學(xué)科競(jìng)賽引領(lǐng)下的“醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì)原理”教學(xué)改革實(shí)踐＊

李瑞霞

（長(zhǎng)治醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系，山西 長(zhǎng)治046000）

《國(guó)家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中指出：調(diào)整高等教育結(jié)構(gòu)，推進(jìn)高等教育分類發(fā)展、合理布局，推動(dòng)具備條件的普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變，提高應(yīng)用型、技術(shù)技能型和復(fù)合型人才培養(yǎng)比例。長(zhǎng)治醫(yī)學(xué)院確定以“特色鮮明、區(qū)域領(lǐng)先的教學(xué)應(yīng)用型醫(yī)學(xué)院?！睘榘l(fā)展目標(biāo)，確立辦學(xué)定位為“立足山西、面向全國(guó)、服務(wù)區(qū)域社會(huì)，培養(yǎng)實(shí)踐能力強(qiáng)、具有崗位勝任力的高素質(zhì)應(yīng)用型醫(yī)學(xué)人才”。為此，生物醫(yī)學(xué)工程系在“醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì)原理”課程教學(xué)中引入項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，以學(xué)科競(jìng)賽項(xiàng)目為載體，在課程內(nèi)容和教學(xué)方法等方面進(jìn)行了一些探索和嘗試，使教師與學(xué)生的課程知識(shí)結(jié)構(gòu)在課程建設(shè)與改革中得到進(jìn)一步的優(yōu)化，進(jìn)一步提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

1 當(dāng)前教學(xué)狀況現(xiàn)狀分析

作為生物醫(yī)學(xué)工程系的專業(yè)必修課程，“醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì)原理”課程涉及到電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)及圖像處理技術(shù)、傳感器技術(shù)等，目前在教學(xué)和實(shí)踐過程中存在著一些弊端，教學(xué)模式和環(huán)節(jié)比較單一，課程內(nèi)容老化、陳舊，更新不及時(shí)，缺乏實(shí)用性和針對(duì)性，課程課程內(nèi)容的組織與工作過程不一致，學(xué)生實(shí)訓(xùn)力度不足，沒有與臨床很好地結(jié)合起來。其中最突出的是課程內(nèi)容缺乏實(shí)用性和針對(duì)性，忽視了對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，不適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要。

該課程原來是12 學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間，是在理論課后開設(shè)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為4個(gè)具體實(shí)驗(yàn)，分別是50 Hz陷波器、心電放大器研究、心率顯示器、QRS 波檢出器，2～3 人為一組。學(xué)生對(duì)于醫(yī)學(xué)儀器的基本原理、結(jié)構(gòu)、電路的理解得到了加深，鞏固了理論教學(xué)內(nèi)容，但由于實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，一定程度上限制了學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)，甚至還束縛了學(xué)生創(chuàng)新才能的充分發(fā)揮。因此，需要改變以往單一的教學(xué)模式，引入項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，通過多學(xué)科知識(shí)的融合交叉來完成某一醫(yī)學(xué)儀器的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，這樣可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)他們的積極性和主動(dòng)性，鍛煉學(xué)生運(yùn)用專業(yè)知識(shí)來解決實(shí)際問題的能力以及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，使其在畢業(yè)后就業(yè)與創(chuàng)業(yè)中發(fā)揮所長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)自己的夢(mèng)想。

2 課程教學(xué)改革和實(shí)踐過程

從2015 級(jí)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本科生開始，分別在理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、項(xiàng)目實(shí)施和考核評(píng)價(jià)方面進(jìn)行了實(shí)踐，旨在提高學(xué)生交流溝通、自主學(xué)習(xí)、專業(yè)知識(shí)應(yīng)用、產(chǎn)品設(shè)計(jì)等創(chuàng)新能力，并使之能得到可持續(xù)發(fā)展[1]。

2.1 理論教學(xué)整合與優(yōu)化

在以往所用教材的基礎(chǔ)上，將課程內(nèi)容進(jìn)行了整合與優(yōu)化，從醫(yī)學(xué)儀器的基本原理出發(fā)，通過生理系統(tǒng)建模方法的講解，掌握醫(yī)學(xué)儀器的設(shè)計(jì)原則，然后以學(xué)生的崗位勝任力為導(dǎo)向，構(gòu)建項(xiàng)目化教學(xué)單元。每類典型醫(yī)學(xué)儀器的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)作為一個(gè)教學(xué)項(xiàng)目，包括生理類醫(yī)學(xué)儀器、治療類醫(yī)學(xué)儀器、便攜式醫(yī)學(xué)儀器、遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)儀器等，實(shí)行理論、實(shí)踐一體化的單元式教學(xué)。學(xué)生從原來的被動(dòng)教育模式——教師課堂講授，學(xué)生聽課，課后答疑逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)式，使學(xué)生主動(dòng)地參與教學(xué)過程，有目的地獲取有用的信息，并在一個(gè)團(tuán)隊(duì)中發(fā)揮自己的作用，最大地發(fā)揮學(xué)生自身的主觀能動(dòng)性，這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)、工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力。

2.2 課程教學(xué)網(wǎng)站

疫情期間的空中課堂與以往的教學(xué)模式相比，發(fā)生了很大的變化，在“停課不停教、停課不停學(xué)”的前提下，為了保證線上教學(xué)順利開展，分工協(xié)作，對(duì)教學(xué)內(nèi)容重組，精心設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，逐步建設(shè)和完善課程資源，包括錄制視頻、項(xiàng)目拓展資料、在線直播、互動(dòng)討論等，結(jié)合具體案例進(jìn)行分析，通過完成作業(yè)、課后討論與互動(dòng)發(fā)言等及時(shí)了解學(xué)生在線學(xué)習(xí)狀況，解決學(xué)習(xí)中遇到的問題，建立多元化、過程化、動(dòng)態(tài)化評(píng)價(jià)體系，采取靈活多樣的考評(píng)方式，更有針對(duì)性地指導(dǎo)、引導(dǎo)和督查學(xué)生學(xué)習(xí)，增強(qiáng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性，實(shí)現(xiàn)了特殊時(shí)期線上教學(xué)與開學(xué)后教學(xué)進(jìn)度的有效銜接。

2.3 開放式實(shí)驗(yàn)室教學(xué)

“醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì)原理”課程知識(shí)點(diǎn)多、課時(shí)少、實(shí)用性強(qiáng)，教師除了講授重點(diǎn)、難點(diǎn)外，更多的是把握方向和指導(dǎo)，更好地發(fā)揮教師的監(jiān)督、協(xié)調(diào)和指導(dǎo)等作用。設(shè)立了實(shí)驗(yàn)室開放日，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣與愛好，參與到學(xué)科競(jìng)賽項(xiàng)目或者教師的橫縱向科研項(xiàng)目中，也可以自擬題目，組成課題小組，共同研究討論，鼓勵(lì)學(xué)生有自己的獨(dú)立見解，即使是不成熟的想法也可以講出來，最大限度地發(fā)揮學(xué)生的潛力，激發(fā)學(xué)生的求知欲望和學(xué)習(xí)熱情。

在項(xiàng)目研究過程中，以學(xué)生研究為主，教師指導(dǎo)為輔，讓學(xué)生真正融入到項(xiàng)目研究的過程中[2]。首先，教師指導(dǎo)學(xué)生完成項(xiàng)目整體方案設(shè)計(jì)，確定研究目標(biāo)；其次，學(xué)生廣泛查閱資料，為方案實(shí)施提供理論和原理支持；然后，學(xué)生根據(jù)已定方案，進(jìn)行硬件和軟件設(shè)計(jì)，并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)和作品測(cè)試，這是最為關(guān)鍵的一步；最后，對(duì)項(xiàng)目研究過程及成果進(jìn)行總結(jié)，教師指導(dǎo)學(xué)生撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。

在這里，學(xué)生完成了課堂到實(shí)踐的過渡，和教師可以進(jìn)行全面溝通，為大學(xué)生科研能力的提升和創(chuàng)新能力的增強(qiáng)提供了平臺(tái)。

2.4 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)

“醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì)原理”教學(xué)環(huán)節(jié)是全面應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)的過程，要將前3年學(xué)過的電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)、傳感器、信號(hào)處理等專業(yè)基礎(chǔ)課和醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課有機(jī)地融合起來，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的一個(gè)大貫通。通過對(duì)歷屆學(xué)科競(jìng)賽項(xiàng)目的分析研究，結(jié)合企業(yè)、醫(yī)院真實(shí)工作情境或任務(wù)，經(jīng)過對(duì)項(xiàng)目進(jìn)一步優(yōu)化整合，轉(zhuǎn)化為教學(xué)任務(wù)，貫穿于教材、教學(xué)、實(shí)訓(xùn)、參賽等多個(gè)環(huán)節(jié)。

項(xiàng)目選擇上既要符合教學(xué)計(jì)劃的要求，又要兼顧學(xué)生的知識(shí)水平、實(shí)際情況及課程設(shè)計(jì)時(shí)間的限制，同時(shí)還要有利于培養(yǎng)學(xué)生的開拓創(chuàng)新能力、獨(dú)立分析問題、解決問題能力。采用學(xué)生自主擬題與教師擬題相結(jié)合的方式，學(xué)生需具備一定的電子實(shí)驗(yàn)技能，并能綜合運(yùn)用所學(xué)電子理論知識(shí)和醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì)原理的理論知識(shí)，經(jīng)過一定努力方可完成。

教師不再用以前的以“知識(shí)點(diǎn)”為線索，而是改用以“項(xiàng)目”為線索，以“子項(xiàng)目”為模塊，各“子項(xiàng)目”對(duì)應(yīng)相應(yīng)課程，在項(xiàng)目實(shí)施過程中學(xué)生的知識(shí)水平節(jié)節(jié)攀升。學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)、小組協(xié)作等方式，在教學(xué)過程中不斷地根據(jù)“項(xiàng)目”的需求來學(xué)習(xí)，變被動(dòng)地接受知識(shí)為主動(dòng)地尋求知識(shí)，改變學(xué)生傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)觀，由“學(xué)會(huì)”到“會(huì)學(xué)”，逐步完成項(xiàng)目任務(wù)。最后學(xué)生展示自己的項(xiàng)目成果，接受他人的評(píng)價(jià)和教師的反饋。

“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”在設(shè)計(jì)方面可分為“方案及原理分析、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試、產(chǎn)品制作、設(shè)計(jì)報(bào)告”6個(gè)“子項(xiàng)目”。

項(xiàng)目實(shí)施分解如圖1 所示。

圖1 項(xiàng)目實(shí)施分解圖

2.5 構(gòu)建完善的考核評(píng)價(jià)體系

該課程由于注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，考核方式也進(jìn)行了不同于傳統(tǒng)筆試的改革。改革如下：分筆試成績(jī)（50%）和課程設(shè)計(jì)考核成績(jī)（50%）兩部分，項(xiàng)目組限定2～3 人為一組。課程設(shè)計(jì)考核按組內(nèi)自評(píng)、學(xué)生評(píng)委評(píng)分、教師評(píng)分等多步進(jìn)行，采取“過程性”與“結(jié)果性”相結(jié)合的考核方式[3]。

為了鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦，調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)的積極性，養(yǎng)成科學(xué)的工作態(tài)度，考核成績(jī)?cè)u(píng)定由3 部分組成：項(xiàng)目研究過程、項(xiàng)目研究成果及設(shè)計(jì)報(bào)告以及作品展示。項(xiàng)目研究過程成績(jī)是對(duì)項(xiàng)目研究進(jìn)展及學(xué)生參與度給出的評(píng)價(jià)，包括工作態(tài)度、平時(shí)表現(xiàn)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，占總成績(jī)的20%；項(xiàng)目研究成果及設(shè)計(jì)報(bào)告成績(jī)是對(duì)項(xiàng)目研究結(jié)果及撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告情況給出的評(píng)價(jià)，占總成績(jī)的40%；作品展示成績(jī)是學(xué)生對(duì)項(xiàng)目研究的總結(jié)展示，占總成績(jī)的40%。最后匯總3 部分成績(jī)，給出“醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì)原理”課程設(shè)計(jì)的考核成績(jī)。

在改革考核方式時(shí)，同樣要注重考試的導(dǎo)向作用，增強(qiáng)考核這一環(huán)節(jié)的靈活性，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，鞏固項(xiàng)目式教學(xué)成果，促進(jìn)理論與實(shí)踐的有機(jī)融合。

3 基于競(jìng)賽項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的課程改革與實(shí)踐成果

將項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法融入教學(xué)過程，以各類學(xué)科競(jìng)賽為驅(qū)動(dòng)，以學(xué)生為主體，指導(dǎo)教師和學(xué)生對(duì)競(jìng)賽題目共同研究、設(shè)計(jì)、實(shí)踐，學(xué)生在項(xiàng)目研究過程中更加深刻理解醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì)原理的相關(guān)知識(shí)，鍛煉和培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。同時(shí)，教師的教學(xué)和科研水平也得到了提升，還促進(jìn)了學(xué)生和教師合作的默契感。醫(yī)學(xué)儀器的設(shè)計(jì)研究也將為專業(yè)發(fā)展指明方向，培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)、分析、解決問題的科學(xué)思維和能力。

3.1 省級(jí)及以上創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)總數(shù)逐年提高

近5年來，生物醫(yī)學(xué)工程系在省級(jí)以上創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競(jìng)賽中共獲獎(jiǎng)113 項(xiàng)，其中國(guó)家獎(jiǎng)共26 項(xiàng)，國(guó)家級(jí)一等獎(jiǎng)6 項(xiàng)。其中，全國(guó)大學(xué)生生物醫(yī)學(xué)工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽共獲得國(guó)家一等獎(jiǎng)4 項(xiàng)，二等獎(jiǎng)3 項(xiàng)，三等獎(jiǎng)14 項(xiàng)，全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽中獲得國(guó)家一等獎(jiǎng)2 項(xiàng)，國(guó)家二等獎(jiǎng)3 項(xiàng)，在全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、挑戰(zhàn)杯、互聯(lián)網(wǎng)+等競(jìng)賽中也獲得省級(jí)以上獎(jiǎng)項(xiàng)若干次。在多次獲得各類獎(jiǎng)項(xiàng)的同時(shí)，學(xué)院的知名度得到了提升，更促進(jìn)了學(xué)生實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)的提升。

3.2 論文、專利等研究成果逐年增加，學(xué)生就業(yè)前景良好

學(xué)生參與學(xué)科競(jìng)賽或者教師科研項(xiàng)目后，研究成果凸顯，以本科生為第一作者發(fā)表的論文、專利等研究成果數(shù)量逐年增加。在研究生復(fù)試環(huán)節(jié)中，更看重實(shí)踐動(dòng)手能力和科研水平，學(xué)生成績(jī)遙遙領(lǐng)先，得到招考院校的高度認(rèn)可。在每年的企事業(yè)單位招聘中，參加過創(chuàng)新項(xiàng)目或者競(jìng)賽的學(xué)生都是他們優(yōu)先招聘的對(duì)象，就業(yè)情況日漸良好。也對(duì)已經(jīng)畢業(yè)的學(xué)生進(jìn)行了跟蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，他們?cè)诤罄m(xù)的企業(yè)工作中能夠較快地進(jìn)入角色，發(fā)揮自身的才能[4]，為專業(yè)方向的拓展指明了方向。

4 結(jié)語

構(gòu)建以學(xué)科競(jìng)賽為主要載體的“醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì)原理”課程建設(shè)，通過對(duì)歷屆學(xué)科競(jìng)賽項(xiàng)目的分析研究，結(jié)合企業(yè)、醫(yī)院真實(shí)工作情境或任務(wù)，經(jīng)過對(duì)項(xiàng)目進(jìn)一步優(yōu)化整合，轉(zhuǎn)化為教學(xué)任務(wù)，貫穿于教材、教學(xué)、實(shí)訓(xùn)、參賽等多個(gè)環(huán)節(jié)，可以徹底改變單一文本課程知識(shí)與企業(yè)、醫(yī)院脫節(jié)的問題，使教師與學(xué)生的課程知識(shí)結(jié)構(gòu)在課程建設(shè)與改革中得到進(jìn)一步的優(yōu)化，同時(shí)縮小了教學(xué)內(nèi)容與單位需求的差距，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)過程的多樣化。

采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式，以各級(jí)各類學(xué)科競(jìng)賽為項(xiàng)目主體，對(duì)學(xué)生進(jìn)行醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì)全過程的訓(xùn)練，學(xué)生在大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目申報(bào)、競(jìng)賽獲獎(jiǎng)、論文發(fā)表、專利申請(qǐng)等方面較以前有了很大提高，有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。同時(shí)以點(diǎn)帶面，對(duì)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)乃至其他專業(yè)課程的教學(xué)改革與創(chuàng)新上能起到一定的借鑒作用。