“生物醫學傳感器”理論、實踐及思政融合式教學探索

林旭東 徐炳哲 吳萬慶 陳巧珍

[摘 要] 課程思政是目前高校教育領域一種新的教育理念和實踐。培養創新型人才更是新時代高等教育的核心要求。該文結合“生物醫學傳感器”的課程特點，從三方面：鮮活案例隱于課堂教學、動手實踐現于課程實驗、創新能力啟于大學競賽，初步探索課程思政建設和培養學生創新實踐能力的融合教學，在潛移默化中引導學生，在實驗創制中啟發學生，在各項賽事中培養德才兼備的學生。

[關鍵詞] 生物醫學傳感器;課程思政;創新實踐

一、引言

作為一種極具新時代特色的教育理念，課程思政以立德樹人為導向，要求課程門門有思政，教師人人講育人[1]。隨著我國經濟的飛速發展，創新型人才的培養問題逐漸凸顯。我國教育正呈現基礎知識扎實，創新能力不足的現狀[2]。因此，培養創新型人才是新時期高等教育的核心要求，課程思政是新時代黨和國家對大學教育的重要指示。如何將兩者充分融合到課程教學中，對于工科專業的課程來說是一個挑戰。

“生物醫學傳感器”是生物醫學工程專業的一門基礎課，主要教授各式生物醫學傳感器的原理、設計和應用，歷來有著知識點嚴重交叉，內容深度枯燥，講授難度高等特點[3]。在讓學生掌握知識點的基礎上，重點培養其創新思維，創新技能及創新實踐能力，同時潛移默化地培養學生良好的家國情懷及領袖氣質，使學生成為德才兼備的優秀人才方可達成該門課程的教學育人目標[4]。針對上述情況，本文通過探索“生物醫學傳感器”的課堂及課外互聯式，理論、實踐及思政互融式教學，為該課程的深度改革提供一定的參考價值。

二、教學模式改革

（一）課堂理論教學模式探索

“生物醫學傳感器”的課堂教學既要傳授基本知識要點，亦要不知不覺中融入課程思政，方可達成教學目標。因此，我們圍繞該課特點——知識點高度交叉，從廣義的傳感器定義、原理剖析以及指標計算等逐漸過渡到種類繁多的傳感器設計及應用，并適當融入學生普遍關心的古今中外人事時政、新興技術及相關精神等思政元素。

首先，我們重梳知識網絡：橫向以人體五官“視覺”“聽覺”“嗅覺”“味覺”和“觸覺”作為各式傳感器類別進行歸類，縱向結合“光聲電磁”等檢測手段，將傳感器的交叉網絡進行清晰梳理，從簡單到復雜逐層遞進的方式，一一開展課程的講解。為突出生物醫學傳感器與傳統傳感器之不同，我們強調極高的可靠性和測量準確性，不僅從技術上引導學生分析相關傳感器設計的干擾和噪聲，而且以課堂展示（例如紅外感應器與紅外體溫傳感器）的方式，具象化地對比兩者的測量區別，并從中傳授具體提高共模抑制比，屏蔽工頻干擾及噪聲等技術。針對每一章節的內容，我們的課堂教學均會分成傳統生物醫學傳感器及新近開發的先進生物傳感器兩部分做介紹，使學生既能充分掌握課程的知識點，又能緊貼科學發展的前沿。往往新近開發的傳感器，與時政、時事、人物和新興技術等的結合程度會非常高。比如基于微流控的傳感芯片，柔性傳感器，植入式微型腦機接口等知識介入，新興技術的吸引力已經足夠強。在此基礎之上，本課程改革探索融入思政元素，更容易引起學生的共鳴（圖1）。

教學方式上，一味的知識講解以及公式推導容易使學生感覺枯燥難懂。針對如何增加學生們的課堂學習樂趣，學院教研組提出在保證教學質量的前提下，適當進行多樣化教學。因此，我們將個別課堂問答及討論時間，改成辯論（例如：我國生物醫學傳感器的發展瓶頸在于技術創新;生物醫學傳感器的性能取決于芯片;植入式的生物醫學傳感器相較于體外的生物醫學傳感器更先進等）;頭腦風暴（例如：可穿戴心電傳感器設計方案;柔性植入式腦電傳感器設計方案;無線通訊的醫用傳感器設計方案等）;案例剖析（例如：可降解植入式傳感器;呼吸機中的生物醫學傳感器;磁導微納生物醫學傳感器）等。多樣化的教學模式使得課堂不再是一人講、眾人聽的枯燥場面。這大大提高了學生的課堂參與度，亦可多重培養學生間的相互協作，獨立思考以及創新意識，并且在不經意間融入了課程思政，達到德才雙育的效果。

（二）課堂實驗教學模式探索

為提升“生物醫學傳感器”課程教學效果，在理論教學方面，我們在傳統的教學內容基礎上，嘗試梳理和改革課堂教學內容，增加教學模式的多樣性;在實驗教學方面，我們不再只是簡單的“插線板式”實驗教學：以項目制的方式，增加傳感器自主設計，制造和驗證等內容，讓學生體會從零到一，從想法到實現的整體過程，極大地提高了學生參與實驗課程的興趣。

其中，與傳統基于電子學的傳感器設計實驗相對比，學生對新型微納傳感器，可穿戴柔性傳感器等的設計實驗表現出濃厚的興趣。例如基于微流控技術的傳感芯片系統設計和制造實驗，主要分為四大部分（圖2）：利用微流動力學原理，通過SolidWorks軟件設計所需微結構，并通過多物理場仿真軟件Comsol進行設計優化;通過微加工設備，包括光刻和高精度CNC等方式制造微流控芯片，并通過等離子體處理等方式進行芯片封裝;利用Multisim軟件設計和仿真芯片外圍電路，并通過PCB或焊接的方式完成電路制造;將微流控芯片與外圍電路連接起來形成完整的傳感器并進行功能驗證。該部分實驗無固定的實驗內容，只限定實驗方向。因此，學生們可根據自己的背景調研，自身的動手能力以及興趣愛好進行實驗選題。一旦題目選定，從傳感器設計和仿真、優化制造、軟硬調試以及最終的組裝和功能驗證，都需要自己動腦動手。雖然整體實驗耗時比傳統“插線板式”的實驗長不少，教師的準備工作也繁重許多，實驗期間出現的問題亦呈現多、雜等特點，但通過兩屆學生總體實驗情況的比對，學生們的實驗激情得到極大提升（主動要求課余時間進入實驗室做傳感器實驗人數、實驗中的討論包括學生間的討論，傳感器設計成果增加許多等）。這在一定程度上實現了對學生創新思維的引導，同時培養了學生科學研究的毅力和正確的職業素養。

（三）課外實踐教學模式探索

此次“生物醫學傳感器”教學模式的探索，不僅是課堂教學的改革，在課外時間中，我們亦進行了相關教學模式的試驗：以大學生創新訓練計劃項目、學科比賽等為載體，引導學生實踐，將課堂學習的知識應用到課外設計中。本次課程改革探索從學生實踐中去啟發創新，去培養正確的價值觀人生觀，以“潤物細無聲”的方式融入課程思政。

以高通量芯片系統為例，學生延續了實驗課的相關內容，延伸并學習了相關技能，結合課堂上所學到的知識，將自己的創意付諸實踐。教師作為指導角色，不單單要從方向上把握好項目進展，而且要在課外盡可能地引導和鍛煉學生，使其能力、意志和品格得以提升。我們為此，在初期學生選題時教授本科生利用各式搜索引擎查閱最新文獻的技巧，并讓學生定期參與研究生組會，體會和理解項目的背景調查、技術對比、數據分析、結果討論和項目總結等過程;項目進展中期，教研組以視頻網絡會議的方式，通過不同組別學生的展示以及組內同學的定期討論，讓學生相互啟發，相互進步;項目末期，為了鍛煉學生的抗壓能力，我們通過兩種方式：團隊模擬答辯與個人模擬面試，對學生進行相關能力的鍛煉。最終，學生不僅完成了傳感器設計以及外圍軟硬件的搭建，還將設計以圖文并茂及視頻展播的方式展示出來，在校、市及省級創新創業比賽中榮獲各種獎項。除卻備受肯定的喜悅以及滿滿的成就感，在此過程中，學生們體會過實驗不順利，結果遠不如預期的挫敗;體驗過比賽準備不充分，隊員想法有分歧導致的比賽比分落后;感受過評委以及指導老師極為嚴厲的要求。此間種種，幾乎不可能在課堂上教于學生。因此，鼓勵學生參加課外實踐，積極通過各種措施引導學生將實驗成果轉化為課外設計，將很大程度上有利于“生物醫學傳感器”課程培養德才兼備，家國情懷，領袖氣質的教學要求。

三、教學效果分析

課堂上，由于教學形式不再單一，知識點與實際應用的結合更為緊密，不僅增加了學生與教師的互動，也給予學生一片廣闊的天地去思索，去拓展。從課后的提問情況分析，絕大部分同學已將知識點融入自己的思維體系，問題均比較具有深度，甚至有部分是值得探索研究的問題。與思政元素的充分結合，使得教學內容相較傳統課程豐富許多，極大地激發了學生的學習熱情，樹立了較強的民族意識。多樣化的課堂教學模式的探索，能夠引導學生與教師一起討論，交流，在辯論中相互修正，在頭腦風暴中相互補充，在案例分析中相互提升，很好地提高了教學質量，引導學生領會相關的科學知識，思考相關科學問題。

課程實驗方面，我們通過真正的項目制開發，不再拘泥于傳統生物醫學傳感器實驗的“插板板式”、步驟化的教學，喚醒學生的主體意識。實驗過程中，教師是引導的角色，學生是創造的角色。當一個個自行設計、自主制造、運行完好的傳感器放置在眼前時，從學生的眼中可以讀到成功的喜悅。針對同一個問題，在實驗過程，學生們會漸漸領悟到解決方法不會只有一個。這充分調動了學生的學習積極性和主動性，不僅為學生開創了一個寬松的實驗環境（自主發揮，自行定義），而且讓學生深刻體會項目開發的困難，動手能力的重要性以及創新實踐的樂趣。

課外實踐方面，學生們依托課堂學習的知識，很好地將實驗課所做的傳感器延伸至生活中的實際應用，全方位地給予學生鍛煉的機會。傳授知識固然重要，但能力培養才是當代大學生最為欠缺的。在課外的各學科比賽及大學生創新創業項目中，學生們不再認為這是教師指派的任務或者是課程作業，而是學生自己的“事業”。在課外實踐中，大部分學生的自我驅動力被充分調動起來，不再是教師給了指令不得不干，也不是因為要考試了才會去學習，而是在別人告知之前已經積極努力地完成自己設定的任務。即使有層出的問題和意料之外的挫折，學生們從項目中漸漸形成強大的意志和不斷的正能量。興趣是最好的老師，事業是最好的動力。當一份份獲獎證書，一個個獎牌陳列眼前時，一方面代表著學生學有所獲，另一方面說明教師教有所成。創新能力的培養顯而易見，而思政建設亦以潤物細無聲的方式影響著同學們。大健康的概念，正確的職業素養，家國情懷及民族意識等，均在實踐過程中漸漸影響著學生的思想。比起死板的教條灌輸，課外的實踐教學顯得更為靈動及深入人心。

教學效果是每一門課程教學的落腳點，一切教學模式的改革最終目的都是要最大程度達到教學目的。因此，每一次教學模式的探索，都需要緊緊圍繞德才兼備教育這一核心點。教師質量的評價總歸要回到學生群體上。每一門課程的教學效果分析都應該是綜合性的，只看成績和教評，是一種片面的評價方式，還應該考量學生的創新思維能力，動手實踐能力以及道德情操等方面的教學效果評估。

四、總結

本文通過課堂理論教學、課堂實驗教學及課外實踐教學三部分教學模式和方法的初步探索，證實在“生物醫學傳感器”課程教學過程中融入創新培養和課程思政是切實可行的，其不僅能夠彌補傳統教學模式下的種種弊端，而且能夠極大地延伸課程及課外教學的深度和廣度，既注重教學結果，又關注教學過程。融入思政元素，不是將工科課程變成政治教育課程，而是要用之吸引學生的關注、激發學生的學習積極性和主動性，從而提升學生對課程的關注度和參與度，使得課堂不晦澀、知識不枯燥、思政不死板，進而達到學有所專，立德樹人的課程目標[5]。著重培養學生的創新意識，實踐能力和辯證思維，既考驗教師的知識廣度以及課程深度，又需從思想和行動上去影響學生，因此，以大學各項學科競賽為載體，積極融入學生群體，以小團隊形式，可更深入地完成課外實踐教學?？偠灾撎剿鳛槲磥怼吧镝t學傳感器”課程教學的深度改革提供了一定的實例證據和改革思路，結合其他理工醫科專業課程的特點和相關培養計劃，我們充分相信本文的教學模式可根據實際教學情況加以改進并適用于其他綜合性較強的交叉學科課程。

參考文獻

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[4]陸道坤.課程思政推行中若干核心問題及解決思路——基于專業課程思政的探討[J].思想理論教育（上半月綜合版），2018（3）：64-69.

[5]田鴻芬，付洪.課程思政：高校專業課教學融入思想政治教育的實踐路徑[J].未來與發展，2018（4）：99-103.