多学科交互发展的生物医学工程专业课程体系建设

杨羽　杨娇　李景梅　李玉瑶　韩德明

摘  要  新工科背景下，发展理工科专业的生物医学工程专业，需以“四新”为导向，积极探索将新工科与新医科交织融通。根据新工科要求，以长春理工大学为例，根据学科特色与学生的培养目标，详尽介绍课程体系的具体建设流程，希望进一步引领新生物医学工程专业人才培养体系的建立。

关键词  新工科；生物医学工程；课程体系

中图分类号：G642.0    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2024）08-0061-03

0  引言

生物医学工程最早兴起于20世纪中叶的美国，作为跨学科专业，是一门融合工程学、医学及生命科学的独立学科。其基本任务是将工程学和生命科学进行有机结合，利用人工材料、仪器、系统以及信息学方法来检测人体健康状况或者辅助人体功能，为人类诊断、监测、控制、预防以及治疗疾病，是生命科学的重要支柱。本学科所涉及的研究工作范围包括多个领域，例如：人体的生理信号提取、计算机技术、图像处理、信号处理、通信技术、生物材料、生物力学、人造器官、诊断和治疗方面的技术。生物医学工程是一项富有发展前景的新兴学科，将推动整个工程学科以及医学行业的发展，减少对外依赖，是国家大力发展的行业之一[1-2]。

长春理工大学的生物医学工程专业从1995年开始建立，依托大光电背景，2005年被评为一级学科硕士学位授予点，并于2021年被评为生物医学工程国家级一流本科专业建设点。专业开展了关于生物、医学、光学、机电、计算机、材料科学等方面的交叉学科研究，形成几个研究方向：生物医学光电仪器方向、生物医学信号检测方向、图像处理方向、生物医学光子学方向、生物材料加工与生物检测方向。其中，光电生物医学仪器专业具有鲜明的学校特色，在专业行业中有着引领和示范的作用。学科不仅拥有优秀的教学团队，并且有着省级科研创新团队和省级科技创新创业团队的群体。以服务国家和地方医疗器械为办学宗旨，培养具有较强的专业实践能力，能在光电医疗仪器公司、医疗机构、电子电信等相关领域从事产品设计、技术开发、管理、技术服务以及高校教育教学等相关工作。

1  新工科的背景及要求

当前，全球范围内新一轮技术革命与行业改革正加速展开，我国制定了一系列的重要战略，包括国家创新驱动发展战略、“中国制造2025”——我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领、“互联网+”的提出以及实施、“一带一路”在世界范圍内不断扩大等。国家新型经济发展战略，以新科技、新产业为特征，需要生物医学工程专业教育符合信息时代发展趋势，也需要学生具备更高的想象力和专业交叉融合能力。

2019年2月，中共中央、国务院印发的《中国教育现代化2035》提出要实现教育现代化，重点部署了面向教育现代化的十大战略任务。教育部建议大力发展“四新”政策，其中“四新”包括“新工科、新医科、新农科和新文科”。

2021年吉林省高校教学科研工作会议提出，以“两双”“四新”为工作重点，深化落实国家和省级新工科理论研究与实践工程，推动“四新”工程建设，实现“六卓越一拔尖”目标2.0。

在此背景下，生物医学工程专业需以“四新”为引领，将生物医学工程专业进行教学改革，主动适应新工科、新医科发展，突出工科专业特色，瞄准精准医学、智能医学工程技术，开展生物医学工程专业课程“新体系”研究。围绕吉林省高等教育的“两双”“四新”工作重点，开展生物医学专业课程体系建设研究，探索生物医学工程教学实践的新理念、新方法，实现新工科和新医学的交融、互动发展的生物医学工程专业课程“新体系”[3]。

2  生物医学工程专业培养目标

生物医学工程专业主要是培养毕业生在掌握好基本理论的基础上具备知识与技术能力，在实际工作中加以运用，以适应社会的快速发展，可以担任生物医学工程专业和相应行业的教学任务、专业科研和管理方面等工作的应用型的复合人才。具体要求有以下几条。

1）掌握马克思主义基本理论，立学先立本，贯彻党的基本路线，怀着对中华民族的热爱，遵纪守规，有较高的思想道德素质，能够正确地为社会主义现代化建设工作。

2）掌握本学科基础理论知识、基本技能和研究方法，以及生物、医学与光、机、电、算等相关交叉学科知识及技术，深入了解生物医学工程领域发展趋势和最前沿发展动态，具备良好的独立从事生物医学工程及其相关学科科学问题研究能力，能够发现和提出问题，做到在分析问题、查阅相关资料的基础上解决问题。

3）熟练掌握常见的计算机应用软件的操作，具备中外文数据库检索及常见搜索工具的使用能力，具有丰富的知识获取与鉴别及归纳总结能力。

4）具有一定的英语水平，在阅读外文专业书刊以及外文文献时可以了解其大致内容，具有一定的笔译能力，具有良好的听、说能力，能够较好地参与、完成英语学术交流、讨论及会议报告，具有较熟练的外文科技论文写作能力。

5）在生物医学工程的某个方向或者研究领域培养出一定的探索兴趣，了解本领域或方向的研究现状和发展方向，为进一步深造奠定基础。

6）可以胜任科研单位、高等学校、有一定学科关系的企事业单位和国家或者地区有关政府部门的科研、教育、管理和检测及技术改造等工作。

3  生物医学工程人才课程体系建设

伴随新型的科技变革与行业巨变的到来，以新型人工智能、大数据的兴起为代表的新工科与新医科交互发展，现有生物医学工程教育体系已经不能完全适应新工科与新医科的发展，应对现有教育体系进行完善，紧跟时代的变化。

长春理工大学作为一个拥有20多年生物医学工程专业教学经验的院校，基本形成多学科教学、学科交叉的知识体系。学校注重培养复合创新型生物医学工程人才，注重学生的实践能力培养，紧跟国家政策，要求学生能够适应国家和社会发展，具有整合能力、全球视野、领导能力、实践力，成为应用型人才。本文旨在在教育部全面开展“四新”建设的教学改革背景下，从生物医学教育的实际出发，对专业培养体系加以思考和设置，制定相关的教学实践性措施，注重培养毕业生适应变化技能和工程技术实践能力，提高学生的专业素质。

3.1  深化多学科交叉融合发展的生物医学工程教育

生物医学工程专业作为多学科交叉融合、交互发展的典型领域，需要应对以人工智能、大数据分析为代表的新一轮技术变革与行业转型，开展新工科与新医科交织交融、交互发展的生物医学工程专业教学研究。瞄准精准医学、转化医学、智能医学发展的新需求、新特点，积极构建各专业交替融合蓬勃发展的教育“新理念”。实现新兴工程学科与新医学的交错融通、互动发展。

要对教学进行深化，注重医学与工科相结合，在课程设置中加大临床案例的教学，将知识进行整合交叉，将基础课和专业课进行关联，应当今时代要求，医学人工智能、大数据等课程也应列入学生培养方案当中。对教材进行改革也是势在必行，弃用单一的学科教材。生物医学工程作为一个交叉学科，单一的理论知识学习使学生的知识体系不连贯，无法应用于实践，可以结合教材、论文以及实验来完善课程的交叉性[4-5]。

3.2  建设交互发展的生物医学工程专业课程体系

实现课程交互发展的核心在于：课程体系的科学设计、跨学科课程资源的整合。围绕工程教学的新思路和培养的新方法，改革课程体系。以新科技、新产业、新领域、新方法为特征的“新工科和新医学的融合、交互发展”的新理念，探索生物医学工程课程体系和教学模式。从跨学科课程资源的融合、专业课程模块化教学、形成学科优势课程的三个角度，逐步改革课程、教学方法与教学方式，构建新的生物医学工程教育课程体系。

随着科技发展，对于一些因过于复杂或经费问题无法开设的课程，可以利用VR开展虚拟课堂。针对本学科，可以利用3D平台进行医疗器械的组建，使学生在直观了解医学仪器构造的同时，掌握机械结构设计的基本方法，了解设备结构设计的主要技术，了解产品设计过程中容易产生的问题和解决的途径，进而掌握仪器的设计原理，提升医学仪器机械结构设计能力。

3.3  构建校企医合作共享的工程实践教学体系

生物医学工程专业医院与医疗器械生产企业和医院之间有着必然的联系，按照生物医学工程的专业特色与办学定位，选择与学科建设密切配套的企业与医院，共同建立一个良好的工程实践平台，为学生培养良好的工程实践技能。校企医以科研合作为纽带，形成优势互补、技术相通、相互协调的平衡关系，共同构建生物医学工程专业实践教学体系[6]。

按照生物医学工程的专业性质和办学定位，选择适合专业发展的教学单位和医院，共同建造一个生物医学工程专业的教育基地，通过打造优质教学平台，对实践教学方法进行创新改革，提高教学质量，形成完善的教学体系等策略措施，能够进一步提升我國专业医疗方面人才的培养质量，摒弃单一的教学方式和环境，为学生的工程领域实际能力的养成创造机会和条件[7]。

3.4  建立开放的创新实训平台，加强素质提升

新工科背景下，更需要大学生或研究生具备相应的动手技能，具备能够实际解决问题的能力。打造一个开放的实验环境能够激发学生的创造力以及对专业的兴趣，使学生跳出规定的实验课课程，发挥主观能动性，并且可以整合实验室资源，逐步建设一个开放的创新实训平台，致力于打造具有独立思考、独立解决问题能力的生物医学工程专业的

优秀人才[8]。

学校每年都会在学生大一的时候举行实验之星比赛，找专业教师对学生进行指导，让学生先接触简单的实验，也让学生了解实验室的设备。并且每年都会举办生命之光实验，激发学生的科研热情，让学生自主选择课题，找相应的指导教师，历经一年通过一系列实验去验证课题的结果或者是制作一个小型的器械。每年的创新创业大赛、“互联网+”以及生命科学创新创业大赛等都为学生的实践提供展示的机会，也能利用这些大赛去激起学生的科研热情[9-10]。

4  结束语

新工科背景下，我国对工科的教育和发展有了较高要求，生物医学工程作为一个医疗产业，必须落脚于服务国家战略、紧跟时代发展，所以我们的教学必须适应新工科、新医科发展。

长春理工大学作为一个以光电为背景的理工类大学，一直以来坚持自己的特色办学，对学生有着明确的培养目标，要求利用扎实的基础服务实践，开展了一系列的比赛，锻炼了学生的能力。在这个时代风口，要抓住机遇，响应国家需求，加深学科交叉性，利用先进的教学手段去提高学生的能力，使学生更能适应这个飞速发展的社会，取得更多的科研成果。

5  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].中国医学物理学杂志，2013，

30（2）：4084-4088.

[2] 彭诚，陈放怡.生物医学工程专业融合式课程体系建设探索[J].电气电子教学学报，2022，44（2）：41-45.

[3] 毕晓艳，罗晓飞，肖嘉莹.新工科背景下生物医学工程专业课程教学改革与实践[J].创新创业理论研究与实践，2022，5（5）：50-52.

[4] 刘洁，聂立波.新工科背景下生物医学工程硕士研究生教育的现状及改革[J].科技风，2022（7）：46-48.

[5] 齐炜.新时代学科交叉背景下的生物医学工程专业培养体系建设[J].教育教学论坛，2020（20）：239-240.

[6] 陈洪波.依托校企医合作的生物医学工程专业学生工程实践能力培养体系的构建[J].实验技术与管理，2014，

31（12）：6-8.

[7] 刘杰，张超，罗洁.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[J].高教学刊，2021，

7（34）：141-144.

[8] 季振宇，周怡敏，杨滨，等.新工科和新医科背景下生物医学专业课程教学设计与实践[J].医学教育研究与实践，2020，28（3）：374-376.

[9] 陈明壮，查静茹，汪卓赟，等.新工科背景下的生物医学工程实践教学研究[J].中国医学工程，2020，28（7）：

1-4.

[10] 纪颖.应用型本科高校创新创业教育课程体系建设研究[D].沈阳：沈阳师范大学，2022.

*项目来源：吉林省教育科学规划课题“新工科背景下生物医学工程专业课程体系改革研究”（课题编号：ZD21023）。

作者简介：杨羽、李玉瑶、韩德明，副教授；杨娇，长春理工大学硕士研究生；李景梅，教授。