臨床問題導(dǎo)向型的生物醫(yī)學(xué)工程教學(xué)改革研究

魏高峰，郭 強(qiáng)

（海軍軍醫(yī)大學(xué) 海軍醫(yī)學(xué)系，上海 200433）

一、生物醫(yī)學(xué)工程在臨床醫(yī)學(xué)中的作用與地位

生物醫(yī)學(xué)工程是21世紀(jì)推動(dòng)醫(yī)學(xué)和生物學(xué)現(xiàn)代化發(fā)展的兩大主導(dǎo)技術(shù)之一。它是一門整合物理、醫(yī)學(xué)、力學(xué)、電子學(xué)、數(shù)學(xué)、材料學(xué)、信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)等多種學(xué)科和工程技術(shù)，與生物學(xué)、醫(yī)學(xué)形成的一個(gè)跨領(lǐng)域的新興交叉學(xué)科，是醫(yī)療衛(wèi)生裝備和各種醫(yī)療器械以及臨床診療裝備的學(xué)科基礎(chǔ)，深化生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)教學(xué)改革對于我國醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)及臨床醫(yī)學(xué)的發(fā)展有著重要意義，對于建設(shè)“健康中國”有著基礎(chǔ)性的支撐作用。生物醫(yī)學(xué)工程是戰(zhàn)傷急救、醫(yī)療器械、衛(wèi)生裝備的重要基礎(chǔ)學(xué)科，與醫(yī)療衛(wèi)生裝備研究有著密切的關(guān)系，對于醫(yī)療衛(wèi)生裝備的研發(fā)，提高戰(zhàn)場傷員的救治效率有著十分重要的意義。生物醫(yī)學(xué)工程是醫(yī)學(xué)、生物學(xué)與工程學(xué)的交叉結(jié)合，從學(xué)科屬性來講與傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)、生物學(xué)和工程學(xué)有所不同。

生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)通常是從工程學(xué)的角度出發(fā)，通過使用工程技術(shù)與現(xiàn)代自然科學(xué)的方法，研究以人體為主的生物體結(jié)構(gòu)、功能及其他生命現(xiàn)象，研究用于防病、治病、人體功能輔助及衛(wèi)生保健的人工材料、制品、裝置和系統(tǒng)的工程原理的學(xué)科，是醫(yī)療器械、設(shè)備、非藥物診療手段、康復(fù)器械等的學(xué)科基礎(chǔ)。生物醫(yī)學(xué)工程的成果主要通過醫(yī)療裝備及相關(guān)非藥物診療技術(shù)平臺來體現(xiàn)。生物醫(yī)學(xué)工程研究的主要特點(diǎn)是在技術(shù)上具有前瞻性、實(shí)用性，在學(xué)科上具有先導(dǎo)作用。生物醫(yī)學(xué)工程綜合運(yùn)用現(xiàn)代自然科學(xué)理論與工程技術(shù)方法，從工程學(xué)角度深入研究探討人體結(jié)構(gòu)、功能及相互關(guān)系，以解決醫(yī)學(xué)中有關(guān)問題，為醫(yī)學(xué)及其相應(yīng)基礎(chǔ)研究提供了必要的技術(shù)、手段、方法、儀器和設(shè)備，而且也是醫(yī)學(xué)研究成果產(chǎn)生實(shí)際診療效果的物質(zhì)基礎(chǔ)。例如，生物力學(xué)以理論力學(xué)作為基本原理，結(jié)合醫(yī)學(xué)、生理學(xué)、生物學(xué)，從分子力學(xué)到系統(tǒng)力學(xué)的各個(gè)不同層面來研究生物體的力學(xué)問題，是研究人工材料和人工器官的基礎(chǔ)，也是醫(yī)療裝備研制過程中人機(jī)匹配設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。生物系統(tǒng)建模與控制是醫(yī)學(xué)智能儀器研制的重要基礎(chǔ)，而生物醫(yī)學(xué)信號檢測也為各種醫(yī)學(xué)檢測儀器研制提供了技術(shù)依據(jù)。此外，人工器官也屬于生物醫(yī)學(xué)工程的范疇，是以人工材料制成的、模擬人體器官的機(jī)構(gòu)和功能、可代替人體自身器官功能的裝置，對于創(chuàng)傷救治、減少傷殘、提高傷病員的生存質(zhì)量具有重要意義。

生物醫(yī)學(xué)工程是由工程技術(shù)與生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等多學(xué)科組成，它的天然屬性就是多學(xué)科交叉，要求生源來自不同學(xué)科，只有這樣才能促進(jìn)學(xué)科發(fā)展，促進(jìn)多學(xué)交叉。生物醫(yī)學(xué)工程是推動(dòng)人類醫(yī)學(xué)發(fā)展的重要引擎，人類醫(yī)學(xué)診療和健康維護(hù)只有兩種途徑，一種是通過藥物，另一種就是通過生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)和產(chǎn)品，比如各種醫(yī)療器械與設(shè)備，以及先進(jìn)創(chuàng)新的治療方法。然而，長久以來，我國臨床醫(yī)學(xué)教育體系忽略了生物醫(yī)學(xué)工程的作用，臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生缺乏生物醫(yī)學(xué)工程方面的知識和技能，造成了臨床應(yīng)用技能薄弱、醫(yī)工交叉創(chuàng)新能力不足的現(xiàn)狀。

習(xí)近平總書記在2021年5月召開的兩院院士大會發(fā)表重要講話，指出要重點(diǎn)發(fā)展高端醫(yī)療裝備產(chǎn)業(yè)，而生物醫(yī)學(xué)工程則是醫(yī)療裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，動(dòng)力和源泉。

二、面向臨床應(yīng)用的生物醫(yī)學(xué)工程課程改革思路

臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)的教育一直以來都是國家衛(wèi)生健康事業(yè)的基石。自從黨的十八大召開以來，我國臨床醫(yī)學(xué)教育發(fā)展不斷加速，為國家衛(wèi)生健康事業(yè)及相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)輸送了大批高素質(zhì)醫(yī)學(xué)人才，保障了人民群眾的健康。面對疫情帶來的新挑戰(zhàn)、實(shí)施健康中國戰(zhàn)略的新任務(wù)、世界醫(yī)學(xué)發(fā)展的新要求，我國臨床醫(yī)學(xué)教育未來發(fā)展過程中還存在著培養(yǎng)質(zhì)量待提高、人才培養(yǎng)結(jié)構(gòu)需優(yōu)化、創(chuàng)新能力待提升的問題。

生物醫(yī)學(xué)工程作為實(shí)現(xiàn)醫(yī)療服務(wù)的基礎(chǔ)學(xué)科，是臨床醫(yī)學(xué)保障人民健康的技術(shù)基礎(chǔ)和物質(zhì)手段，在上述指導(dǎo)意見中著重強(qiáng)調(diào)了強(qiáng)力推進(jìn)醫(yī)科與多學(xué)科深度交叉融合，因此，在新醫(yī)科建設(shè)的大背景下，急需開展面向臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)的生物醫(yī)學(xué)工程課程教學(xué)改革，使得臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生具備較好的生物醫(yī)學(xué)工程基礎(chǔ)知識，從而提高其診療水平和創(chuàng)新能力，為建設(shè)“健康中國”作出更大的貢獻(xiàn)。

1.以新理念規(guī)劃生物醫(yī)學(xué)工程發(fā)展。將生物醫(yī)學(xué)工程發(fā)展理念從臨床醫(yī)學(xué)的輔助提升為主流，讓生物醫(yī)學(xué)工程服務(wù)生命全周期、健康全過程。

2.以新定位推進(jìn)生物醫(yī)學(xué)工程教育發(fā)展。以“大國計(jì)、大民生、大學(xué)科、大專業(yè)”的新定位推進(jìn)生物醫(yī)學(xué)工程教育改革創(chuàng)新發(fā)展，服務(wù)健康中國建設(shè)和教育強(qiáng)國建設(shè)。

3.指導(dǎo)意見明確指出，到2025年，醫(yī)學(xué)教育學(xué)科專業(yè)結(jié)構(gòu)應(yīng)更加優(yōu)化，高水平的醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)體系基本建立，培養(yǎng)質(zhì)量進(jìn)一步提升。

三、面向創(chuàng)新能力提升的問題導(dǎo)向型生物醫(yī)學(xué)工程教學(xué)方法

本文所提出的面向創(chuàng)新能力提升的問題導(dǎo)向型生物醫(yī)學(xué)工程教學(xué)方法，主要以引導(dǎo)的方式對基礎(chǔ)知識點(diǎn)進(jìn)行講解，使學(xué)生更好地掌握學(xué)科基礎(chǔ)知識，引導(dǎo)學(xué)生與臨床實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合。在整個(gè)教學(xué)過程中，教師作為設(shè)計(jì)者和指導(dǎo)者，需要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)選擇有臨床典型應(yīng)用的教學(xué)內(nèi)容，并把握內(nèi)容的總體，將理論知識與臨床實(shí)際問題相結(jié)合，帶領(lǐng)學(xué)生完成整個(gè)教學(xué)過程，從而掌握學(xué)科基本知識，使學(xué)生提高應(yīng)用生物醫(yī)學(xué)工程基本知識解決臨床實(shí)際問題的能力。面向創(chuàng)新能力提升的問題導(dǎo)向型生物醫(yī)學(xué)工程教學(xué)框架如表1所示。

表1 面向創(chuàng)新能力提升的問題導(dǎo)向型生物醫(yī)學(xué)工程教學(xué)的基本框架

結(jié)合我校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)基礎(chǔ)課“海軍衛(wèi)生裝備器材概論”課程，面向創(chuàng)新能力提升的問題導(dǎo)向型生物醫(yī)學(xué)工程教學(xué)開展的實(shí)施步驟如下。

（一）問題導(dǎo)向設(shè)計(jì)——生物醫(yī)學(xué)工程的基礎(chǔ)知識與臨床問題相結(jié)合

課程中關(guān)于海上基本救治器材的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，其中需要學(xué)生掌握除顫儀、多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀、心肺復(fù)蘇儀、麻醉機(jī)、呼吸機(jī)等臨床救治器材的基本原理、操作使用方法、維護(hù)保養(yǎng)方法等技能，并探討這些海上基本救治器材在臨床中的實(shí)際應(yīng)用和適合解決的臨床問題。在本章教學(xué)過程中，采用問題導(dǎo)向型的教學(xué)方式，師生共同實(shí)施一個(gè)或多個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)。以多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀為例，教師首先展示真實(shí)情景下利用多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀進(jìn)行傷病員診療監(jiān)護(hù)的圖片和視頻，課堂現(xiàn)場利用多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀進(jìn)行模擬病人的實(shí)際監(jiān)護(hù)操作。其次，引導(dǎo)學(xué)生討論多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀的基本原理、組成結(jié)構(gòu)、功能等教學(xué)內(nèi)容，接著對多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀組成進(jìn)行細(xì)分；最后，介紹本節(jié)重點(diǎn)內(nèi)容多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀的生物醫(yī)學(xué)工程設(shè)計(jì)原理和所能解決的臨床問題。從實(shí)際情況分析，讓學(xué)生感受到學(xué)習(xí)的實(shí)用性，從而進(jìn)一步激發(fā)他們學(xué)習(xí)的積極性，以“實(shí)際問題—基本原理—具體方法—拓展應(yīng)用”為主線，從特殊到一般，整個(gè)過程中以理論知識和臨床問題的融合為線索進(jìn)行，理論和實(shí)踐相結(jié)合，完成教學(xué)的問題導(dǎo)向設(shè)計(jì)。

（二）討論與協(xié)作

該部分重點(diǎn)在于通過討論與協(xié)作，引導(dǎo)學(xué)生自己運(yùn)用所學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程基本原理和知識，協(xié)作解決臨床問題。教師介紹完問題的背景和相應(yīng)的知識點(diǎn)后，按問題主題將學(xué)生進(jìn)行分組。在實(shí)施過程中需要根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)不斷調(diào)整教學(xué)項(xiàng)目內(nèi)容并制定切實(shí)可行的方法。例如，一開始就給學(xué)生講解多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀的原理、技術(shù)指標(biāo)、監(jiān)測電路等，包括從臨床疾病治療的角度對多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀設(shè)計(jì)依據(jù)的講解，引導(dǎo)學(xué)生思考每一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)在臨床問題解決中的作用，提示學(xué)生通過多種途徑來理解多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀所運(yùn)用的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)知識，能解決哪些臨床問題。每個(gè)小組可選擇其中某一方面的問題進(jìn)行解決方案的設(shè)計(jì)，小組內(nèi)的分工由學(xué)生自行協(xié)調(diào)，可按照負(fù)責(zé)資料收集、信息整合、成果展示等進(jìn)行分工。與傳統(tǒng)的教學(xué)方法相比，教師在整個(gè)教學(xué)過程中僅作為學(xué)生的引導(dǎo)者與協(xié)作者。學(xué)生能夠充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，積極查找資料，通過實(shí)操，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程知識解決臨床實(shí)際問題的能力，提高學(xué)生的參與度。使得生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的教學(xué)過程不再是冷冰冰的書本上的原理與公式，而是“看得見、摸得著”的與臨床緊密結(jié)合的解決臨床問題的利器。

（三）實(shí)施過程——實(shí)踐與虛擬仿真模擬結(jié)合

每組同學(xué)可通過所選擇的臨床問題來制定詳細(xì)的實(shí)施方案，在實(shí)施過程中可以邀請臨床醫(yī)生參與，對每組同學(xué)所設(shè)計(jì)的臨床問題及救治場景進(jìn)行指導(dǎo)。例如，可以從不同環(huán)境發(fā)生的創(chuàng)傷、不同類型的創(chuàng)傷等多個(gè)角度進(jìn)行設(shè)置，從而檢驗(yàn)和加強(qiáng)學(xué)生對多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀的工作環(huán)境要求、適用創(chuàng)傷救治范圍等基礎(chǔ)知識的掌握、理解和在實(shí)踐中的運(yùn)用情況。實(shí)踐課程上，可以引導(dǎo)每組學(xué)生進(jìn)行臨床問題的場景設(shè)計(jì)和搭建，充分運(yùn)用模擬傷員技術(shù)、醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)，模擬逼真的臨床救治場景。教師給每組學(xué)生配備一臺多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀，在根據(jù)臨床問題所搭建的虛擬仿真場景下，分組學(xué)生開始進(jìn)行實(shí)際的多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀救治操作。也可結(jié)合海上創(chuàng)傷救治的特殊環(huán)境，模擬不同海況和災(zāi)害救援環(huán)境下的多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀救治操作。在整個(gè)課程的實(shí)施過程中，分組學(xué)生可通過圖書館資源、網(wǎng)絡(luò)資源查閱相關(guān)的專業(yè)文獻(xiàn)，來論證自己所提出的觀點(diǎn)，通過實(shí)際臨床問題場景的設(shè)計(jì)和搭建，以及實(shí)際的多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀救治操作，進(jìn)一步思考目前的多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀所存在的不足和未來可能的創(chuàng)新改進(jìn)方向。幫助學(xué)生加深對學(xué)習(xí)目標(biāo)和內(nèi)容的理解，學(xué)生也可以從不同的角度發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)一步獨(dú)立思考如何解決問題。

（四）評價(jià)與總結(jié)回顧

各小組委派一名代表，對小組完成臨床問題實(shí)踐操作的整個(gè)過程進(jìn)行講解，對本組的文獻(xiàn)查閱、問題設(shè)計(jì)資料進(jìn)行匯總整理，對本組解決所設(shè)計(jì)的臨床問題的實(shí)施過程進(jìn)行總結(jié)回顧和展示，使學(xué)生對自己所學(xué)知識更加了解，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的參與度和積極性，最后教師對整個(gè)課程進(jìn)行總結(jié)和評價(jià)。

四、總結(jié)與展望

從整個(gè)課程管理來看，基于問題導(dǎo)向型生物醫(yī)學(xué)工程教學(xué)方法需要教師很好地將理論與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，使得枯燥無趣的理論知識變得活靈活現(xiàn)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性。其核心在于將生物醫(yī)學(xué)工程原理融合在了臨床具體病例的實(shí)際診療過程中，通過問題引導(dǎo)式的實(shí)踐教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)生物醫(yī)學(xué)工程的積極性。從臨床實(shí)際需求的角度，解釋了生物醫(yī)學(xué)工程的基本原理和知識點(diǎn)。

另一方面，基于問題導(dǎo)向型的生物醫(yī)學(xué)工程教學(xué)方法區(qū)別于傳統(tǒng)的授課方式。與傳統(tǒng)式的學(xué)習(xí)方法相比具有自身的特點(diǎn)：教師的教學(xué)方法拓寬，使得單向傳播變?yōu)闇贤ń涣?，有利于教師學(xué)生雙向之間的交流；以傳授知識為主變?yōu)橐耘囵B(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力為主，使得學(xué)生更好地發(fā)揮了主觀能動(dòng)性，加深了對基礎(chǔ)知識的理解并鍛煉了自學(xué)能力。與傳統(tǒng)的教學(xué)方法相比，它能夠更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分體現(xiàn)了以學(xué)生為本的教學(xué)理念。