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生物醫學工程專業是一門跨醫學和電子工程、計算機技術的綜合性學科,主要培養醫療儀器設備公司所需的設計、生產、調試和售后維修服務的技術人員,也可以向醫院提供從事影像技術和設備維護的技術人員。隨著計算機技術的發展,目前國內醫院都在進行醫療設備的更新換代,擁有大量現代化高技術含量的醫療設備成為醫院達標的重要指標。醫院正需要掌握這方面技術的人員。同時,衛生部已下達文件,到2010年大醫院實現醫學圖像數字化管理,中小型醫院要逐步實現數字化管理。而我們開辦的生物醫學工程專業突出了影像技術和計算機課程的教學,為學生掌握醫學圖像的獲取、傳輸、處理打下了良好的基礎。與此同時,國家正在加大醫療儀器設備國產化的力度,扶持和發展醫療儀器設備生產的民族企業,一大批從事醫療儀器設備生產的民營企業紛紛建立,它們需要大量的生物醫學工程專業的中級人才。
從以上的分析可以看出,社會對生物醫學工程專業的專業人才需求還有很大的空間。我校開設生物醫學工程專業,既有利于江西醫療儀器設備工業的發展,又能滿足周邊省份對這類人才的需求。通過我們對廠家和醫院的調查,以每年招生50人計年2月中算,5年內仍不能滿足人才市場需求,畢業生就業形勢看好。
二、生物醫學工程專業培養目標
培養目標是一個專業規定的人才培養方向和標準,是培養人才模式的重要內容。根據社會需求和我院的實際情況,我們將生物醫學工程專業的培養目標定為:培養具備醫學基礎知識、電子技術、醫療儀器設備技術和信息系統的基礎知識,掌握醫學影像技術、計算機技術和各種醫學儀器設備的專業知識,能在各企業從事各類醫學儀器設備系統的設計、制造、調試、維修及銷售的工程技術人才和在醫院從事醫療設備管理、維修和應用的技術人才。要求學生主要學習醫學基礎知識、電子技術、計算機技術、信息科學的基礎理論和基礎知識,接受電子技術、信號檢測與處理、計算機技術在醫學中的應用等技能的基本訓練。畢業生必須具有以下幾個方面的專業技術和能力:掌握電子技術的基本原理及設計方法,掌握信號檢測和信號處理及分析的基本理論,具有生物醫學的基礎知識,具有微處理器和計算機應用能力,具有醫學影像診斷方面的應用能力,具有生物醫學工程研究與開發的初步能力,掌握醫學電子儀器和影像設備維護與管理技術,具有醫院信息化管理、醫學圖像傳輸和處理、醫院辦公自動化、遠程醫療技術,了解生物醫學工程的發展動態。
三、生物醫學工程專業課程設置
學科的高度分化和高度綜合是現代科學技術發展的重要特征之一。生物醫學工程是運用工程技術的理論與方法解決醫學中的實際問題。因此,生物醫學工程應在現代醫學理論和工程技術理論及相關學科的基礎上,建立起自己的專業學科課程)體系。要培養復合應用型生物醫學工程人才,使之適應當前社會的要求,就必須對傳統的教學模式進行改革。而我們教學改革的原則是“拓寬專業、加強基礎、增多方向”,正確處理規模、結構、質量、效益的關系,從變革和發展內涵入手,在擴大專業基礎面的同時,分類加深加細應用型人才的培養,主動適應社會的實際需求。
生物醫學工程專業在我國開辦較晚,沒有現成的培養模式,也沒有配套教材。為了達到培養目標,確保培養規格,我院對生物醫學工程專業課程設置和教材選用十分慎重,尤其是課程設置方面。經過近十年的探索和實踐,我系已初步形成了一套科學完整的課程體系,其中學分為170分,學時為2500個左右,課程有40多門,主要課程如下:
1.通識課模塊。主要包括政治、體育、大學英語、大學物理、高等數學、計算機基礎、C語言程序設計、線性代數、大學物理實驗等課程。這些課程的設置是為學生的德智體全面發展和進一步學習專業基礎課及專業課奠定基礎。
2.醫學基礎課模塊。主要包括基礎醫學概論含人體解剖學、組織胚胎學、生理學、生物化學)、臨床醫學概論含診斷學、內科學、外科學)等課程。通過上述課程的學習,使學生較系統地掌握基礎醫學的基本知識和基本技能,為學生今后進一步學習專業知識,向醫學交叉學科方向發展提供知識儲備。
3.專業基礎課模塊。包括模擬電子技術基礎、數字電子技術基礎、電路分析基礎、電子測量與工藝、單片機及其應用、匯編語言、微機原理與接口、醫用傳感器原理、工程制圖、Matlab應用等課程。通過上述課程的學習,使學生能夠掌握電子技術、計算機技術、信號檢測和信號處理的基本原理及應用,為進一步學習專業課奠定牢固的基礎。
4.專業課模塊。主要包括超聲診斷儀器原理、X射線設備、醫用檢驗儀器、醫用電子儀器、醫用電動儀器、現代醫學影像技術概論、醫學圖像處理、醫用制冷設備、生物信號處理、臨床醫學工程技術等課程。通過這些專業課程的學習,使學生能掌握醫學影像技術和各種醫學儀器的專業知識,能成為在各企業從事各類醫學儀器的設計、制造、調試、維修及銷售的工程技術人才和在醫院從事醫療設備管理和應用的技術人才。
5.實賤模塊。實踐教學環節包括了軍訓、生產勞動、社會實踐、科研訓練、畢業實習和設計。其中軍訓2周,社會實踐、科研訓練各安排1周,畢業實習和課程設計各安排10周。
理工類院校生物醫學工程專業的教育,主要體現于理學、工學及二者有機結合的特色和優勢,如理工類院校在數學、生物、材料、機械、電子、計算機、自動控制、組織工程等學科,具有堅實的教學基礎、豐富的教學經驗、良好的教學資源與條件。研究和解決生命科學及醫學中的重要問題,是生物醫學工程學科教育與發展的宗旨,因此,利用理工科院校的教學資源優勢,培養能利用工程學手段,解決人類生命及健康問題的研究和應用型人才,是理工科院校生物醫學工程專業教育的重要目標。因教學資源與條件的不同,理工科院校與醫科院校、綜合性大學的人才培養目標亦相異。理工科院校側重于培養學生具備扎實的基礎知識,包括數學、物理、電子、機械、生物等學科;熟悉醫學電子儀器、生物醫學信息、計算機、生物材料等相關學科專業知識;善于利用工程學方法與手段,解決專業相關領域的問題。培養目標具有準確的定位與時代性,即一方面能充分利用理工科院校的優勢,體現其在工程學科方面的特色,另一方面,根據學科的交叉性與涉及領域的廣泛性,密切跟蹤學科的發展與社會需求變化,從而培養高素質的復合型高級專業科技人才。
根據教學與科研條件、研究方向的不同,國內理工類院校關于生物醫學工程專業人才的培養目標既具有上述共性,又各有側重與特色。如清華大學提出旨在培養能將現代電子、信息技術、物理、化學、數學和其它工程學原理,應用于研究生命科學的基本問題,能利用工程技術方法解決疾病預防、診治及改善健康、提高生活質量等的高級專業人才;浙江大學則明確培養具有生命科學、電子技術、計算機技術及信息科學等理論知識、醫學知識和工程技術緊密結合的科學研究和技術開發能力,能在生物醫學電子、醫療儀器、計算機技術、信息產業等部門從事研究、開發、教學及管理的高層次創新型人才;東南大學強調以電子、信息技術生物學、化學和材料學為知識基礎,使學生具備開展與人類健康相關的科學研究及應用開發能力,重點培養學生的研究能力和創新能力,培養具備寬闊視野、思維活躍的精英人才和領軍人才;上海交通大學依托其強大且基礎雄厚的工科和醫學背景,重點培養在生物、醫學和工程技術領域中具有開展交叉研究能力的有創新精神的,能應用物理、化學、材料、電子信息和工程等領域的技術解決生命科學問題的創新型交叉學科人才。華中科技大學生物醫學工程專業培養具備生命科學與光、電、計算機等信息科學有關的基礎理論知識,以及醫學與工程技術相結合的科學研究能力,能在醫療器械、電子技術、計算機技術、信息等產業部門從事研究、開發、教學及管理的高級工程技術人才。
華南理工大學生物醫學工程專業,始于從碩士研究生人才的培養,我校于1993年獲生物力學碩士學位授予權,1998年,將生物力學碩士點(生物科學與工程學院)與生物電子學碩士點(電子與信息學院)整合為生物醫學工程一級學科專業碩士學位授權點,并開始正式招收碩士生,2002年招收生物醫學工程專業本科生,2004成立生物醫學工程系,2006年獲生物醫學工程一級學科博士點。根據我校生物、電子、材料等學科在科研教學方面的多年積累的與優勢,結合廣東省生物醫學工程產業的發展與需求,將生物醫學工程專業本科培養目標,按要求掌握的知識與具體的能力確定為:
目標1(扎實的基礎知識):培養掌握扎實的專業基本原理、方法和手段等方面的基礎知識,包括生物醫學、電子技術、信息科學、計算機技術、生物材料、生物信息等相關學科基本知識、基本理論和基本技能的復合型高級科技人才。
目標2(解決問題能力):培養學生能夠創造性地利用生物醫學與工程技術相結合的研究開發能力,以服務于國內外生物醫學工程產業快速發展的需求。
目標3(團隊合作與領導能力):培養學生在團隊中的溝通和合作能力,學會按分工要求在團隊中從事具體工作,完成指定任務,進行組織協調,進而能夠具備生物醫學工程領域的領導能力。
目標4(工程系統認知能力):讓學生認識生物醫學工程的多學科交叉特性,從系統的角度認識與領會生物醫學工程學科的核心與特點。要求從工程系統的角度,運用多種工程技術手段與方法,尋求解決實際問題的方案。
目標5(專業的社會影響評價能力):培養學生正確理解生物醫學工程對人們日常生活、人類健康所產生的重要影響。
目標6(全球意識能力):培養學生能夠在全球化的環境里保持清晰意識,積極跟蹤新理論方法、技術的發展,在全球化的背景下認識與把握生物醫學工程學科的現狀與發展。
目標7(終身學習能力):生物醫學工程畢業生在職業生涯中,需要根據學科、行業發展與崗位要求,不斷更新知識,提升自己的綜合素質,并具備終身學習的能力。
綜觀理工科院校生物醫學工程專業本科生的培養目標,既反映了各校的學科優勢、特色與定位,又具明顯的共性,即強調學科的交叉復合特性,培養能將工程技術和醫學、生物等基礎理論相結合,解決人類生命健康中的問題、提高生活質量的綜合性人才,尤其注重學生的實踐能力與創新能力。
理工類院校的生物醫學工程專業培養特色
在專業特色建設方面,各高校依托各自的學科建設與教學資源優勢,逐漸形成自己的辦學特色。如清華大學持之以恒地進行教學建設與改革,形成了"注重質量,強調實踐,緊密結合科研"的教學特色,清華大學生物醫學工程學科2001年被評為全國重點學科,2006年被評為國家重點一級學科;浙江大學則強調系統掌握計算機技術、信息處理技術、電子技術、儀器技術和生命科學相關的基礎理論知識具有多學科交叉應用能力和國際競爭力的復合型人才培養,為國家級生物醫學工程特色專業建設點;東南大學從1988年開始與南京醫科大學合作,進行7年制工醫雙學位人才培養,2000年開始進行生物醫學工程專業(七年制)本碩連讀人才培養。2007年建立醫工結合生物醫學工程長學制創新人才培養國家人才培養模式創新實驗區,2008年成為生物醫學工程國家特色專業建設點,形成了工醫復合型人才培養的特色,并形成了生物醫學電子學和現代生物技術兩個重要的特色方向;上海交通大學則充分利用附屬醫院的臨床資源,建立與基礎課程相適應的實踐教學體系,強化學生實踐訓練,培養動手操作與創新研發能力,大力推進醫工(理)交叉學科人才培養,積極推進國際合作與交流;華中科技大學華中科技大學自1997年起系統地開展了生物醫學光子學特色方向本科教學體系建設的探索與實踐。基于生物醫學工程學科的特點,借鑒國內外最新教學成果,建立了一套具有生物醫學光子學特色方向的本科教學體系。2011年開始招收“醫療器械”卓越工程師實驗班,按照全新的教育大綱和創新的實驗模式培養面向醫療器械產業發展需要的高端領軍型人才。
華南理工大學生物醫學工程專業經過近10年的本科教育實踐,以電子技術為基礎,以生物醫學電子儀器與生物醫學信息為主,兼顧生物醫學材料、分子生物學及生物信息學,基本形成了多學科方向交叉的知識體系。尤其注重學生基礎知識、實踐能力和創新能力的培養,根據廣東地區生物醫學工程產業的優勢與市場需求,著力培養具有生物醫學工程專業基本素養、基礎扎實、專業知識面廣的復合型高級技術和專業管理人才。近年來,積極與廣東省生物醫學工程領域領軍企業、醫療、科研機構開展聯合培養人才的改革,如自2009年開始,華南理工大學與深圳華大基因研究院共同成立了華南理工大學-深圳華大基因研究院,并開設基因組科學創新班,生物醫學工程專業部分優秀學生從大學三年級開始,即有機會進入深圳華大基因研究院從事生命學科的學習與科學研究;2011年,華南理工大學攜手中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院,共建“華南干細胞與再生醫學英才班”,實行“2.5+1.5”的培養模式,“英才班”將根據學生所屬專業本科培養計劃和干細胞與再生醫學的專業培養要求,為學生制訂個性化的培養方案,將專業理論知識與實踐、學習和科學研究相結合。此外,生物醫學工程專業與深圳邁瑞電子有限公司、汕頭超聲儀器研究所、廣州總院、南方醫院、廣東省人民醫院、中山大學附屬腫瘤醫院和廣州醫學院附屬腫瘤醫院等單位建立了密切的聯系,為學生的實踐、實習提供優越的資源和條件,同時,為學生的就業不斷開拓新的渠道;從大學二年級開始,學生即有機會加入“學生研究計劃SRP(StudentResearchProject)”,參與老師指導的科研實踐,進入實驗室與研究生共同學習研究。學習、研究期間,取得優異成績或成果的學生,推薦參加“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽。華南理工大學生物醫學工程專業,近年來進行各種新的人才培養模式的有益探索與實踐,進一步擴寬學生的知識面,顯著提高學生的實踐能力,激發學生學習熱情,培養學生的創新能力。
生物醫學工程專業人才培養模式
我國高等工程教育強化主動服務國家戰略需求、主動服務行業企業需求的意識,確立以德為先、能力為重、全面發展的人才培養觀念,創新高校與行業企業聯合培養人才的機制,改革工程教育人才培養模式,提升學生的工程實踐能力、創新能力和國際競爭力。主要體現于四個方面:(1)工程教育服務國家發展戰略;(2)加強與工業界的密切合作;(2)重視學生綜合素質和社會責任感的培養;(4)注重工程人才培養國際化。近年來,各高校都在進行專業人才培養模式的改革、探索和實踐,主要包括(1)重基礎、寬口徑、強能力、高素質的大類培養模式。如上海交通大學實行按院系招生、學生入校兩年后再分專業的培養模式,從而有利于學生根據個性、特長選擇專業,增強學生的競爭意識,有利于資源的優化整合;中國科技大學秉承“基礎與創新并重”的辦學理念,實行重基礎、“輕”專業,注重基礎“寬、厚、實”,專業“精、新、活”的寬口徑個性化培養模式。浙江大學提出“以人為本、整合培養、求實創新、追求卓越”的教育理念,確立的人才培養模式是以3M(多規格、多通道、模塊化)和“寬、專、交”為特征的KAQ(知識、能力、素質)并重,將本科專業分成若干學科大類,實行前期按大類培養,實施通識教育,后期實行寬口徑專業教育的新模式。華南理工大學的培養模式與浙江大學既具相似性,又各有側重。華南理工大學以注重精英人才與個性化人才的創新能力培養為特色,如按大類分電子、機械、化工、材料、經貿等各大類專業精英班,“基因組科學創新班”和"華南干細胞與再生醫學英才班"等。
(2)注重創新與實踐能力培養,如卓越人才培養、產學研相結合人才培養、交叉復合型人才培養。近幾年,各高校均十分注重學生的創新能力和實踐能力的培養,通過卓越人才計劃旨在提高學生的科研能力與解決實際問題的能力。卓越工程師教育培養計劃的遵循“行業指導、校企合作、分類實施、形式多樣”的原則,其特點包括:行業企業深度參與培養過程;學校按通用標準和行業標準培養工程人才;強化培養學生的工程能力和創新能力。其中,首批“卓越工程師教育培養計劃”高校包括清華大學、浙江大學、上海交通大學、華中科技大學、東南大學和華南理工大學等61所高校,第二批共有133所年高校加入“卓越工程師教育培養計劃”。
(3)國際化人才培養,通過與國外知名高校建立人才培養合作項目,進行聯合培養。如教育部中國教育國際交流協會(CEAIE),中教國際教育交流中心(CCIEE)和美國州立大學與學院協會(AASCU)共同合作的“1+2+1中美人才培養計劃”,積極推動中美高校學分學歷互認,促進中美高校師生雙向交流、共同制定大學本科專業教學計劃等。此外,近年來,各校紛紛與歐美、澳洲著名大學建立了各種靈活的本科人才聯合培養機制,推進教師雙向交流,專業課程實行雙語教學或全英教學等。
(4)個性化人才培養,華南理工大學生物醫學工程專業培養學生過程中,根據學生知識結構與特長,注重個性化培養,如,一方面鼓勵生物醫學工程專業學生修讀“雙學位”,另一方面,也接受其它專業學生修讀生物醫學工程專業“雙學位”;通過“學生研究計劃(SRP)”,“百步梯攀登計劃”、“挑戰杯全國大學生課外學術科技作品競賽和創業計劃大賽”等,培養學生的創新、創業、科研能力。
課程建設
生物醫學工程專業教學指導委員會,為生物醫學工程學科人才培養的規范化提供重要的指導性意見。根據生物醫學工程學科的發展趨勢與社會需求、以及各高校的教學和科研優勢,理工科院校設置的生物醫學工程專業本科的課程體系,既存在共性,又各具特色。其中,理論教學部分,主要包括公共基礎課、學科基礎課和專業領域課,實踐部分,包括實驗課程、課程設計、認識實習、工程實習、生產實習和畢業實習等。各理工院校生物醫學工程專業本科培養計劃中的公共基礎課頗為相似,主要有政治類課程、大學英語、大學物理、大學化學、數學(微積分、線性代數、概率論與數理統計)、工程制圖、大學體育,以及人文、社會和技術類通識教育課程;學科基礎課程,大多數高校以生物醫學電子與信息為主,包括電路、數字電子技術、模擬電子技術、信號與系統、數字信號處理等主干課程,并設置解剖生理學、臨床醫學概論、普通生物學、生物化學與分子生物學等重要基礎課程;各校的生物醫學工程專業本科課程的差別,主要體現在專業領域課,同時也最能體現其專業特色。一般以其優勢學科方向開設不同的專業必修或選修課程,如浙江大學按數字醫學信息、生物傳感器與醫學儀器、定量與系統生理學三個方向設置專業課程,東南大學則分生物傳感與生物電子學、生物信息學、生物醫學材料與納米技術、醫學信息工程等四個方向,上海交通大學包括生物醫療儀器、神經科學與神經工程、醫學成像與圖像處理、生物材料與納米生物醫學等幾個方向課程;清華大學按學科方向分為醫療儀器、神經工程、醫學影像和微納醫學等四個主要方向,分別設置不同的專業課程。
華中科技大學則包括按生物醫學光子學、醫學影像學、生物信息學、納米生物材料和組織工程等方向的專業課程;華南理工大學生物醫學工程專業的本科課程,主要涵蓋了醫學電子儀器、醫學影像、醫學信息、生物力學和生物醫學材料等五個方向,分別開設了醫學傳感器、醫療儀器設計、生物醫學測量、醫學超聲學、生物醫學信號處理、醫學成像技術、醫學圖像處理、醫院信息系統、遠程醫療、生理系統仿真建模、生物力學、生物醫學材料等重要課程。
實踐環節主要包括綜合實驗、課程設計、臨床實習、金工實習、電子工藝實習和畢業實習等。其中綜實驗包括工程生理學、生物醫學工程、醫學儀器與信息工程3門綜合實驗課程,設置了數字電路、微機原理與應用、醫學儀器等3門課程設計。由于廣東省醫學資源和生物醫學工程產業具有較強的特色和優勢,尤其在醫療儀器行業擁有一批實力雄厚的企業,華南理工大學充分利用這種地域的產業優勢,知名企業聯合建立了本科實習基地,和具優越醫療資源的醫院建立了良好合作關系,為本科生的臨床實習與畢業實習提供強有力的支持。此外,華南理工大學積極鼓勵學生參與“暑期實習計劃”,即由老師或學生自行聯系實習單位,經院系和老師推薦,學生有機會在暑期到相關高校或科研院所實驗室、企事業單位實習。
在雙語課程、全英語課程、新型課程和特色課程方面,華南理工大學生物醫學工程專業也正在積極進行建設,如《醫學圖像處理》和《醫院信息系統》已經實行雙語教學,正在為全英文授課做準備;不定期地邀請國內外有影響的專家和企業負責人進行專題講座或創業教育;為新生開設《生物醫學工程概論》課程,計劃進一步開展新生研討課、系列專題研討課。
總結
生物醫學工程學科具有鮮明的交叉與復合特性,它對解決人類生命與健康中的問題具有十分重要的作用,生物醫學工程學科與相關產業發展亦極為迅速,如何培養適應學科發展需求和符合社會需要的專業人才,是各高校生物醫學專業面臨的重要問題。理工科院校在電子、計算機、信息、生物、材料、制造等學科具有一定的優勢,充分利用理工科的資源優勢,培養研究與應用兼顧的高級專業人才,亦是理工科院校本科教學的重要目標。
華南理工大學生物醫學工程本科專業,經過近十年的教學實踐,逐漸形成以生物醫學電子、醫學信息工程、生物力學為主導的培養體系,十分注重學生的實驗能力和創新能力的培養,并充分利用廣東省的醫學資源和生物醫學工程產業的地域優勢,努力培養適應社會需求的專業人才。近年來,華南理工大學生物醫學材料方向發展迅速,先后成立了國家人體組織工程重建工程中心、特種功能材料教育部重點實驗室、廣東省生物醫學工程實驗室,在生物醫學材料方面取得了一系列成果。為此,華南理工大學正在為利用生物醫學材料方面的優勢,加強生物醫學材料方向的本科專業人才的培養,積極地進行探索。
關鍵詞:生物醫學工程;考核;電子類課程
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A?搖 文章編號:1674-9324(2013)06-0239-02
廣東醫學院生物醫學工程專業于2003年開始第一屆本科招生,針對如何進行具有生物醫學工程專業特點的教學改革進行了大量的研究和實踐。作為工科專業,電子類課程是專業的基礎課程,與電子信息專業要求不同,生物醫學工程專業以小信號、低頻率電路為主要研究對象。本專業側重培養高水平的應用型人才,畢業生要能夠快速開展醫療儀器方向的研發、測試等工作。因此,我們從2008年開始著手進行了相關電路課程的改革和探測,下面針對專業特點和考核方式進行討論。
一、生物醫學工程專業課程特點分析
生物醫學工程是以技術與工程的手段研究和解決生物和醫學中的相關問題,并綜合了生物學、醫學和工程技術學的交叉學科[1-3]。它要求學生掌握物理學、數學、電子學、醫學等相關基礎知識,并能夠融會貫通[4-5]。其中電子技術的相關知識是生物醫學工程專業課程的主要內容。與普通高校電子信息專業和自動化控制專業不同的是,本專業電子類課程內容局限在低頻、弱電范圍內,同時要求學生具備較強的操作和分析能力。因此,在課程教學和考核中應該更加注重與本專業特點相結合,發展具有專業特色的考核評價體系。作為課程發展的導向,考核方式是課程建設水平的集中體現,也是評價教學質量的重要手段和課程改革的參考依據。在本專業發展初期,電子類課程的考核主要體現在:(1)一考制,即將期末考試成績作為學生的最終成績,方式比較單一,特點不突出,忽視了學生在實驗技能、創新設計方面的評價;同時在期末考試中所暴露出來的問題也來不及糾正。(2)與專業領域銜接不夠緊密。考核內容只強調基礎知識的掌握,考核內容與普通電子工程專業內容一樣,忽視了生物醫學工程專業的特色;(3)考試題型單一。最初的考試題型也只有計算分析一種,覆蓋面較窄,考試評價主觀性較強,難以全面評價學生的綜合能力。
二、考核方式的改變與實踐
從2008年開始,我們便針對電子類課程存在的問題進行了專項研究,提出考核改革的目標,即把教學作為提高學生綜合素質的關鍵環節,將考核向過程考核轉移。課程組從2009級本科生開始推行一系列課程改革措施,目前已經進行了三屆改革試驗。逐步形成了一套具有生物醫學工程專業特色的考核方式。考核方式改革具體內容是:(1)專業基礎課的考核由平時作業和階段測驗成績、實驗課成績和期末成績組成。①平時作業由主講教師根據教學計劃通過在線課程網站布置,學生在學習完一章內容后在一周以內提交作業。該項成績占總評成績的10%。②階段測驗包含兩種形式,一種是傳統的隨堂測驗,另一種是在線測驗,即由測驗系統給出成績。階段測驗根據學習內容,安排2~3次,占總評成績的5%。③我們特別加強了對實驗課程的考核力度,實驗課成績包括實驗完成情況和實驗報告的撰寫兩方面,占總評成績的15%。④期末成績則延續傳統閉卷考試形式,在統一閱卷的基礎上給出,占總評成績的70%。考試題型更加豐富,一般不少于四種類型題,客觀題占50%左右。考試難度適當降低,但是知識覆蓋面增加到了課程內容的80%以上。(2)電子類專業課程考核則注重課程設計、大作業(或課程論文)等更加自由的形式。①考核也貫穿于整個教學過程。以綜合設計課程為例:教學和考核都是以分組方式進行,電路設計為主要教學內容,設計結果和課程論文則是考核依據。這里還強調了團隊合作,同一小組成員的考核成績是相同的。②通過計算機輔助進行。在電路設計軟件課程中,學生在課程學習中除了要掌握軟件的基本知識外,綜合能力的提高也是主要的一個方面。考核也是通過計算機完成的,教學可以為每位學生設置不同的題目,內容更加靈活多變。我們進行考核方式改革的方針是以學生為主體,注重培養學生興趣和綜合能力,在教學過程中也盡量增加小組討論和團隊項目。總之,考核方式的改變就是力求做到全面、有效,能夠在學習過程中對學生進行促進。
三、網絡平臺的建設和作用
專業課程學習網站的建設是教育教學改革的重要內容,在電子類課程的改革中成為了重要的工具。截止到2011年,生物醫學工程專業的專業基礎課已經陸續完成了網絡課程的組建工作并迅速投入到教學中。在線網絡課程建設為考核方式提供了更多的選擇,已經逐漸成為改革成功的關鍵一環。我們在網絡課程建設中,特別強調了其參與考核的功能。因此,將題庫建設作為重要的一環。目前,已將完成了500道網絡習題的初等規模題庫,包括在線自測試題10套,為課程考核方式改革提供了重要的硬件支撐。學生在線考試的形式反應積極,認為形式新穎、操作方便。目前,我們在過程測試中至少包含一次在線考試,平時的作業布置和提交也都通過在線網絡進行,也就是說約40%的平時成績是通過網絡考核獲得的。除此之外,網絡課程還為教學提供了重要的支撐平臺,這主要體現在兩方面:(1)擴展了教學內容,豐富了學生的知識面。以往學生獲得知識的渠道單一,枯燥的內容制約了學生的學習積極性。我們在網絡課程中提供了大量的相關資料,包括文獻、新聞、圖片、視頻等,充分延伸了教材內容,滿足了學生多元化的學習需要;(2)提供了交流的平臺。我們同樣組建了學習小組,小組成員作為團隊活躍在網絡中。教師為各個小組布置了不同的討論題目,有的作為作業成為考核的一部分。在網絡環境中,學生擁有了充分的發揮空間和自由,能夠以更加放松的心態融入到學習中。
生物醫學工程專業電子類課程考核方式改革是新時期人才培養模式改革的重要組成部分。是在培養創新性人才的指導思想下進行的有益的探索和嘗試。根據三年來的教學實踐,改革獲得了任課教師的支持,得到了學生的認可。我們所提出的綜合型的過程考核思想正在切實地促進教學質量的提高。我們下一步的工作重點是繼續深化考核方式改革,使其不流于形式并帶動整個課程的建設,不斷地提高教學質量和學生的綜合應用能力。
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生物醫學工程(biomedicalengineering,BME)是應用自然科學和現代工程技術的原理與方法,多層次研究人體結構、功能及其生命現象,研究用于防病、治病、人體功能輔助及衛生保健的制品、材料、裝置和系統的交叉性邊緣學科。其主要的特點是多學科交叉、理工醫結合,工程性和實踐性很強。在軍醫大學這樣的醫科院校中培養工程技術人才,必須要改變原有培養醫科學生的模式,采取適應工程技術人才培養特點的教學體系,突出工程性,強調實踐性教學。改變現有實踐教學模式,構建新的實踐教學體系,是生物醫學工程專業建設和人才培養中需要體現的重要內容[1]。
2生物醫學工程專業學員創新實踐能力培養的探索與經驗
我校生物醫學工程專業五年制本科人才培養的目標是:“面向我軍衛勤保障的需要和軍事醫學的發展,培養具有生物醫學、電子技術、信息技術和軍事醫學電子衛生裝備等專業知識,具備將生物醫學與電子信息技術相結合的能力,能夠從事軍事醫學電子衛生裝備研究、設計、管理、使用和維修工作的高級工程技術人才。”由于我校生物醫學工程專業的培養方向是生物醫學電子工程,這是一門科技含量高、技術密集、應用性強的學科,其基礎理論、創新探索都必須依賴實踐來驗證。因此,實踐教學占據著戰略性地位,是培養創新型人才的關鍵環節。根據我校生物醫學工程人才培養目標,突出工程特性,培養具有電子技術創新精神和實踐能力的人才是該專業建設的基本任務,學生的綜合素質和創新能力不僅需要通過基礎理論和專業理論的學習來培養,更要通過實踐教學各個環節來鍛煉,以使學員不斷提高創新實踐能力并將所學理論知識和實踐技能應用于實際醫學問題的解決中。我們主要采取了以下做法:
2.1注重基本實驗技能訓練,重組課程實驗教學內容
電子技術與信息技術教學包含了一系列課程(電路原理、模擬電子技術、數字電子技術、信號與系統、數字信號處理、傳感器原理、醫學電子儀器等等),對這些課程的實驗項目進行精選、整合、改造,實現以基礎性實驗、綜合性實驗教學模塊為基礎的分層遞進的實驗教學內容。對現有的實驗進行優化整合,主要目的是配合理論教學,使學生熟悉理論知識和掌握基本實踐技能,提高教學效益,在不增加現有實驗課學時的前提下,適當開設綜合性實驗。
2.2培養綜合運用知識能力,強化綜合性設計性實驗
在專業基礎課實驗中,將過去模擬電子技術、數字電子技術等課程中的設計性實驗設置為相對獨立的綜合設計性實驗,主要通過自主探索的形式培養學生獨立思考、協作攻關的精神以及解決實際問題的能力,以達到知識和能力綜合訓練的目的。具體方法是教師編列實驗題目,提出技術要求。題目的難度與學生的水平相適應,題目的內容與專業方向及學生興趣相吻合。學生以小組為單位自行選題,通過查閱文獻資料,優化技術路線,獨立開展實驗等環節實施綜合訓練。使學生能夠較系統地掌握從選題、方案論證、電路設計、電路實現以及裝配調試,到最后的總結報告和文檔整理等全過程的各個環節。通過上述實驗課教學改革,有效調動了學生學習的積極性和主動性,培養了學生綜合運用知識的能力和動手能力。
2.3開展多層次第二課堂活動,培養分析解決問題能力
開展了多種類型和內容豐富的第二課堂活動,這既是課程教學內容的補充,也是實踐教學不可缺少的環節。一種是普及性的第二課堂活動,內容力求覆蓋面廣、應用性強,既有教師選題,也有學生自主選題進行實驗研究。從專業基礎課開始組織,有效地豐富了學生視野,拓展了學習內容。另一種是提高性的第二課堂活動,對學習成績優秀、鉆研精神強的學生實行導師制,組織他們參加課外科技活動和全國性大學生創新設計競賽等實踐教學,讓學生直接介入實際的科研活動中。通過第二課堂活動有效地發揮了學生學習的潛能,變被動學為主動學,培養了學生邏輯思維能力和分析解決問題的能力。
3我校生物醫學工程學員實踐能力培養模式的不足
目前,我校生物醫學工程專業課程體系設置主要包括:公共基礎課程、醫學基礎課程、工程專業基礎課程、專業課程等4類。從實踐教學的效果來看,目前這種模式存在2點不足:一是課程設置不科學,體系不完整,與國內外其他生物醫學工程院校相比缺少專業選修課程、綜合實踐課程這2類課程[2];二是實踐教學沒有按照實踐能力培養的規律進行設計。實踐能力的培養必須從基礎做起,由低到高逐次遞進,以電子技術綜合設計為例,在設計性實驗中應當將主要精力用于方案設計和技術指標的實現上,但是部分學員由于電子工藝基本功不扎實,一些原本不應該出現的問題卻由于焊接加工水平欠佳反復出現,從而影響了設計性實驗的整體效果。由于工程實踐能力包含了方方面面的素質要求,從設備使用、工藝掌握、器件選擇、方案設計等等由低到高的各項能力的培養,是需要一點一滴積累并逐漸形成經驗的一個長期過程,絕非一朝一夕之功,也不是某一門課程所能解決的,必須將其作為系統工程搞好頂層設計,在整個課程體系之中加以解決。創新實踐能力的培訓必須是多層次的并且貫穿始終的完整培訓,需要完成包括基礎電子工藝掌握、基本實驗設備操作到復雜醫學電子系統的設計等一系列階梯式的體系化訓練。使學生在大學期間,乃至研究生階段,不間斷地進行傳統型、綜合型、設計型和創新型等各種實踐環節和各種社會實踐活動,這對學生掌握扎實的基礎理論知識和專業知識,提高獨立分析問題和解決問題的能力,提高團隊合作意識,提高創造性和競爭能力都大有益處[2]。只有經過這樣訓練的學生才能具備比較強的實踐動手能力,能夠有效地通過工程技術手段解決實際問題,從而滿足用人單位和部隊建設的需要。所以,建立健全完備的實踐教學體系是當前深化教學改革,加強頂層設計的重要工作之一,必須按工程人才的培養規律設計科學合理的實踐教學體系。
4構建生物醫學工程專業學員創新實踐能力培養體系的設想與建議
創新實踐能力可分為基本技能—綜合技能—設計技能—創新技能4個層次,不同層次的能力培養要有相對應的教學內容和訓練方法,通常需要采用驗證性實驗—綜合性實驗—設計性實驗—研究性實驗等有針對性地加以訓練。為實現創新實踐能力的全面培養,必須改變傳統的實踐教學模式,把培養學生的創新精神和實踐能力放在首位。以優化知識結構、提高綜合素質為指導制定實踐教學計劃和方案,調整實踐教學組織結構;安排大型綜合實驗設計課程和實踐訓練,形成科學合理、內容完備的教學體系和培養模式;構建良好的實踐教學支撐環境。使學生在學校期間,不間斷地進行傳統型、綜合型、設計型和創新型等各種實踐學習環節和各種社會實踐活動,使其創新實踐能力不斷發展,從而真正提高學生獨立分析問題和解決問題的能力,提高創造性和競爭能力,這也是提高專業教學水平和與國際教育接軌的必然選擇[3]。
4.1實踐課程體系建設
為了更好地適應軍醫大學對生物醫學工程人才培養的要求,根據培養生物醫學工程專業學員創新實踐能力的探索并結合其他院校在實踐體系建設上的經驗,我們認為生物醫學工程專業課程體系設置應當涵蓋公共基礎課程、醫學基礎課程、工程專業基礎課程、專業課程、專業選修課程、綜合實踐課程等6類課程。其中對于實踐能力的培養應構建4個層次、5個類型的課程培訓體系。
4.1.1基礎課程實驗
這一類實驗的內容和方式比較傳統,實驗和課程內容的聯系緊密,每門課程課內安排實驗18學時。通過對授課內容的驗證、實現與分析,幫助學生掌握基本理論和方法,鍛煉學生動手能力,培養學生的基本工程素質。除基本實驗外,一般要求至少安排一個具有綜合性質的實驗,能夠對整門課程起到融會貫通的作用。對每一門課程的課內實踐環節的安排和內容,都需要進行充分的論證,以保證每門課程實驗內容的合理性。
4.1.2綜合實踐課程
這個訓練層次的重要性體現在,使學生掌握應用工程技術解決實際問題的基本方法,同時培養其初步的創新能力。創新能力的獲取必須要擁有扎實的基礎,如果基礎不牢,所謂創新是沒有保障的,即便有非常新穎的想法,但是無法實現也是枉然。創新的方法往往產生于對傳統既有方法的熟悉上,充分了解各種方法的特點,并根據對實際問題的分析提出有價值的建議,創造性地采用不同以往的方法和手段處理和解決問題。創新一定是無限的想像與有限的技術選擇相結合的產物。通過這類實踐課程訓練學生對知識的綜合運用,掌握工程技術解決問題的程序和方法,突出工程實踐中關鍵環節的訓練,實現對不同學習階段的學員工程實踐能力的綜合培訓,使其具備工程技術人員基本的實踐能力。綜合實踐課程在進入專業基礎學習階段以后安排,將每學期的所有理論教學及考試在前18周內完成,余下的2~3周時間用于開設獨立的綜合實踐課程。
(1)電子工藝實習。主要培養學生在電子線路焊接、裝配、調試、元器件識別、選擇、基本儀器使用等方面的能力,組裝具有實用價值的小型電路。安排這個訓練的目的,主要是鍛煉學員在電子技術應用中的基本操作技能,如果沒有這個過程,直接進入電子技術課程設計階段,就會出現因為電子工藝不過關造成的各種各樣的問題,為電路設計和調試帶來層出不窮的障礙。所以必須要有這個訓練過程,以保證在后續課程中學生具有比較熟練和穩定的電子工藝能力,而盡量避免因為工藝問題造成的失敗。
(2)電子技術課程設計。是在具備電子學基本實驗技能的基礎上,進行綜合能力培養的實踐訓練課程,以電路設計為重點,內容側重綜合應用模電、數電知識,完成制作較為復雜的帶有生物醫學功能的電路或者小型電子系統(例如心電信號放大器)。一般是給出實驗任務和設計要求,通過電路方案設計、電路設計、電路安裝調試和指標測試、撰寫實驗報告等過程,培養學生綜合運用所學知識解決實際問題的能力,提高電路設計水平和實驗技能。在實踐中著重培養學生系統設計的綜合分析問題和解決問題的能力,培養學生創新實踐的能力。
(3)虛擬儀器技術課程設計。掌握LabView在信號采集、處理、分析以及功能電路整合方面的應用,側重于生物信號的處理及其虛擬儀器系統的設計。
(4)生物醫學信號檢測與處理綜合實驗。其目的是使學生在熟悉電子系統基本設計和數字信號處理主要方法的基礎上,把現代信號處理理論與臨床醫學緊密結合起來,掌握常見的生物醫學信號采集方法,醫學信號傳感器、采集儀器的使用,利用各種信號處理手段解決臨床診斷與治療方面的信號分析與處理問題。使學生了解醫學信號處理系統的實現過程:醫學信號信號采集信號處理信號識別與特征提取臨床診斷,培養學生應用Matlab和LabView提供的各種處理方法解決醫學問題的能力,并強調各種處理方法的硬件實現。
(5)現代醫學儀器綜合設計。在學生學完全部課程進入畢業設計前一個學期進行,學生綜合應用所學過的基礎課、專業基礎課和專業課的基礎理論、基本知識和基本技能,融合醫學儀器課程內容,獨立完成一個醫學信號檢測、處理、控制系統的設計、安裝、調試,完成醫學信號的數據采集和存貯、數據顯示、數據分析和處理,通過對專業課實驗進行的高度整合,讓學生對所學知識進行高層次的融合。學生從本課程擬定的題目中選擇,或者自己擬定題目,獨立完成一個檢測人體信號的小型醫學儀器系統,并使所設計的軟硬件系統達到要求的各項技術指標。學生通過該課程較系統地學習生物醫學信號處理和控制方面的方法和技術,在生物醫學信號處理技術、計算機技術、測量技術、控制技術及實驗技能等方面得到全面訓練,對醫學信號的拾取、測量、處理、應用有一個系統地了解,從而在綜合能力上得到培養,同時為完成畢業設計打下堅實的基礎[4]。
4.1.3創新性課外科技活動
開展豐富多彩和形式多樣的創新性課外科技活動,其主要目的是使學生在完成第二層次訓練的基礎上,了解學科前沿、開闊科技視野、激發創新意識,充分發揮和調動學生創新實踐的潛能,結合軍事醫學應用和實際問題的解決開展研究性實踐活動。結合我軍衛勤保障和軍事醫學的需求,應用電子信息技術和電磁檢測技術等生物醫學工程學方法,有針對性地開展創新實驗活動。從軍事醫學電子衛生裝備設計思想的提出、技術指標的設定、研究方案的形成、工程設計的優化等方面訓練學員,培養他們在我軍軍事斗爭衛勤保障條件下解決軍事醫學問題的創新思維和創新能力,以此提高軍事生物醫學工程專業人才的綜合素質。該層次的訓練側重于創新能力的培養,主要以第二課堂的形式圍繞科研方向開展,也可以圍繞專業選修課開展,并鼓勵學有所長的學生積極申報學校創新實驗基金,開展進一步的深入研究,并指導學生發表學術論文,申請國家專利。在條件成熟的情況下推薦他們參加各種類型的全國大學生科技競賽。對于部分已取得較好成果的學員,可在此基礎上直接進入畢業設計環節,并給予他們優先報考碩士研究生的資格。
4.1.4實習
臨床工程實習是理論聯系實際,培養學員分析問題、解決問題能力的重要階段。通過臨床實習,使學員進一步加深對專業課程理論知識的理解和掌握,全面了解現代化醫療儀器設備的基本原理、安裝調試、維護保養,熟悉部分醫學儀器結構特點和工作原理及存在問題,建立醫療衛生裝備體系的基本知識架構,培養學員運用已學基礎理論知識,初步分析和解決醫學儀器設備實際問題的能力,為畢業后從事醫療設備專業工作,提升任職能力打下基礎。
4.1.5畢業設計
畢業設計的質量可以衡量專業教學的水平,是學生畢業與學位資格認證的重要依據。畢業設計的開展將緊密結合學科研究方向和實際科研課題,把重點放在學員創新思維和能力的培養,充分發揮學員的主動性和創造性上。畢業設計注重以下能力的培養:(1)調研、查閱中外文獻和搜集資料的能力;(2)理論分析、制定或設計實驗方案的能力;(3)實驗研究、綜合分析和數據處理的能力;(4)交叉融合理工醫等學科綜合知識的能力;(5)外語、計算機應用和論文寫作的能力;(6)綜合應用工程技術手段解決實際問題的能力;(7)團隊合作的能力。方法上讓學生自由選題,獨立完成畢業設計課題。針對要解決的實際問題,指導學生通過查閱資料,以互相討論的形式逐步總結出解決問題的思路,要求學生利用計算機進行理論設計,并進行虛擬實驗和仿真分析,經過比較優選出最佳方案,進而設計出實用的電子系統,完成系統的軟硬件調試并達到設計技術指標;最后提供設計報告,接受專家組考評并通過答辯。通過畢業設計使學生了解科研的方法、程序和步驟,增強科研意識。這種對科學實踐全程參與的教學方式可以全面培養和提高學生的科研素質、工程意識和創新精神,真正實現了理論和實際動手能力相結合的創新實踐能力培養。
4.2創新實驗室建設
創新實驗室建設旨在針對我軍面臨的多樣化軍事任務,滿足我軍衛勤保障需求和軍事醫學發展需要,從軍事醫學電子技術教學與訓練、軍隊衛生裝備教學與訓練等方面入手,與燒傷外科學、防原醫學、野戰外科學、野戰內科學、軍事預防醫學、高原軍事醫學以及新概念武器防治學等軍事醫學緊密結合,以電子技術應用、裝備教學實訓為基礎,培養應用軍事生物醫學工程的技術方法,解決部隊衛勤保障和軍事醫學問題的創新實踐能力。創新實驗室主要服務于學員專業學習階段,在第二課堂、創新實踐、綜合實驗、軍事醫學課程設計、畢業設計、專業實習以及衛勤演練中對學員實施相關訓練活動。從培養軍隊院校學員為軍服務的意識出發,使其在學習訓練中了解軍事醫學的主要問題,學會應用軍事生物醫學工程方法解決相關問題,同時提高創新實踐能力,在這一過程中軍事生物醫學工程專業綜合創新實驗室的建設是必不可少的,這對于軍事生物醫學工程專業學員開展相關學習實踐以及任職訓練是必須要具備的一個基本條件。
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[3]王璐瑤.高校學生流行“秒課”[N].重慶商報,2011-01-05(23).
注:受“地理信息系統基礎”課程建設(編號:k110203)資助。
作者簡介:董東林(1969-),男,陜西乾縣人,中國礦業大學(北京)地質工程與環境系主任,副教授,研究方向為GIS和水文地質。