章浩偉，秦 翥，劉 穎，李 震，劉海剛，譚江浩，曹海濤，陳有平，張 可，丁宇清

(上海理工大學(xué) 醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海200093)

0 引 言

生物醫(yī)學(xué)工程(Biomedical Engineering，BME)是工程科學(xué)和生命科學(xué)高度綜合和交叉的學(xué)科，著重研究在生命科學(xué)基礎(chǔ)上開發(fā)各類以高新技術(shù)為特征的現(xiàn)代醫(yī)療器械及系統(tǒng)［1］。BME 主要研究領(lǐng)域包括:基因工程及生物化學(xué)、電子信息、醫(yī)療器械的設(shè)計及制造、醫(yī)學(xué)影像技術(shù)、醫(yī)用軟件開發(fā)、醫(yī)療儀器的營銷及維修、醫(yī)用材料及人工器官組織工程等。從其研究領(lǐng)域可以看到，BME 運用現(xiàn)代自然科學(xué)和工程技術(shù)的原理和方法，從工程學(xué)的角度，在多層次上研究人體的結(jié)構(gòu)、功能及其相互關(guān)系，揭示生命現(xiàn)象，為防病、治病提供新的技術(shù)手段的一門綜合性、高技術(shù)的學(xué)科，多學(xué)科的高度綜合交叉是生物醫(yī)學(xué)工程的特點［2］。由于生物醫(yī)學(xué)工程具有特殊的復(fù)雜性且在我國的發(fā)展時間較短，如何將國外的教學(xué)模式與我國的醫(yī)療研究現(xiàn)狀相結(jié)合，培養(yǎng)出一批兼具工程技術(shù)研發(fā)和生物醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)能力的專用型研究人員，是該學(xué)科發(fā)展中的重要課題之一。經(jīng)過多年教學(xué)經(jīng)驗逐漸表明，創(chuàng)新實踐型的教學(xué)模式更適合該學(xué)科的培養(yǎng)目標(biāo)［3］，實驗教學(xué)在大學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)中具有不可替代的作用，更是提高整體教學(xué)質(zhì)量的根本保證和有效途徑［4］。同時也是符合教育部在十二五規(guī)劃中提出的卓越工程師培養(yǎng)計劃的要求［5］，本文在分析制定專業(yè)培養(yǎng)方案應(yīng)遵循的原則的基礎(chǔ)上，具體研究專業(yè)培養(yǎng)方案的主要內(nèi)容，包括學(xué)校培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制定與實現(xiàn)以及企業(yè)培養(yǎng)方案的制訂與實施，以期為高校制定和實施“卓越計劃”專業(yè)培養(yǎng)方案提供借鑒與參考［6］，開展以項目開發(fā)為導(dǎo)向的人才培養(yǎng)模式，加強與醫(yī)療機構(gòu)，研究科研單位的聯(lián)合協(xié)作，不僅有利于整合學(xué)科優(yōu)勢資源，讓科研滲入實踐教學(xué)，也符合我國在該領(lǐng)域的發(fā)展需要［7］。

1 生物醫(yī)學(xué)工程的教育現(xiàn)狀

在國外，生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展相當(dāng)迅速，從學(xué)科建設(shè)及發(fā)展趨勢可以看出該學(xué)科的應(yīng)用前景相當(dāng)廣闊，在課程設(shè)置上，應(yīng)注重理論與實際相結(jié)合以及多學(xué)科交叉的特點［8］。斯坦福大學(xué)的BME 課程計劃，參與人由醫(yī)學(xué)院、大學(xué)的多個院系，以及校外的專家等組成，學(xué)生接受的培養(yǎng)包括生物科學(xué)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)及信息科學(xué)有關(guān)的基礎(chǔ)理論知識，旨在培養(yǎng)具有醫(yī)學(xué)與工程技術(shù)相結(jié)合，能在醫(yī)學(xué)、醫(yī)療儀器以及其他電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息產(chǎn)業(yè)等部門從事研究、開發(fā)、教學(xué)及管理的高級工程技術(shù)人才。要求學(xué)生的必須課程包括生物醫(yī)學(xué)工程概論;醫(yī)學(xué)基礎(chǔ);電子技術(shù);生物醫(yī)學(xué)檢測技術(shù);高級語言程序設(shè)計;微機原理與應(yīng)用;計算機組成原理;數(shù)字信號處理;自動控制原理等課程。學(xué)生應(yīng)掌握面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計和系統(tǒng)設(shè)計;數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法分析;醫(yī)療儀器設(shè)計;醫(yī)學(xué)圖像處理;醫(yī)學(xué)模式識別和人工智能等技術(shù)方法［9］。在本世紀(jì)初，大約40 所美國高校設(shè)置了BME 專業(yè)，其中18 所通過了美國工程與技術(shù)鑒定委員會(Accreditation Board for Engineering and Technology，ABET)的評估［10］。ABET準(zhǔn)則鼓勵各種教學(xué)計劃的一致性，對于推動生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的發(fā)展具有極其重要的作用。因為BME 是新學(xué)科，在課程要求方面沒有現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)和公認(rèn)的準(zhǔn)則，每個學(xué)校通常根據(jù)其專業(yè)教師的研究興趣設(shè)置課程，保持BME 教學(xué)計劃的一致性為評估畢業(yè)生的能力提供一個標(biāo)準(zhǔn)，這既有助于生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的健康發(fā)展，又為擴大研究經(jīng)費和撥款來源奠定了良好的基礎(chǔ)［11］?？v觀國外的培養(yǎng)模式及教育反饋，通過多學(xué)科教學(xué)與豐富的實踐安排，能夠培養(yǎng)出符合要求的生物醫(yī)學(xué)工程師。

在我國，生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的建設(shè)工作開展已有多年，根據(jù)我國國情的需要，應(yīng)在醫(yī)學(xué)方向多參與研究與實踐，并在生物醫(yī)學(xué)的研究領(lǐng)域中逐漸加入所學(xué)的工程技術(shù)相關(guān)知識［12］。但是，現(xiàn)行的教育體制下培養(yǎng)出來的相關(guān)技術(shù)人才相當(dāng)匱乏，尤其是在新醫(yī)改建設(shè)數(shù)字化醫(yī)院及城鎮(zhèn)醫(yī)療改革的趨勢推動下，需要大量的既能熟練掌握工程技術(shù)，又掌握足夠的生物醫(yī)學(xué)知識的人才。

2 創(chuàng)新實踐體系建設(shè)目標(biāo)與框架

近年來，國家在醫(yī)療體制改革的步伐逐步加快，工程技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)及醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)的普及程度也越來越廣。結(jié)合教育部正在實施的“卓越工程師培養(yǎng)計劃”，培養(yǎng)造就一批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)人才，強化主動服務(wù)國家醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)展需求，確立以德為先、能力為重、全面發(fā)展的人才培養(yǎng)觀念［13］。要使學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力得到提高，需要通過基礎(chǔ)理論和專業(yè)理論學(xué)習(xí)進行培養(yǎng)，并在實踐中的不斷鍛煉加以積累。遵循“行業(yè)指導(dǎo)、校企合作、分類實施、形式多樣”的原則，我們在BME 學(xué)科計劃的實踐教學(xué)方面進行了積極的探索、改革和實踐，在教學(xué)內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)方法擴展以及成績考核等各個方面，都進行了強化，著重強調(diào)了綜合型、設(shè)計型和創(chuàng)新型教學(xué)實踐活動在整個實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中的主導(dǎo)地位。如圖1 所示的創(chuàng)新實踐教學(xué)體系框圖，是結(jié)合傳統(tǒng)的教育方法并借鑒國外成功的教學(xué)模式，將理論與實踐相結(jié)合，注重學(xué)生的自主性與實踐環(huán)節(jié)的靈活性，將能力提高作為實踐的核心所設(shè)計的體系架構(gòu)。

圖1 創(chuàng)新實踐教學(xué)體系框圖

創(chuàng)新實踐教學(xué)模式主要包含實踐基礎(chǔ)、能力提高和綜合培養(yǎng)3 個模塊，通過設(shè)立學(xué)分互認(rèn)、多種形式、多種選擇途徑的專業(yè)綜合實驗和相應(yīng)的考核方式，并建立學(xué)科交叉的畢業(yè)設(shè)計選擇試點，使學(xué)生積極參與科研基金項目及院校與醫(yī)療企業(yè)單位合作的創(chuàng)新項目建設(shè)中，在完成綜合培養(yǎng)的整個環(huán)節(jié)后，使學(xué)生能夠掌握以下能力:①學(xué)習(xí)生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域堅實的基礎(chǔ)理論和系統(tǒng)的專業(yè)知識;②具備計算機應(yīng)用及外語翻譯能力，及時了解生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域內(nèi)的新理論、新方法和新技術(shù);③培養(yǎng)創(chuàng)新意識，能在生物醫(yī)學(xué)工程、醫(yī)療器械、醫(yī)院等領(lǐng)域的企、事業(yè)和行政管理部門獨立從事技術(shù)研發(fā)、工程設(shè)計、運行和管理的高層次人才;④鍛煉團隊溝通合作能力和項目管理技巧，具有產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計制造、經(jīng)營管理、技術(shù)服務(wù)、教育培訓(xùn)等工作能力。

3 創(chuàng)新實踐教學(xué)體系的思路

3.1 夯實基礎(chǔ)實踐環(huán)節(jié)

創(chuàng)新實踐需要有扎實的基礎(chǔ)學(xué)科知識，通過對應(yīng)的實踐環(huán)節(jié)掌握基本的實驗方式方法也是創(chuàng)新實踐的基本［14］。基礎(chǔ)課內(nèi)的實驗主要是對具體授課內(nèi)容章節(jié)的驗證和實現(xiàn)與分析，幫助學(xué)生掌握基本理論和方法，鍛煉動手能力，培養(yǎng)基本工程素質(zhì)。同時每門課程應(yīng)設(shè)置小型的綜合性實驗，使學(xué)生可以對整門課程起到融會貫通的作用。例如，“生物醫(yī)學(xué)檢測技術(shù)”課程實驗可以增加“生物傳感器與傳感器檢測技術(shù)的綜合實驗”內(nèi)容;“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理與設(shè)計”可以增加“小型應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)”內(nèi)容。在每門課的實踐環(huán)節(jié)的設(shè)置與內(nèi)容的安排上，保證實驗的合理性及適宜的難度性，讓學(xué)生在實踐中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中實踐，不斷看到自己的成果，提高學(xué)習(xí)和實踐的興趣［15］。

在重要的專業(yè)課，如“醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)”、“生物醫(yī)學(xué)信號處理”、“生物醫(yī)學(xué)檢測技術(shù)”、“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理與設(shè)計”等，應(yīng)以實踐授課帶動理論授課。并在實驗過程中，由教師引導(dǎo)、幫助學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)完成實驗。使學(xué)生在深刻理解理論知識的同時，建立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒瀾B(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生將理論與實際問題相結(jié)合的科學(xué)思維，從而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

3.2 加強重點課程建設(shè)

主干學(xué)科的選擇及其課程體系的設(shè)計也是體現(xiàn)該專業(yè)特色的一條重要途徑。在BME 中重要的專業(yè)主干課，如“生物醫(yī)學(xué)檢測技術(shù)”、“醫(yī)學(xué)信號處理”、“電路與電子技術(shù)”等，分設(shè)理論授課和實踐授課，開設(shè)相應(yīng)實驗課程。實驗課又包含授課和實驗，授課教師必須參與、指導(dǎo)學(xué)生實驗，教師和學(xué)生兩方面進行雙向互動。下面以生物醫(yī)學(xué)檢測技術(shù)課程建設(shè)為例，介紹我校在重點課程上的改革措施。

生物醫(yī)學(xué)檢測技術(shù)是一門生物醫(yī)學(xué)工程的專業(yè)課，它應(yīng)用電子技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)，解決生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的信號提取，檢測和處理以及生物醫(yī)學(xué)儀器的設(shè)計等問題，使學(xué)生了解典型醫(yī)學(xué)儀器的原理，特點和性能指標(biāo)，掌握常用醫(yī)用傳感器的測量原理和使用方法，掌握基本測量技術(shù)，為醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計奠定基礎(chǔ)。在理論授課上，主要內(nèi)容是以教師課堂教學(xué)為主導(dǎo)，使學(xué)生掌握生物醫(yī)學(xué)檢測技術(shù)基本理論知識，主要包括:生物醫(yī)學(xué)檢測系統(tǒng)的基本概念、生物電與生物醫(yī)學(xué)電極、醫(yī)用傳感器、信號的中間變換和測量電路。對于本科生在理論的學(xué)時部分略微降低，研究生在教師授課方面還應(yīng)適當(dāng)加入學(xué)生集體討論環(huán)節(jié)。在實踐授課中，為了使學(xué)生更深刻地理解所學(xué)理論知識，引導(dǎo)學(xué)生建立良好的實驗習(xí)慣和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)方法。主要采取由學(xué)生為主導(dǎo)，教師從旁輔助的方式完成，培養(yǎng)學(xué)生建立理論與實際相結(jié)合的思想，增強學(xué)生動手能力。使學(xué)生在實驗室很快得到一定的收獲，從而激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣。由于實驗學(xué)時數(shù)的增加，充分地保障了學(xué)生在已經(jīng)掌握了基本實驗技能的基礎(chǔ)上，發(fā)揮自己的主觀能動性，能夠有充分的時間和機會完成自己的設(shè)計，驗證自己的想法。專題實驗課中還有三分之一的時間，屬于綜合、設(shè)計性實驗，同時設(shè)有選作實驗，提供更多，更高層次的設(shè)計研究實驗，給不同層次的學(xué)生提供一個寬闊的訓(xùn)練平臺。

3.3 突出創(chuàng)新實踐項目的主導(dǎo)地位

開展學(xué)生科研創(chuàng)新的實驗，突出其在該教學(xué)模式體系主導(dǎo)地位及鮮明特色。除了積極鼓勵和組織學(xué)生申報國家級大學(xué)生創(chuàng)新基金、學(xué)校及學(xué)院的創(chuàng)新基金以外，還應(yīng)配合基金項目，指導(dǎo)學(xué)生如何查閱文獻(xiàn)、撰寫項目申請書、制定方案、處理實驗數(shù)據(jù)、撰寫論文等問題?？梢愿玫厥箍蒲泄ぷ鳚B入到本科的實踐教學(xué)，使研究生培養(yǎng)和本科生培養(yǎng)銜接起來，為學(xué)生創(chuàng)造良好的科研環(huán)境與創(chuàng)新條件。探討以項目開發(fā)為導(dǎo)向的人才培養(yǎng)模式［16］，使學(xué)生在大學(xué)期間走進科研團隊，實際參加到與企業(yè)、醫(yī)院合作的科研項目中來，能夠使學(xué)生學(xué)習(xí)到課本外的知識，更好地找到自己在社會中的價值。如圖2 所示，以創(chuàng)新實踐為主導(dǎo)的實踐教學(xué)體系能夠真正的使學(xué)生學(xué)以致用。

圖2 創(chuàng)新實踐體系間的關(guān)系示意圖

通過創(chuàng)新實踐項目，充分利用合作企業(yè)及醫(yī)療機構(gòu)的資源與項目，將其引入學(xué)校課堂中，學(xué)生可以從查閱的文獻(xiàn)信息和實際應(yīng)用中獲得具體的生物醫(yī)學(xué)和工程技術(shù)知識，使學(xué)生廣泛地接觸社會，擴展眼界和思路，自主學(xué)習(xí)相關(guān)的課外知識，復(fù)習(xí)鞏固課內(nèi)的學(xué)習(xí)成果。因此，以創(chuàng)新實踐為主導(dǎo)的教學(xué)體系，有效發(fā)揚和繼承傳統(tǒng)實驗?zāi)Ｊ街械膬?yōu)點和合理要素，把綜合實驗課程和科研基金項目、創(chuàng)新基金項目和畢業(yè)設(shè)計有機融合在一起，強化綜合型、設(shè)計型和創(chuàng)新型教學(xué)實踐活動在整個實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中的主導(dǎo)地位。

4 構(gòu)建創(chuàng)新實踐的軟、硬件支撐

4.1 構(gòu)建創(chuàng)新實踐平臺

BME 的實踐環(huán)節(jié)應(yīng)在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域和協(xié)作研發(fā)單位中進行，尋找有較強研發(fā)技術(shù)能力的企業(yè)或者研究機構(gòu)，及有合作意愿的醫(yī)院信息研發(fā)團隊，將教師創(chuàng)新和專利項目公開，吸引有興趣和能力的學(xué)生參與其中，使學(xué)生了解到生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的工程技術(shù)研發(fā)單位的實際生產(chǎn)、開發(fā)及實際應(yīng)用過程。如醫(yī)院的工作流程或企業(yè)在醫(yī)療器械、傳感器方面的制造工藝研發(fā)等方面，引導(dǎo)學(xué)生探索現(xiàn)有的設(shè)備或系統(tǒng)中的弊端，找出相應(yīng)的解決方法，鼓勵學(xué)生對有興趣的課題申請創(chuàng)新基金，并實行學(xué)分獎勵制度，使學(xué)生有動力和充分的時間參與創(chuàng)新實踐活動，全面提高自己的能力。

4.2 創(chuàng)新實踐方案實行情況

目前我院積極鼓勵有能力的本科生申報創(chuàng)新項目，并將畢業(yè)設(shè)計與創(chuàng)新項目相結(jié)合。讓學(xué)生在實踐中創(chuàng)新。例如，我校正在與醫(yī)院合作的多學(xué)科協(xié)作診治腫瘤信息管理系統(tǒng)的上海市創(chuàng)新項目開發(fā)團隊，主要以學(xué)生為主體，讓學(xué)生與醫(yī)院的進行需求探討、與其他接口系統(tǒng)進行協(xié)作開發(fā)與交流，不僅可以充分了解醫(yī)院的信息流轉(zhuǎn)模式，還可以掌握醫(yī)院系統(tǒng)在開發(fā)方面的核心技術(shù)及特殊要求。通過查閱中外文獻(xiàn)，了解國外的癌癥基因探索項目、腫瘤網(wǎng)格系統(tǒng)等相似的大型醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)，探索如何從腫瘤信息管理系統(tǒng)上升到網(wǎng)格化共享腫瘤病人資料、病人醫(yī)療診治模型分析等具有挑戰(zhàn)性的高科創(chuàng)新項目，不僅有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)、解決問題的能力，也有利于我國在該領(lǐng)域的發(fā)展進程。

學(xué)生在創(chuàng)新實踐培養(yǎng)模式下的反饋良好，尤其在學(xué)生的綜合能力方面有較大的提高。除了對檢索問題、解決問題、自主學(xué)習(xí)方面的能力提高，在團隊合作的創(chuàng)新項目，可以讓學(xué)生對就業(yè)目標(biāo)更明確，更好地適應(yīng)社會及工作環(huán)境，有利于培養(yǎng)項目管理領(lǐng)導(dǎo)能力和對所學(xué)學(xué)科的興趣，減少學(xué)生畢業(yè)后到企業(yè)的培訓(xùn)時間，將學(xué)生培養(yǎng)成為合格的卓越工程師。

5 結(jié) 語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各類醫(yī)療設(shè)備在生活中的應(yīng)用越來越廣泛，醫(yī)療設(shè)備和信息系統(tǒng)的研發(fā)、操作、維修及管理人員是各大醫(yī)院及公司急需的人才。對生物醫(yī)學(xué)工程人才培養(yǎng)模式的改革還任重道遠(yuǎn)，不僅涉及對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和課程體系等方面，還應(yīng)在實踐教學(xué)中大幅度增加創(chuàng)新科研的比重，通過不斷總結(jié)經(jīng)驗，進一步調(diào)整完善體系結(jié)構(gòu)。通過在實踐教學(xué)中的不斷探索，有效利用教師的科研項目及創(chuàng)新基金項目，把培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐內(nèi)力放在首位，可以更好地為學(xué)生提供在該領(lǐng)域的發(fā)展空間，提高團隊合作意識、創(chuàng)造性和競爭力，也是符合生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科特點的必然選擇。

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