劉玉紅 陳濤 楊勇

摘? 要：針對傳統(tǒng)的教學模式主要以講授學科知識為核心，教學過程缺乏對學生獨立思考和創(chuàng)新性能力的培養(yǎng)，文章提出“以學生為中心”的基于項目式的課程教學模式，包括探究式教學、擴展型教學和以學科競賽、科研項目帶動的教學模式，并在生物醫(yī)學工程專業(yè)學生的教學過程中進行實踐，取得了較好的效果，進一步為促進課堂教學研究從單純的知識講授向能力培養(yǎng)的方向轉(zhuǎn)變和提高學生的綜合能力奠定了基礎。

關(guān)鍵詞：項目式;創(chuàng)新能力;實踐教學;生物醫(yī)學工程

中圖分類號：G640 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）06-0084-05

Abstract： Traditional practice teaching mainly focuses on the teaching of subject knowledge， thus， the practice process lacks independent thinking and innovation. This paper puts forward "student-centered" teaching modes based on project practice， which are inquiry-based teaching mode， extended teaching mode and teaching mode driven by academic competition and scientific research projects. They have also been applied in the teaching of biomedical engineering and also achieved good results. It is the foundation for promoting the transformation of teaching research from simple knowledge teaching to ability training and improving the comprehensive ability of students.

Keywords： project; innovation ability; practical teaching; biomedical engineering

引言

高等院校擔負著培養(yǎng)高素質(zhì)、高水平的應用型人才的任務，如何有效地設計教學模式，讓學生能主動積極參與到課程設計，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和實踐動手能力的學生，是教學改革中的重要內(nèi)容。教學是基于學科理論形成過程和教師學生互動為特征的環(huán)節(jié)。而傳統(tǒng)的教學過程僅限于學科理論講授，學生僅為被動接受者，教學過程缺乏對學生獨立思考和創(chuàng)新性能力的培養(yǎng)，嚴重制約了學生的實踐能力和創(chuàng)新能力[1-3]。本文提出“以學生為中心”的基于項目式的課程教學模式，采用探究式教學、開放式教學以及以學科競賽、科研項目為導向的教學體系，并在生物醫(yī)學工程專業(yè)專業(yè)課中實行，使得教學內(nèi)容服務于學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，有利于培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和實踐能力，并從一定程度上促進教學的改革[4]。

生物醫(yī)學工程是一門交叉性的綜合性學科，涉及到工學、理學和醫(yī)學等學科。中國的生物醫(yī)學工程專業(yè)開始于20世紀70年代末，經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展，目前已經(jīng)有近百所高校和科研院所開設該專業(yè)的?？啤⒈究坪脱芯可逃?。交叉學科的專業(yè)特點是學習內(nèi)容多，涉及面廣。我校是一所以醫(yī)學為主的高等醫(yī)科院校，于2013年開設生物醫(yī)學工程專業(yè)，目的在于依托學校豐富的醫(yī)學資源來培養(yǎng)醫(yī)學和工程學相結(jié)合的復合型人才。因此，辦學經(jīng)驗還不成熟，還屬于“摸著石頭過河”的階段。雖然畢業(yè)生就業(yè)率達98%，但通過回訪發(fā)現(xiàn)，學生自身感覺動手能力有所欠缺，對問題缺乏分析的整體觀，走到實習崗位發(fā)現(xiàn)學校的東西很難滿足現(xiàn)實需求。這些問題從一定程度上反映出學生學習過程中以及教師教學工作中可能存在的問題，一方面由于該專業(yè)涉及的科目較多，內(nèi)容也較為抽象，學生很難將理論的知識與實踐應用相結(jié)合;另一方面存在課堂教學觀念落后，教學內(nèi)容及形式陳舊，教學方法單一等問題。我們從2015級開始采取以項目為導向的一系列教學改革措施，首先在生物醫(yī)學傳感技術(shù)課程中進行實踐教學。

一、基于項目式的探究型教學

生物醫(yī)學專業(yè)基礎課內(nèi)容抽象，設計到較多的理論知識，而學生往往感到學習的內(nèi)容枯燥、乏味，有一定難度，影響了學習的進度以及效果。而在專業(yè)課中，該學科的實踐性和應用性較強，學生很難從理論的學科知識轉(zhuǎn)換到實踐階段，導致越學越吃力。因此，在課程設置中需要教師有清晰的教學框架，使學生首先明確所學內(nèi)容的整體框架，將重點部分分解為理論與應用兩個部分，注重基礎理論知識與實踐相結(jié)合的方式作為教學的前提。

因此，本文所提出的基于項目式的探究式教學主要以引導的方式對基礎知識點進行講解，使學生更好地掌握學科基礎知識，引導學生過渡到實際的應用階段。在整個教學過程中，教師作為引導者和幫助者，根據(jù)教學目標，選擇典型的教學內(nèi)容，把握內(nèi)容的總體，將理論知識與實踐相結(jié)合，并以學生為主體，帶領(lǐng)學生完成整個教學，從而掌握學科基本知識，使學生提高自己學習的能力。探究式教學的基本框架如表1所示。

結(jié)合生物醫(yī)學工程專業(yè)基礎課《生物醫(yī)學傳感技術(shù)》課程，基于項目式的探究型教學開展的實施步驟：

（一）設計項目

《生物醫(yī)學傳感技術(shù)》課程中關(guān)于壓力式傳感器的教學實踐活動，需要學生掌握壓力式傳感器的基本原理和性能、基本測量電路及設計和調(diào)試等技能，并探討壓力式傳感器的應用。

在本章教學過程中，采用啟發(fā)式的教學方式，師生共同實施一個或者多個項目進行教學活動。教師首先展示真實情景下利用血壓計測量人體血壓的圖片和視頻，課堂現(xiàn)場利用血壓計測量血壓;其次，引導學生討論血壓計的構(gòu)成、功能等情況;接著對血壓計組成進行細分;最后，介紹本節(jié)重點內(nèi)容壓力傳感器的基本原理和性質(zhì)以及其他應用。從實際情況分析，讓學生感受到學習的實用性，從而進一步激發(fā)他們學習的積極性，以“實際問題-基本理論-具體方法-其他應用”為主線，從特殊到一般，整個過程中以理論知識和原理的輸出為線索來進行，使得理論和實踐相互結(jié)合，類似于項目實施中的總體規(guī)劃部分。

（二）討論，分工協(xié)作

這部分內(nèi)容主要以調(diào)動學生積極性為核心，總體規(guī)劃部分由老師介紹完后，按討論主題將學生進行分組，在實施過程中需要根據(jù)學生的表現(xiàn)不斷調(diào)整教學項目并制定切實可行的方法，思考如何來激發(fā)學生的積極性，例如一開始就讓學生明確教學內(nèi)容，提示學生通過多種途徑來介紹壓力式傳感器：原理、技術(shù)指標、測量電路以及應用。每個小組可選擇其中某方向開展工作，小組內(nèi)的分工由學生自行協(xié)調(diào)，可按照負責資料收集、信息整合、成果展示等進行分工。與傳統(tǒng)的其他教學方法相比，教師在整個教學過程中是作為學生學習的協(xié)作者，學生也能從中充分發(fā)揮主觀能動性，積極查找資料，進一步培養(yǎng)了學生的處理能力，并提高了學生的參與度，能夠使學生在學習過程中保持學習的熱情，最終培養(yǎng)學生的自主學習能力，保證教學的擴展性。

（三）實施過程

每組同學可通過所選擇的課題來制定詳細的計劃，并確定所研究的主要內(nèi)容，可與老師交流，考慮研究內(nèi)容所涉及到的細節(jié)：傳感器的工作環(huán)境、受限范圍、應用場景，可加入相關(guān)的專業(yè)文獻來論證自己所提出的觀點。也可展示查閱相關(guān)資料的途徑：圖書館資源、網(wǎng)絡資源等，并進一步通過查閱資料來預測該傳感器的發(fā)展方向。整個課題的實施過程中，幫助學生加深對學習目標和內(nèi)容的理解，學生也可以從不同的角度發(fā)現(xiàn)問題并進一步獨立思考如何解決問題。

（四）成果展示

各小組通過資料收集及整合分類形成本組的資料框架，并在課堂中進行展示，此環(huán)節(jié)主要給學生提供互相學習的機會以及提高學生的表達能力。在這個過程中，教師需要提前對該組所談論的內(nèi)容進行審核和修改，使學生對自己所學知識更加了解，充分調(diào)動了學生的參與度和積極性。

從整個課程管理來看，基于探究式的教學方法需要教師很好地將理論與實際應用相結(jié)合，使得枯燥無趣的理論知識變得活靈活現(xiàn)，調(diào)動了學生的積極性。另一方面，基于探究式的教學方式改變了傳統(tǒng)的以教師為中心的授課方式。與傳統(tǒng)式的學習方法相比有自身的特點：教師的教學方法進一步拓寬，使得以單向傳播變?yōu)闇贤ń涣?，更有利于教師學生雙向之間的交流;以傳授知識為主變?yōu)橐耘囵B(yǎng)學生的創(chuàng)新和實踐能力為主，使得學生發(fā)揮了主觀能動性，加深了對基礎知識的理解并鍛煉了自學能力。與傳統(tǒng)的教學方法相比，它能夠更好地激發(fā)學生的學習興趣，充分體現(xiàn)了以學生為本的教學理念。

二、擴展型實踐教學

傳統(tǒng)教育模式下的學生實踐活動大多屬于書本式教學，學生處于被動學習狀態(tài)，從而缺乏主動性和創(chuàng)造性。這不僅削弱了學生的興趣，而且影響學生主觀能動性的發(fā)揮。當學生投身到工作之后，在項目實施中所遇到的問題是錯綜復雜，需要自己探索解決方案，因此對學生的實踐能力以及今后工作中所需能力的培養(yǎng)還需要進一步加強。據(jù)統(tǒng)計，生物醫(yī)學工程專業(yè)中，實驗課程的比例僅僅為理論課程的15%左右[5]。受到學時、環(huán)境以及學生個體差異等因素影響，僅開設大綱所規(guī)定的項目，很難滿足社會所需要的實用型人才。因此，對部分學有余力的學生提出更高的要求，課外對其開展擴展型的實踐教學。學生通過自主聯(lián)合實施一個或多個實驗進行實踐活動。

擴展型實踐主要基于學生已學知識，引入新的知識點，在項目實施之前學生明確實驗目的，查閱相關(guān)文獻或資料來解決實驗的關(guān)鍵問題，并自主設計實驗步驟以及過程，形成初步的實驗方案。主要包括以改進實驗方案為導向的擴展性實驗（以開放性實驗為例），以解決實際問題為導向的擴展性實驗等（以創(chuàng)新性實驗為例）。整個過程中，教師的作用是對學生的實驗方案進行評估和把控，學生則完成從發(fā)現(xiàn)問題到解決問題的整個過程。

（一）開放性的擴展性實驗

開放式實驗是以學生為主，開放實驗室時間，開放實驗室儀器，使得學生能在時間和空間上自由選擇學習和實驗，是對必修課實驗的有效補充。這種自主學習的模式不要求教師對實驗進行詳細指導。主要由學生根據(jù)所學的內(nèi)容，進行探索和嘗試，利用現(xiàn)有的實驗室設備獨立完成擴展性的實驗。

在生物醫(yī)學傳感技術(shù)這門課中，大綱要求學生掌握應變片單臂特性實驗，學生在課堂內(nèi)能根據(jù)所學知識很好完成實驗。但對半橋、全橋特性沒有做要求，因此，在開放性實驗中，學生可在單臂特性的基礎上，搭建半橋和全橋電路，并在此基礎上比較單臂、半橋、全橋輸出時的特性，得出相應的結(jié)論。對于學習能力強的同學，可利用全橋電路來搭建電子秤并進行測量，使得理論知識進一步應用于實際場景。

另一方面，建立實驗教學開放制度為本專業(yè)學生使用，實驗室實行預約方式，學生可在線填寫實驗室預約申請表，實驗室教師根據(jù)實驗任務以及人數(shù)，確定實驗室開放的時間，使學生有較多的自由時間來安排實驗和進行實驗，滿足不同層次的學生需求，提高了學生學習的主動性，并延伸了課外學習的能力。

（二）創(chuàng)新性的擴展性實驗

作為一種基于項目式的學習模式，創(chuàng)新性實驗最主要的特征是以學生的內(nèi)驅(qū)力和成就感作為驅(qū)動，基于原有的知識經(jīng)驗體系以及現(xiàn)有的任務，依托各類國家級、省級、校級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類項目和科技競賽的方式[6-7]。在整個實踐過程中，可以有效促進學生創(chuàng)新性能力的培養(yǎng)，從一定程度上來看，是對教師教學方式的有效補充，使得教與學相互促進，所學的知識能得到更廣泛的應用，極大提升了學生的創(chuàng)新能力以及動手能力。

創(chuàng)新性實驗主要結(jié)合學生的興趣，學生自主選題，與指導教師協(xié)商課題的難易程度和可行性，以確保選題能具有一定的科學意義和可操作性。其次，合理組合項目團隊成員，以專業(yè)結(jié)構(gòu)為選擇基準，團隊成員分工明確并要具備一定的協(xié)作精神。項目負責人一般選擇大三年級或者大四年級學生，具有一定的項目實施經(jīng)驗，團隊成員可選擇大二或者大三的學生，盡量保證老帶新的承接性分布。

創(chuàng)新性實驗的實施主要是培養(yǎng)學生的科研興趣，學生根據(jù)團隊情況，從課題選擇、實驗設計、測試完成、數(shù)據(jù)分析等環(huán)節(jié)都要有合理分配，每個步驟都是層層激發(fā)學生們的興趣，培養(yǎng)團隊合作精神，增強學生的創(chuàng)新意識和動手能力。經(jīng)過創(chuàng)新性實驗的鍛煉，培養(yǎng)出的負責人可以成為學生自主學習的帶頭人，推動學生自主組織課外活動，提高學生的綜合能力。近幾年，本團隊指導本科生獲得4項省級、校級的創(chuàng)新性項目資助，并都順利結(jié)題，后續(xù)我們還將進一步推行創(chuàng)新性實驗的個性化的培養(yǎng)，完善實驗室的管理制度，充分發(fā)揮大學生在創(chuàng)新性實驗中的能力培養(yǎng)。

三、以學科競賽、科研項目為導向的教學

基于學科競賽和科研項目的教學目的主要是對學生的綜合能力的培養(yǎng)[8-9]。以學科競賽以及科研項目推動教學改革，在提高教學質(zhì)量的同時培養(yǎng)學生的綜合能力，還可將部分的科研項目和競賽內(nèi)容孵化為可操作性的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐活動。

（一）以學科競賽的實踐教學

近年來，中國大學生計算機設計大賽、全國大學生生物醫(yī)學工程創(chuàng)新設計競賽、電子設計大賽等各種競賽活動以及國家和省級的大學生創(chuàng)業(yè)計劃等都為學生的實踐能力提供了很好的條件和機會。為了使更多的學生參與到此類競賽中，結(jié)合本校生物醫(yī)學工程專業(yè)學生情況，學生在大二階段可以根據(jù)興趣愛好組隊參加不同類別的競賽，教師組織學生定期對相關(guān)的知識點進行討論學習、交流心得，以各種形式來激發(fā)學生的學習興趣。這種以興趣小組的方式組織學生參加校級或院級的學科競賽，加深了學生對前沿技術(shù)領(lǐng)域的認識，對提高學生的動手能力，積累經(jīng)驗，并為高層次的競賽提供了幫助。

近三年來，本專業(yè)在團隊老師的教育教學工作中，通過學科競賽的方式指導學生獲得國家級別獎勵7項，省級項目4項，校級項目2項，以學科競賽的實踐教學加快了本專業(yè)教學創(chuàng)新與改革，提高了學生工程實踐的能力，目前本專業(yè)有兩屆畢業(yè)生，通過對參賽畢業(yè)生的追蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這些學生畢業(yè)后大部分繼續(xù)深造或者進入企業(yè)研發(fā)部，并且有很好的發(fā)展前景，得到用人單位的肯定。

（二）以科研項目的實踐教學

大學生投身社會后，在工作中會遇到很多問題，而這些問題并沒有現(xiàn)成的解決方案，需要自己摸索方法。傳統(tǒng)的教學方式使學生在這方面的能力得不到鍛煉，而學生需要一個完整的實踐經(jīng)歷，從發(fā)現(xiàn)問題，解決問題到優(yōu)化方案都應有了解。而現(xiàn)有的實踐教學方式并不能滿足此要求，因此，提出以科研項目為主線的訓練模式，此方式更加能發(fā)揮學生的主動性，并可進一步提高學生的綜合能力，包括分析和解決問題能力，協(xié)作能力等[10-11]?？蒲许椖颗c前述的實踐不同，并非程序化的教學方法。以科研為主導的實踐教學在實施過程中具有多樣性，屬于創(chuàng)新性很強的項目，對學生的要求相對比較高，需要學生綜合應用所學的知識和自身能力，還需要學生具備知識遷移的能力。在整個實施過程中，對教師和學生雙方面都具有一定挑戰(zhàn)，教師需要根據(jù)學生的能力以及個人發(fā)展，選取優(yōu)秀的學生作為科研項目的參與者，同時要保證科研項目的進度。科研項目不同于學科競賽，它更加具有科學性和系統(tǒng)性，而本科階段的大學生們尚未具備獨立承擔科研項目的能力。而讓學生參與科研項目的主要目的是為了讓他們了解課題實施的過程以及需要儲備的知識和能力，感受如何從總體上把握科研項目的進展。

在參與科研項目的過程中，主要是以教師作為主導，教師根據(jù)難易程度將項目劃分為子項目分給學生負責，而學生方面主要以問題為導向，在教師或者老生的指導下，獨立完成單個模塊的任務。在項目實施的過程中，學生可以獲得更大的學習空間，并進一步激發(fā)學生的學習興趣，鍛煉學生的思維方式和動手能力。團隊建設主要采取老生帶新生，隨時間推移，不斷引入低年級學生，使研究團隊保持平衡運作，學生專業(yè)技能得以傳承，新同學實踐創(chuàng)新能力得到快速提升。目前，本專業(yè)本科學生在國內(nèi)外期刊上發(fā)表論文5篇，發(fā)明專利2項。

以科研項目為主的實踐教學方式實現(xiàn)了全面提高大學生的創(chuàng)新能力和就業(yè)率，學生根據(jù)實際的科研項目進行自主的創(chuàng)新學習活動，轉(zhuǎn)變了教師和學生之間的關(guān)系，使得教師和學生共同從事和解決復雜的科研問題，帶動了學生學習的積極性，學生也能在項目中獲得成就感。

四、結(jié)束語

培養(yǎng)創(chuàng)新性人才是社會發(fā)展的需求，更是當前高等教育的責任，如何在學習基本理論和專業(yè)知識的基礎上，進一步提高學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，是需要深入研究的話題。本著“理論用于實踐，枯燥變?yōu)槿の丁钡慕虒W模式，本文結(jié)合生物醫(yī)學專業(yè)的特點和實際情況，提出基于項目實踐的探究式教學、擴展型教學和以學科競賽、科研項目為導向的教學模式，對教學的方式進行積極探索，從一定程度上提高了學生的自主學習能力、實踐動手能力和綜合分析能力。

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