“新工科”视角下人体解剖学教学医工交叉融合的策略探索与实践

吴晓丽 穆云萍

①基金项目：2023年度广东工业大学校级“本科教学工程”项目（教育教学改革项目）——新工科专业改革专项“‘新工科视角下医工交叉融合在《人体解剖学》教学中的策略探索”（广工大教字〔2023〕51号）。

*通讯作者：吴晓丽（1988—），女，汉族，广东茂名人，博士研究生，讲师，研究方向：神经退行性疾病发病机理研究、临床诊断试剂和创新药物开发。

［摘           要］  人体解剖学作为生物医学工程专业学生的核心专业基础课程之一，其课程对学生学习后续相关课程和开展研究有着重要意义。从“新工科”的视角出发，阐明人体解剖学教学中医工交叉融合的必要性，并就工科院校生物医学工程专业开设的人体解剖学课程中学情、教情和教材进行分析，并提出了在工科院校增强人体解剖学课程医工交叉融合的教学策略，最后，将融入创新教学策略的课堂实践效果做了总结。

［关    键   词］  工科院校；生物医学工程专业；医工交叉融合；人体解剖学

［中图分类号］  G642                   ［文献标志码］  A                   ［文章编号］  2096-0603（2024）15-0105-04

生物医学工程是一门新兴的交叉学科，融合了工程学、生物学和医学等多个领域的知识和方法，以工程手段解决医学问题。而人体解剖学则是生物医学工程专业中不可或缺的一门基础课程，它专注于研究人体各器官的形态、结构、位置以及相互之间的毗邻关系，并探索这些器官的发生发展规律。这门课程可以使学生理解和掌握人体各器官系统的形态结构特点及其相互关系。因此，工科院校开设的人体解剖学课程的教学目标应和传统医学院校有所不同，旨在突出医学和工程学的交叉应用[1]。本文就“新工科”视角下，生物医学工程专业人体解剖学教学中的医工交叉融合这一专题进行探讨，针对医工交叉融合的必要性、存在的问题进行分析并展开策略探索，以期丰富“新工科”建设理论，促进生物医学工程专业的发展，并将融入创新教学策略的课堂实践效果做了总结。

一、“新工科”视角下人体解剖学教学医工交叉融合的必要性

“新工科”代表一种教育理念，它强调学生在某一学科领域内达到精深水平的同时，还需展现出跨学科的知识融合能力。这类专业的学生不仅能够利用现有知识应对实际挑战，还具备学习新知识、新技术的能力，从而对未来技术变革和产业发展起到引领和推动作用。生物医学工程专业作为一门新兴的交叉学科，更应该肩负起促进医工融合创新行人才培养的重任，以更好地服务于国家创新发展目标，对国家经济社会发展具有重要意义[2]。

为更好地应对新一轮科技革命和产业变革的要求，培养能够面向产业、面向世界、面向未来，具有实践创新能力的高素质医工融合和智能医学交叉复合型人才，已成为新医科建设背景下生物医学工程人才的培养目标。人体解剖学课程旨在让学生掌握人体器官的形态结构、配布形式以及人体各部的层次结构、各器官的配布组合和位置毗邻关系、生长发育规律和基本功能等。在教学过程中，以人体各大系统的组成和结构特点作为核心主线，强调课程是学习医学各学科不可动摇的基石，倡导坚持进化发展的观点、形态与功能相互影响的观点、局部与整体统一的观点，以及理论与实际相结合的观点，视觉记忆、听觉记忆、动手动脑联想相结合，分析复杂生物医学工程问题，培养医学、生命科学及工程学等核心专业意识。

生物医学工程专业的学生在将来的工作中，很可能会从事智能诊断、人体工程和材料工程等工作。而这些工作通常会涉及3D打印导板或内置物、影像诊断大数据采集分析、计算机或红外线定位导航、机器人手术等内容。因此，在进入实习或工作前，学生需学习人体解剖学的基础知识，掌握人体的骨骼及骨骼肌分布，各个内脏系统和神经系统的组织结构和形态。做好医学知识的储备和交叉融合，才能更好地将所学知识应用于实际工作中。

二、人体解剖学教学医工交叉融合存在的问题

（一）教情分析

在学科建设层面，教师的作用是非常大的。教师是学科专业的灵魂，可以激发学生学习的热情，让学生充分发挥主观能动性，扎实地掌握专业知识并能将所学知识灵活运用到实际应用中。对生物医学工程这样一个“新兴学科”而言，教师队伍的建设还处在起步阶段。人体解剖学课程的授课教师往往来自医学院校，缺乏工科知识背景，所讲授的知识过于偏向医学领域，侧重于讲授人体各个系统的基本形态，更偏向于临床。缺乏和工程学科的交叉性，课堂教学也因缺少工程应用的实例而显得枯燥乏味，学生难以将人体解剖学知识和其他学科知识联系起来[3]。此外，从生物医学工程专业的角度来看，学生后续的学业及毕业后就业深造都偏向于医学知识在工程上的应用。因此，在人体解剖学的教学上，教师应该侧重讲授人体知识的工程应用。

（二）教材分析

目前生物医学工程专业的人体解剖学教材，就是简化版的医学院校的教材，仍然以介绍人体各种器官的结构、位置、特征，以及各系统组织和器官之间的内容为主，缺少人体组织器官的功能应用介绍。内容冗长，知识点繁杂，学生很难在较短的课时内掌握全部知识结构。另外，学生将来不从事临床行业，觉得学无所用，缺乏学习的兴趣，靠死记硬背应付考试，导致教学效果不尽如人意。最关键的是，该教材缺乏和工科知识体系的交叉，学生很难将人体解剖学的知识体系和其他工程学科知识融合，各门课程之间缺乏关联性，难以将前面的课程知识、能力知识和情感知识用于后续课程的学习。教材的编撰和发展需要时间，那么，作为生物医学工程专业人体解剖学的任课教师，可以根据专业发展的需求，适当地重构课程内容，使其更加合理化，更加适合医工交叉融合，更加有利于和后续课程的接轨。

三、人体解剖学教学医工交叉融合的策略

（一）师资交叉

作为交叉学科的专业课教师，需要实现专业知识的“交融”。这意味着，在精通自己所教授课程内容的同时，教师还需要积极学习和掌握本专业其他相关科目的基础理论。将原本看似孤立的课程与其他专业课程有机结合起来，形成一个更加完整和全面的知识体系。这种跨学科的知识融合有助于教师更好地理解课程内容，提高教学质量，并为学生提供更加深入和全面的学习体验。这一过程需要长时间的投入与努力，而非一蹴而就。以人体解剖学为例，它应与机体生物信号的采集、处理、仿真等课程形成一个完整的课程体系。因此，人体解剖学的教师可以定期与生物医学仪器及生物医学信号处理课程的教师召开教学研讨会，加强学科间的互动与交流，从而拓宽教师的知识视野。

（二）教材内容重构交叉

人体解剖学的任课教师经过医工交叉融合强化后，可在传统的教材里选取经典内容，再融入相关的工科知识，如在心脏系统融入微流控知识、在脉管系统融入电生理知识、在神经系统融入脑电波分析知识、在运动系统融入材料工程的知识，以及在感觉系统融入生物电活动知识。在有限的课时里尽可能给学生展示与实际工程密切相连的医学知识。同时，教材的优化也使这门课程更具趣味性、探索性和实践性。另外，医工交叉融合也使整个生物医学工程的课程设置具备整体性，而不是机械地分别学习工科课程和医学课程。教学团队将课程进行系统性重构。

1.重构知识成体系，加强逻辑性

本课程知识点涉及运动系统、消化系统、呼吸系统、泌尿系统、生殖系统、脉管系统、感觉器官和神经系统，内容非常繁杂，且关联性不强，知识点割裂严重，学生需要同时被输入庞大的知识体系，生搬硬背，学习效果较差，也易让学生产生畏学情绪。教学团队对课程体系做了调整，如在运动系统的教学中，先学习骨与骨连结总论，再到颅骨、上肢骨、躯干骨和下肢骨等分论；先学神经系统，掌握人体刺激—神经—运动的支配方式，再学习感觉系统，更好地理解眼睛所受的光刺激如何通过神经系统转化为冲动。

2.重构知识，让理论联系实际

让生活走进课堂，医学知识不再高高在上，而是生活中必不可少的元素。教学团队依据各个知识点，相应地融入日常生活场景。如学习躯干骨时，融入了低头看手机弯曲脊柱的场景；学习骨连结时，融入了奔跑中运动损伤的场景；学习下肢骨时，融入了模特走秀的场景；学习眼球时，融入了近视和远视的场景。从生活场景导入，激发学生学习的热情。

3.重构知识，实现医工融合

为了培养多学科交叉的复合型人才，生物医学工程专业的学生需将医学知识与工程学结合起来，将所学知识用于解决生物医学工程的复杂问题。教学团队根据知识点的特点，融入了工程学的场景。如学习关节损伤时，融入了人工关节的制备和置换手术；学习眼球壁时，融入了人工角膜制备和置换手术。结合工程学知识，让医学知识和工程学有机融合，实现学而有用。

4.重构知识，培养抽象思维

大学教育重在培养学生的自主学习能力和思维，区别于传统课堂的满堂灌，创新教学重在促进学生多思考。教学团队根据知识点的特点，融入了思考原理的环节，引导学生构建“由表及里”的思维方式，根据所看到的现象，推断出本质。

5.重构知识，丝滑地融入思政教育

培养优秀人才，重在塑造高尚品质。习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上指出，“要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人，努力开创我国高等教育事业发展新局面”[4]。为了让思政教育不再生搬硬套，教学团队根据专业知识的特点，自然地融入思政教育。如学习“膝关节损伤”相关内容时，融入长辈过度操劳，奉献爱的内容，引导学生关爱感恩长辈；学习关节损伤时，融入正确运动，增强体魄，干事业的内容；学习“人工角膜”时，融入研发人工角膜的急迫性，树立职业担当责任感的内容；讲人体解剖学的发展历史，融入现代临床解剖学奠基人——南方医科大学钟世镇老先生，为中国显微外科发展提供解剖学理论依据，开拓临床解剖生物力学研究，作为中国数字医学倡导者等，为人体解剖学开辟了广泛的研究新领域[5]。

（三）实验课交叉

工科院校缺乏人体标本，可利用工科优势学科取长补短，促进医工交叉融合，使人体解剖学课程的实验课更加具有实践性[6]。

1.提供各种人体组织模型，供学生观摩，能够很直观地理解各个组织器官的形态，如关节的构造、骨头的构造、大脑的各个脑区及沟回等。

2.提供动画展现组织之间的联系，如脑脊液的生成及循环：脑脊液由双侧侧脑室，脉络丛产生之后经过时间孔流入第三脑室和第三脑室脉络丛产生的脑脊液一起经过中脑导水管进入第四脑室，和第四脑室产生的脑脊液，最终流入蛛网膜下腔；房水的生成及循环：房水由睫状突的无色素上皮细胞分泌→进入后房→经过瞳孔区进入前房→经房角排出→进入施勒姆氏管（Schlemm管）→进入集液管→进入巩膜上静脉→汇入眼静脉系统→最终进入体内的血液循环；胸廓的运动是如何协助呼吸。让学生在观摩动画的同时联想自己身体各部分机能的运转。同时，也适当布置一些较为简单的动画制作作业，让学生自行利用软件完成，如肩关节的运动、颞下颌关节的脱位和膝关节的运动等。

3.虚拟仿真实验是近年来在医学教育中迅速发展的新型教学手段，注重实验操作的交互性和实验结果的仿真性[7]。通过虚拟实验，实验者仿佛沉浸在真实的实验环境中，增强了学习体验。此外，模拟实验室的引入，使实验手术操作模拟成为可能，如利用3D打印技术制造膝关节和义齿等，进一步丰富了实验手段。这种方法不仅能帮助学生深入理解实验目的和内容，还能将实验操作与理论知识紧密结合为他们日后独立开展科学研究奠定坚实基础。

4.相较于传统主要聚焦于动物组织形态的认知和解剖实操的人体解剖学，现代的人体解剖学教学更加注重生理参数的实际检测操作和人体生理结构的深入实验。这种转变不仅使学生更全面地理解生命的运行机制，还增强了他们对机体可测信号和检测设备的认知。例如，学生可以通过脑电设备，利用光纤技术进行数据传输，探索各个脑区的功能，研究耳蜗的生物电活动，分析心脏起搏点的功能及传导阻滞现象，测定视野及盲点，以及测量并分析血压和心率等。这些实践性的学习活动，为学生后续深入学习生物医学工程的专业知识和技能奠定了坚实的理论和实践基础。

四、人体解剖学教学医工交叉融合的实践

（一）有效调动学习的主动性和课堂参与度，更好地构建“医工融合”思维

采用医工交叉融合方式进行教学后，大力地提高了学生学习的兴趣，无论是课前、课堂，还是课后的小组作业，学生全员参与，完成效果较好。课堂气氛活跃，出勤率接近100%。课堂上，学生对教具特别感兴趣，争先恐后地对着教具摸索一番，并参照教具，从自身或其他学生身上找到相应部分，课后拿回宿舍继续深入研究。此外，课堂上的动画也特别吸引学生的眼球，可非常清晰地看到椎间盘向后突出压迫脊髓、膝关节在运动过程中磨损半月板、踝关节在跖屈时发生损伤、脑脊液和房水的生成和循环情况，以及人工关节和角膜的置换手术等。让学生能真切地领悟到人体正常生理现象受到阻碍时发生的变化，思考其中的原理，构建“由表及里”的思维模式。同时，在这一过程中，懂得进行医学与工程学的结合，如何开发新型的人工关节和人工角膜等人工材料，构建“医工融合”思维，懂得如何将人体解剖学与其他工程学科知识联系起来，研究开发更具生物相容性、更强的人体适配性和更长寿命的人体材料。

（二）学生解决实际问题能力和学科综合能力显著提高

除了在课堂上充分感受“医工融合”的乐趣，学生课余时间积极开展课程实践，学科综合能力显著提升。学生纷纷在课后尝试绘制和制作各种人体模型，如椎骨、关节、角膜、心脏等部位。积极参加人体解剖学模型设计大赛、人体解剖学绘图大赛和解剖学知识竞赛。以赛促学，大大加深了学生对课堂知识的理解，并促进与其他学科的交叉运用。

（三）学生创新探索和知识迁移的能力得到显著提升

自课程创新以来，学生参与科研的热情大大提升。据统计，全专业62位学生，有超过一半的学生积极地参加学术沙龙活动，聆听最新的研究进展，启发科研兴趣；加入学院各个教师的实验室，学习基本的实验操作技能，带着课堂上的问题，在实验室学习中寻找解决的思路。在教师的指导下，学生积极参加申报大学生创新创业训练计划，据统计，参加国家级、省级和校级大创项目合计30项。

五、结束语

人体解剖学，作为生物医学工程专业的核心医学基础课程，不仅承载着传授基础生物医学理论知识的使命，更发挥着沟通其他生物课程与工科课程的桥梁作用。在工科院校的教育体系中，人体解剖学课程致力于培养学生运用工程技术手段分析和解决临床医学问题的能力。通过这门课程的学习，学生将能够更全面地探索人体奥秘，更迅速地诊断与治疗疾病，以及更有效地促进人类健康，从而为未来的医学科技进步奠定坚实基础。因此，基于“新工科”背景下医工交叉融合的趋势，本文论述了促进医工融合的必要性，分析了目前工科院校开设人体解剖学课程在医工交叉融合中所存在的问题，并提出了如何增强医工融合的策略。在生物医学工程这一融合生物、医学、光学、电子学、信号处理、自动化等多学科知识的交叉学科领域中，人体解剖学的课程构建需要同时凸显其应用性和实践性的专业特点，以及其作为医学基础的核心地位。我们的目标是将学生培育成不仅具备坚实的基础理论知识和熟练的操作技能，还拥有敏捷的思维和丰富的创造力的新型人才。通过这样的培育方式，我们期望学生能够在生物医学工程领域发挥重要作用，推动科技进步，并为人类健康做出贡献。

参考文献：

［1］谷士贤，何培欣，乔杰.新时代医工交叉人才培养的思考与展望［J］.科教发展研究，2022，2（3）：19-35.

［2］赵洁，崔国民，岳学峥.科教融合理念下医工交叉复合型人才培养探索与实践：以L高校为例［J］.改革与开放，2023（1）：34-40.

［3］罗程，夏阳，尧德中.理工科院校生物医学工程专业解剖教学探析［J］.高等教育，2017（9）：200.

［4］尚琳，赵青赞，陈雪梅，等.生物医学工程专业人体解剖学教学要适应专业需求［J］.临床和实验医学杂志，2007，6（10）：180-181.

［5］李玺洋，罗亚非，唐中生，等.《人体解剖学》课程思政元素的挖掘与应用：以绪论为例［J］.菏泽医学专科学校学报，2023，35（4）：81-83.

［6］刘旭辉.生物医学工程专业人体解剖学的教学方法体会［J］.长江大学学报（自然科学版），2009，6（2）：200-201.

［7］刘岸，赵甜，滕佳佳.新发展理念下的医工交叉教学改革与实践：以“皮肤生理学”课程为例［J］.中国医学教育技术，2022，36（5）：611-623.

◎编辑 张 慧