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20世紀60年代,美國一些著名大學先后開啟了生物醫學工程學科的建設,相繼啟動了生物醫學工程專業人才的培養。美國的生物醫學工程教育特點是在技術產業化需求驅動建立起來的具有其自身特性,且反映了生物醫學工程學科建設與發展的前沿特征。各個學校的本科教育課程雖然具有自己的特色,但在課程設置上大致可以分為科學基礎課程、專業核心課程、關注領域課程、設計課程、人文與社會科學課程、專業選修課程及其他選修課程等六類。不同學校本科課程的主要差異體現在專業選修課程及其他選修課程的設置上,各個學校根據自身的生物醫學工程領域的研究方向和研究水平特點開設一些相應的選修課程,并培養學生在相應方向上的研究探索實踐能力。這是美國生物醫學工程本科教育的基本特點。
我國生物醫學工程專業教育起步于20世紀80年代,主要發源于著名工科院校的信息技術類專業和力學專業,進而逐漸形成的生物醫學工程專業教育,后來,一些醫學院校在醫學物理和醫用計算機技術的基礎上相繼開展了生物醫學工程專業教育,于是在我國基本上形成了這樣兩種類型的生物醫學工程學科。上述兩類院校的生物醫學工程學科建設發展模式各具側重,遵循了共同的學科基礎,在培養生物醫學工程專業人才的應用層面上有顯著特點。相對來說,工科院校的生物醫學工程培養模式注重工程技術的開發和功能拓展,醫科院校則注重醫學與工程結合、工程技術在醫學中的綜合應用。
1.中國生物醫學工程學科發展思路
生物醫學工程是一種交叉學科,交叉的學科基礎及其融合的緊密程度決定了生物醫學工程學科的發展水平,交叉的學科發展推動著生物醫學工程學科的發展,并且使得生物醫學工程學科研究領域變得十分廣泛,而且處在不斷發展之中。
1.1 學科發展軌跡
在中國,基于電子信息工程發展而來的生物醫學工程學科,主要包括生物醫學儀器、生物醫學信號檢測與處理、生物醫學信息計算分析、生物醫學成像及圖像處理分析、生物醫學系統建模與仿真、臨床治療與康復的工程優化方法、手術規劃圖像仿真以及圖像導引手術及放療優化等;有基于力學發展而來的生物醫學工程學科,主要包括生物流體力學、生物固體力學、運動生物力學、計算生物力學和微觀尺度的細胞生物力學等;基于化學材料工程發展而來的生物醫學工程學科,主要包括生物材料學、組織工程與人工器官、物理因子的生物化學效應等。
1.2 學科發展特點
作為交叉學科的生物醫學工程學科,其發展的關鍵在于交叉學科間的交叉融合。構建一種良好的交叉結構,對推動交叉學科的發展具有至關重要的作用。約翰霍普金斯大學對于生物醫學工程這樣的交叉學科的描述有一個形象的說法:交叉學科如同在不同學科之間建立起連接橋梁,如果在河兩岸沒有堅實的基礎,橋是無法建立好的,對于生物醫學工程這樣一座建立在兩個不同學科之間的橋來說,它的發展要求具有堅實的交叉學科基礎和交叉學科緊密融合深度。那么在生物醫學工程學科構建良好的交叉結構,需要選取具有理論支撐和技術支撐的主干學科進行交叉,凝練學科方向,不能大而全,過于寬泛。
目前,醫學儀器和醫學成像技術具有良好的應用和發展前景,應該成為生物醫學工程學科的重點發展方向。醫學儀器和醫學成像設備能有力推動醫療產業的發展。醫療儀器和醫學成像設備是現代醫療器械產業中的主流產品,在產業發展中起著主導和引領作用。其發展水平已成為一個國家綜合經濟技術實力與水平的重要標志之一。產業化驅動也是學科發展的一種動力,也為學生未來職業發展奠定良好的基礎。基于醫療衛生健康事業的需求和生命科學發展的大趨勢,生物醫學工程學科應大力促進醫學儀器和醫學成像方法的學科建設,從而提升整個學科的發展水平。
生物醫學工程學科的建設離不開一流的學術研究和學術成果的應用。一流的學術研究不但能提升學科的發展水平,而且能開拓學科縱深發展,產生良好的經濟效益和社會效益,進而增強學科服務社會發展的能力。學術研究的前瞻性和創新性將確保學科建設的發展動力和趨勢以及學科發展的活力。
交叉學科往往具有不同程度的可替代性。可替代性程度越高,交叉學科存在的必要性就越小。如何減小生物醫學工程學科可替代性的程度是需要深入思考的,是需要提升學科的特異性的。生物醫學工程學的學術研究主要包括應用理論研究和理論應用研究,應用理論研究主要涉及生物醫學工程領域所需要解決的科學問題,開展新理論、新方法的研究。理論應用研究主要涉及生物醫學工程領域所需要解決的科學和技術問題,借助理工科的相關理論和方法開展應用基礎研究和應用研究。應用理論研究是理論驅動型的學術研究,理論應用研究是應用驅動型的學術研究。理論驅動型和應用驅動型是生物醫學工程學科學術研究的兩種主要模式。理工科大學具有良好的理論創新基礎和強大的交叉的學科背景,開展理論驅動型研究具有自身優勢。醫學院校具有豐富的醫學資源,面臨著大量需要應用理工知識解決的醫學問題,開展應用驅動型研究,將很好地實現與醫學的應用融合,具有較好的臨床應用價值,有力推進醫學的進步與發展。各自的學術優勢將有利于生物醫學工程學科特色發展,從而增強其不可替代的程度,實現學科可持續創新發展。
1.3 學科體系
作為一級學科的生物醫學工程,包含學科的理論體系和技術體系,且該體系離不開所交叉的學科的理論體系和技術體系的支撐,此外生物醫學工程學科理論體系和技術體系既要有學科自身的特色,又要具有可持續發展和一定程度上的不可替代性,這樣學科才會有旺盛的生命力。要面向醫療衛生、生物科學所涉及的重大、重要技術理論問題及基礎應用開展學術研究。實現良好的學術研究定位,形成自己的理論體系和技術體系。
2.大數據時代的生物醫學工程學科發展
守正創新是生物醫學工程學科發展的必由之路,人類已進入大數據時代,所謂大數據(bigdata),或稱海量數據,是指由于數據容量太龐大和數據來源過于復雜,無法在一定時間內用常規工具軟件對其內容進行獲取、管理、存儲、檢索、共享、傳輸、挖掘和分析處理的數據集。大數據具有“4V”特征:①數據容量(volume)大;②數據種類(variety)多,常常具有不同的數據類型和數據來源;③動態變化快,如各種動態數據,非平穩數據,時效性要求高;④科學價值(value)大,盡管目前利用率低,卻常常蘊藏著新知識和重要特征價值或具有重要預測價值。大數據是需要新的分析處理模式才能挖掘分析出其蘊藏的重要特征信息[6。
人體生老病死的生命過程就是一個不斷涌現的生物醫學大數據發生源,這種源源不斷的生物醫學大數據的檢測、處理與分析,將給生物醫學工程學科的建設與發展帶來新的機遇和挑戰。模式識別、人工智能、數據挖掘和機器學習的發展將帶動大數據處理技術的進步。生物醫學大數據廣泛涉及人類醫療衛生健康相關的各個領域:臨床醫療、基礎醫學、公共衛生、醫藥研發、臨床工程、心里、行為與情緒、人類遺傳學與組學、基因和蛋白質組學、遠程醫療、健康網絡信息等,可謂包羅萬象,紛繁復雜。生物醫學大數據中蘊藏了種種有科學價值的信息,研究有效的大數據挖掘的新理論、新技術和新方法,對生物醫學大數據進行關聯和融合計算分析,充分挖掘生物醫學大數據中的信息關聯和特征關聯和數據空間映射關聯,既能為疾病的預防、發生發展、診斷和治療康復提供系統化的全新的認識,有利于深入疾病機理研究分析,開展個性化診療。還可以通過整合系統生物學與臨床數據,更準確地預測個體患病風險和預后,有針對性地實施預防和治療。
生物醫學工程學科所面臨的生物醫學大數據主要包括多模態醫學影像數據、多種類醫學信號數據以及基因和蛋白質組學的生物信息數據。生物醫學大數據在生物醫學工程學科領域內有著廣泛深遠的應用前景,從三個方面應用將推動生物醫學工程學科的發展。
(1)開展多模態影像大數據計算分析。醫學影像學科的發展從早期看得到,到看得清,目前的看得準,未來的趨勢是看得早。只有看得準和看得早才有利于臨床早期干預,提高治療預期。醫學影像大數據計算分析在影像診斷、手術計劃、圖像導引、遠程醫療和病程跟蹤將發揮越來越大的作用。
建立新的醫學影像大數據計算分析模型和數值計算方法,挖掘多模態影像數據的特征數據和特征關聯,將會提供強有力的影像診斷分析手段,極大地推動影像技術的發展,具有重要的臨床應用價值和科學價值。
(2)開展多種類醫學信號大數據計算分析。醫學信號大多直接產生于生理和病理過程中的信號,能在不同層面上表達生理和病理相關機制特征。融合多種醫學信號的大數據計算分析,能對生理病理過程進行更好更全面的闡釋,不僅能深入了解生理病理的狀態特征和過程特征,而且能實現個體健康監測和管理。可以很好地開展回顧性研究和前瞻性研究,推進系統化的醫學應用研究。實現強大的多種醫學信號數據的特征挖掘及特征關聯計算分析。大數據挖掘能夠增加準確度和發現弱關聯的能力,能更好地認識生理病理現象和本質。
(3)開展基因和蛋白質組學的生物信息大數據計算分析。基因組學、蛋白質組學、系統生物學和比較基因組學的不斷發展涌現了海量的需要計算分析的生物信息數據,已進入計算系統生物學的時代。開展生物信息大數據計算分析,可以拓展組學研究及不同組學間的關聯研究。從環境交互、個體生活方式、心里行為等暴露組學,至細胞分子水平上的基因組學、表觀組學、轉錄組學、蛋白質組學、代謝組學、基因蛋白質調控網絡,再到人類健康和疾病狀態的表型組學等不同層面不同方向上實現大規模的關聯計算分析,可以全面闡述生命過程機制,挖掘生命過程特征及關聯特征。
3.結論
英文名稱:Beijing Biomedical Engineering
主管單位:衛生局
主辦單位:北京生物醫學工程學會;北京心肺血管疾病研究所
出版周期:雙月刊
出版地址:北京市
語
種:中文
開
本:16開
國際刊號:1002-3208
國內刊號:11-2261/R
郵發代號:
發行范圍:國內外統一發行
創刊時間:1981
期刊收錄:
核心期刊:
中文核心期刊(1992)
期刊榮譽:
聯系方式
科交叉的邊緣科學,它是用現代科學技術的理論和方法,研究新材料、新技術、新
儀器設備 ,用于防病、治病、保護人民健康,提高醫學水平的一門新興學科。
生物醫學工程在國際上做為一個學科出現,始于20世紀50年代,特別是隨著宇
航技術的進步 、人類實現了登月計劃以來,生物醫學工程有了快速的發展。在我
國,生物醫學工程做為一 個專門學科起步于20世紀70年代,中國醫學科學院、中
國協和醫科大學原院校長、我國著名 的醫學家黃家駟院士是我國生物醫學工程學
科最早的倡導者。1977年中國協和醫科大學生物 醫學工程專業的創建、1980年中
國生物醫學工程學會的成立,有力地推進了我國生物醫學工 程的發展。目前,我
國許多高校科研單位均設有生物醫學工程機構,從事著生物醫學的科研 教學工作
,在我國生物醫學工程科學事業的發展中發揮著重要作用。
顯微鏡的發明 “解剖”一詞由希臘語“Anatomia”轉譯而來,其意思是用
刀剖割,肉眼觀察研究人體結構。17世紀Lee Wenhock發明了光學顯微鏡,推動了
解剖學向 微觀層次發展,使人們不但可以了解人體大體解剖的變化,而且可以進
一步觀察研究其細胞 形態結構的變化。隨著光學顯微鏡的出現,醫學領域相繼誕
生了細胞學、組織學、細胞病理 學,從而將醫學研究提高到細胞形態學水平。
普通光學顯微鏡的分辨能力只能達到微米(μm)級水平,難以分辨病毒及細胞
的超微細結構 、核結構、DNA等大分子結構。而20世紀60年代出現的電子顯微鏡,
使人們能觀察到納米(nm )級的微小個體,研究細胞的超微結構。光學顯微鏡和電
子顯微鏡的發明都是醫學工程研究 的成果,它們對推動醫學的發展起了重要作用
。
影像學診斷飛躍進步 影像學診斷是20世紀醫學診斷最重要發展最快的領域
之一。50年代X光透視和攝片是臨床最常用的影像學診斷方法,而今天由于X線CT技
術的出現 和應用,使影像學診斷水平發生了飛躍,從而極大地提高了臨床診斷水
平。即計算機體斷層 攝影(computed tomography CT),即是利用計算機技術處理人
體組織器官的切面顯像。X線CT 片提供給醫生的信息量,遠遠大于普通X線照片觀
察所得的信息。目前,螺旋CT(spiral CT 或helicalet CT)已經問世,能快速掃描
和重建圖像,在臨床應用中取代了多數傳統的CT, 提高了診斷準確率[1]。醫學
工程研究利用生物組織中氫、磷等原子的核磁共振(nu clear magnetic resonanc
e)原理。研制成功了核磁共振計算機斷層成像系統(MRI),它不僅 可分辨病理解剖
結構形態的變化,還能做到早期識別組織生化功能變化的信息,顯示某些疾 病在
早期價段的改變,有利于臨床早期診斷。可以認為MRI工程的進步,促進了醫學診
斷學 向功能與形態相結合的方向發展,向超快速成像、準實時動態MRI、MRA、FM
RI、MRS發展。 根據核醫學示蹤,利用正電子發射核素(18F,11C,13N)的原理,
創造 的正電子發射體層攝影(PET),是目前最先進的影像診斷技術。美國新聞媒體
把PET列為十大 醫學生物技術的榜首。PET問世不過30年歷史,但它已顯示出對腫
瘤學、心臟病學、神經病 學、器官移植,新藥開發等研究領域的重要價值[2]。
影像學診斷水平的不斷提高 ,與20世紀生物醫學工程技術的發展密切相關。
介入醫學問世 介入醫學是一種微創傷的診療技術。Dotter和Judkin(1964 年
)是最早使用介入技術治療疾病的創始人,他們用導管對下肢動脈阻塞性病變進行
擴張治 療取得成功。1967年Margulis首先使用過介入放射學(Interventional Ra
diology),這是醫 學文獻出現“介入”一詞的最早記載。1977年 Gruenzing成功
地進行了首例冠狀動脈球囊擴 張術獲得成功以后,介入性診療技術由于其創傷小
、患者痛苦少,安全有效而倍受臨床歡迎 。20世紀80年代隨著生物醫學工程的發
展,高精度計算機化影像診查儀器、數字減影血管造 影(DSA)、射頻消融技術以及轉貼于
高分子(high-polymer)新材料制成的介入技術用的各種導管相 繼問世,使介入性
診療技術發生了飛速進步,臨床應用范圍不斷擴大,從心血管、腦血管、 非血管
管腔器官到某些惡性腫瘤等都具有使用介入診療的適應證,并使診療效果明顯提高
,患者可減免許多大手術之苦。有人把介入診療技術視 為與藥物診療、手術診療
并列的臨床三大診療技術之一,也有人把介入診療技術稱之為20世 紀發展起來的
臨床醫學新領域--介入醫學[3,4]。
人工器官的應用 當人體器官因病傷已不能用常規方法救治時,現代臨床醫
療技術有可能使用一種人工制造的裝置來替代病損器官或補償其生理功能,人們
稱這種裝置 為人工器官(artificial organ)。如20世紀50年代以前,風濕性心臟
瓣膜病的治療,除了應 用抗風濕藥物、強心藥物對癥治療外,對病損的瓣膜很難
修復改善,不少患者因心功能衰竭 死亡。而今天可以應用人工心肺機體外循環技
術,在心臟停跳狀態下切開心臟,進行更換人 工瓣膜或進行房、室間隔缺損的修
補,使心臟瓣膜病、先天性心臟病患者恢復健康。心外科 之所以能達到今天這樣
的水平,主要是由于人工心肺機的問世和使用了人工心臟瓣膜、人工 血管等新材
料、新技術的結果[5]。
腎功能衰竭、尿毒癥患者愈后不良,而人工腎血液透析技術已挽救了大量腎病
晚期患者的生 命,腎病治療學也因此有了很大進步。
現代生物醫學工程中人工器官的發展也非常迅速,除上述人工器官外,人工關
節、人工心臟 起搏器、人工心臟、人工肝、人工肺等在臨床都得到應用,使千千
萬萬的患者恢復了健康。 可以說,人體各種器官除大腦不能用人工器官代替外,
其余各器官都存在用人工器官替代的 可能性。
此外,放射醫學、超聲醫學、激光醫學、核醫學、醫用電子技術、計算機遠程
醫療技術等先 進的醫療技術和儀器設備都是現代醫學工程研究開發的成果,綜上
可見,20世紀生物醫學工 程的發展,顯著提高了醫學診斷和治療水平,有力地推
動著醫學科學的進步。
21世紀生物醫學工程展望 縱觀醫學新技術誕生和發展的 歷史,從倫琴發現
X線到今天X射線診療技術的發展,從朗茲萬發現超聲波到今天B超診斷的 廣泛應用
,從布洛赫和伯塞爾發現核磁共振到今天MRI的問世,從赫斯費爾德發明CT到今天
C T成像系統的應用,都是以物理學工程技術為基礎、醫學需求為前提發展起來的
醫學新技術 。循著20世紀醫學發展的軌跡,我們有理由預測21世紀新的醫學診療
技術可能在以下10個方 面有重大突破和創新:
(1)各種診療儀器、實驗裝置趨向計算機化、智能化,遠程醫療信 息網絡化,
診療用機器人將被廣泛應用。[6]
(2)介入性微創,無創診療技術在臨床醫療中占有越來越重要的地位。激光技
術,納米技術 和植入型超微機器人將在醫療各領域里發揮重要作用。
(3)醫療實踐發現單一形態影像診查儀器不能滿足疾病早期診斷的需要。隨著
PET的問世和應 用,形態和功能相結合的新型檢測系統將有大發展。非影像增顯劑
型心血管、腦血管影像診 查系統將在21世紀問世。
(4)生物材料和組織工程將有較大發展,生物機械結合型、生物型人工器官將
有新突破,人 工器官將在臨床醫療中廣泛應用。
(5)材料和藥物相結合的新型給藥技術和裝置將有很大發展,植入型藥物長效
緩釋材料,藥 物貼覆透入材料,促上皮、組織生長可降解材料,可逆抗生育絕育
材料、生物止血材料將有 新突破。
(6)未來醫療將由治療型為主向預防保健型醫療模式轉變。為此,用于社區、
家庭、個人醫 療保健診療儀器,康復保健裝置,以及微型健康自我監測醫療器械
和用品將有廣泛需求和應 用。
(7)除繼續努力加強生物源性疾病防治外,對精神、心理、社會源性疾病的防
治診療技術和 相應儀器設備的研制受到越來越多的重視與開發,研制精神分析、
心理安撫、生物反饋型診 療技術和設備將是生物醫學工程的新起點。
(8)創傷是造成青年人群死亡的主要原因,研制新型創傷防護裝置、生命急救
系統是未來生 物醫學工程的重要課題。
(9)即將迎來的21世紀是分子生物學時代,有關分子生物學的診療新技術將快
速發展,遺傳 、疾病基因診療技術,生物技術和微電子技術相結合的DNA芯片、雪
白芯片和診療系統將被 廣泛應用。
(10)空氣污染、環境污染嚴重危害著人類健康,研究和開發勞動保護、家庭保
健、個人防護 用的人工氣候微環境是未來不能忽視的問題。
1997年我國了關于衛生工作改革與發展的決定,提出了奮斗目標:“到2
000年,基本實 現人人享有初級衛生保健”,到2010年國民健康的主要指標在經濟
發達地區達到或接近世界 中等發達國家水平,在欠發達地區達到發展中國家的先
進水平。1999年國家科技部召開了“ 發展生物醫學工程技術戰略研討會”,國家
工程院開展了有關發展我國醫療器械工業戰略研 究等,對推動生物醫學工程產業
發展、落實創新工程戰略布置起著重要作用。20世紀人類與 疾病做斗爭,在醫學
診療技術上取得了重大成就;但面向21世紀的巨大挑戰,我們要動員起 來,調整
政策,制定規劃,改革醫學研究教學的舊模式,發揮現代科學多學科交叉合作的優
勢,創建全新的生物醫學,為人民造福。
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【關鍵詞】生物醫學工程 人才培養模式 研究與實踐
【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810(2014)33-0001-02
生物醫學工程是一門理工醫相結合的交叉學科,主要是應用計算機和工程技術等現代先進的技術手段,研究醫學中防病治病的方法,從而保障人民健康的一門新興學科。它是從工程學角度運用高科技手段解決生物學與醫學基礎理論及臨床應用問題的綜合性專業。本文結合我校生物醫學工程專業十幾年的教學實踐,圍繞專業特色,以社會需求為導向,以人才培養為根本,以突出實踐型、應用型、創新型人才的培養為目標,根據學生的學習狀況和社會需求,在培養方案、課程體系、師資隊伍建設、實踐教學環節、課外科技競賽活動和校企合作等方面對生物醫學工程專業人才培養模式進行探索和研究。
一 中國高校生物醫學工程專業人才培養的現狀分析
隨著人民生活水平的提高,群眾對醫療保健的需求日益增長。作為醫療衛生事業的重要支柱的生物醫學工程產業,已成為中國生命健康產業中最具成長性的組成部分和國民經濟發展的重要增長點。根據生物醫學工程學科的特點開設的高等院校主要包括兩大類:(1)理工類大學;(2)醫學院校。理工學校注重工程技術的培養,其學生有較強的物理電子計算機知識,但對影像設備在臨床運用中的管理、操作、維修和開發能力欠缺;醫學院校則相反,注重醫學知識的培養卻忽略工程技術理論的學習,工程技術基礎相對薄弱。在當前社會形勢下,要求培養出一批具備醫學與工程技術相結合的科學研究能力,能夠在生物醫學工程領域對醫療儀器研究、開發、運行管理、維護的高級工程技術人才。
二 當前中國生物醫學工程專業人才培養模式存在的問題
目前,中國有一百多所高等院校開設了生物醫學工程本科專業。由于生物醫學工程是一門交叉性很強的學科,需要學生掌握豐富的理論知識并且具有很強的專業技能、實踐動手能力和創新能力,傳統的生物醫學工程專業的人才培養模式不能真正培養學生的創新思維和創新能力,不能滿足市場經濟下用人單位的需求,主要問題表現在:
1.專業培養目標和人才培養方案與社會需求存在一定程度的脫節
開設生物醫學工程專業的高校在專業設置及培養目標上沒有及時修訂和完善人才培養方案,沒有以社會需求為導向,沒有緊密結合生產和科技發展變化的需要而及時調整課程設置、更新課程內容和教學方法,未能使學生盡快地接受新技術與信息,不能很好地了解當前生物醫學工程領域發展的最新狀況和趨勢,不利于多學科交叉的生物醫學工程專業復合應用型人才的培養。
2.專業課程體系設置不夠合理,工程與醫學的有機結合還不夠緊密
生物醫學工程是一門理、工、醫融合在一起的交叉型學科,部分高校或缺乏工程技術背景,或缺乏醫學背景,教師的知識結構很難融合多學科的知識,由于學科專業劃分過細、專業口徑狹窄,過分講究專業對口,使專業課程設置被局限在一個狹小的范圍,缺乏多樣性和適應性,這種現象嚴重阻礙了科學技術的發展,使得培養出的人才知識面狹隘,缺乏創新思路。
3.實踐性教學環節中理論知識與實踐脫節嚴重
由于專業建設的資金投入和實驗場所的限制而偏重理論教學,忽視了科學研究能力和實際操作能力。所開設的實驗絕大部分屬驗證性的實驗,很難培養學生的動手能力、創新思維和創新能力;實踐性環節不足,主要以醫院見習為主,不能充分調動學生的學習積極性和激發學生的求知欲望。沒有做到理論與實踐相結合,學生的應用能力、適應社會能力普遍偏低。
4.學生課外科技活動少,學生的動手能力和創新能力差
目前大學生以學習理論知識為主,課外科研活動少,科研活動的參與率較低,科研能力、動手能力和工程實踐能力較差,科研成果少,導致創新思維和創新能力較弱。
5.師資力量薄弱,“雙師型”教師隊伍的建設有待加強
教師在教學和科研中起主導作用,業務素質的高低將直接影響教學質量、教學水平及學生創新能力的培養。目前普遍存在生物醫學工程專業教師層次結構不合理,教師隊伍的綜合素質不高,單一的教學型教師已不能滿足當前生物醫學工程專業人才培養的需要。
6.學生自身的市場競爭力不強,校外實踐教學基地建設有待加強
生物醫學工程是一門醫學與各種工程理論相結合的新興學科。當前在人才培養方面,大部分高校與相關企業之間的聯系不夠緊密,使得學生很難到相關企業開展工程實踐活動,從而導致學生運用工程技術方法來解決醫學中實際問題的能力較差,在人才市場競爭中處于弱勢。
三 醫學院校生物醫學工程專業人才培養模式的探索
江西中醫藥大學生物醫學工程專業隸屬于計算機學院,創辦于2003年,同年開始招收本科生,于2010年獲批江西省特色專業。按照學校“建設以中醫藥教育為主體,多學科協調發展,產學研結合,特色鮮明的中醫藥大學”的辦學理念,密切聯系經濟發展的實際,立足江西省醫療儀器行業需要,確立以醫療器械、設備的開發、應用、管理為主,醫院信息管理、生物信息處理為輔的發展方向,突出計算機與中醫藥、生物醫學的交叉融合,構建了特色鮮明的生物醫學工程專業復合應用型人才培養結構體系。這些改革舉措有效地解決了當前生物醫學工程本科專業教學中普遍存在的諸多問題,為醫學院校生物醫學工程人才的培養提供了新思路。
1.明確專業培養目標,凝練專業發展方向
面向市場對生物醫學工程專業人才的需求,總結我校專業建設經驗,制定專業培養目標。堅持工程技術與中醫藥技術相結合的教學研究方向,突出計算機與中醫藥、生物醫學的交叉融合,培養具備生命科學、電子技術、影像技術、計算機技術及信息科學等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,能在生物醫學工程領域,醫學儀器以及其他電子技術、計算機技術、信息產業等部門從事研究、開發、制造、應用、維護及管理的復合型高級工程技術人才。
2.修訂和完善人才培養方案,提升就業競爭力
秉承培養“實踐型、創新型、創業型”人才的辦學目標,與時俱進地轉變人才培養模式,充分體現“厚基礎,寬口徑,強實踐”的特點,注重課內與課外、校內與校外相結合,設計結構合理的人才培養體系。“早科研、重實踐”是我校生物醫學工程專業人才培養的特色。在多年的教學過程中,形成了大一打基礎、大二熟技術、大三搞科研、大四出作品的學習模式,培養了師兄帶師弟、參加電子大賽同學帶其他同學的良好風氣。大三時相當部分的同學進入實驗室跟隨教師搞科研,在實際的科研工作中檢驗所學的知識,在實踐中成長提高,部分同學甚至在大二時就跟隨教師搞科研。大四時,所有的學生都要設計軟件作品或電子作品才能進行畢業答辯。因此,在四年的學習中,對學生的實踐動手能力培養一直沒有間斷,有效地提高了學生的動手能力,提升了就業競爭力。
3.優化課程體系,深化教學改革,提高人才培養質量
堅持“以學生為主體”的先進教學理念,注重學生素質能力的培養,改進教學內容,深化教學改革;加強基礎性與綜合性,重視多樣性與前瞻性,強化實踐性與應用性;課程結構做到平整、模塊清晰;課程內容和設置服從培養目標要求,實現知識結構、課程體系的優化;鼓勵教師們結合專業特點,努力尋找生物醫學工程專業與中醫藥的最佳切入點,立足地方當前和未來發展需要,結合國家改善民生相關工程的實施,加強生物醫學工程技術在醫療健康等領域的應用;通過課程結構和課程體系的整體優化,使培養方案在質量和可操作性上得到提高。
4.強化實驗、實踐教學環節,培養學生的創新能力
實驗、實踐教學是課程學習的重要教學環節,也是學生展示聰明才智的舞臺。分階段設置不同層次的基礎實驗、專業實驗,構建由驗證性實驗、設計性實驗和探究性實驗組成的系列化實驗體系,形成“啟發式教學、個性化培養、系列化實驗、開放式管理”的實驗教學管理體系;通過第一課堂和第二課堂的結合,設計實踐教學內容(如征集生物醫學工程、中醫藥領域的大學生科技創新項目,開展完整的項目實訓),制訂和完善大學期間全過程的實踐培養計劃,突出對學生創新思維和創新能力的培養。
5.組建教學科研團隊,加強“雙師型”教師隊伍建設
堅持把師資隊伍建設放在優先發展的戰略地位,有計劃地引進一批既有教師職務,又有實踐背景的教師,以進一步改善和提高教師隊伍中“雙師型”教師的比例。為進一步凸顯中醫藥院校生物醫學工程專業特色,發揮學科組、教學團隊的優勢,全面提高教師隊伍的綜合素質,使教師由單一的教學型向教學、科研、生產實踐一體化的“雙師型”目標轉變。
6.校企雙方共建專業,深化校外實踐教學基地建設
為了更好地探索生物醫學工程專業人才培養模式,學校于2012年9月與江西天越科技股份有限公司簽約合作辦學,啟動了“生物醫學工程專業卓越工程師計劃”,通過校企合作方式訂單式培養學生。校企雙方在社會調查、課程設計、實踐教學、畢業實習等實踐教學環節已開展了相應的合作。通過建立校外實踐基地,給學生提供良好的實踐環境,為學生提供實習就業平臺,提高了學生的動手實踐能力,增強了他們參與社會競爭的能力。
四 結束語
本文就利用學校醫學資源的優勢,結合當今醫療衛生事業現代化建設的需求,進一步完善生物醫學工程專業的課程設置,對醫學院校生物醫學工程專業人才培養模式進行探索與研究。經過十多年的教學實踐,形成了適合社會需要、深受學生歡迎、具有中醫藥院校特色的生物醫學工程專業人才培養新模式,即致力于培養具有良好的職業道德,掌握扎實的基礎知識,具備一定的醫學知識,并學會運用工程技術方法來解決醫學中的實際問題,能推動生物醫學工程在人類健康、醫療儀器研究領域的迅速發展,達到“醫為工用,工為醫服務”的創新型應用人才。
參考文獻
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生物醫學工程是現代工程技術與醫學相結合形成的一門綜合叉學科,其利用生物學、醫學和工程的原理和方法,從事生命科學的理論與實踐研究,研究領域極其廣泛,實踐性很強。生物醫學工程專業教學實驗平臺以科學教育理論為指導,以人為本,科學設置實驗項目,合理配置,資源共享,從而培養具有較強的實踐能力和創新思維能力、具有醫學背景的醫學工程技術人才。以醫學院校生物醫學工程省級特色專業建設項目為基礎,以體制和機制創新為保障,做好實驗室建設規劃,不斷優化實驗室建設布局,規范和加強實驗室的管理,把實驗室建設成為培養具有創新能力的高水平生物醫學工程人才的重要培養基地。
1實驗室建設理念與改革思路
為了培養學生熟練的實驗操作能力和良好的實驗設計能力,我校確立“三模式(基礎實驗教學、基本技能實驗教學和專業提高實驗教學模式),一體化,三層次(基礎性實驗、綜合性實驗和設計創新性實驗)”的實驗教學體系。現已開設的基礎實驗有數字電路系列實驗,醫學電子學基礎系列實驗,模擬電子技術系列實驗,Matlab仿真實驗等;綜合性實驗有DSP系列實驗,THDGP-2單片機系列實驗,THQC-1傳感器特性綜合實驗等;創新性實驗有醫學儀器設計系列實驗,超聲設備設計及故障排除系列實驗等。以學生為本,進一步強化實驗技能的訓練,加強啟發式、互動式、研究式的實驗教學方法。適當加大綜合性、設計性實驗的比例,進一步提高綜合性實驗的質量,進一步強化學生的實驗教學與科研實踐環節的聯系,形成具有醫、工特色的創新型實驗教學模式。在實驗進行中,充分發揮學生的主觀能動性,培養學生分析實驗中出現的各種現象,自己解決實驗過程中遇到的具體問題,評價實驗結果的可靠性。
2實驗教學特色、成果
2.1建立體現生物醫學工程特色的實驗室
我校依據工程學、生物學和醫學學科相互滲透、支撐的專業建設理念,共建有醫學信號及圖像處理、普通醫療儀器、醫學傳感器與信號測量等5個專業實驗室和1個醫學圖像處理研究室,擁有的儀器設備價值約200萬元。正在建立基于虛擬儀器的醫療儀器設計實驗室、醫學傳感器實驗室、醫學信號分析實驗室、影像設備實驗室、醫學物理實驗室,建成的實驗室為我校生物醫學工程專業及其他相關專業的學生增加動手實踐能力提供良好的實驗平臺。
2.2優化生物醫學工程實驗課的內容,構建醫工特色的課程體系
目前大多數綜合性院校生物醫學工程專業的畢業生缺少醫學知識,不能很好地滿足醫學領域技術要求。依據醫學院校生物醫學工程專業特點,結合我校學生實際情況和實驗室現有條件,自編一系列具有醫工結合特色,符合醫學院校生物醫學工程專業學生特點的實驗教材,如《醫學儀器原理實驗指導》《醫學超聲技術學實驗指導書》《醫用傳感器實驗指導書》等與生物醫學工程專業密切相關的綜合性實驗和研究性實驗的學生用書,培養學生的實踐能力和創新能力,為開設綜合性和研究性實驗提供重要資料。
2.3加強實驗技術隊伍建設
培養理工醫結合的復合型人才,必須有一支與培養任務相適應的高素質教師隊伍。我們采取的措施是雙向融合。在師資隊伍整體建設上,實現理工醫的整體規劃。目前由醫學背景,工學背景的混合結構組成的教師隊伍,保證了實驗教學與理論教學相互促進、共同發展,提高了實驗教學與管理的水平,促進了實驗教學的改革,有效地提高了實驗教學資源的使用效率。生物醫學工程專業現有專任實驗教師9名,其中省學術與技術帶頭人、省優秀教師、省教學標兵1人。教授1人、副教授1人,高級職稱教師比例占33.3%,具有碩、博士學位者6人,占教師總數的67.7%。本專業全部師資可以按照學歷教育背景劃分為:醫學類師資,如影像診斷、放療醫師等;理工基礎類師資,如生物醫學工程基礎課教師等;理工醫結合類師資,如影像設備學專業教師、影像技術專業教師、放療技術專業教師等。由這些教師組成復合型師資隊伍群體,來完成復合人才的培養任務。融合的原則是:脫產培養與在職培養相結合、短期培訓與長期培養相結合、國內培養與國外深造相結合、崗位培養與人才引進相結合。鼓勵青年教師跨專業考研、考博。對理工畢業的中青年教師,制定制度、實施醫學再教育。根據專業需要,安排理工類教師和臨床教師共同參加科研課題研究。我系與護理學院臨床專業長期建立合作關系,共同研發了基于Labview的分娩機制系統,靜脈注射速度控制儀等。通過這些雙向融合過程,培養一批達到理工醫知識融會貫通、具有復合型知識結構的優秀師資。
2.4建立4個多媒體實驗室
為滿足現代化、信息化實驗教學的需求,建立多媒體實驗室可以較好地演示實驗教學信息,把微觀的知識形象地展示在屏幕上,形象生動,學生便于理解。在實驗室內配備投影儀,教師可以方便地使用各種多媒體設備進行現場演示,使講課、參觀、演示、實驗等均在實驗室內進行,形象化的教學既激發了學生的學習興趣,又為教師授課提供了方便。目前,實驗室運用紅蜘蛛軟件,在局域網上實現多媒體信息的教學廣播,集同步教學、控制、管理、音視頻廣播、網絡考試等功能于一體,并同時實現屏幕監視和遠程控制等網絡管理的目的,提高了教學效果。