醫(yī)工融合背景下醫(yī)學儀器原理課程教學體系重構

安榮榮 杜若瑜 馬千里 王俊

摘? 要：“四新”理念的提出，為生物醫(yī)學工程專業(yè)注入獨特的醫(yī)工融合特色，從而對生物醫(yī)學應用型人才培養(yǎng)提出全新的挑戰(zhàn)。該文以醫(yī)學儀器原理課程改革為例，在突出醫(yī)工交叉融合的教學思想指導下，以提升學生專業(yè)理論知識、綜合設計能力、工程創(chuàng)新思維為目的，從教學內容設計、教學方法構建、教學手段創(chuàng)新等方面為入手點，對醫(yī)學儀器原理課程教學體系進行重構。通過一系列的教學創(chuàng)新改革，學生的實踐能力和創(chuàng)新能力得以綜合提升，為培養(yǎng)醫(yī)工融合高素質生物醫(yī)學工程科學創(chuàng)新技術人才奠定基礎。

關鍵詞：醫(yī)工融合；生物醫(yī)學工程；教學體系；醫(yī)學儀器原理；教學創(chuàng)新

中圖分類號：G640? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）35-0089-04

Abstract： The proposal of the "Four New" concept has injected a unique feature of medical and engineering integration into the biomedical engineering specialty， which puts forward a new challenge for the training of biomedical applied talents. Taking the course reform of The Principles of Medical Instruments as an example， this paper reconstructs the teaching system of The Principles of Medical Instruments course from the aspects of teaching content design， teaching method construction and teaching means innovation to improve students' professional theoretical knowledge， comprehensive design ability and engineering innovation under the guidance of teaching ideology highlighting the cross-integration of medical and industrial engineering. Through a series of teaching innovation reforms， students' practical ability and innovation ability can be comprehensively improved， laying a foundation for training high-quality biomedical engineering science innovation and technical talents that integrate medical and industrial fields.

Keywords： medical and industrial integration; biomedical engineering; teaching system; Principles of Medical Instruments; teaching reform

生物醫(yī)學工程學科是一門綜合性強、交叉性高的前沿學科，涵蓋了物理學、生物學、信息學、醫(yī)學和工程領域技術等多學科知識，研究和解決生物學和醫(yī)學中遇到的相關問題，它是新工科和新醫(yī)科改革背景下的醫(yī)工融合橋頭堡[1-6]。

習近平總書記提出，要集中力量開展關鍵核心技術攻關，解決一批藥品醫(yī)療器械、疫苗等領域“卡脖子”問題[7]?！吨袊圃?025》[8]也將高性能醫(yī)療器械列入重點領域。在生物醫(yī)學工程專業(yè)中，醫(yī)學儀器原理課程是一門至關重要的專業(yè)核心課程，它將現(xiàn)代高新信息科學的發(fā)展、生物醫(yī)學工程學科的研究及醫(yī)學生物學的應用有機融合在一起，是一門關鍵的“紐帶”課程。課程主要培養(yǎng)學生設計研發(fā)現(xiàn)代醫(yī)學電子儀器的實踐能力、創(chuàng)新能力和將理論轉化為實際應用的能力，是提高學生綜合素質的重要課程，為進行生命科學研究和培養(yǎng)醫(yī)療器械行業(yè)卓越工程師奠定基礎。

一? 課程現(xiàn)狀分析

課程團隊在長期教學實踐中發(fā)現(xiàn)，大部分學生局限于掌握理論知識和儀器設計方法，對醫(yī)學儀器綜合分析設計能力不足，缺乏融會貫通，導致應用實踐與理論脫離，無法滿足“厚基礎、精專業(yè)、強實踐、重創(chuàng)新”的專業(yè)特色培養(yǎng)要求（圖1）。同時，醫(yī)學儀器技術日新月異，現(xiàn)有課程結構僵化，知識來源單一，內容抽象，與醫(yī)工融合所需的復合創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標脫節(jié)，育人功能不夠凸顯。

基于以上分析，秉持“德育為先、學生中心、研學融合、持續(xù)改進”的教學理念，對標新醫(yī)科、新工科醫(yī)工融合人才培養(yǎng)需求，課程團隊對醫(yī)學儀器原理課程進行教學內容、教學方法、教學手段等多方面的深入改革。

二? 課程教學內容設計

課程團隊以學生為中心，堅持“四緊齊驅，六性并舉”，對教學內容進行重構。

（一）? 緊抓基礎知識，整合課程內容，體現(xiàn)課程科學性

教學團隊以基本概念和原理為主線，進行知識內容的建構和整合，以達到更高層次的知識構建，精心打造了高品質的線上課程——醫(yī)學儀器原理，課程教學資源豐富，持續(xù)更新保障，知識框架合理，單元獨立清晰。目前主要包含教學視頻、教學課件、隨堂測驗、問題研討、典型習題、章節(jié)測驗和項目式學習七大核心內容，為開展系列創(chuàng)新教學活動提供有力支撐。

（二）? 緊盯學科前沿，提升知識內涵，體現(xiàn)課程時代性和先進性

醫(yī)學電子儀器技術日新月異，傳統(tǒng)教材的知識點內容已無法滿足科研項目和工程實踐對人才更新迭代的需求。教學團隊密切關注學科前沿，持續(xù)不斷地更新教學內容，融入最新的技術和方法，以提升知識的廣度和深度。除此，教學周期開始階段，由學生分組調研舉薦當前社會熱點儀器，作為新增知識點進行原理和關鍵技術的學習。

（三）? 緊貼實踐項目，升華知識體系，體現(xiàn)課程高階性和創(chuàng)新性

課程團隊以創(chuàng)新引領為出發(fā)點，基于高端醫(yī)療器械領域的國家戰(zhàn)略性、知識前沿性、技術創(chuàng)新性和工程系統(tǒng)性等特點，強化學生科技創(chuàng)新使命感、責任感和知識創(chuàng)新、技術創(chuàng)新與工程實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)。課程團隊圍繞“強實踐、重創(chuàng)新”的醫(yī)工融合專業(yè)培養(yǎng)目標，將線上線下、自主探究相結合，緊貼實踐項目，精心設計儀器設計環(huán)節(jié)，實現(xiàn)基本理論知識與實際問題之間的融會貫通，進行知識體系拓展升華。依托5個課內實驗項目和6個儀器模塊設計作業(yè)和1個團隊自選綜合儀器設計項目，培養(yǎng)學生將理論運用到實踐中去，增強自主學習和解決問題的能力，做到以學促用；通過參加醫(yī)學儀器創(chuàng)新設計類型競賽，培養(yǎng)學生儀器設計能力和創(chuàng)新思維，達到以創(chuàng)促新；在推進產學研醫(yī)工融合項目的過程中，調動學生的創(chuàng)新熱情，實現(xiàn)以思促行。

（四）? 緊扣課程思政，強化知識育人，體現(xiàn)課程思想性

課程團隊以教師為出發(fā)點，提高自身專業(yè)素養(yǎng)，打造高效課堂，做到微光引路星火燎原，實現(xiàn)“傳道授業(yè)解惑，詮釋大學之道”德智相融；以知識點為主線，以科技報國和民族復興的使命擔當、創(chuàng)新精神與創(chuàng)新能力、工匠精神等思政元素與紅色校史文化[9]為抓手，形成五大思政模塊，建立課程思政案例庫（表1），蘊育“儀”路報國藍色夢想，潤物無聲地浸潤教與學的全過程；將線拓展為面，組織學生參與醫(yī)學儀器相關的公益活動、科普活動，使課程育人功能延伸，讓課程變得有溫度。課程組構建了以點引線、以線帶面，點線面螺旋上升課程思政模型，做到顯性育人和隱性育人結合[10]、課內育人和課外育人結合。

三? 教學方法和手段創(chuàng)新

團隊于2020年開始利用在線課程實施翻轉課堂混合式教學模式。采用PBL教學法，并輔以分組學習的TBL教學法，融入課程思政、培養(yǎng)儀器設計能力，強調過程化管理和形成性評價。

（一）? 融入多環(huán)教學設計，構建“探究混合式”教學模式

整個教學過程課程團隊實施“探索混合式”教學，具體流程（圖2）如下。

1? 課前導學

依托線上平臺進行，是學生進行知識點廣度、深度學習的第一步。教師提前發(fā)布知識單元教學資源、學習任務與目標、任務點截止時間等。首先，學生明確每節(jié)課學習目標，帶著引導性問題進行線上自主學習，期間可參與小組成員之間交流及平臺討論分享觀點；其次，學生需完成課前導學知識點測試；此外，學生可通過完成實踐作業(yè)，提高利用基本原理解決實際儀器設計問題的能力；通過閱讀應用拓展和學術前沿資料，開闊眼界，了解基礎知識在科學前沿問題研究中的作用。

2? 課中研學

是線上線下相融合的過程，教師融入多元化教學手段和方法有針對性地設計線下翻轉課堂的各個教學環(huán)節(jié)，幫助學生完成線上學習重難點知識的內化，彌補線上學習的不足。首先，教師根據(jù)網(wǎng)絡平臺數(shù)據(jù)中學生對該知識點反饋情況及時調整教學內容，有針對性地設計線下翻轉課堂的各個教學環(huán)節(jié)，對知識點進行重難點講解；其次，針對教學內容進行課中測，進一步鞏固學生對知識的理解；再次，針對重難點問題設置課堂分組討論題目，合作探究，通過搶答選取若干學習組進行匯報展示。最后教師對學習內容進行補充講解和總結。

3? 課后延學

學生通過線上平臺或線下與教師實現(xiàn)答疑互動交流，定期完成相關知識點的作業(yè)測驗。教師根據(jù)學生三個階段的學習數(shù)據(jù)，預測學生下一階段的學習質效，對學習困難的學生進行及時的干預和幫扶。

4? 設計實踐

鞏固學生儀器設計能力，通過電路模塊設計、電路糾錯、綜合實驗設計和撰寫實驗報告加強對理論知識的理解和融會貫通。

整個混合課程實施過程中，任課教師均以學生為中心，根據(jù)學生知識點掌握情況動態(tài)調整課堂教學內容，切實做到針對每一個知識點、每一堂課、每一個知識單元和每一輪翻轉教學都進行學情分析，通過“教”與“學”的反思總結，持續(xù)進行課程教學改進，形成閉環(huán)。

（二）? 融入多元化教學模式，打造高效翻轉課堂

本課程形成了以“課程講授”為主，“在線自主課堂、專題討論、案例教學、現(xiàn)場教學、實物演示、專家進課堂”等相結合的“1+N”多元化翻轉課堂教學模式。例如，在心電圖、腦電圖、除顫儀和血壓測量等知識環(huán)節(jié)采用“專家進課堂”教學模式，通過科室醫(yī)生、儀器工程師、科研學者等專家的講解、交流和操作，讓學生了解第一線的需求，學習最前沿的技術，掌握更專業(yè)的知識?；迎h(huán)節(jié)除必答環(huán)節(jié)和搶答環(huán)節(jié)外，還設置主題討論環(huán)節(jié)、設計競賽環(huán)節(jié)、游戲互動環(huán)節(jié)、項目研究匯報和學生問卷調查等多種教學手段。根據(jù)不同的單元內容，融入不同的教學方式和互動手段實現(xiàn)對學生的多維立體式教學，打造高效翻轉課堂。

（三）? 融入網(wǎng)絡信息技術，構架開放拓寬學習環(huán)境

通過將現(xiàn)代網(wǎng)絡信息技術深度融入整個教學環(huán)節(jié)，建構融合線上的線下的混合式教學模式，能夠實現(xiàn)學生課堂內外高效學習。課前，開展線上學習強調的是學習過程中督促和督導；課中，課堂授課以學生為主體互動式教學是關鍵；課后的后臺移動管課以反思為核心。教師通過把控、分析全過程學習數(shù)據(jù)，掌握學習狀況，反思教學質效，持續(xù)改進。教學平臺實現(xiàn)師生線上線下多渠道高效聯(lián)動；前測、中測與后測及時反饋學習質效，教學張弛有度；突出課程整體性，打造開放延伸多元課堂。

四? 課程考核評價體系構建

為了實現(xiàn)課程評價主體的多元化、評價手段的多樣化及評價內容的綜合化，課程團隊構建了以學生為主體的“四位一體”考核評價體系，其中包括知識點測試類（知識點前測、知識點后測、章節(jié)測和期中測試）診斷性評價、隨堂習題研討類（隨堂測試、思維導圖和結構式研討等）的形成性評價、 學期期末試卷的終結性評價及儀器設計實踐活動類（醫(yī)學儀器模塊設計、驗證性實驗、大型綜合實驗等）的特色性評價四個部分。

五? 改革成效

教學創(chuàng)新改革后，學生學習積極性大幅提高，反饋評價效果好（圖3），醫(yī)學儀器設計能力明顯提升，獲得多項國家級省部級醫(yī)學電子儀器創(chuàng)新設計類競賽獎項；在教學改革期間，課程組建設了省級在線開放課程，被多所學校選為異步SPOC課程進行線上學習；教師通過技能競賽和指導學生參加競賽，大幅提高了創(chuàng)新教學水平，課題組成員多次獲得省部級教師技能競賽一等獎，在構建與實踐生物醫(yī)學工程專業(yè)醫(yī)工融合創(chuàng)新人才培養(yǎng)新體系方面取得了較為顯著的教學成果。

六? 結束語

生物醫(yī)學工程學科是一門綜合性強、交叉性高的前沿學科，是新工科和新醫(yī)科改革背景下的醫(yī)工融合橋頭堡。本文以醫(yī)學儀器原理課程改革為例， 在突出醫(yī)工交叉融合的教學思想指導下，從教學內容設計、教學方法構建、教學手段創(chuàng)新等多方面入手，探討了醫(yī)工融合背景下生物醫(yī)學工程專業(yè)課程的教學創(chuàng)新模式。本文的研究不僅為生物醫(yī)學工程專業(yè)相關課程的改革提供了參考依據(jù)，同時也為其他相關專業(yè)提供了可供借鑒的經驗。

參考文獻：

[1] 林佳，王莉，賀寶玲，等.創(chuàng)新教學理念下生物化學課程新型教學體系的重構[J].高教學刊，2022，8（36）：59-62.

[2] 王伯初，劉德芳，徐志玲，等.基于工程需求的多維度知識融通研究生教學模式探究——以生物力學與醫(yī)學工程課程為例[J].高教學刊，2023，9（5）：10-13，20.

[3] 王晨波，班戈，陳坤.高質量發(fā)展階段基于醫(yī)工融合的醫(yī)學工程綜合實驗室建設方法初探[J].科技風，2022（11）：145-147.

[4] 閻紅燦，谷建濤，趙艷君，等.醫(yī)工融合通識拓展課程的教學模式設計與實踐[J].計算機教育，2022（10）：192-196.

[5] 謝蒙蒙，周越，葉堅.關于生物醫(yī)學工程研究生培養(yǎng)改革的思考與探索[J].生物醫(yī)學工程學進展，2022，43（4）：246-250.

[6] 劉旭輝，劉祎，桂志國，等.生物醫(yī)學工程專業(yè)“醫(yī)工深度融合”人才培養(yǎng)模式探討[J].新課程教學（電子版），2022（23）：174-176.

[7] 習近平在教育文化衛(wèi)生體育領域專家代表座談會上的講話[EB/OL].http：//jhsjk.people.cn/article/31871323.

[8] 國務院關于印發(fā)《中國制造2025》的通知（國發(fā)〔2015〕28號）[EB/OL].https：//www.gov.cn/zhengce/content/2015-05/19/content_9 784.htm.

[9] 李飛，王昆，季薇，等.紅色文化融入研究生課程思政的價值意蘊與實踐邏輯[J].研究生教育研究，2023（4）：46-51，55.

[10] 趙亮.“三全育人”視角下高校思想政治教育協(xié)同育人機制研究——以隱性教育與顯性教育的有機融合為例[J].高教學刊，2023，9（8）：160-163.