魏國(guó)輝 閔巍巍 李麗萍

山東中醫(yī)藥大學(xué)智能與信息工程學(xué)院，山東濟(jì)南 250355

2016 年10 月，“健康中國(guó)2030”規(guī)劃綱要由國(guó)務(wù)院發(fā)布實(shí)施，綱要明確指出：“推進(jìn)健康中國(guó)建設(shè)，要堅(jiān)持預(yù)防為主，推行健康文明的生活方式，強(qiáng)化早診斷、早治療、早康復(fù)。”[1]“健康中國(guó)2030”是行動(dòng)綱領(lǐng)，指明了未來(lái)健康中國(guó)的發(fā)展方向。在此綱領(lǐng)的指導(dǎo)下，針對(duì)醫(yī)療衛(wèi)生相關(guān)行業(yè)的工程技術(shù)人才需求，結(jié)合山東中醫(yī)藥大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“我校”）醫(yī)學(xué)院校的實(shí)際情況，生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科研究確立了面向“醫(yī)工融合”的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)[2-3]。

生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)是一門導(dǎo)論性質(zhì)的課程[4]，為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)核心課程的學(xué)習(xí)起到了綜述和引導(dǎo)作用，該課程為新生打開了了解生物醫(yī)學(xué)工程的一扇窗戶，讓同學(xué)們領(lǐng)略到生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的概貌，對(duì)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究有一個(gè)基本認(rèn)知，初步建立生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的概念體系，從而培養(yǎng)了興趣，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。

1 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)教學(xué)改革必要性分析

2016 年，在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上，習(xí)近平總書記提出：“要用好課堂教學(xué)這個(gè)主渠道，提升思想政治教育親和力和針對(duì)性，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)?！盵5]因此，將思政元素融入生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)課程的教學(xué)過(guò)程勢(shì)在必行，讓新生在領(lǐng)會(huì)專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，著重培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力和素養(yǎng)，大力弘揚(yáng)中國(guó)傳統(tǒng)文化和“工匠精神”，培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感，樹立建設(shè)科技強(qiáng)國(guó)的理想與信念。

生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)是融合生物醫(yī)學(xué)和現(xiàn)代工程技術(shù)的新方法、新技術(shù)，是研究運(yùn)用工程技術(shù)手段解決臨床中的實(shí)際問(wèn)題的交叉學(xué)科[6]。醫(yī)學(xué)影像設(shè)備、生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)、智能醫(yī)療儀器、生物力學(xué)、健康大數(shù)據(jù)等將成為“健康中國(guó)2030”發(fā)展的重要領(lǐng)域，而這些都屬于同一個(gè)學(xué)科：生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)研究運(yùn)用自然科學(xué)和現(xiàn)代工程技術(shù)的原理和方法探索人體結(jié)構(gòu)、功能和各種生命現(xiàn)象，服務(wù)于醫(yī)學(xué)臨床決策。因此，生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)專業(yè)教育的研究與改革對(duì)我國(guó)衛(wèi)生與健康領(lǐng)域的發(fā)展至關(guān)重要。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)是導(dǎo)論性質(zhì)的課程。作為新入學(xué)的沒(méi)有任何專業(yè)基礎(chǔ)的學(xué)生認(rèn)識(shí)該專業(yè)的先導(dǎo)課程，生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的理論性太強(qiáng)，理解起來(lái)太抽象，現(xiàn)存主要問(wèn)題如下：

1.1 導(dǎo)論課程性質(zhì)問(wèn)題

生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)是對(duì)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的綜合介紹，每一章都是生物醫(yī)學(xué)工程的一個(gè)學(xué)科的濃縮，在短短兩節(jié)課的時(shí)間里將一個(gè)學(xué)科的面貌展現(xiàn)在學(xué)生面前是非常困難的，而且課程的理論性太強(qiáng)，課程內(nèi)容難理解，要求學(xué)生具有較高的獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力，但是剛?cè)雽W(xué)的新生面臨學(xué)習(xí)角色的轉(zhuǎn)換、學(xué)習(xí)目標(biāo)的迷茫等問(wèn)題，容易損傷學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，導(dǎo)致教學(xué)效果不好。

1.2 課程性質(zhì)引起的教學(xué)方法問(wèn)題

生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)是綜述性的導(dǎo)論課程，教學(xué)模式老舊，由于該課程的理論性太強(qiáng)，現(xiàn)有授課方式主要是填鴨式的理論授課，授課內(nèi)容寬泛，理論深度不夠，這導(dǎo)致了很多學(xué)生被動(dòng)接受老師的授課，而沒(méi)有調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，導(dǎo)致授課效果不佳。

1.3 教學(xué)效果評(píng)價(jià)問(wèn)題

生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)作為工科專業(yè)強(qiáng)調(diào)應(yīng)用性和實(shí)踐性，生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)課程的導(dǎo)引性和指導(dǎo)性特征使得普通工科專業(yè)課程教學(xué)效果的通用評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系并不適用于評(píng)價(jià)該課程。

2 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)教學(xué)改革方案

當(dāng)前大部分高校的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)授課主要以理論授課為主，山東中醫(yī)藥大學(xué)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)在根據(jù)該課程的特點(diǎn)研究制訂了基于醫(yī)工融合的案例教學(xué)法授課模式[7-8]。在理論講述的同時(shí)，穿插案例，將復(fù)雜枯燥對(duì)于新生來(lái)說(shuō)不易理解的專業(yè)知識(shí)，通過(guò)案例形象地展現(xiàn)給學(xué)生。在2018 年度中華醫(yī)學(xué)會(huì)醫(yī)學(xué)教育研究課題的支持下，團(tuán)隊(duì)結(jié)合自身科研及文獻(xiàn)研究，進(jìn)行案例開發(fā)，教學(xué)改革實(shí)踐。從教學(xué)方法上，研究基于問(wèn)題的啟發(fā)式教學(xué)[9]。啟發(fā)式教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的培養(yǎng)。針對(duì)每一次理論授課，設(shè)計(jì)具體的問(wèn)題供學(xué)生思考和討論，引導(dǎo)學(xué)生自主的查閱、搜集資料解決問(wèn)題，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。因此，生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)教學(xué)改革主要?jiǎng)澐譃椋喊咐浇虒W(xué)設(shè)計(jì)、個(gè)性化教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)評(píng)價(jià)。

2.1 案例式教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1.1 課程思政案例式教學(xué)設(shè)計(jì) 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期積極主動(dòng)開展思政教育融入的教學(xué)探索，不斷深入挖掘?qū)д撜n程的不同知識(shí)單元的課程思政元素，尋找不同知識(shí)單元與思政元素的銜接點(diǎn)，建立專業(yè)課與思政課的無(wú)縫連接[10-11]。經(jīng)過(guò)教學(xué)團(tuán)隊(duì)3 年的不懈努力，生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的課程思政建設(shè)工作取得初步成果，課程思政建設(shè)不斷強(qiáng)化課程的育人功能，推進(jìn)智育和德育的協(xié)同作用，從而培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新性人才。

生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的每一章就是一門生物醫(yī)學(xué)工程的專業(yè)課程。每一章的講解，首先要介紹該專業(yè)的發(fā)展歷史。每個(gè)專業(yè)的發(fā)展歷史都包含了幾代科學(xué)工作者的努力，可以借此弘揚(yáng)科學(xué)家精神，強(qiáng)調(diào)了嚴(yán)謹(jǐn)、嚴(yán)肅、嚴(yán)格、嚴(yán)密作風(fēng)的重要性，培養(yǎng)克服困難、努力攀登、持之以恒的毅力和勇氣，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的學(xué)術(shù)精神。專業(yè)發(fā)展歷史也包含了我國(guó)科學(xué)家的研究貢獻(xiàn)，可以借此展示我國(guó)科學(xué)家的愛國(guó)情懷及建設(shè)社會(huì)主義的歷史使命，激發(fā)學(xué)生的愛國(guó)情懷，培養(yǎng)胸懷祖國(guó)、服務(wù)人民的愛國(guó)主義精神和勇攀高峰、敢為人先的承擔(dān)創(chuàng)新探索精神。

比如生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)中的光譜技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用章節(jié)，可以重點(diǎn)介紹學(xué)校承擔(dān)的國(guó)家“973”項(xiàng)目“中藥藥性理論相關(guān)基礎(chǔ)問(wèn)題研究”，該課題獲得2019 年國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)，激發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)?？蒲械淖院栏校B(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科研精神[12]。1 個(gè)973 課題通常劃分為若干子課題，由多位專家共同完成，啟發(fā)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作和科研協(xié)作精神；通過(guò)光譜技術(shù)可以提取中藥的成分信息，培養(yǎng)學(xué)生探索中醫(yī)藥未知的好奇心和對(duì)教授永攀科研高峰的仰慕之心；直到現(xiàn)在科學(xué)家仍在研究該課題，并延伸出若干國(guó)家級(jí)或省部級(jí)小課題，培養(yǎng)學(xué)生克服困難、持之以恒的科學(xué)研究信念。

2.1.2 生物力學(xué)案例式教學(xué)設(shè)計(jì) 生物力學(xué)研究生物體中的力學(xué)問(wèn)題，隸屬于生物物理學(xué)科，是應(yīng)用力學(xué)原理和方法進(jìn)行定量研究的科學(xué)，是研究力與生物體運(yùn)動(dòng)、生理、病理之間關(guān)系的學(xué)科。課題組結(jié)合自身研究成果，開發(fā)出中醫(yī)正骨手法評(píng)價(jià)教學(xué)案例，用以形象的介紹骨的力學(xué)性質(zhì)[13]。該中醫(yī)正骨手法評(píng)價(jià)系統(tǒng)可以利用無(wú)線傳感器采集專家手法操作過(guò)程中骨折斷端復(fù)位的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，描述復(fù)位過(guò)程的運(yùn)動(dòng)軌跡，提取手法操作的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，以專家正骨操作數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)，建立正骨手法標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)曲線，實(shí)現(xiàn)醫(yī)生正骨手法的客觀科學(xué)的量化評(píng)價(jià)，并藉此探討手法操作的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。利用有限元模型，探討正骨復(fù)位過(guò)程的力學(xué)效應(yīng)。

2.1.3 生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)案例式教學(xué)設(shè)計(jì) 生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)是運(yùn)用光子學(xué)的理論和方法研究生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的科學(xué)問(wèn)題。課題組結(jié)合自身研究成果，開發(fā)出基于紫外-紅外光譜的中藥寒熱藥性識(shí)別教學(xué)案例，用以形象的介紹紫外紅外光譜在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用以及中藥寒熱藥性的智能辨識(shí)。國(guó)家“973”項(xiàng)目“中藥藥性理論相關(guān)基礎(chǔ)問(wèn)題研究”提出“性-效-物質(zhì)三元論”假說(shuō)，指出產(chǎn)生藥性的基礎(chǔ)是中藥物質(zhì)成分[14-16]。中藥紫外紅外指紋圖譜技術(shù)則可以提取中藥藥物內(nèi)復(fù)雜物質(zhì)群中的多種化學(xué)成分特性。中藥指紋圖譜已經(jīng)在中藥材真?zhèn)舞b別、質(zhì)量評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行了大量的研究。

2.1.4 醫(yī)學(xué)影像技術(shù)案例式教學(xué)設(shè)計(jì) 醫(yī)學(xué)影像技術(shù)分為醫(yī)學(xué)影像成像原理和醫(yī)學(xué)圖像后處理。前者指醫(yī)學(xué)影像學(xué)圖像的成像過(guò)程；后者指醫(yī)學(xué)影像的后處理過(guò)程。在介紹醫(yī)學(xué)圖像處理時(shí)，團(tuán)隊(duì)將最新的科研成果“基于醫(yī)學(xué)圖像檢索的肺結(jié)節(jié)診斷研究”形成案例進(jìn)行教學(xué)。醫(yī)學(xué)圖像檢索技術(shù)可以完成兩方面的功能：一方面可以輔助疑似肺結(jié)節(jié)的良惡性診斷；另一方面可以輔助尋找和疑似肺結(jié)節(jié)類似的診斷案例供醫(yī)生診斷參考。案例的講解能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣[17]。醫(yī)學(xué)圖像檢索后，疑似肺腫瘤檢索出若干相似的案例[18-19]。

2.2 個(gè)性化教學(xué)設(shè)計(jì)

個(gè)性化教學(xué)是以學(xué)生個(gè)性為中心的教學(xué)方法。個(gè)性化教學(xué)要求因材施教，提倡教育特色化，發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。從教學(xué)方法上，啟發(fā)式教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的培養(yǎng)。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)個(gè)性化教學(xué)研究基于問(wèn)題的啟發(fā)式教學(xué)[20]。針對(duì)每一次理論授課，設(shè)計(jì)具體的問(wèn)題供學(xué)生思考和討論，引導(dǎo)學(xué)生自主的查閱、搜集資料解決問(wèn)題，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。比如在生物力學(xué)案例教學(xué)中，可以讓學(xué)生思考：如何進(jìn)行骨骼的三維建模，該案例中的應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系如何體現(xiàn)？學(xué)生可以在課下查閱資料，進(jìn)行模擬仿真學(xué)習(xí)。在生物醫(yī)學(xué)信號(hào)案例教學(xué)中，可以讓學(xué)生思考：中醫(yī)脈診信號(hào)如何獲取，脈診信號(hào)的辨證分型如何定義？個(gè)性化教學(xué)可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲，達(dá)到較好的教學(xué)效果。

2.3 教學(xué)評(píng)價(jià)

生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)課程教學(xué)實(shí)踐部分主要包括理論教學(xué)和案例教學(xué)，在理論教學(xué)完成后，銜接案例教學(xué)。案例教學(xué)可以將枯燥的理論形象的展現(xiàn)在學(xué)生面前。以科研反哺教學(xué)，將最新的科研成果介紹給學(xué)生，更能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

為了客觀地評(píng)價(jià)本教學(xué)團(tuán)隊(duì)關(guān)于生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的教學(xué)改革效果，尤其是案例式教學(xué)的成效，評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，需要建立一套科學(xué)的教學(xué)改革效果評(píng)價(jià)體系[21]。筆者所在團(tuán)隊(duì)將教學(xué)效果評(píng)價(jià)分為兩部分：案例式教學(xué)評(píng)價(jià)、個(gè)性化教學(xué)評(píng)價(jià)。具體衡量學(xué)生的預(yù)期教學(xué)效果評(píng)價(jià)詳述如下：

2.3.1 案例式教學(xué)評(píng)價(jià) 教學(xué)評(píng)價(jià)是指在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中由學(xué)生對(duì)授課內(nèi)容及方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，以提高學(xué)生的課堂參與度和思考能力，并及時(shí)獲取學(xué)生關(guān)于教學(xué)效果的反饋信息，以改進(jìn)教師的教學(xué)方法[22-23]。本評(píng)價(jià)采用問(wèn)卷星形式的情景式選擇題進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)案例式教學(xué)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)選擇題，由學(xué)生進(jìn)行情景評(píng)價(jià)。本評(píng)價(jià)也可以通過(guò)召開生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)導(dǎo)論教學(xué)座談會(huì)，邀請(qǐng)學(xué)生參加，針對(duì)相關(guān)的案例提出意見及建議。從反饋的意見來(lái)看，能夠帶動(dòng)學(xué)生積極性，評(píng)價(jià)較高。

2.3.2 個(gè)性化教學(xué)評(píng)價(jià) 每一個(gè)主題授課完成后，由授課教師為學(xué)生布置作業(yè)思考題，并要求小組制作PPT在講臺(tái)上向全體同學(xué)展示作業(yè)完成情況。課堂講述包括學(xué)生的思考、作業(yè)的完成過(guò)程及作業(yè)答案等，以便綜合評(píng)價(jià)學(xué)生的表達(dá)能力、創(chuàng)新思維、研究能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等個(gè)性化能力[24]。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)醫(yī)療衛(wèi)生相關(guān)行業(yè)的工程技術(shù)人才需求，結(jié)合我校醫(yī)學(xué)院校的實(shí)際情況，生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)確立了“醫(yī)工融合”的生物醫(yī)學(xué)工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)。創(chuàng)新“醫(yī)工融合”式的教學(xué)體系的基礎(chǔ)是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)課程的教學(xué)改革，其中導(dǎo)論課程生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的教學(xué)改革對(duì)于引導(dǎo)學(xué)生了解專業(yè)概貌，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣具有重要作用[5]。本課題的研究就是在這樣的背景下提出的。

本教學(xué)改革方案的研究能夠創(chuàng)新醫(yī)工融合的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的人才培養(yǎng)模式，通過(guò)生動(dòng)的案例增強(qiáng)新生對(duì)所學(xué)專業(yè)的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)新生的學(xué)習(xí)興趣；啟發(fā)式教學(xué)又能兼顧學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)的需要，從而促進(jìn)醫(yī)教協(xié)同的醫(yī)學(xué)教育改革與發(fā)展[25]。

本教學(xué)改革方案深刻領(lǐng)會(huì)國(guó)家醫(yī)教協(xié)同推動(dòng)醫(yī)學(xué)教育改革發(fā)展的精神，同時(shí)貼合國(guó)家人工智能發(fā)展計(jì)劃，緊跟當(dāng)前“人工智能+醫(yī)療”的熱潮，通過(guò)本課題的研究可以推動(dòng)人工智能在醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用和發(fā)展。