服務地方產業的生物醫學工程實踐教學體系建設

郭嘉亮，張麗華，劉 連，劉 芳

(佛山科學技術學院 口腔醫學院，廣東 佛山 528000)

0 引 言

生物醫學工程(Bio-medical Engineering，BME)是當代最受重視、最吸資金和市場的高科技朝陽產業之一。由于相關技術及研發涉及知識密集、資金密集、多學科交叉、競爭挑戰激烈的高科技領域，并與其他高新技術產業包括電子、計算機、制藥、新材料等產業互聯發展，因此被視為國家先進制造業和高科技尖端水平發展的重要標志。國務院印發的“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃中明確提出：“構建生物醫藥新體系、提升生物醫學工程發展水平、培育生物服務新業態”[1-2]。廣東省作為我國生物醫學工程產業重要聚集區之一，具有產業化配套和創新活力等重要優勢；位于“粵港澳大灣區”西部的佛山，其處于領先地位的先進裝備制造業主要包括制藥、醫藥器械等領域，其中又以“兩椅一床”最為著名。良好的現代醫藥基礎及醫療器械的優良產業配套，為佛山地區發展生物醫學工程產業提供了天然的土壤。然而，由于地區專業人才缺乏，素質參差不齊，以及人才培養目標與產業發展方向脫鉤等原因，現有的生物醫學工程專業人才培養一直未能有效地反哺佛山產業發展。因此，圍繞地方產業的生物醫學工程專業創新人才的培養顯得尤為迫切。鑒于生物醫學工程是一門對實踐和應用能力都有著很高要求的學科門類，其實驗實踐教學對人才培養質量至關重要[3-4]。本文將以佛山生物醫學工程相關產業發展為中心，以佛山科學技術學院生物醫學工程專業建設為對象，對以“實驗/實踐課程-實驗項目-實驗室-實踐平臺-實踐導師”為主線的實踐教學體系建設進行深入的探索與討論。

1 地方生物醫學工程產業的現狀與人才需求

佛山雖然只是地級市，但它是制造業大市，工業總產值居全國大中城市第5位，2016年更是達到了2.13萬億元。近年，佛山瞄準建設成為中國制造業一線城市、中國高端制造中心城市及傳統產業轉型升級典范城市,根據“佛山市建設國家創新型城市實施方案”總體需求，生物醫藥產業已成為佛山市6大戰略性新興產業和高新技術產業之一，而生物醫學工程是生物醫藥產業的重要依托學科。目前，除了良好的生物醫藥基礎以外，佛山輪椅、牙椅、治療病床、口腔治療機等設備產銷量已占國內市場50%，個別出口市場占有率更高達6成以上。全國首個國字號醫療器械產業基地“中國醫療器械(佛山)產業基地”便落戶佛山。此外，佛山口腔器材產業有著深厚的基礎，作為佛山國家高新區重點發展的戰略性新興產業，在行業內擁有一定的知名度和影響力。

與產業蓬勃發展極不協調的是地方生物醫學工程人才供給的落后與不足。這主要表現為：①整體專業人才不足，高端專業人才非常稀缺。目前全省生物醫藥工程產業從業人員已超過10萬人，且還在不斷擴大，但專業化人才比例較少，明顯制約了整個產業向規模化和高端化發展；省內僅有暨南大學、華南理工大學和南方醫科大學等以及佛山本地的佛山科學技術學院等少數幾所高校設置了生物醫學工程學科及相關專業，總體規模較小，無法滿足高端人才的巨大社會需求。②人才培養與地方產業發展方向脫鉤。佛山生物醫藥工程產業面臨著產業升級的迫切需求，產品利潤率很低、新型高新技術含量低的“雙低”現狀要求人才培養應該有顯著的針對性和目的性，而且具有創新的意識和能力。但目前高校的培養模式傾向于寬出口、窄應用，普遍并不以地方產業服務為核心，嚴重制約了人才與產業崗位的匹配度。

2 創新實踐教學模式,服務地方產業建設

針對當前生物醫學工程專業人才培養現狀，圍繞地方產業發展，針對性地進行改革與創新勢在必行。鑒于實踐能力在生物醫學工程專業人才培養上占據重要的位置，積極開展并創新服務地方產業的生物醫學工程實踐教學體系建設，具有重要的意義與作用。過去，實驗課依附于專業理論課、考核制度偏向理論考試、缺少實踐創新平臺、科研活動脫離學生培養等，嚴重制約了學生實踐與創新能力的培養，也成了人才培養與產業發展脫鉤的關鍵問題[5]。作為新興的交叉學科，生物醫學工程專業是現代工程技術向生物、醫學滲透并相互作用的結果，隨著生物醫學專業學科之間不斷交叉、融合，產業發展發展也趨向綜合化、多維化、平臺化，原有單一、粗線條的實踐教學模式已經難以滿足創新人才培養的實際需要。因此，圍繞產業需求，創新實踐教學體系建設成為了整合各方資源、實現產業提升，有效服務于地方產業建設的重要途徑之一。

3 創新實踐體系建設的整體目標與框架

我校具有良好的理工科專業和學科背景，同時依托珠三角優良的制造業平臺，為生物醫學工程專業建設中的交叉融合，奠定了良好的基礎。近年來，更是獲得省市兩級共計60億元的資金支持，用于打造廣東省“高水平理工科大學”。因此，以“立足佛山、服務廣東、面向全國、走向世界”為辦學定位，結合教育部正在實施的“卓越工程師培養計劃”，培養造就一批創新能力強、適應地方經濟社會發展需要的高質量生物醫學工程技術人才，成為了教學體系改革的整體目標[6]。圍繞這一核心內容，采取“學校+高端院所+龍頭企業”的特色發展模式，在生物醫學工程學科計劃的實踐教學體系(見圖1)建設上進行了積極的探索、改革和實踐，以“實驗/實踐課程-實驗項目-實驗室-實踐平臺-實踐導師”為主線，對教學內容和方法、評價標準等各個方面，都進行了強化，著重強調了服務于地方產業發展在整個實踐教學環節中的主導地位。

圖1 創新實踐教學體系結構

4 實踐教學體系創新和改革的方法與成效

4.1 強化綜合性與設計性實驗和實踐訓練

佛山本地傳統制造業具有一定的歷史沉淀，對從業人員的基礎實踐能力有著較高的要求。傳統實踐方法主要是課內實驗教學，尤其是驗證性實驗教學，與理論知識緊密結合，具有系統性，需要進一步夯實；但同時也存在著局部性問題，以及創新不足等缺點。綜合性實驗能夠對整門課程、整個知識模塊，甚至整個專業知識鏈發揮融會貫通的作用[7]。例如“生物醫學超聲”課程實驗可增加“超聲波發射、接收、傳播綜合實驗”內容；“生物醫學檢測技術”課程實驗可增加“生物傳感器與傳感器檢測技術的綜合實驗”；又如“生物醫藥技術”課程可增加“創新綜合生物醫藥綜合大實驗”等[4]。設計性實驗是一種由學生根據給定的實驗主題和條件，自行設計實驗方案并完成的實驗實踐訓練。如“醫學生物學”教育中，以缺氧致小鼠腦組織生物化學成分異常改變為對象，通過實驗的設計和實施，引導學生深入認識腦組織缺氧時神經節苷脂與單胺類神經遞質水平的影響[8]。設計性實驗為學生日后的創新意識與創新能力的培養提供了很好的條件與前提，可較好滿足本地產業發展對創新型人才培養的要求。

4.2 優化交叉學科課程模塊設置，強化“醫工結合”

目前大多數綜合性院校的生物醫學工程專業側重于電子、信息類工學課程學習，醫學相關課程比例相對較少。通過加強工學知識與醫學應用的密切結合，打破實踐教學中的學科間壁壘，優化各種融合課程模塊的設置，顯得尤為重要。比如進行生物電子技術、生物信號采集和處理技術實驗，具有典型的多學科交叉的特點，可采用生物或者醫學教師和工學教師“雙師帶教”進行聯合培養，通過各種課程模塊，使之與學生的創新能力相匹配。此外，通過明確培養方向、改良教材和教學內容，將工科學生所需要的基礎知識充分融合，實現“醫工結合”進而創新性地開設多學科交叉融合的課程[2]。如“醫療儀器設備”，通過打造“臨床醫學+工程學”的新型課程模塊，可以有效提高學生科研素養與應用能力、產品開發與試制能力以及企業初創能力，非常符合佛山地區對“創新創業”者的鼓勵和支持政策，也有利于為地方產業帶來新的活力。

4.3 豐富和創新實踐教學手段

生物醫學工程專業知識內容，牽涉理工醫管等多方面、多范疇，現有的實踐教學模式在時間和空間上都是非常局限的，迫切需要通過豐富和創新以此實現突破。充分應用現代信息技術，將翻轉課堂、MOOC、互動微課的互聯網學習等方式，以及各種VR、AR等教學資源滲透教育教學的全環節，豐富蘊含未來技術的各類教學資源；借助校園網絡優勢，打造一個嶄新的網絡化教學和管理環境，將為學生提供更豐富學習資源、全天候的學習環境，接受更多貼近學科前沿的課外知識和產業相關知識[9]。

4.4 建設服務于地方的實驗室資源

高水平人才的培養離不開高水平的實驗室建設。圍繞佛山生物醫學工程產業發展的需求，通過建設醫學基礎實驗省級示范中心等大型共享實驗平臺，全面保障課程開設和人才培養，同時為本地的社會服務、科研服務活動提供有力的支持。前期，已購買了三重四級桿質譜、流式細胞儀、核磁共振儀等產業需要的大型儀器設備，通過對外服務，并且輸送了許多熟練儀器操作的人才，積極彌補佛山地區精密儀器和技術人員不足的短板；陸續購置了大批其他生物醫藥工程相關的實驗設備，2017年在獲得學校相關虛擬仿真實驗室建設項目經費資助的基礎上，成功申報2018年電子政務類虛擬仿真實驗設備及軟件開發項目資助。而機械工程與自動化、物理光電、大數據、計算機等專業實驗室通過開放共享，為本學科專業人才的培養提供了有力保障。這些實驗室被投入和運用于科研訓練、創新基金項目、挑戰杯和電子設計等項目，發揮了積極作用。

4.5 引導學生開展科研實踐項目

科研實踐項目是知識與研發鏈的重要融合，鼓勵學生參加科研創新實踐項目，有利于鍛煉學生的科研觸覺、管理意識以及綜合運用和統籌能力。堅持以佛山本地產業為主導，結合校外單位，以項目開發為導向的實踐模式，利于學生在大學期間走進科研團隊，走進本地企事業單位、醫院等合作的科研項目[10]；同時有助于學生更直觀了解產業動態，學習到課本外的知識，尤其是與產業發展直接相關的知識內涵，明確自身在相關領域中的位置以及未來的發展方向。近3年來在大學生創新創業活動中成效顯著，教師指導學生開放實驗室項目、完成學術基金84項，挑戰杯項目10余項，大學生創新項目67 項，實驗室開放基金61項；同時，多人參與了與其他企業單位、科研院所、醫院、高校合作的橫、縱向科研項目。學生考取高水平學府研究生人數29名，發表SCI及核心以上學術論文10余篇，申請發明專利多項，獲省級以上科研獎20項，在校生代表性成果20余項。此外，通過“卓越工程師”“創新試驗班”“創新創業教育第二課堂”等“泛項目”的形式提升人才的綜合技能訓練水平，進一步培養學生終身學習的習慣和持續學習的能力[11]。

4.6 打造服務于地方的全方位實踐平臺

針對地方生物醫學工程產業人才培養需求，打造“多維度、多層次”“大縱深、全方位”的實踐平臺，為人才培養提供更深更大的空間以及更豐富的內涵。

(1)企事業單位合作建立培養實踐平臺[12]。前期已與佛山市萬佳醫療器械有限公司等30多家計算機和網絡公司建設實踐基地；與佛山市國星光電股份有限公司等20多家光電相關企業建立合作關系，與廣東體必康生物科技有限公司等20多家知名生物醫藥企業進行協作，還和佛山市多家三甲醫院簽訂了實踐教學基地協議等。

(2)建立產業研究院實踐培養平臺。先后建立了半導體光學工程產業學院、口腔醫學產業學院、廣東大健康產業學院等校內外協同育人的產業學院；并充分利用我校大學科技園、南海生物醫藥產業基地和禪城高新技術火炬園等孵化器進行學生的創新創業活動，建立了校內外聯動的協同育人基地和模式。

(3)依托技術聯盟建立合作培養平臺。圍繞佛山醫療器械特色“兩椅一床”，醫療器械企業的轉型升級要求迫切，與佛山市醫學會、電子工程技術協會等行業協會積極互動，建立了廣東省養老產業、珠江口西岸口腔產業等跨學科的技術聯盟，針對地方產業基礎，運用“人才培養+科技”手段進行改造，全方位提升人才培養質量與地方生物醫學企業的轉型升級能力。

(4)高端院校(所)合作培養平臺。如中科院生物物理所、美國南佛羅里達大學、上海交通大學生物醫學工程研究院等科研院所、高校建立了良好的協作關系。目前與天津大學的生物醫學工程學科建立了合作關系，為人才培養提供高水平的實踐環境。

4.7 打造熟悉產業發展的師資團隊

產業升級需要高端生物醫學工程人才，人才培養不能離開高端的專業教師團隊。高水平教學人才是實踐教學體系發生“質變”的關鍵內容。目前我院已經引進院士2人、二級特聘教授4人，杰出青年教師1人、有著鮮明產業背景的中科院生物物理所高級研發人才5人，以及特聘青年研究員7人等，加上工科學院引進的交叉領域人才如天津大學、上海交通大學學者等多人，成為交叉專業建設的堅實人才智庫。

另一方面大部分高校教師由于普遍成長于單一學科的背景下，長期脫離產業發展[13-14]。根據實踐教學工作需要及本地產業特點，應努力建設素質優良、結構合理、專兼結合的“雙師結構”的實踐教學隊伍，拓展地區內的行業、企業人員，建立了兼職教師資源庫，將能夠勝任學院實踐教學活動的企業優秀專業技術人員、管理人員、能工巧匠納入教師資源，實現人力資源共享，打造了一支專兼結合的師資團隊。

5 結 語

我國是制造業大國，許多地方城市和佛山一樣面臨著產業升級的迫切需求。生物醫學工程產業升級不能離開人才培養的升級，如何有效整合各方資源，實現產業提升，實現企業、產業品牌的突破，不僅成為佛山乃至全國生物醫藥及醫療器械等企業的重要課題，同時也成為了高等院校在人才培養上必須直面的研究內容。我校服務于地方產業的生物醫學工程教學實踐體系建設，充分運用現代教育技術和未來發展技術，將專業建設中的內涵建設特別是課程體系建設的每個環節與社會需求緊密結合，為回答“錢學森之問”[15]、回答高校人才培養的核心問題繼續探索。