段人才培养的需求和项目开发需求，吸纳校外（如企业）专业人员加入导师团指导小组。

团队指导方式：除多学科团队完成新培养计划的修订和课程教学外，团队还应打破原有的导师或辅导员与学生之间一对多的指导方式，采用“多对多”的导师团与导师小组指导形式（图2）。为了便于组织管理，团队老师可以直接指导本科生，也可以通过团队中教师和相应的研究生的有机组合构成导师梯队对本科生进行指导。

（三）建立跨学科创新实训平台，加强素质提升

生物医学工程属于实践性极强的工科专业，设置生产实习、创新训练项目和毕业设计等，通过实践环节学生才能从更深层次理解所学专业知识[5]，而实践是创新的基本要求，创新创业训练必须建立在基础实验课程、综合实验课程及创新实验课程的基础上。基础实验课程由电路原理实验、物理实验（生物医学工程专业）、普通化学实验、信号与系统实验、有机化学实验、计算机算法语言上机实验、工程制图实验（生物医学工程专业）七门实验课组成，主要包括基本操作训练、基础工具使用、基本理论知识验证和科研方法训练，为学生打下坚实的基础知识，培养学生严谨的科研态度，并使学生熟练掌握实验技能;综合实验课程是在掌握了基础实验工具与技能后才能开展的课程，如生物材料与组织工程的生物力学实验任务、生物材料基础实验，生物医学传感方向有生物医学检测、生物医学分析基础实验等实验课，医疗仪器方向安排有医用电子仪器原理与设计实验、生物医学信号处理实验等课程。它主要培养学生的综合素质，将若干单独的基础实验“点”连成连续的“线”，培养了学生独立思考、分析问题、解决问题的能力。基础实验课程和综合实验课程打好基础，创新实验课程进一步帮助学生理解人体运动知识，培养学生的动手能力，提高学生运用实验手段解决问题的能力。

新工科背景下生物医学工程学科人才培养体系建设应该充分体现学科特点，注重实际应用，与生产实践和产业及行业融合，紧跟时代发展要求，既要引领学科发展、促进技术进步，又要促进学科与产业融合，为生产及科研服务。这就要求培养的学生具有一定的技术能力以及参与工程项目解决实际问题的能力[6]。打造新工科创新培养模式下的工程实训平台，进一步适应开放式实验教学的需要，整合公共教学实验室与实验创新平台及各专业实验室资源，建设好开放创新实验与实践体系，逐步推行开放式实验教学，使学生自主实验的开放程度达到30%以上。将本科教学实验室做成第二课堂的实验基地，为学生开展第二课堂的活动提供支持。致力将科研成果转化为实验教学资源，拓宽学生的视野。开发、研制反映现代实验技术，具有广泛工程意义的前沿性实验。结合生物医学工程学院与企业共建的工程实训实验室和生物医学工程学科科研实验室，共同为本科生打造一个具备先进实验科研设备、企业与学校老师共同指导并参与的产学研一体化项目开发平台。同时结合人才培养方案的进一步深化调整，通过加强工科实践教学体系建设，如增加工程应用与技能训练课程，邀请合作企业的工程技术人员和管理专家为学生讲授实际工作问题和产品开发方法，这能让学生尽早地了解并学习相关行业的专业标准规范和行业需求，为高年级学生学习以及毕业去向做相应规划;考核方式为独立完成课题，通过小组合作的方式，每个组自主选择并完成不同难度的课题，培养学生独立思考、发现问题、解决问题的能力，对学生综合能力有很大提高，是将理论、实验应用到实践创新中的创新应用课程。通过生物医学课程设计、科学研究实践与创新课程，将结合毕业设计课题进行，因此可以让学生有更长的时间从事实际项目开发。增加生物医学创业训练课程，让学生更早地系统的接收由企业和行业指导单位提供的创新创业训练教育，并结合工程实训平台开展创新型的项目孵化。

目前，我院已与深圳市光华伟业股份有限公司签订大学生实践教学基地协议，并已获得省级实践教学基地的经费支持，同时为了更有效地培养具有3D打印技术基础的人才，更好促进3D打印普及，推动3D打印产业发展，促进生物医学工程学院与光华伟业公司的协同发展，实现校企双主体共同培养人才、共同开发人力资源、共同为社会服务。

二、结束语

新工科建设是新经济、新产业、新模式下社会发展的需求，无论一个国家的经济社会发展到什么水平和阶段，工程学科教育必须最后落脚于服务国家战略、满足产业需求和面向未来发展。新工科人才培养模式的建设，可进一步落实生物医学工程多学科融合的导师团创新培育计划对于实验教学和本科生科研训练的指导作用;通过这种创新性的大学生人才培养模式，带动大学生创新创业训练计划和各类学科竞赛的参与以及一大批成果输出。新经济的出现和发展，需要更多新型工科人才的支撑，需要高校不断探索多样化和个性化的人才培养模式、人才培养体系，布局新工科建设。国际竞争归根到底是人才和教育的竞争，培养创新创业人才，主动适应和引领新经济，打造具有国际影响力的新工科“新体系”，为新经济的建设不断输送新型工科人才[7]。

参考文献：

[1]胡波，冯辉，韩伟力，等.加快新工科建设，推进工程教育改革创新——“综合性高校工程教育发展战略研讨会”综述[J].复旦教育论坛，2017，15（2）：20-27+2.

[2]林健.面向未来的中国新工科建设[J].清华大学教育研究，2017，38（2）：26-35.

[3]程和伟，李章勇，王伟，等.产学研深度融合的生物医学工程本科教育模式探索研究[J].中国教育技术装备，2018（18）：60-63.

[4]汪卓赟，陳明壮，查静茹，等.生物医学工程实践教学体系改革研究进展[J].中国医学装备，2019，16（1）：138-142.

[5]周颖，谷雪莲，王殊轶，等.生物医学工程专业实践教育体系研究[J].生物医学工程学进展，2019，40（1）：54-57.

[6]陈月明，高天昀，杨润怀.新工科下人才培养体系建设的探索与实践——以生物医学工程学科为例[J].教育观察，2018，7（21）：8-11.

[7]吴爱华，侯永峰，杨秋波，等.加快发展和建设新工科 主动适应和引领新经济[J].高等工程教育研究，2017（1）：1-9.