陸慧琴 周晶 沈曉燕

【摘要】介紹了南通大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)“醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計(jì)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展情況，討論了如何結(jié)合生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的特點(diǎn)及醫(yī)學(xué)電子儀器快速的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、全面提升綜合素質(zhì)，提高教學(xué)質(zhì)量為教學(xué)目的，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面對(duì)“醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計(jì)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革的探索。

【關(guān)鍵詞】醫(yī)學(xué)電子儀器 生物醫(yī)學(xué)工程 教學(xué)改革

【基金項(xiàng)目】南通大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目（2013B031、2011B38），江蘇省現(xiàn)代教育技術(shù)研究立項(xiàng)課題（2013-R-24812），江蘇省高等教育教學(xué)改革課題（2013JSJG232）。

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2014）12-0202-02

生物醫(yī)學(xué)工程是生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)、生物化學(xué)、生物材料、人工器官、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理、醫(yī)學(xué)成像等多個(gè)領(lǐng)域交叉結(jié)合而形成的一門邊緣性學(xué)科，是現(xiàn)代工程技術(shù)向生物、醫(yī)學(xué)滲透并相互作用的必然結(jié)果。生物醫(yī)學(xué)工程主要是應(yīng)用工程技術(shù)的手段，研究和解決人類疾病診斷、預(yù)防、監(jiān)護(hù)、治療、康復(fù)等方面的問題，并為醫(yī)學(xué)提供高技術(shù)含量的現(xiàn)代醫(yī)療儀器設(shè)備。生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)培養(yǎng)的主要是復(fù)合型的工程人才，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。因此，在人才培養(yǎng)訓(xùn)練中必須重視實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐訓(xùn)練中主動(dòng)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)較強(qiáng)的觀察能力，分析、解決問題的能力，全面提升綜合素質(zhì)。

“醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計(jì)”是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本科生的一門核心的專業(yè)技術(shù)課程，內(nèi)容涉及到電路、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)原理、單片機(jī)、生理學(xué)、醫(yī)學(xué)傳感器、信號(hào)與圖像處理等相關(guān)課程，具有知識(shí)面廣、難度大、綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，如何結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)以及課程本身的發(fā)展現(xiàn)狀，將醫(yī)學(xué)電子儀器的原理與設(shè)計(jì)方法系統(tǒng)地呈現(xiàn)給學(xué)生，在實(shí)踐訓(xùn)練中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和科研能力，是我們?nèi)握n教師經(jīng)常思考的問題，也是迫切需要解決的問題。

一、南通大學(xué)“醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計(jì)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

南通大學(xué)于2010年起開始招收并承擔(dān)工程類生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本科學(xué)生的教育任務(wù)，由于專業(yè)成立的時(shí)間不長，專業(yè)的教學(xué)體系也不很成熟、不很完善，尚缺乏足夠的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。在生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)“醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計(jì)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，目前主要以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)為主，注重培養(yǎng)學(xué)生的以下能力：（1）進(jìn)一步鞏固醫(yī)學(xué)電子儀器原理的理論基礎(chǔ)知識(shí)，熟悉各種常用醫(yī)學(xué)電子儀器的性能特點(diǎn)并對(duì)電路進(jìn)行分析的能力；（2）常見生理參數(shù)檢測電路以及常規(guī)醫(yī)學(xué)傳感器的使用和調(diào)試能力；（3）利用所學(xué)的理論知識(shí)，設(shè)計(jì)簡單的生理參數(shù)檢測電路，掌握實(shí)驗(yàn)方法，提高實(shí)驗(yàn)分析能力和排除故障的能力；（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、總結(jié)和撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力。

“醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計(jì)”實(shí)驗(yàn)共16學(xué)時(shí)的教學(xué)時(shí)間，是在理論課后開設(shè)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)方式為一人一組，獨(dú)立完成要求的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的安排是四個(gè)具體實(shí)驗(yàn)，分別是：（1）常用醫(yī)學(xué)電子儀器工作原理及使用，主要了解腦電圖儀、肌電圖儀、數(shù)字超聲診斷儀、監(jiān)護(hù)儀等常用大型醫(yī)療檢測儀器的組成原理及性能指標(biāo)，學(xué)習(xí)常用醫(yī)學(xué)儀器設(shè)備的使用方法；（2）血壓計(jì)的工作原理與實(shí)踐，要求學(xué)生掌握血壓直接測量法-導(dǎo)管術(shù)和幾種血壓間接測量方法及工作原理；（3）心電導(dǎo)聯(lián)及心電圖機(jī)使用，熟悉心電圖導(dǎo)聯(lián)及其電極連接方式，對(duì)ECG-6511型心電圖機(jī)的電路原理進(jìn)行分析；（4）生物電放大器前置級(jí)的設(shè)計(jì)，了解設(shè)計(jì)過程中器件的選擇、電阻的匹配、前置級(jí)增益及增益分配，放大器總的噪聲系數(shù)。通過上述實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)于醫(yī)學(xué)電子儀器的基本原理、結(jié)構(gòu)、電路的理解得到了加深，鞏固了理論教學(xué)內(nèi)容，也提高了分析問題、解決問題的能力。但由于實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)生在電路設(shè)計(jì)和調(diào)試方法方面的了解較少，這在一定程度上限制了學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。

二、教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是“醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計(jì)”課程教學(xué)中非常重要的環(huán)節(jié)，通過對(duì)常見醫(yī)學(xué)電子儀器中典型電路、信號(hào)檢測的分析、處理和設(shè)計(jì)，全面提高學(xué)生的動(dòng)手能力和綜合分析解決問題的能力。鑒于實(shí)驗(yàn)開展的重要性，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的優(yōu)化進(jìn)行了探索。

“醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計(jì)”實(shí)驗(yàn)的開設(shè)，必須與專業(yè)教學(xué)密切相關(guān)，配合專業(yè)發(fā)展并能夠適應(yīng)專業(yè)的發(fā)展。而隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)與圖像處理技術(shù)等的迅速發(fā)展，醫(yī)學(xué)電子儀器更新?lián)Q代也逐步加快，各種智能化、多功能化的儀器不斷問世，目前的教學(xué)內(nèi)容已不能完全滿足當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的需要。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容方面，原有的實(shí)驗(yàn)題目僅有四個(gè)，內(nèi)容較少，且多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。為激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)興趣，可以結(jié)合生物醫(yī)學(xué)工程的專業(yè)特點(diǎn)拓展題目范圍，改變單一的按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書做實(shí)驗(yàn)的模式，增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)。例如：（1）進(jìn)行人體脈搏測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生掌握數(shù)字電路系統(tǒng)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的方法；（2）進(jìn)行心電放大電路的設(shè)計(jì)，使學(xué)生了解高共模抑制比、高輸入阻抗差動(dòng)運(yùn)算放大器的主要技術(shù)指標(biāo)，通過仿真調(diào)試電路，分析改變電路中某些參數(shù)對(duì)共模抑制比的影響；（3）進(jìn)行多功能脈沖理療儀制作的綜合性實(shí)驗(yàn)，通過分析電路原理，制作理療儀的電路板、調(diào)試電路并在示波器上顯示，熟悉醫(yī)學(xué)電子儀器設(shè)計(jì)的整個(gè)流程。由于這些實(shí)驗(yàn)的實(shí)用性較強(qiáng)，能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

但由于課時(shí)有限，所有實(shí)驗(yàn)題目不可能全部完成，可以按照課程需要，將題目分為必做和選做兩類。對(duì)于基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，可設(shè)為必做題目，要求所有學(xué)生都必須完成；而對(duì)于設(shè)計(jì)性、綜合性較強(qiáng)的題目，可設(shè)為選做，學(xué)生可從中選取一到兩個(gè)題目，深入的開展實(shí)踐研究。這樣不僅保證學(xué)生能掌握基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)，也將極大的鍛煉學(xué)生的電路設(shè)計(jì)，分析問題、解決問題的能力。

三、教學(xué)方法的改革

（一）優(yōu)化實(shí)驗(yàn)環(huán)境，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)手段

實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段和實(shí)驗(yàn)環(huán)境、設(shè)備的相對(duì)落后將在一定程度上制約實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，為提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，必須積極優(yōu)化教學(xué)環(huán)境，改善實(shí)驗(yàn)方法。作為任課教師，應(yīng)積極關(guān)注計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和電子儀器技術(shù)發(fā)展的時(shí)代背景，把先進(jìn)的知識(shí)引入到“醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計(jì)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的環(huán)節(jié)中來，使學(xué)生把握電子儀器技術(shù)領(lǐng)域國際國內(nèi)最新發(fā)展動(dòng)態(tài)和研究方向，開拓學(xué)生的視野。我校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)在“醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計(jì)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入了美國國家儀器公司（NI，National Instrument）生物醫(yī)電教學(xué)平臺(tái)，它是一個(gè)將硬件和軟件組合成一體的完整的虛擬儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)套件，主要包括數(shù)據(jù)采集硬件和LabVIEW虛擬儀器軟件。該平臺(tái)集成了多個(gè)實(shí)驗(yàn)室常有的通用儀器的功能，包括示波器、數(shù)字萬用表、函數(shù)發(fā)生器、波特分析儀等，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)儀器、數(shù)據(jù)采集和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一體化，可以進(jìn)行電子線路設(shè)計(jì)、信號(hào)處理及系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)。NI還提供了一套生物醫(yī)電教學(xué)傳感器套件，包含7種傳感器用于生物醫(yī)電教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，有：血壓傳感器、手持式心率計(jì)傳感器、心電圖傳感器、氧氣氣體傳感器、肺活量傳感器、體表溫度傳感器和握力傳感器，幫助學(xué)生方便的認(rèn)識(shí)、采集和處理生物信號(hào)，有效的掌握生物醫(yī)電教學(xué)中的知識(shí)信息。

（二）開展多樣化的分組模式

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，可以按照原有的教學(xué)方式，一人一組獨(dú)立完成規(guī)定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。但在某些設(shè)計(jì)性、綜合性較強(qiáng)的題目上也可以開展多人一組的小組學(xué)習(xí)模式，一個(gè)小組一般由3到5人組成，在實(shí)驗(yàn)過程中共同討論，互幫互學(xué)，既有分工，又有合作，一起設(shè)計(jì)電路方案，制定電路和元器件選定，進(jìn)行電路實(shí)現(xiàn)和調(diào)試，這樣可以充分調(diào)動(dòng)每位學(xué)生參與設(shè)計(jì)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。實(shí)驗(yàn)完畢后，要求每位學(xué)生及時(shí)總結(jié)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)過程中的出現(xiàn)的問題、解決方法和設(shè)計(jì)體會(huì)，并每人提交一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，在報(bào)告中除了寫清整個(gè)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)流程，還要求重點(diǎn)突出自己承擔(dān)的實(shí)驗(yàn)部分。

（三）采用多媒體教學(xué)

可針對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容開發(fā)“醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計(jì)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的電子教案，并根據(jù)需要錄制實(shí)驗(yàn)的教學(xué)視頻，在實(shí)驗(yàn)前利用網(wǎng)絡(luò)條件將電子教案及教學(xué)視頻等資源上網(wǎng)，學(xué)生可以在校園網(wǎng)上提前下載教學(xué)資源加以預(yù)習(xí)，觀看教師的講解和演示。這樣可以充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率，也解決了課時(shí)緊張與教學(xué)內(nèi)容多、難度大、更新快的矛盾。

（四）改革考核方式，增強(qiáng)考核靈活性

對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)施成績考核，是對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)成效的基本認(rèn)定，同時(shí)也是調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性的重要手段?？己瞬粏螁问菍?shí)驗(yàn)報(bào)告的書面成績考核，更是理論與技能的綜合考評(píng)。因此，指導(dǎo)老師必須全面了解學(xué)生在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中的表現(xiàn)，要隨時(shí)掌握學(xué)生的實(shí)踐情況，在記錄學(xué)生平時(shí)成績時(shí)，不單純看其實(shí)驗(yàn)結(jié)果，還要注重督導(dǎo)基本操作技能，鼓勵(lì)他們多思考，多總結(jié)。在實(shí)驗(yàn)過程中增加與學(xué)生的互動(dòng)交流，全面了解學(xué)生的綜合能力。

為了全面評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)效果，我們可建立實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績權(quán)重為60%，實(shí)驗(yàn)過程及日常素質(zhì)表現(xiàn)權(quán)重為40%的成績?cè)u(píng)定體系，不僅考查知識(shí)的掌握，也考查能力和綜合素質(zhì)，使考核真正成為檢測和促進(jìn)教與學(xué)的有效手段。

四、結(jié)語

生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的特點(diǎn)是多學(xué)科交叉，醫(yī)工結(jié)合，工程性和實(shí)踐性很強(qiáng)，要求所培養(yǎng)的學(xué)生具備比較強(qiáng)的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

“醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計(jì)”是我校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的一門核心專業(yè)課，其內(nèi)容抽象復(fù)雜、實(shí)踐性也很強(qiáng)。高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)學(xué)生掌握醫(yī)學(xué)電子儀器的原理、結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)原則，科研能力的培養(yǎng)和綜合素質(zhì)的提高都有著重要的作用。隨著科學(xué)研究的發(fā)展和教學(xué)條件的改善，我們將不斷地改進(jìn)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量，為學(xué)生打下良好的專業(yè)基礎(chǔ)，從而培養(yǎng)出理論基礎(chǔ)扎實(shí)、實(shí)際工作能力也強(qiáng)的高素質(zhì)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)人才。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

陸慧琴（1982-），女，江蘇吳江人，講師，研究方向：生物電子學(xué)方面的教學(xué)和研究工作。