面向生物醫學工程系的《測試技術與傳感器》課程模式改革

徐瑩 薛凌 云祝磊

摘要：本文根據當前生物醫學專業《測試技術與傳感器》課程過于通用化問題，提出將通用傳感和醫療傳感相結合的教學目標，分析了該教學模式的改革重點，構建了適應本科生研究性教學的考核評價體系，將宏觀性通用傳感實驗平臺與微觀性專用醫療傳感平臺有機結合，提出了理論、實驗和考核的具體改革措施，使學生能自主使用各種通用傳感和專用醫療儀器平臺，靈活選擇信號分析方法，加強對傳感儀器平臺分析的能力和對結果的理性認識，發揮該課程的實踐性優勢。

關鍵詞：生物醫學；測試技術；傳感器

中圖分類號：O6-33；G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）49-0131-02

一、引言

面向生物醫學工程專業開設《測試技術與傳感器》是一門以研究自動檢測系統中的信息提取、信息轉換和信息處理的理論和技術為主要內容，集光、機、電于一體，綜合物理、化學、生物、材料、電子、電氣、計算機、機械等學科技術的實踐性非常強的專業基礎課。杭州電子科技大學生儀學院目前開設的《測試技術與傳感器》課程的課程目的為系統論述測試系統及其基本特性；介紹測試系統中傳感器的結構、基本原理和典型應用，以及傳感器的發展趨勢、選用原則等，它是實現測試與自動控制的重要環節，儀器專業的重要專業基礎課，也是自控原理、智能儀器課程設計、虛擬儀器課程設計的基礎。

二、存在問題

目前該課程的教學狀況及存在的問題：（1）測試技術與傳感器技術屬于多學科交叉滲透課程，涉及電學、磁學、光學、化學等學科，對先修課要求較高，現有的教學內容，以教師課堂講授為主，側重于原理的介紹及公式的推導，學生看不見，摸不著，缺乏感性認識，容易出現枯燥、難以學好的感覺，加上很大一部分學生的學習主動性差，學習態度上不太重視，沒有投入必要的精力和時間，直接影響教學效果。（2）現行傳感器教材比較繁多，有的以傳感器原理為主線，有的以過程參數測量為主線，但是很多教材都沒有涉及新型傳感器的理論知識及其應用，不利于學生拓寬知識面，不符合寬口徑人才培養模式。（3）目前傳感器課程的實驗環節以驗證性實驗為主，主要使學生掌握常用傳感器的使用和標定方法，以及相應傳感器的測量轉換電路設計。（4）課程考核方式一般是以考試為主，輔以作業、實驗、考勤評價，這種考核方法很難激發學生的學習積極性和主動性，不能真實反映學生的學習能力、對知識的掌握程度及其專業應用能力。

傳感課程教學方法研究大多是自動化、精密儀器專業中對該課程的教學方法研究。結合本專業優勢，本文提出通過使用啟發式教學、結合臨床實際教學、結合多媒體等手段豐富教學方法，提高生物醫學傳感教學效果。這些方法對提高生物醫學專業的傳感教學提供了重要改進措施，對提高教學質量具有重要意義。改革和完善《測試技術與傳感器》課程的教學模式，通過研究型教學，訓練學生的高級思維能力和解決實際問題的操作能力，培養學生主動學習、獨立學習與終身學習的能力，使學生具備一流大學本科生的素養，提高核心競爭力。

三、改革目標

1.本文擬從課堂教學模式、課程教材多樣性模式、實驗課教學模式等方面研究并探索出具有杭州電子科技大學生物醫學特色的“測試技術與傳感器”研究型教學模式，培養學生的高級思維能力、解決實際問題的操作能力、交流溝通能力，在大學學習結束后，離開校園和教師，具有繼續自主學習的能力。

2.在以基本傳感測試單元為框架的知識體系的基礎上，收集整理基于生理學與工程應用或醫學臨床現象結合的傳感學科交叉內容，為編寫生物醫學工程等工科專業適用的生物傳感教材、論文等提供教學資料并制定教材理論體系框架。

四、具體措施

（一）課堂教學模式探索

1.教師課堂講授重點為最核心的知識點，對具有遷移價值的學科基本原理進行闡述。講授內容少而精，對重點、難點講深講透，引導學生多角度、深層次地理解基本原理，而對事實性知識點，則少講或不講；講授內容寬而新，以學科的發展為大背景，了解課程基本原理在大學科中的定位，以及與學科最新發展的聯系。

教學內容較多，面面俱到的教學難以完成教學任務，教學效果并不佳。根據傳感檢測特點和生物醫學工程等相關專業的培養需要，設計該課程的課程體系以各傳感器基本功能為主，尤其是電感、電容、電壓、應變片、磁電式傳感等章節作為教學重點和難點，其中的各個章節的應用與心電、腦電、肌電內容相關聯，引入生物醫學工程重要的研究領域——腦機交互，作為重點講解；而光敏、氣敏、熱敏等章節內容相對簡單，容易理解，不做重點講解。因此，可據此分配授課時間，突出教學重點。

2.教師根據核心知識點，提出知識點總結分析歸納問題、實際應用相關問題等，由學生課程小組分別選擇問題，課后參閱書本、資料，提出解決方案，并由課程小組代表發言，課堂展示并交流。

此外，在各個傳感系統中識記結構部分內容瑣碎難記，而生物醫學工程專業對這部分內容的要求并不高，不要求掌握詳細結構，在理解傳感結構及工作原理的基礎上，日后工作或科研中用到這部分內容時能夠通過查閱參考書獲得信息即可，課堂講解突出章節綱要，對其中涉及的工程應用現象補充材料介紹。

3.課堂教學中，教師講述研究課題開題報告基本格式及其具體實例，由學生自我提出學科感興趣的實際問題，參閱相關資料和解決方法，模擬寫作研究課題開題報告。為更好地服務于生物醫學工程專業的學科交叉特點，在生物醫學傳感的教學過程中注意整理、添加與工程應用和醫療儀器的內容。比如，在講解壓電傳感基礎上增加相關的醫療應用講解，如人工瓣膜、血壓監測計等器件的工作原理內容；在講解電感基礎上，增加當前無創呼吸電感檢測的原理等介紹，這些內容對激發學生興趣、啟發學生的創新思維具有重要作用。然而，這部分內容還比較零散，沒有形成良好的體系，此外，目前還沒有專門適用于生物醫學工程等工科專業的生物傳感生理學教材。在講解醫療方向的應用時，要注意資料的收集、整理和系統化，不僅可以很好地服務于生物醫學工程等專業的培養要求，還將對編寫工科專業專用的生物醫學傳感教材提供課程資料和理論框架。

4.課程教材模式探索。課程教材采用開放性體系，教師圍繞教學目標研讀現行的先進教材的基礎之上，為學生推薦至少2本以上國內外先進教材，包括英文原版教材，對應于不同核心知識點，引導學生學會知識點的尋找、分析、歸納、比較，并利用各種國內外文獻網絡進行最新相關進展的補充和學習。引導學生盡可能或完全避免學一門課程只讀一本書的現象。

在課堂教學中，除了使用多媒體和板書進行理論教學之外，還有意識地利用網絡公開課等引導學生的自主學習。在我校圖書館的視頻資源中有國內外著名大學的視頻公開課，利用這些強大的網絡資源可以彌補課時少、課程任務重的矛盾。比如，在該課程教學中，原理介紹部分占課時較少，在對重點器件結構和系統課堂講解的前提下，其中一些具體的設計內容布置給學生自學。除了緩解課時不足的矛盾，網絡課程資源還可補充教學內容，加深學生對知識的理解。

教師發展學習平臺中的相關傳感課程講述，由經驗豐富的名師授課，通過網絡觀看可加深對理論學習的印象，還可激發學生的學習興趣。不僅豐富了學生的學習資源，更重要的是，在這種教學過程中，向學生示范了資料收集和獲取信息的方法，提高了學生自主學習的能力。

（二）實驗課教學模式探索

1.基礎性實驗：圍繞測試技術與傳感器的核心知識點，掌握傳感器的基本原理及信號檢測，這類實驗主要屬于驗證性實驗。

2.綜合性實驗：模擬生產或生活實際中的某一具體項目開展，學生可根據被測對象的不同選擇各自合適的傳感器，實驗室配備電壓表、電流表、指示燈、蜂鳴器、計數器等設備，用于學生自行完成線路的連接，也可根據學生的具體情況拓展知識點，綜合性實驗可在做的過程中讓學生將學到的理論知識貫穿起來，整個項目采用3～4人為一小組的團隊形式，以學生為主體，教師可適時地進行引導，循序漸進地實施項目，完成知識、技能和相關能力的學習。

3.提高性實驗：對于提高階段，我們將嘗試結合虛擬儀器實驗平臺，虛擬儀器技術是儀器智能化發展的一個重要方向。我們增設實驗內容要求學生采用軟件LABVIEW或VB、VC等作為開發工具，設計直觀友好的用戶交互界面。如有可能還可根據檢測分析的結果產生相應的輸出控制信號。

4.除了實驗教學，在與醫療儀器相關的腦機交互研究方面還可成立大學生科研活動小組，開展多種課外科技活動。其中申請者是該科研活動小組的指導教師之一。結合該課程的教學改革，擬吸收對生物醫學方向感興趣的同學加入，主要以觀摩實驗和學習實驗方法為主，在活動參與中激發學生專業興趣、促進專業學習。

五、總結

本文針對面向生物醫學工程專業開設的《測試技術與傳感器》課程當前存在的問題，結合生物醫學專業學科交叉特色，提出了相應的改革目標和措施，使學生能自主使用各種通用傳感和專用醫療儀器平臺，靈活選擇信號分析方法，加強對儀器平臺分析的能力和對結果的理性認識，發揮該課程的實踐性優勢。通過施行開放式的《測試技術與傳感器》課程教學模式改革，注重實驗知識的延伸，完善考核制度等改革措施，最大程度地增強學生的自主性與參與性，培養社會需要的創新型、應用型、復合型、外向型的“醫工結合”型儲備人才。

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