基于醫工融合的生物醫學信號處理應用型課程教學探索與實踐

張趁華 謝海鶴 傅磊 鄭敏敏

摘要：生物醫學信號處理是生物醫學工程專業的一門核心課程，優化本課程原有的課程體系，改進并完善教學內容，課堂學習采用PBL模式，利用學校與醫院和相關企業的資源優勢，開展“醫工融合”的實踐教學模式，加強課程中的實踐實驗教學，讓教學更具有實用性。

關鍵詞：醫工融合；生物醫學信號處理；應用型課程；PBL教學

中圖分類號：R318 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）24-0138-03

當前，為了積極推進高等教育體系的轉型發展，構建適應和滿足當今經濟與社會發展的人才需求，我國的本科教育將重點放在了“應用”二字上，這就要求高校在人才培養上注重學生的實踐能力，強調學生的動手與創新能力，培養出擁有較強技術應用能力的本科人才。[1]

生物醫學工程學科是一門交叉性高綜合性強的前沿學科，涵蓋了多種學科比如生物學、材料學、生物信息學、醫學等，研究和解決生物學和醫學中遇到的相關問題，《生物醫學信號處理》作為生物醫學工程學科的一門核心專業基礎課程，也具有交叉性高綜合性強的特點，其根據采集到的各種生物醫學信號的特點，進行分析和處理，可應用于生理信息采集、醫療監護、臨床診斷、生物信息探測等各種場合，尤其是在醫學檢測如心電圖、彩超、核磁共振等方面發揮著巨大的作用。

《生物醫學信號處理》作為生物醫學工程專業的一門核心基礎課程，在學生實際的工程應用中尤為重要。通過本課程的系統學習與訓練，學生應掌握生物醫學信號的采集、提取、相應的軟件編程以及數據分析處理能力，可進行一般醫療儀器設備的運行、維護、試驗、檢修、設計和研究。對基于醫工融合的生物醫學信號處理應用型課程教學進行探索與實踐，就是為了讓學生將所學知識更好地應用于實際工程中。[2，3]

一、優化課程體系，開展多樣的網絡教學

本課程教學內容分為理論知識教學和實踐實驗教學兩個方面。《生物醫學信號處理》理論知識教學并不是一門簡單從“零”開始的課程教學，高等數學、數字信號處理、信號與系統、Matlab等先修課程，要為本課程的學習提供一定的理論知識基礎和軟件應用能力。因此，鑒于《生物醫學信號處理》課程的綜合性，將本課程安排在大三下學期進行。

學生對課程的掌握程度取決于課程的教學效果，而教學效果取決于教師和學生這兩大主體。教師一方面要豐富完善本課程的教學內容，加強課程建設，明確教學目標，同時還要提高自身的教學能力，編寫相對應的課程教材和實驗指導書，以及建設相對應的網絡課程和課程試題庫，另一方面要積極與學生互動，引導學生進行與本課程相關的實踐活動，并為學生活動提供保障和支持。[4]優化原有的課程教學體系，開展“以教師為引，以學生為主”的理論及實踐課程建設，優化后的課程教學體系主要從優化教學內容和改進教學方法兩方面著手（圖1）。

課堂理論學習采用PBL模式教學，以問題引導學生，要求學生通過課程的理論學習解決實際問題，要求學生除了掌握課題知識外，也要拓寬自己的知識面，多查多學多練。實踐實驗使用競賽模式分組教學，激發學生的學習主動性和積極性。另外本課程還設置了課程實訓，在課程實訓中學生可自由選擇感興趣的研究方向進行研究，也可選做由教師給出的研究課題。在實訓過程中，要求學生獨立查找資料，設計實訓框架，獨立進行軟件編程，并在實訓期末以PPT演講的形式進行總結，以競賽標準判定分數，以競爭的形式激發學生的獨立性和創新性。為了滿足學生對實驗平臺的需求，本專業實驗室可對全體學生申請開放，本課程任課教師可在日常工作時間提供專業指導。[4，5]

在現今網絡發達的時代，網絡教學也成為教學過程中不可或缺的一部分，因此本課程也建設了網絡課堂，包括網絡教室、網絡試題庫、網絡視頻、網絡作業、網絡互動等等，讓同學們在課堂外也能與教師交流互動。另外學生的考核體系也并不只是單一的平時作業+課程考核，網絡考試、網絡互動、實踐實驗競賽分組成績等等都加入到考核體系中，提高學生的學習積極性。

二、突出重點，開展“醫工融合”的教學模式，強化實驗實踐教學

《生物醫學信號處理》融合的多學科知識也并不僅僅是“1+1=2”的簡單疊加與重復，通過本課程的理論學習與實踐實驗，將多學科的知識融會貫通，使用自如。但在有限的課時要求下，教師也并不能將本課程的全部知識教授于學生，因此教師在進行課程建設時，在覆蓋課程廣泛知識面的同時突出所學重點。本課程的理論學習與實踐實驗課時比例接近1∶1（理論教學時36學時：實踐實驗學時12學時+課程實訓學時1周≈1∶1），這樣的課時安排就是為了給學生提供充分的課堂時間將理論“融合”在實踐實驗中，強化實踐實驗教學，讓學生在實踐實驗中進行“實戰”，從而提高學生的綜合素質。[6，7]

為了讓學生更好地學習本課程，學校除了全天開放專業實驗室提供給學生進行課外的實驗預習、操作練習、競賽準備等外，還跟學校的附屬醫院和相關企業進行合作教學，開展“醫工融合”的教學模式，將本課程的任課教師委托到醫院和相關企業中進行培訓學習，同時聘請醫院和相關企業的專家對學生進行指導，全面提升本課程的教學能力。同時，我們也在課程學習期間帶領學生到醫院和相關企業中去實地參觀，參觀生物醫學信號的采集以及處理，并觀察醫生和企業相關工作人員使用軟件的操作流程，讓學生在參觀中加深對本課程的認識，明確本課程在實際工程中的應用。[8，9]

三、重在平時，培養學生實踐創新能力

知識在于積累，學習從來都是一項艱苦而長期的勞動過程，因此在平時的學習過程中，本課程任課教師時常監督學生的學習，并制定了平時學習的相關考核制度，由教師引導學生學習逐漸轉變為學生自主學習。另外在平時學習過程中，本課程任課教師提供一些由“淺”到“深”科研題目，逐漸培養學生的邏輯思維能力和設計編程能力，同時在網絡試題庫中提供給學生一些生物醫學信號處理的實際工程項目供學生自行選擇解決。

同時，任課教師在學生的平時學習過程中，積極引導學生培養實踐創新的能力，借助學校的專業實驗室，給學生提供一個專業實踐平臺，并在學生實踐創新過程中實行全面指導、培養和持續幫扶，讓學生在實踐創新過程中提高綜合運用知識、探索實踐、邏輯思維等能力。另外，學生在實踐創新過程中新創意、好作品也可用于科研活動和競賽，激發學生的創新意識。[8，9，10]

四、以學生為主導，教師為輔助，活躍“第二課堂”

為了提高學生的綜合素質，教師積極倡導，學院積極配合，為積極開展本課程的“第二課堂”創造了良好的環境與條件。本著“以學生為主導，教師為輔助”的原則，積極開展各種活動，比如學生主持的生物醫學信號處理知識競答、生物醫學信號處理知識講座、生物醫學信號處理編程設計等活動都獲得了學生的積極響應與參與。[11，12]

五、結語

開展基于醫工融合的生物醫學信號處理應用型課程教學的探索與實踐，是學校生物醫學工程專業建設的摸索，除了優化課程體系，改進完善教學內容，強化實驗實踐教學，利用學校的優勢資源，結合醫院與相關企業開展“醫工融合”的教學模式，引導學生自主學習，培養學生實踐創新能力，更注重加強學生的專業實踐技能和積極主動的探索精神，提高學生的綜合素質。

參考文獻：

[1]王藕娟，顧海，孫健華.新時期應用型本科實驗教學改革初探[J].教育教學論壇，2018，（52）：277-278.

[2]翟一鳴，張楠，任滿杰，等.基于系統能力培養的《操作系統》課程教學改革實踐[J].教育教學論壇，2017，（36）：128-129.

[3]李沖.參與式教學法在“飼料加工工藝與設備”課程教學中的應用[J].畜牧獸醫雜志，2018，37（04）：70-73.

[4]劉紅，呂丹，程海憑.基于醫工融合的生物醫學超聲技術課程建設及實踐研究[J].中國教育技術裝備，2017，（16）：95-96.

[5]李文，黃代政，張國棟，等.PBL教學法在醫用傳感技術教學中的實踐與體會[J].大學教育，2016，（12）：159-160.

[6]朱松盛，段磊，王偉，等.“醫工融合”培養創新型醫學工程人才[J].實驗室研究與探索，2016，（12）：212-214.

[7]楊芳，杜守洪.生物醫學工程專業應用型人才培養模式的探索與實踐[J].中國醫學教育技術，2018，32（2）：152-153.

[8]牛玲，丁新慧.基于任務驅動的操作系統課程教學改革研究與實踐[J].周口師范學院學報，2012，29（2）：113-115.

[9]王偉，馮文杰.先進制造技術實驗室實驗教學模式探索[J].實驗科學與技術，2008，6（S1）：153-155+179.

[10]陳學軍，李文芳，林亞君，等.應用型地方本科院校電氣類專業創新創業人才培養模式探索[J].中國教育技術裝備，2017，（9）：47-50.

[11]周瑩.以學科競賽為抓手，培養學生實踐能力的探索與實踐——以上海電力學院為例[J].科技視界，2016，（22）：162-162.

[12]王磊.以第二課堂為平臺提升大學生就業能力[J].課程教育研究，2016，（19）：231-232.