產學研深度融合的生物醫學工程本科教育模式探索研究

程和偉 李章勇 王偉 田銀 趙德春 冉鵬 劉潔

摘? 要 通過分析生物醫學工程的學科特點，總結我國生物醫學工程本科教育的發展現狀，同時借鑒美國高校的經驗，提出以產學研深度融合的方式推動我國生物醫學工程本科教育發展的若干建議。

關鍵詞 生物醫學工程;本科教育;產學研;大學生科研訓練計劃;實驗教學

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）18-0060-04

1 引言

我國生物醫學工程本科教育始于20世紀70年代，經過近40年的發展，取得了較大成績，但是與美國相比，仍然存在一定差距。生物醫學工程是交叉融合物理學、化學、數學等理學學科以及電學、光學、材料學、計算機科學、信息科學等工程學科原理，研究生物學、醫學、行為學以及健康學的綜合性學科[1-4]，所有將上述學科原理用于解決人類健康問題的研究和應用，都屬于生物醫學工程學科范疇[5]。因此，生物醫學工程是一個學術研究和應用研究并重的學科，要求培養的學生不僅具有研究能力，而且具有解決醫學等人類健康問題的實踐能力。適應這種要求的人才培養目標需要高校、醫院、企業、科研機構和政府等單位之間相互緊密合作來實現，通過政府制定產學研合作相關政策來協調各合作單位之間的關系，明確各自職能，以產學研深度融合的教育模式不斷提高生物醫學工程學科高端人才的培養質量[6]，為我國生物醫學工程相關高校、醫院、企業和科研機構等單位輸送所需的高端人才。

本科教育是高等教育中的基礎性教育，為研究生教育培養具有寬厚基礎的高端人才奠定堅實的基礎[7]。本文結合產學研相結合的教育模式、生物醫學工程學科的相關特點，以及我國生物醫學工程本科教育的發展現狀，提出推動我國生物醫學工程本科教育發展的一些思考。

2 生物醫學工程的主要學科特點

多學科交叉的綜合性? 生物醫學工程通過交叉融合理學、醫學以及工程學的原理與方法，研究和揭示人體的生命現象，并從工程應用角度解決醫學等人類健康相關問題，屬于多學科交叉的綜合性學科[2]。

研究方向的多樣性? 生物醫學工程學科的研究方向包括生物電子學、生物材料學、生物力學、酶動力學、解剖學、生理學、組織工程學、生物醫學傳感器、生物醫學成像、生物醫學信號以及生物醫學影像等[3，8]。因此，該學科的研究方向具有涉及不同分支的多樣性特點。

研究問題的高起點性? 為解決人類健康問題的科學研究是建立在理學、醫學以及工程學等學科交叉融合的基礎上進行的[1，2，4]，要求研究者具備寬厚的多學科基礎知識。因此，生物醫學工程學科的研究問題具有高起點性的特點。

服務人類健康的實踐性? 以解決人類健康問題為目的而進行的科學研究[1，2，4，8]，以及為實現醫療健康系統現代化而進行的臨床應用研究[8]，決定了生物醫學工程學科具有較強的實踐性。

人才培養的多元性? 生物醫學工程屬于多學科交叉的綜合性學科，學科涉及的研究方向廣泛。因此，生物醫學工程高等教育的人才培養是多元化的，如服務于生物醫學工程領域的研究型人才、應用型人才以及管理型人才等。

3 我國生物醫學工程本科教育發展現狀

培養目標和社會需求結合不緊密? 我國生物醫學工程本科教育始于1977年，較美國晚了10年左右[2，5]。據不完全統計，截至2017年底，我國設立生物醫學工程本科教育的高校已超過100所[3，9，10]，而美國具有生物醫學工程學士學位授予權的高校也在100所左右[11]。與起步較早、教學和科學研究處于世界前沿的美國相比，我國雖然在設立生物醫學工程本科教育的高校數量方面具有一定的后發優勢，但是培養目標和社會需求的不充分對接，在一定程度上阻礙了我國生物醫學工程本科教育的發展[2，5，9]。生物醫學工程相關高校、醫院、企業和科研機構在發展過程中需要如研究、應用和管理等多種類型的人才，而我國生物醫學工程本科教育注重培養學生的具體專業技能[9]，導致培養的學生知識面狹窄，不能有效滿足社會對生物醫學工程人才的上述需求。

師資力量配置不均衡? 我國高校生物醫學工程本科教育的師資力量配置存在不均衡的現象[2，5，9，12]，主要表現在兩個方面。

一方面，師資力量分配不均衡，不能有效滿足生物醫學工程交叉融合的綜合性學科要求。我國很多高校的生物醫學工程本科教育是依托自身的優勢，同時結合其他有關學科而發展起來的[5，9]，這是導致師資力量不均衡的主要原因之一。這種不均衡表現在：

1）理工類大學的生物醫學工程，理工科方面的師資力量雄厚，而醫學方面的師資力量薄弱[13];

2）醫科類大學的生物醫學工程師資力量配置與理工類大學正好相反，醫學方面的師資力量雄厚，而理工科方面的師資力量薄弱[12];

3）綜合類大學的生物醫學工程，師資力量配置情況與理工類大學情況比較相似，雖然部分綜合類大學有醫學院，但是醫學院的教師資源并沒有充分有效地配置到學校的生物醫學工程本科教育中。

另一方面，教師自身的知識結構不均衡，不能充分體現生物醫學工程交叉融合的學科特點[9，12]。如理工科專業畢業的教師缺乏醫學知識，而醫學專業畢業的教師對理工科知識掌握甚少[14]。

我國生物醫學工程本科教育的發展在一定程度上受到上述兩方面師資力量配置不均衡的制約和影響。

課程設置不均衡? 美國高校的生物醫學工程本科教育注重通識化和職業化的課程設置，其主要課程包括以下五個方面[2，5，9，15]：

第一方面為學科基本知識，如數學、物理、化學等課程;

第二方面為工程類核心課程，類似于國內的專業基礎課程，如計算機編程、信號與系統等;

第三方面為生物醫學類核心課程;

第四方面為人文與社會科學課程;

第五方面為工程類選修課程，類似于國內的專業課程。

這樣的課程體系設置注重學生綜合能力的培養、知識背景的拓寬、自身職業的發展以及人文和社會科學方面的教育，為學生在廣泛領域的多元化發展創造了條件[2，5，9]。對比來看，我國高校生物醫學工程本科教育的課程設置存在不均衡的現象，如突出專業化和技術化的課程設置，而弱化通識化和職業化的課程設置，不重視人文和社會科學方面的課程設置[2，5，9]。我國生物醫學工程本科教育由于課程設置不均衡，在一定程度上影響了人才培養的質量和多元化。

學生的科研能力培養有待加強? 美國從20世紀60年代開始對本科生進行科研能力培養，是世界上最早提出并實施本科生科研能力培養的國家，也是迄今為止培養本科生科研能力最為廣泛和成功的國家[16]。美國高校將培養本科生的科研能力作為教學內容的一部分，學生通過參加本科生科研項目可以取得學分[17-18]。

借鑒美國的經驗，1995年，清華大學首先在我國推出本科生科研能力培養的項目計劃，即本科生研究訓練計劃（Student Research Training，簡稱SRT）[16-17，19]。隨后，許多高校（如北京大學、復旦大學以及華中科技大學等）為培養本科生的科研能力紛紛設立相關基金項目、學術研究資助計劃以及科技創新組織[17]。2006年，政府出臺國家大學生創新訓練計劃，清華大學、北京大學、復旦大學以及華中科技大學等成為首批計劃高校，為本科生參加科研訓練提供了更多機會[17]。

由此可見，我國政府和高校越來越重視培養本科生的科研能力，并且已經做出一些有益嘗試，但是與美國相比仍然存在一定差距[17，19]，如學生參與科研項目的制度還不完善[16-18]，這一差距同樣存在于生物醫學工程本科教育中[20]。

對于生物醫學工程本科教育，近年來我國高校開始嘗試通過設置培養學生科研能力的課程，實行由教師帶領學生參加科研實踐的導師制度，以及實施大學生科研訓練計劃（Student Research Training Program，簡稱SRTP）等途徑，培養本科生的科研能力[20-23]。然而美國高校的生物醫學工程本科教育卻已將學生科研能力培養作為教學的組成部分并以制度的形式確定下來[2，5，9，15]。因此，我國高校生物醫學工程本科教育的科研能力培養制度仍有待完善。

實踐教學環節較薄弱? 實踐教學大體可分為校內實驗教學和校外實習，我國生物醫學工程本科教育在這兩個實踐教學方面均較為薄弱。

1）在校內實驗教學方面，我國高校生物醫學工程專業的實驗課學時占總學時的比例較小，遠低于美國高校的水平[2，9，24]。

2）在校外實習方面，我國高校通過與校外企業合作，使得生物醫學工程本科生獲得進入企業實習的機會[23，25];但是與美國相比，我國高校與企業的合作機制以及聯合培養實習計劃還不夠完善[5，9，15]。

4 以產學研深度融合的方式推動我國生物醫學工程本科教育發展的若干建議

合理定位學科研究方向? 由于生物醫學工程屬于多學科交叉的綜合性學科，該學科的研究方向具有多樣性，因此，高校需要緊密結合社會需求，立足自身學科優勢以及社會環境優勢，合理定位學科研究方向，通過充分利用優勢資源增強培養綜合性學科復合型人才的實力，逐步提高我國生物醫學工程本科教育質量，并不斷促進我國生物醫學工程相關高校、醫院、企業和科研機構又好又快地發展。

美國當代著名教育家德里克·博克指出，本科教育的目標是要通過培養學生多方面的素養，如道德、全球化以及職業能力等素養，使其更好地適應現代社會，滿足現代社會的需要[26，27]。也就是說，本科教育除了要培養高素養人才之外，還需要滿足社會的需求。這一理論同樣適用于生物醫學工程本科教育。因此，高校在確定生物醫學工程本科教育的學科研究方向時，不僅要考慮學科研究方向的多樣性選擇問題、高校自身學科優勢以及社會環境優勢問題，而且需要考慮社會需求問題。

不同類型高校的優勢學科具有差異性，如理工類大學的工科實力雄厚，醫科大學的醫學實力突出，而綜合性大學的自然科學和工科實力較強。因此，高校在緊密結合社會需求的前提下，需要根據自身的學科優勢、社會環境優勢合理確定生物醫學工程學科的研究方向，充分利用社會資源滿足綜合性學科對人才培養的需要。如聯合其他高校的優勢學科資源或者醫院的豐富臨床資源，采取與企業合作辦學以及尋求與科研機構合作，以產學研深度融合的方式不斷提高我國生物醫學工程本科教育質量。高校最終具有培養生物醫學工程高端人才的能力，并能夠滿足生物醫學工程相關高校、醫院、企業和科研機構對人才的需求，從而實現與其他高校、醫院、企業和科研機構之間的良性互動和協同發展。

加強師資隊伍建設? 由于我國高校生物醫學工程本科教育的師資力量存在配置不均衡的現象，因此，加強師資隊伍建設顯得尤為重要。首先，多學科交叉的生物醫學工程本科教育需要理學、工學以及醫學等學科領域的教師共同承擔，僅由生物醫學工程的專任教師做好人才培養存在較大困難[28]。借鑒美國高校如約翰·霍普金斯大學生物醫學工程的辦學經驗，高校可以通過聘用其他高校的優秀教師、醫術精湛的醫生、企業的優秀人才以及科研機構的研究人員擔任生物醫學工程的教師[28]，緩解師資力量在交叉學科間配置不均衡的問題，以產學研深度融合的方式加強師資隊伍建設。

此外，我國生物醫學工程本科教育的師資力量配置不均衡還表現在教師自身的知識結構方面，同時具備理學、工學和醫學等多學科知識背景的教師比較少，這種師資力量的不均衡在一定程度上制約了教育質量的提高。因此，高校除了以產學研合作的方式聘用國內高校和研究機構等單位培養的生物醫學工程復合型高端人才以外，還需要加大對海外復合型高端人才的引進力度，進一步加強生物醫學工程本科教育的師資隊伍建設。

加強課程體系建設? 實現多元化、復合型高端人才的培養目標是生物醫學工程具有多學科交叉的綜合性學科特點的必然要求，而我國高校生物醫學工程本科教育的課程設置不均衡，則無法實現上述培養目標，因此，高校加強課程體系建設刻不容緩。依據高校自身對生物醫學工程學科研究方向的定位，要以厚基礎、寬口徑的復合型高端人才培養為目標，均衡合理地設置生物醫學工程本科教育的課程，加強課程體系建設。

美國高校生物醫學工程本科教育除了注重專業課程設置，同時突出通識化和職業化的課程設置，并且重視人文和社會科學方面的課程設置[2，5， 9]。美國高校的經驗值得我國高校借鑒和學習，以此來改變我國生物醫學工程本科教育只注重專業化和技術化課程設置的現狀[2，5，9]。為了實現多元化、復合型高端人才的培養目標，高校在充分利用自身教育資源的基礎上，還需要以產學研合作的方式充分利用其他高校、醫院、企業以及科研機構的教育資源，加強課程體系建設，使得生物醫學工程本科教育的課程設置更加合理化和均衡化。

加強學生的科研能力培養? 研究問題需具有高起點性的學科特點決定了加強生物醫學工程本科生科研能力培養的重要性。我國高校生物醫學工程本科教育在培養學生科研能力的制度規范和實驗條件等方面亟待完善[2，5，9，15]。

首先，我國高校應借鑒美國高校生物醫學工程本科教育的經驗[2，5，9，15]，除了鼓勵學生參加大學生科研訓練計劃（SRTP）外[21，23]，還應設置培養學生科研能力的相關課程，學生可以取得相應課程的學分[22];

其次，積極引導高年級本科生在教師指導下參加科研項目，實行導師制[21];

最后，進一步完善學生科研能力培養的制度規范。

此外，由于我國高校的生物醫學工程本科教育資源不能有效滿足學生科研能力培養的實驗和師資等條件，可以通過產學研合作的方式充分利用其他高校、醫院、企業以及科研機構的相關資源，進一步改善學生科研能力培養的條件。

加強實踐教學? 生物醫學工程具有較強實踐性的學科特點，說明了重視該學科本科教育實踐教學的必要性，而我國高校對生物醫學工程本科教育在實驗課程和企業實習等方面的實踐教學還不夠重視[2，5，9，15]，實踐教學需進一步加強。在實驗課程設置方面，我國高校需要適當增加實驗課學時的比重[2，9]，進一步加強生物醫學工程本科生的校內實驗教學。在企業實習方面，雖然我國部分高校與企業等校外單位進行了積極合作，為生物醫學工程的本科生提供了實習機會[23]，但是與美國相比，我國高校的校企聯合培養實習計劃還需要不斷完善[5，9，15]，應通過產學研深度融合的方式與其他高校、醫院、企業以及科研機構進行積極合作，逐步完善生物醫學工程本科生在校外實習的合作機制，進一步加強校外實踐教學。

5 結語

本文針對我國生物醫學工程本科教育的發展現狀和存在的問題，結合生物醫學工程的學科特點，同時借鑒美國高校生物醫學工程本科教育的經驗，提出以產學研深度融合的方式，充分利用高校自身和其他高校、醫院、企業以及科研機構等單位的優勢資源，推動我國生物醫學工程本科教育發展的若干建議。

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