韋然 鄭羽 王慧泉 陳瑞娟 陳洪麗 田磊

摘 要：生物醫(yī)學(xué)工程是一個交叉學(xué)科，生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)在生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)課程體系中具有承先啟后的作用。在天津工業(yè)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本科生培養(yǎng)過程中，《生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)》是本專業(yè)非常重視的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程的實驗教學(xué)目前存在硬件實驗資源和學(xué)生實踐能力偏弱的問題，本研究探討改革實驗教學(xué)內(nèi)容，加入設(shè)計人體血壓檢測等模塊，使實驗與生活體驗相結(jié)合，有助于提高學(xué)生對本專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)實際動手能力。

關(guān)鍵詞：生物醫(yī)學(xué)工程；生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)；實驗教學(xué)

生物醫(yī)學(xué)工程是一門交叉學(xué)科，將工程學(xué)與生物、醫(yī)學(xué)緊密結(jié)合，旨在探索生命產(chǎn)生、演化規(guī)律，并利用工程手段解決生物及臨床醫(yī)學(xué)中的關(guān)鍵問題，在疾病的診斷、預(yù)防、治療等方面提供技術(shù)支持和支撐。生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。該課程作為連接生物學(xué)與電子信息科學(xué)的橋梁，綜合運用了電子學(xué)和信息科學(xué)的理論和方法，如生物信息獲取、生物信息分析和生物信息處理等手段，解決生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)中的相關(guān)問題。

天津工業(yè)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)自2012年開設(shè)以來，學(xué)院教師在國內(nèi)各大知名高校進行了廣泛調(diào)研。生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)結(jié)合天津工業(yè)大學(xué)學(xué)校以及電子與信息工程學(xué)院的實際情況和辦學(xué)特色，形成了以培養(yǎng)醫(yī)學(xué)信號檢測及儀器方向高端專業(yè)人才為目標(biāo)，注重多學(xué)科交叉，強調(diào)工程技術(shù)和實踐能力的培養(yǎng)模式。天津工業(yè)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)將生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)開設(shè)在大學(xué)二年級第一學(xué)期。本階段是學(xué)生了解生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的行業(yè)特點，培養(yǎng)基本理論知識的學(xué)習(xí)能力，以及培訓(xùn)工程思維方式等問題的關(guān)鍵時期。

綜合生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)以往該課程教學(xué)工作總結(jié)、后續(xù)專業(yè)課程授課教師的反饋以及畢業(yè)論文的實際情況，我們發(fā)現(xiàn)生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)的開設(shè)能使學(xué)生掌握了生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的專業(yè)特色，具備了一定的生物醫(yī)學(xué)信號檢測的設(shè)計思維。但學(xué)生在理論聯(lián)系實際以及動手能力等方面，還有待提高和改進。

生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程圍繞生物醫(yī)學(xué)信號采集系統(tǒng)的組成和特點，將生理學(xué)、電子信息、信號處理等知識點進行介紹。在常用的人體體表生理信號檢測中，心電圖、肌電圖、脈搏波、血氧飽和度、呼吸、血壓等信號都是本專業(yè)需要重點講解的部分。其中，人體血壓測量是學(xué)生最早體驗過的醫(yī)療器械之一，對該設(shè)備的講解，能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，促進學(xué)生對生物醫(yī)學(xué)信號采集處理過程的認(rèn)識和理解。

目前本課程設(shè)置為45學(xué)時，其中30學(xué)時授課，15學(xué)時實驗。由于生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)實驗是學(xué)生們接觸到的第一門專業(yè)課實驗。因此，在實驗課程設(shè)計方面，需要考慮實驗內(nèi)容如何增強學(xué)生應(yīng)用多學(xué)科知識解決專業(yè)問題的能力，提高學(xué)生的實際動手能力。以往的實驗課程由實驗箱進行獨立的4次實驗，4次獨立實驗的關(guān)聯(lián)性不足。并且，由于實驗箱具有較高的封閉性和整體性，學(xué)生的實驗過程僅需按步驟插線并獲得實驗結(jié)果，因此學(xué)生往往并不能通過15學(xué)時的實驗內(nèi)容達到對教學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生足夠的了解和認(rèn)識。

鑒于以上情況，按照生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)課程建設(shè)規(guī)劃和人才培養(yǎng)模式的特點，綜合以往教學(xué)經(jīng)驗，突出實踐教學(xué)的重要性，我們嘗試將生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)實驗教學(xué)過程中4次獨立實驗內(nèi)容改為一個完整的血壓檢測硬件設(shè)計實驗，并設(shè)計了“理論學(xué)習(xí)-市場調(diào)研-仿真實驗-電路調(diào)試-驗證實驗”的實驗教學(xué)模式，這有效提高了生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本科生對實際問題的調(diào)研、分析和解決的能力。

實驗課程給學(xué)生提供的主要資料和器材包括實驗手冊、PCB板、必要的電路調(diào)試、焊接工具等。學(xué)生每4～6人為一組，需要完成實驗內(nèi)容，并撰寫實驗報告。實驗報告內(nèi)容包括：血壓檢測原理說明、電子血壓計市場調(diào)研、濾波器仿真設(shè)計、硬件電路焊接及調(diào)試、血壓信號波形顯示、實驗成本分析、個人總結(jié)等內(nèi)容。

由于人體生物醫(yī)學(xué)信號具有信號弱、頻率低、安全要求高、易受心理因素干擾、工頻干擾大等特點，因此，在實驗課程設(shè)計方面，選擇了電路結(jié)構(gòu)相對簡單、對各學(xué)科知識點要求相對較高的人體血壓信號進行采集和處理。

人體血壓信號采集的硬件模塊設(shè)計具有很強的實踐性，并且在整個專業(yè)課程中起到承先啟后的作用——既是《基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)》《人體解剖》以及《電路理論》等課程的后續(xù)延展，又是《傳感器與醫(yī)學(xué)工程》《醫(yī)學(xué)電子儀器設(shè)計》《嵌入式系統(tǒng)》等課程的先導(dǎo)基礎(chǔ)。生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)的課程講授及實驗內(nèi)容的設(shè)計，在學(xué)生的專業(yè)興趣培養(yǎng)、職業(yè)規(guī)劃等方面都具有十分重要的意義。

實踐表明，通過改革后課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生對專業(yè)的認(rèn)知程度、對知識的掌握程度和團隊合作意識等方面都得到提升。在今后的生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程教學(xué)中，應(yīng)該繼續(xù)以實踐教學(xué)為主要手段，進一步完善相關(guān)實驗內(nèi)容，改進教育教法。

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作者簡介：

韋然，鄭羽，王慧泉，陳瑞娟，陳洪麗，田磊，天津市，天津工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系。