◆祝元仲 何汶靜 魏小琴

醫(yī)學(xué)院校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)與思考*

◆祝元仲 何汶靜 魏小琴

立足醫(yī)學(xué)院校的實(shí)際情況，從實(shí)踐教學(xué)課程和實(shí)踐基地建設(shè)兩個(gè)方面，對構(gòu)建自身特色的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系進(jìn)行研究和探討，闡述實(shí)踐教學(xué)體系的課程內(nèi)容和實(shí)現(xiàn)手段，以及相關(guān)的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)。

生物醫(yī)學(xué)工程；實(shí)踐教學(xué)；虛擬實(shí)驗(yàn)

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.14.137

1　前言

生物醫(yī)學(xué)工程（Biomedical Engineering，BME）的內(nèi)涵是將工程科學(xué)的原理和方法與生命科學(xué)的原理和方法相結(jié)合，認(rèn)識生命運(yùn)動的規(guī)律（定量），并用以維持、促進(jìn)人的健康。其發(fā)展方向是從分子水平到器官水平，發(fā)展新的概念，建立新的知識，創(chuàng)立新的技術(shù)，開發(fā)新的材料和器械，為人類的健康事業(yè)服務(wù)［1］。

我國很多高校都開設(shè)了生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)，一般來說，醫(yī)科類高校培養(yǎng)生物醫(yī)學(xué)工程人才有自己的優(yōu)勢：

1）醫(yī)學(xué)課程師資力量強(qiáng)，學(xué)生醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)知識扎實(shí)；2）學(xué)生學(xué)習(xí)、生活在醫(yī)學(xué)環(huán)境中，更容易與醫(yī)學(xué)臨床部門或人員溝通與合作；

3）附屬醫(yī)院資源豐富，學(xué)生實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)活動更能結(jié)合臨床實(shí)際進(jìn)行［2］。

然而川北醫(yī)學(xué)院在培養(yǎng)生物醫(yī)學(xué)工程人才方面也有諸多不足，如工程技術(shù)基礎(chǔ)相對薄弱，實(shí)踐資源缺乏。川北醫(yī)學(xué)院地處川東北地區(qū)，工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，學(xué)生工廠實(shí)習(xí)機(jī)會更少，致使學(xué)生動手能力、分析和解決問題的能力受到限制。因此，改變傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)模式，構(gòu)建新的實(shí)踐教學(xué)體系，使學(xué)生在大學(xué)期間能夠參與各種實(shí)踐訓(xùn)練，對于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力具有十分重要的意義。

本文以川北醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的建設(shè)為例，對其實(shí)踐教學(xué)課程和實(shí)踐基地建設(shè)問題提出自己的看法，希望能拋磚引玉。

2　實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)

川北醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)依托影像學(xué)院，始建于2004年，根據(jù)國家發(fā)展綱領(lǐng)和學(xué)校教學(xué)型大學(xué)的定位，從社會需求和畢業(yè)生就業(yè)的角度考慮，生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本科教育培養(yǎng)方向定位于應(yīng)用型人才，專業(yè)領(lǐng)域?yàn)獒t(yī)療儀器，即培養(yǎng)大型醫(yī)療設(shè)備的操作、維修及管理人員，培養(yǎng)目標(biāo)為具有醫(yī)學(xué)背景的醫(yī)學(xué)工程、醫(yī)學(xué)技術(shù)、醫(yī)院信息化建設(shè)與管理的實(shí)用型技術(shù)人才，將就業(yè)方向定在臨床工程師、醫(yī)療裝備管理師及醫(yī)學(xué)物理師。

川北醫(yī)學(xué)院影像專業(yè)相對實(shí)力雄厚，因此，在醫(yī)學(xué)儀器上重點(diǎn)突出影像設(shè)備的內(nèi)容，一方面可以借助學(xué)校的相關(guān)師資和設(shè)備，另一方面也可以比較廣泛地利用已有專業(yè)的校友和知名度等優(yōu)勢。

作為應(yīng)用型的專業(yè)，實(shí)踐性的課程占有比較重要的地位。實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決問題能力的重要途徑，是學(xué)生進(jìn)一步理解和消化理論知識的基礎(chǔ)。從培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的需要出發(fā)，對實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)教學(xué)進(jìn)行改革，生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的實(shí)踐主要涉及電路原理、模擬電路、數(shù)字電路、C++程序設(shè)計(jì)、微機(jī)原理與接口技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用、信號與系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)成像技術(shù)、醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)、醫(yī)學(xué)儀器原理、醫(yī)學(xué)影像技術(shù)、醫(yī)學(xué)影像診斷、加速器工程技術(shù)學(xué)等課程，包括表1所示四個(gè)層次［3-4］。

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) 一般基礎(chǔ)課和專業(yè)課都有相應(yīng)的課程實(shí)驗(yàn)，這類實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)較多，沒有單獨(dú)設(shè)置課程。一方面在課程總學(xué)時(shí)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，增加實(shí)驗(yàn)數(shù)量和實(shí)驗(yàn)課時(shí)，一方面盡可能利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，在原有實(shí)驗(yàn)教材的基礎(chǔ)上根據(jù)學(xué)科需要適時(shí)更新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，盡量能夠達(dá)到綜合性、設(shè)計(jì)性的使用效果。這類實(shí)驗(yàn)除基本實(shí)驗(yàn)外，通常至少有一個(gè)實(shí)驗(yàn)具有綜合實(shí)驗(yàn)的性質(zhì)，如“模擬電路”課程實(shí)驗(yàn)，增加了“收音機(jī)制作”實(shí)驗(yàn)，“C++程序設(shè)計(jì)”課程實(shí)驗(yàn)增加了“程序綜合設(shè)計(jì)”實(shí)驗(yàn)，能夠?qū)φ麄€(gè)課程起到融會貫通的作用。同時(shí)利用醫(yī)學(xué)院校的優(yōu)勢，帶領(lǐng)學(xué)生到醫(yī)院的相關(guān)科室進(jìn)行參觀實(shí)習(xí)。此外，附屬醫(yī)院贈送的一些設(shè)備可供學(xué)生拆解，使學(xué)生對于相關(guān)的設(shè)備有了直觀認(rèn)識。

表1　生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系

提高實(shí)驗(yàn) 和附屬于理論課程的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)不同，這一部分的實(shí)驗(yàn)都是獨(dú)立設(shè)課。一方面增設(shè)了如電子技術(shù)、程序設(shè)計(jì)、單片機(jī)應(yīng)用、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)學(xué)生綜合實(shí)踐訓(xùn)練；另一方面，每年針對高年級學(xué)生開設(shè)2～3個(gè)開放性實(shí)驗(yàn)，由實(shí)驗(yàn)教師在課程實(shí)驗(yàn)范圍之外確定題目和內(nèi)容，學(xué)生根據(jù)自己的興趣選擇，通常保證大多數(shù)的學(xué)生能參加一項(xiàng)。

研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn) 對學(xué)生的科研訓(xùn)練和創(chuàng)新性實(shí)踐活動，學(xué)校提供專項(xiàng)資金，由校團(tuán)委及學(xué)生科牽頭組織實(shí)施，各教研室、實(shí)驗(yàn)室根據(jù)實(shí)際需要選派指導(dǎo)教師，實(shí)驗(yàn)中心提供設(shè)備方面的支持，在利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材的基礎(chǔ)上逐步開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。

畢業(yè)實(shí)習(xí)與畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)實(shí)習(xí)主要安排在三級以上醫(yī)院和醫(yī)療器械相關(guān)企業(yè)，結(jié)合學(xué)生的就業(yè)意向綜合調(diào)配。其中醫(yī)科實(shí)習(xí)主要在影像技術(shù)科室和工程科室，學(xué)生接觸的儀器設(shè)備比較多，操作使用較強(qiáng)，對于醫(yī)療儀器的具體應(yīng)用了解比較全面，缺點(diǎn)是難以了解設(shè)備內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)、接觸維修的機(jī)會也極少；工科實(shí)習(xí)則要求學(xué)生下到車間參與具體生產(chǎn)過程，并對醫(yī)療設(shè)備的技術(shù)發(fā)展動向和市場狀況有明確的認(rèn)知，從而為就業(yè)打好基礎(chǔ)。

在畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)實(shí)行雙導(dǎo)師制，由本專業(yè)教師和企業(yè)、醫(yī)院專家共同指導(dǎo)。本科畢業(yè)環(huán)節(jié)原則上要求做設(shè)計(jì)，畢業(yè)設(shè)計(jì)一人一題，在選題上緊密結(jié)合教師的科研項(xiàng)目、生產(chǎn)實(shí)際或臨床實(shí)際問題進(jìn)行。對開題報(bào)告、中期檢查、預(yù)答辯、答辯一系列環(huán)節(jié)，嚴(yán)格要求學(xué)校指導(dǎo)教師進(jìn)行全程指導(dǎo)和質(zhì)量監(jiān)控［5］。

3　實(shí)踐基地建設(shè)

實(shí)踐基地建設(shè)主要包括校內(nèi)實(shí)踐訓(xùn)練基地和校外實(shí)踐訓(xùn)練基地兩種類型。

校內(nèi)實(shí)踐基地 立足本校資源，建立相對獨(dú)立的校內(nèi)實(shí)踐訓(xùn)練基地。校內(nèi)實(shí)踐基地一方面可以完成課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，包括課內(nèi)實(shí)驗(yàn)課程、課程設(shè)計(jì)、科研訓(xùn)練和畢業(yè)設(shè)計(jì)等；另一方面可以完成課外的一些科技活動，如第二課堂、專題研究等，以此彌補(bǔ)校外工科實(shí)踐資源的缺乏［6-8］。

近5年來在原有實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上，投資200多萬元購置新的儀器設(shè)備，擴(kuò)建電子技術(shù)、成像技術(shù)、影像設(shè)備和醫(yī)學(xué)圖像處理等實(shí)驗(yàn)室，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)造良好的條件。此外還依托影像實(shí)驗(yàn)中心重點(diǎn)打造3個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺。

1）電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺。電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺融合NI ELVIS實(shí)驗(yàn)平臺、北郵虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、Multisim實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和QuartusⅡ開發(fā)平臺，模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)中用到的器材和設(shè)備，提供與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相似的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。學(xué)生用于模擬實(shí)際電路分析和設(shè)計(jì)，特別是復(fù)雜系統(tǒng)電路的分析、設(shè)計(jì)及故障模擬等，都可用虛擬仿真來實(shí)現(xiàn)。

2）醫(yī)學(xué)影像技術(shù)圖像后處理平臺。如圖1所示，通過該平臺，學(xué)生可以在計(jì)算機(jī)上模擬CT、MRI、DR、數(shù)字乳腺等影像檢查的圖像后處理、膠片打印及成像效果的仿真操作，鞏固各參數(shù)設(shè)置諸如層厚、KV、mAs等理論知識的運(yùn)用，搭建從理論到臨床實(shí)踐的橋梁，實(shí)用性強(qiáng)，為學(xué)生的理論知識和實(shí)踐能力的綜合應(yīng)用提供了非常重要的平臺。

3）放療虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)平臺。如圖2所示，該平臺利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠虛擬出真實(shí)感強(qiáng)、可交互操作的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，構(gòu)建有效的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境用于教學(xué)與訓(xùn)練；也能仿真真實(shí)的放射治療工作流程，進(jìn)行鼻咽癌、食管癌、肺癌、宮頸癌等靶區(qū)勾畫和相應(yīng)的正常組織勾畫，利用計(jì)劃設(shè)計(jì)制作模塊進(jìn)行適形計(jì)劃制作、優(yōu)化、評估。讓放療相關(guān)課程的學(xué)習(xí)、培訓(xùn)能既少占用醫(yī)療資源，又給學(xué)生更多實(shí)踐機(jī)會，實(shí)現(xiàn)學(xué)生隨學(xué)隨練，為放療教學(xué)工作高效開展提供了平臺支持。

校外實(shí)踐基地 川北醫(yī)學(xué)院在成渝兩地建立長期穩(wěn)定的實(shí)習(xí)醫(yī)院基地，醫(yī)科實(shí)習(xí)不存在困難。難點(diǎn)是工科實(shí)習(xí)，省內(nèi)實(shí)踐基地較少，接納的學(xué)生人數(shù)較少。在建設(shè)校內(nèi)基地的同時(shí)，推動影像實(shí)驗(yàn)中心開展校企合作，抓住虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)的契機(jī)，先后與省內(nèi)外多家公司達(dá)成合作協(xié)議，每年1～4月帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入實(shí)踐基地學(xué)習(xí)訓(xùn)練，在一定程度上滿足學(xué)生實(shí)習(xí)的需要。

圖1　醫(yī)學(xué)影像技術(shù)圖像后處理平臺

圖2　放療虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)平臺

4　結(jié)束語

本文考慮醫(yī)學(xué)院校的特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)今醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)發(fā)展的需求，改變傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)模式，把培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神放在首位，對川北醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行完善，主要具有如下特點(diǎn)：

一是充分利用附屬醫(yī)院的各種資源，通過課程實(shí)驗(yàn)、開放性實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)、創(chuàng)新研究實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等，構(gòu)成完整的、虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)體系；

二是依托影像特色專業(yè)的優(yōu)勢，采用虛擬仿真技術(shù)，大力建設(shè)校內(nèi)實(shí)習(xí)基地，解決工科實(shí)踐資源缺乏帶來的困擾。

通過這些措施，真正激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力，同時(shí)促進(jìn)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)建設(shè)。目前本專業(yè)已有8屆300多畢業(yè)學(xué)生，就業(yè)情況良好，就業(yè)去向主要包括醫(yī)院影像科、設(shè)備科、放療科、醫(yī)療器械公司。同時(shí)，每年均有若干名學(xué)生進(jìn)入國內(nèi)重點(diǎn)院校進(jìn)行研究生學(xué)習(xí)，接受進(jìn)一步深造。用人單位對本專業(yè)學(xué)生的滿意度高，普遍認(rèn)為其工作敬業(yè)、適應(yīng)力強(qiáng)，具有良好的綜合職業(yè)技能。

總之，實(shí)踐教學(xué)改革的目的是提高學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，更好地服務(wù)社會。下一步的工作將是進(jìn)一步推動深化校企合作，完善學(xué)生畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)。■

［1］中國生物醫(yī)學(xué)工程會，中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會.生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科發(fā)展報(bào)告［M］.北京：科學(xué)技術(shù)出版社，2012：3-9.

［2］王能河，但漢久，吳基良.地方高校國家級生物醫(yī)學(xué)工程特色專業(yè)人才培養(yǎng)模式研究［J］.中國醫(yī)學(xué)創(chuàng)新，2014（9）：95-97.

［3］張穎，魯雯，等.構(gòu)建生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的思考［J］.中國高等醫(yī)學(xué)教育，2014（2）：70-71.

［4］陳洪波.依托校企醫(yī)合作的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)生工程實(shí)踐能力培養(yǎng)體系的構(gòu)建［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2014（12）：6-8.

［5］鄭旭媛，田心.生物醫(yī)學(xué)工程本科創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)改革［J］.中國高等醫(yī)學(xué)教育，2013（9）：25.

［6］馬春排，李天鋼，等.生物醫(yī)學(xué)工程實(shí)踐教學(xué)體系的建設(shè)［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010（4）：103-105，122.

［7］宮琴.生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)綜合訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)改革［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013（9）：135-139.

［8］龍?jiān)屏幔瑒⑵G，張文超.醫(yī)學(xué)院校生物醫(yī)學(xué)工程實(shí)驗(yàn)平臺的建設(shè)模式［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2011（7）：37-38.

Research on BME Practice Teaching Architecture in Medical Colleges

//ZHU Yuanzhong， HE Wenjing， WEⅠ Xiaoqin

With the cultivation of applied talents as its goal， this article discusses the practice teaching architecture of biomedical engineering （BME） in medical college， and it carries out the researches on the construction of practice teaching course and practice base according to the actual situation of medical colleges， and it expounds the realization of practice teaching architecture and the virtual experiment platform.

BME； practice teaching； virtual experiment

G642

B

1671-489X（2016）14-0137-04

*項(xiàng)目來源：四川省教育廳教改課題“醫(yī)學(xué)院校中生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)改革與課程體系優(yōu)化”（川教函〔2014〕156號-350）。

作者：祝元仲，川北醫(yī)學(xué)院影像學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心主任、副教授，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用；何汶靜，川北醫(yī)學(xué)院影像學(xué)院講師，研究方向?yàn)樯镝t(yī)學(xué)工程；魏小琴，川北醫(yī)學(xué)院影像學(xué)院講師，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用（637007）。