融合“两性一度”理念的生物医学工程专业特色课程建设——以“医学仪器原理及应用”课程为例

郝丽俊，朱 耿，伍秀玭，王 选，司博宇

上海健康医学院医疗器械学院， 上海 201318

生物医学工程专业是以解决医学中的有关问题，保障人类健康，为疾病的预防、诊断、治疗和康复服务的一门学科。它具有理、工、医相结合的交叉学科特点，知识涉及面较广，可为医疗器械等相关领域培养专业人才[1]。产业发展，教育先行，2017年4月，教育部召开新工科建设研讨会，明确提出到2030年，要形成中国特色、世界一流的工程教育体系；到2050年，要建设成为工程教育强国，领跑全球工程教育[2]。2019年10月，教育部进一步发布《关于一流本科课程建设的实施意见》，提出课程建设要坚持分类建设和扶特扶强，提升高阶性、突出创新性、增加挑战度[3]，简称“两性一度”。此后，各地高校以“两性一度”理念为指导，积极开展课程建设。2020年11月，教育部推出首批线上线下混合式在内的国家级一流本科课程，共5118门[4]。

上海健康医学院是上海市属的具有“医工结合，医养结合，医保结合”特色的应用型本科院校[5]，其医疗器械学院的前身是曾被誉为“医疗器械工程师摇篮”和被有关专家赞为“海上一宝”的上海医疗器械高等专科学校。作为中国数字医疗产业联盟的发起单位，学校将以“两性一度”为导向，大力推进课程建设，形成特色专业，在医疗器械工程教育领域继续探索，为行业发展持续培养优秀的工程技术人才[6-7]。

1 课程现状及存在的问题

作为生物医学工程本科专业的一门专业核心课程，“医学仪器原理及应用”课程的主要目标是引导学生利用现代自然科学和工程技术的原理和方法，从临床需求、设计原理和实际应用三个层次研究医学仪器。课程以典型医学电子仪器为例，引领学生从工程学视角分析、理解和解决医学相关问题，提高学生专业综合素质，建立学生利用“工程技术”助力“大健康产业”的职业认同感。

上海健康医学院的“医学仪器原理及应用”课程最早开设于2018年，应用于2015级生物医学工程本科专业。该课程最初的定位是引导学生全面了解医学仪器的应用领域，涉及仪器较多、覆盖面较广，课程学习内容繁多、知识点抽象。此外，该学科发展迅猛并不断出现新的理论和技术。在有限的32个学时内，传统的“教师讲，学生听”的“满堂灌”教学方法，导致经常出现知识更新不及时，学生兴趣缺乏的现象，教学效果很不理想。因此，这种过分依赖教师的课程开展形式，既不利于学生扎实理论基础的培养，也无法实现专业兴趣的培养，更没有达到可持续性人才培养的目的。

医学仪器技术日新月异，授之以鱼不如授之以渔。因此，如何有效利用有限的课堂，如何调动学生的自主学习能力成为课程建设的重点，也成为很多医学院校课改的方向。

2 “两性一度”理念及其重要性

“两性一度”，即高阶性、创新性、挑战度，是教育部提出的一流课程，即金课的建设标准[8]。课程的高阶性，旨在强调培养学生具备解决复杂问题的综合能力和高级思维。课程教学不应该是简单的知识传授，而是知识、能力和素质的有机融合。而课程的创新性，则体现在课程内容新、教学理念新、教学形式新、教学方法新、学习结果新等方面。课程的创新性还要求能够满足学生的个性化需求方面，凸显学生的个性特点。课程的挑战度，则是指课程要有一定的难度，要能够激发出学生解决困难问题的勇气和能力[8]。

课程是人才培养的核心要素，是教育教学的基本单元，是学生最直接的知识来源。课程建设是教学改革与建设的首要任务。“两性一度”理念的提出，从培养目标、教学内容、教学方法等全方位为课程建设提出了指导意见。在“两性一度”理念的指导下，中国各地高校纷纷进行课改研究，挖掘课程特色，打破传统课程开展模式，应用现代技术实现了课程的高质量建设，保障了人才的培养质量。

3 课程的建设

3.1 基于“两性一度”理念的课程定位与设计原则

为了有效融合“两性一度”理念，打造具有“新工科”特色的专业课程，在开发“医学仪器原理及应用”课程时，课程组紧密依托行业，以学生为中心，以立德树人为目标，明确课程定位，优化课程设计，力求将其建设为极具“医工”特色的专业核心课程[9]。

课程定位：既可传授学生系统的专业知识，培养学生“医工交叉”的专业能力；也要引领学生拓展专业视野，为其今后进入医疗器械行业奠定基础。

课程设计理念：按照高素质应用型人才培养的特点和规律，修订课程教学计划，制定可突出医疗器械行业工程人才能力培养的课程标准，并在课程建设各个环节中充分体现“两性一度”理念。

在“医学仪器原理及应用”课程中，“两性一度”理念具体表现为：

①高阶性以典型医学电子仪器为载体，深化理论学习，提升工程应用能力，树立学生“以人为本”的价值观，并初步形成“医工交叉”的专业认知；培养学生具备分析问题的能力，能够应用数学、自然科学和工程科学的基本知识，剖析医学仪器的工作原理，为其今后快速上手新型的医学仪器奠定基础；通过学习项目的阶梯式有序引导，强化学生阅读和信息获取能力，系统培养学生的实践能力，初步形成良好的职业素养，如图1所示。

图1 课程的阶梯式培养设计

②创新性创新教学内容和教学模式，打造线上线下双线融通课程[4]，打破时空界限，为学生提供可再现的多自由度学习空间；打造在线学习生态圈，增加师生互动；打通开放式实践教育通道，线上线下联动；设计分层化项目，尊重个体化差异。

③挑战度设计拓展性项目，为学生实现自我挑战提供平台，增强学生自信心，并孵化培育创新人才[10]。拓展项目的设计原则是选取“综合性强、有专业特色”的项目，通过举一反三，做到活学活用，以促进学生综合应用和创新能力的提高。

3.2 课程内容的优化

在开发课程内容时，遵循三个原则：一是内容符合认知和职业发展规律；二是课程之间互相关联，有序递进(如图2所示)；三是融合现代技术，体现教学高阶性。

图2 课程间的衔接

3.2.1以典型为抓手，由易到难

在设计课程内容时，应该打破学科体制的限制，以部分常用的传统典型医学电子仪器为载体设计教学单元[11]，突出仪器的原理分析和临床应用(如图3所示)。

教学内容简化为六大版块(如表1所示)，除基础知识和通用安全电气知识外，还选择了四类常用的设备，按照难易程度依次分析。以课程中的典型核心知识点为抓手，使学生逐步熟悉医学仪器的组成结构和特性，并掌握医学仪器的基本分析方法和流程。

图3 课程内容的优化

表1 课程六大知识版块设计

在分析电路工作原理时，教师将会选取不同仪器中的典型电路分别展开教学。学生通过多个项目的学习，逐渐掌握医学仪器中的常见电路工作原理(表2所展示的为部分医学仪器的典型电路)。在各个项目的学习中，学生知行合一，在学习知识、提升能力的同时，其专业素养也得以培养。

表2 部分医学仪器的典型电路原理分析

3.2.2前后内容融合，构建课程体系

学习不是孤立的。在设计课程内容时，也要处理好先修课程和后续课程的衔接。在项目设计时，控制电路以微型计算机8086为核心，信号处理电路以典型的运放电路、滤波电路等模拟电路为基础，融合多课程的教学内容，将有效促使学生利用和巩固先修课程知识，将专业课程有机串联起来。

3.2.3利用网络资源，关注业界动态

教学内容要保持先进性，体现时代性。为了及时了解快速发展的医疗仪器，师生将充分利用网络资源，关注某一热点，收集资料并上传到网络平台，或在课堂上进行共享，一起学习和讨论。

3.3 教学模式的创新

3.3.1构建线上线下双线混合课程

教师在组织教学时，可结合教学目标将知识点分解成任务点，在线定期发布给学生，并要求学生在上课前自主学习，独立完成；在线下课堂中，鼓励学生上台分享调研学习内容和项目汇报，在讨论中学习新知；在线测验等措施，则可进一步推进学生自主学习。

3.3.2项目化推进，引导学生主动探索

在教学实施中，以项目为引导，即将相关课程内容按实际项目所需的知识和技能目标划分成若干子项目[12]，在项目驱动下，引导学生在“兴趣中”主动探索。具体措施为：

①在讲述仪器原理之前，引导学生主动学习医学背景知识及解决思路和方法，使学生不仅知其然，还知其所以然，提高学生学习兴趣；

②以典型为抓手，深入讲解经典医学仪器的设计理念和工作原理等，使学生能够举一反三，在知识迁移中，拓展掌握同一类别的其他医学仪器；

③在夯实基础的同时，鼓励学生自主学习书本外的医学仪器，拓宽学生视野，启发其创新性思维[13]。

3.3.3虚拟仿真助力实践教学

在教学中，有效应用Proteus仿真平台，延展课程学时。学生可自行在个人PC机安装Proteus仿真平台，设计医用仪器中的典型电路，应用微机原理编程知识，完成从原理图到编程全过程的设计和仿真，并自行把握整个实验流程和进度安排，不局限于课堂时间。学生只需在规定的截止日期内完成即可。该方式可有效锻炼学生的项目管理能力。

3.3.4教学设计阶梯化，既体现个性化，又带有挑战度

医学院的工科学生基础较为薄弱，知识水平差异较大。在以项目为引导的教学中，为使各个层次的学生在项目中都能上手[14]，学有所获，在项目构建时，将进行分层化项目设计。一般项目是所有学生都需要完成的，而水平层次较高的学生也可以挑战更高的难度，完成拓展项目。学生在完成项目时，心中不服输的劲头被激发。为了“完成项目”这个目标，他们会主动去查找资料，去发现和学习，克服困难和自主学习的能力在无形中都得到了极大提升。

3.4 课程的过程性评价

根据“新工科”理念和社会对医疗器械专业人才的需求分析，为更加全面地评析教学效果，将强化过程考核[15]。该课程的评价体系由三大部分构成：①期末成绩主要反映学生对于专业基本知识的掌握程度。②课程参与度和项目评价均属于过程性评价，贯穿于整个学习过程。其中，课程参与度评分以线上记录的全过程数据为依据，体现学生的学习态度，包括出勤、作业、课堂讨论等方面。③项目部分则主要考察学生的综合能力，将从“自评+互评+他评”三个维度进行综合考量。其基本评价指标如图4所示。

图4 课程的评价体系

3.5 课程建设的初步成效

“医学仪器原理及应用”课程改革始于2019年，并在2020年上半年对2017级生物医学工程本科专业的学生实施全面在线教学。经过一学期的探索，课程组发现，相比传统的教学，在线教学优势明显；但也存在弊端，如教学过程不可控因素较多等。为此，课程组借鉴国家级“线上线下混合式”金课，进一步改革完善“医学仪器原理及应用”课程，并将其应用于2018级生物医学工程专业的学生。目前，课程建设已取得以下成效：

3.5.1初步形成“以学生为主体”的教学模式，提升学生自主学习能力

在线上线下双线混合课程中，学生在线上教学任务的引导下完成自主学习，形成自己的疑难知识图谱；在线下教学中，学生主动找教师答疑解惑。教师则可结合在线学习情况，及时发现学生学习的薄弱项和痛点，进而有重点地讲解和针对性练习，真正实现“以学生为中心”的教学。

线上资源的共享和分层次的项目设计，则在满足学生个性化教学需求的同时，鼓励学生自主学习，使不同层次的学生均能获得成就感，激发其学习兴趣。

3.5.2客观有效的教学评估，促进教学质量提高

教师通过在线平台，借助AI智能数据实时跟踪分析在线教学过程，全过程了解学生学习状况，形成更加客观有效的教学评估，为教学改革提供数据基础。

在跟踪2017级生物医学工程专业学生的学习过程时，课程组发现，部分学习主动性较差、自主学习能力较弱的学生学习效果并不理想，学生的学习成绩两极化比较明显，且随着教学内容和难度的增加，这种差异越来越明显。在线教学更适用于具备较强自主学习能力的学生。基于此，对2018级的生物医学工程专业学生实施了线上线下混合式教学。线下环节增加了学生调研作业，优化了项目设计；线上教学中则调整增加了知识检测等环节。在一系列改进措施后，2018级学生的平均成绩(76.5分)较2017级(71.0分)有了明显的提高，平均分提高了5.5分，优秀率则由12.1%提高到45.9%，不及格率则下降至2.7%。

3.5.3提升学生可持续发展能力，培育创新性人才

人才是为社会服务的。我们鼓励学生走出校园，零距离接触行业热点，感受行业发展，激发学生由内而外的学习动力。在2021年的“互联网+”大学生创新创业大赛中，生物医学工程专业的学生表现优秀，取得了上海赛区1金4银3铜的优异成绩。参赛项目专业性强，涉及纳米刀、除颤仪、脑部检测仪、温度监测站等医疗仪器。其中，“PFA—纳米刀”、“急救先锋—超级AED”和“肢灵手巧—上肢康复的‘肢’心专家”3个项目进入国家级比赛。

4 结束语

教育的最终目的是赋予人自我学习的能力。大学应该教授学生的不是固有的知识，而是专业知识的可持续学习能力和创新实践能力。

在“新工科”教育大背景下，上海健康医学院生物医学工程专业以“创建一流课程”为目标，以学生为本，推进课程改革，优化课程建设，错位培养工程应用型人才。

实践证明，以“两性一度”金课建设标准设计“医学仪器原理及应用”课程，可提升学生综合能力，挖掘学生的可持续发展能力；通过引导学生在实践项目中发现问题，可增强其创新意识，提升其创新能力，培育创新性人才。另外，通过将专业素质、职业素质和德育素质贯穿于课堂，通过与行业的紧密挂钩，增强了校企医的合作，避免了学校教育到社会需求的“脱节”现象，有利于学生成长为职业意识强、对企业有高度认同感、社会适应能力强的德才兼备型人才。