生物醫學工程專業微機原理課程教學改革與實踐

馬千里 樂洋 胡棟 王俊 胡曉飛

摘要：微機原理是一門實踐性很強的課程，為提升實驗教學的效果，體現專業特色，結合特色專業與生物醫學工程集成創新實驗平臺的建設，我們重點對微機原理課程的實驗教學進行了改革，將基礎實驗融入理論課學習過程中，加強綜合性專業特色實驗。在實驗設計中注意與其他專業課程的前后銜接，并配以相關的開放實驗，形成課內課外的綜合實驗體系。實踐證明，實驗教學改革大大改善了教學效果，提升了學生的創新實驗能力，滿足行業發展對應用型人才的需求。

關鍵詞：生物醫學工程；微機原理；實驗教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）50-0087-02

生物醫學工程主要運用工程技術手段，研究和解決生物學、醫學中的有關問題，涉及生物材料、人工器官、醫學儀器設計、生物醫學信號處理方法、醫學成像和圖像處理方法等，在疾病的預防、診斷、治療、康復等方面發揮著巨大的作用。南京郵電大學生物醫學工程專業是近年來新發展的專業方向，在學校構建以“大信息”為主干的學科專業體系的背景下，基于信號與信息處理強勢學科的支撐，通過專業課程教學改革，構建專業集成創新實驗平臺，凝練專業特點與優勢，是提高學生專業素養，培養創新型人才，增強競爭優勢的重要手段。

現代電子醫療儀器很大一部分采用了基于微機的虛擬儀器設計方法，因此微機原理課程在電子信息類生物醫學工程專業的本科教育課程體系中占據著舉足輕重的位置。微機原理是一門實踐性很強的課程，實驗是教學的重要環節。為提升實驗教學的效果，體現專業特色，結合特色專業與生物醫學工程集成創新實驗平臺的建設，我們重點對微機原理課程的實驗教學進行了改革，將基礎實驗融入理論課學習過程中，加強綜合性專業特色實驗。在實驗設計中注意與其他專業課程的前后銜接，并配以相關的開放實驗，形成課內課外的綜合實驗體系，以達到同時提升理論基礎與實踐能力學習的效果。

一、微機原理課程與生物醫學工程

微機原理課程知識點多、實踐性綜合性強。課程的目的和任務在于使學生能夠較全面深入地了解計算機系統的組成和16/32位微機系統的原理；能夠掌握匯編語言程序設計的基本方法以及微機接口的基本原理。需要配備豐富的實驗內容，通過理論與實踐教學的有機結合，使學生從理論到實踐，再從實踐到理論的認知過程中獲得知識、增強能力。結合生物醫學工程專業的特點，我們將微機原理課程的教學總體目標設定為掌握基于微機的虛擬醫學儀器的設計方法。

一般電子專業的微機原理教學會配置與理論課時相當的獨立實驗課程，而由于生物醫學工程專業屬于交叉學科，專業課程多，總體課時的限制造成微機原理課程的實驗課時配置較少，相應的實驗內容也較為簡單，綜合性不強；另一方面，實驗的設計也是沿襲傳統微機原理實驗的方式，沒有很好地體現生物醫學工程專業的特色，很難達到原定的課程教學目標。

二、課程教學改革

針對以上問題，我們主要針對生物醫學工程專業的微機原理課程實驗教學體系進行了系統性的改革，包括課內實驗、專業實驗教學體系以及開放實驗體系均進行了重新規劃與設計。

1.課內實驗改革。針對實驗課時較少，以及理論教學與實驗脫節的問題，我們通過將教學場所從教室改到實驗室，在每次理論課教學中都加入了短時間的隨堂上機實驗，針對該次教學的理論內容設計實驗，將實驗融入到理論課程中。微機原理的理論內容較為枯燥，單純地講述和教師演示的方法不能給學生留下很深的印象，而通過隨堂實驗的實際操作，學生可以更深刻地理解剛學習的理論知識，并且可以很大地提高學習的興趣。

另一方面，通過隨堂實驗，學生在理論課中得到了基本的實驗訓練，掌握了基本的編程技能，在專門的實驗課時中，我們即可設計一些綜合性的有專業特色的實驗內容，如心電信號采集系統的設計實驗。該實驗利用了實驗室已有的微機原理實驗箱，以及為《生物醫學傳感器》和《醫學儀器原理》課程配置的醫學電子教學綜合實驗箱，實驗內容綜合了匯編語言程序設計、A/D數據采集以及串口通信等課程知識點，利用隨堂實驗完成的軟硬件功能模塊，綜合設計實現了一個簡單但相對完整的基于微機的虛擬醫學儀器，很好地體現了綜合性與專業特色。

2.專業實驗教學體系改革。微機原理課程作為生物醫學工程集成創新實驗平臺建設的一個重要環節，在實驗設計中還需加強前后知識體系的銜接，與之相關的專業課程包括《生物醫學傳感器》、《醫學儀器原理》以及《醫學信號處理》等。通過對這些課程實驗的統一設計，建立完整的實驗體系。如我們以心電圖信號為線索，在《生物醫學傳感器》課程中設計了心電傳感器實驗，在《微機原理》課程中設計了前述的心電信號采集系統實驗，在《醫學儀器原理》課程中設計了心電放大器設計實驗，在《醫學信號處理》中設計了心電圖分析實驗。學生通過這樣一系列的理論與實驗課程學習，不僅能夠更深刻理解各門課程的理論內容，并且能夠掌握電子醫療儀器設備的較為完整的實際開發過程。

3.開放性實驗體系。開放性實驗教學作為一種新的實驗教學手段，有助于形成適應應用型創新人才需求的合理培養模式，符合現階段社會對人才類型、結構的需求，是培養應用型創新人才的必由之路，而培養應用型創新人才則是開放性實驗教學的指導思想和目標。

作為課內實驗的補充提高，以及創新性實驗計劃的體現，依托微機原理課程及實驗平臺，我們構建了一系列的具有專業特色的開放實驗。開放實驗課題，由指導教師結合科研工作，設計具有一定實用性、前沿性和探索性的集成創新實驗課題，學生自由選擇，作為課程實驗的有益補充與擴展，形成課內課外的綜合實驗體系。

實驗過程中我們開展任務驅動式實驗教學，提出明確而適度的任務，激發學生學習興趣；同時，注意難度與工作量適度，根據每個學生的不同能力差異設置不同的任務，防止因任務難度過大學生無法達成任務而造成積極性受挫、放棄任務的局面。另一方面，合理分解任務，提倡學生間的協作學習，通過小組討論、協商，在有限的時間內以互相學習的方法進一步深化對開放實驗課題的認識，同時培養學生的協作精神。

三、結論

實踐證明，微機原理實驗教學改革以及專業集成創新平臺的建設，大大改善了教學效果，極大地激發了學生的學習熱情，并使學生系統地接受科學思維方法、科學發現模式的教育和培訓，提升了學生的創新實踐能力，滿足了行業發展對應用型人才的需求。

參考文獻：

[1]艾信友，代冀陽，趙德，等.生物醫學工程專業實踐性教學的創新性研究[J].科技資訊，2007，（15）：247～248.

[2]王俊，馬千里，董育寧.生物醫學工程專業醫學信號處理課程實踐[J].中國科教創新導刊，2008，（34）：98～98.

[3]胡曉飛，曹正林，王俊.信息時代《生物醫學傳感器》課程教改探索[J].湖州職業技術學院學報，2011，（1）：18-21.

[4]馬千里，卞春華，王俊.大學本科電子醫療儀器原理類課程教學實踐[J].中國科教創新導刊，2009，（25）：185-185.

[5]陳勁松，謝勁草，楊立君，王俊.提高實驗室大型儀器設備使用率的研究[J].時代教育，2013，（11）：49-49.