新工科背景下生物醫學工程“多學科融合”人才培養體系的建設

劉杰 張超 羅潔

摘 ?要：結合生物醫學工程具有很強的綜合性、實踐性的交叉融合學科特點，從綜合性大學多學科交叉聚焦新工科的人才培養模式，著重于三個內容上的突破：強調理、工、醫的學科交叉融合;突出“導師團”創新培育機制的育人模式;打造學生實驗->實踐->科研的遞進式能力培育，最后形成新工科背景下的“多學科融合”人才培養模式。

關鍵詞：新工科;生物醫學工程;多學科融合;人才培養

中圖分類號：C961 ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）34-0141-04

Abstract： Combining with the characteristics of biomedical engineering as a comprehensive and practical interdisciplinary subject， this paper focuses on the breakthrough in three aspects from the perspective of the talent training mode of multi-disciplinary interdisciplinary focusing on new engineering in comprehensive universities： emphasizing the interdisciplinary integration of science， engineering and medicine， highlighting the "mentor group" innovative cultivation mechanism mode， building the progressive ability cultivation of students' experiment -> practice -> scientific research， and finally forming the talent cultivation mode of "multi-disciplinary integration" under the background of new engineering.

Keywords： the new engineering; biomedical engineering; multidisciplinary integration; cultivation of talents

當前，世界范圍內新一輪科技革命和產業變革加速進行，綜合國力競爭愈加激烈。國家實施創新驅動發展、“中國制造2025”“互聯網+”等重大戰略，以新技術、新業態、新產業為特點的新經濟蓬勃發展，要求工程科技人才具備更高的創新創業能力和跨界整合能力，加快新工科建設，助力經濟轉型升級[1]。十九大報告中提到，要深化產教融合、校企合作，加快一流大學和一流學科建設，實現高等教育內涵式發展。習近平總書記指出，“我們對高等教育的需要比以往任何時候都更加迫切，對科學知識和卓越人才的渴望比任何時候都更加強烈”，我國高等工程教育改革發展已經站在新的歷史起點。

新經濟快速發展迫切需要新型工科人才支撐。新工科的概念在2016年提出，又在2017年形成了復旦共識、天大行動及北京指南，國內各大高校就新工科的建設進行了廣泛而深入的討論，新工科不再是局部考量，而是適應以新技術、新產業及新業態為特征的新經濟背景下工程教育改革的重大戰略抉擇。

在新工科中，工科是指工程科學，新包含三方面涵義，即新興、新型和新生。新工科代表的是最新的產業或行業發展方向，指的是正在形成的或者將要形成的新的工程學科，因此其大體上有引領性、交融性、創新性、跨界性和發展性等幾個特征[2]。生物醫學工程為多學科交叉的新型工科專業，通過生物、醫學、材料、電子、信息等領域的交叉與融合，利用現代工程技術手段，解決醫學中的預防、檢測診斷、治療和康復等問題。但學科人才培養方面存在著培養目標和社會需求貼合不緊密，師資力量配置不合理，課程設置不均衡等問題，嚴重制約著生物醫學工程學科的進一步發展和生物醫學工程產業進行新一輪的升級換代[3]。

綜上所述，要培養符合新時代新經濟發展要求的新工科人才，必須重新審視學科的人才培養體系。

一、新工科背景下的生物醫學工程學科人才培養體系建設總思路

中山大學生物醫學工程學科建于1982年，是國內較早成立生物醫學工程教研室的高校之一，目前的生物醫學工程專業立足于中山大學原有的生物醫學工程一級學科，學校充分考慮了資源整合、學科布局及發展趨勢等等因素，于2017年獨立成立生物醫學工程學院。中山大學生物醫學工程專業致力于培養掌握生物醫學工程和其他相關學科的基礎理論，具有綜合應用多學科知識和方法解決醫學相關領域實際問題的能力，在生物材料與組織工程、生物醫學傳感、醫療儀器等相關領域從事科學研究與應用開發的高素質醫工復合型人才。

新工科下生物醫學工程專業的人才培養，需要從根本上解決高端技術研發人才培養的問題，為解決生物醫療產業重大共性關鍵技術、有效提升國內企業技術水平及市場競爭力提供人才基礎。因此，中山大學生物醫學工程學院對本科人才培養的理念和思路是“以本科實驗教學課程為基礎，以培養學生解決實際問題為導向，以創新能力培養為核心，以科研帶動實驗教學為手段的方式”。從社會需求的角度出發，按照“面向醫科、背靠工科、醫工融合”的辦學思路，以“來自臨床、服務臨床、高于臨床”為指導方針，將醫工合作切實有效地落實到教學與實踐中，拓展學科建設方向，逐步建立起適合于多學科合作發展的運行模式。充分利用綜合性高等院校的學科、科研優勢設置課程體系，利用專業課程涉及面廣、靈活性高的特點，結合科研優勢，突出重點，構建科學的教育體系結構。根據專業設置和學科研究方向，確定知識結構的主干，同時注重拓寬知識范圍，使學生既能有相應的生物醫學工程專業知識又具備在其他領域中發展的基礎， 從而實現真正意義上的理、工、醫的交叉和融合，進而培養一批能夠理論聯系實際、具有分析解決問題能力和獨立創新能力的、能真正滿足現代社會對生物醫學工程要求的人才。

（一）強化“頂層設計”，結合專業特色形成多學科交叉的人才培養理念和體系

新工科代表了新興行業或產業發展方向，多學科融合或通過跨學科研究問題是產業發展中技術解決問題的創造性方法。多學科交叉與融合是現代科學技術發展的趨勢，是新工科的顯著特點，是科技創新的源泉，也是學科增長點最重要的來源之一。進一步增強多學科之間以及學科方向間交叉融合，積極探索多學科交叉融合的有效途徑，以激發創新活力，提升學科競爭力。

然而，在本科人才培養過程中，實現對學科學生的“多學科交叉式”培養會受到許多限制因素影響，如固有學科領域界限的限制，學科配置建設完整性，學科導師專業領域廣度，產學合作協同育人機制完善程度等。針對高度融合的交叉學科——生物醫學工程專業而言，學科教師往往只在某個學科領域有所長，但其學術視野、思維方式及技術方法等受到特定學科領域的限制，一定程度上制約了學生能力的提高。

國外生物醫學課程存在多元化、個性化及職業化的設置傾向，通識與人文社科類課程比重較高，重視學生綜合素質的培養，為接下來繼續深造或者入職打下良好基礎。國內的課程設置更多的體現專業化，職業發展能力和科學研究能力有所欠缺，培養出的學生往往知識背景單一、解決臨床問題能力匱乏，不能滿足社會對具有綜合應用多學科知識和方法解決實際問題能力的高素質復合型人才的需求[4]。經過多輪研究與調整，制定了多學科交叉培養的新型生物醫學工程專業培養計劃，有針對性地結合醫學、化學、生物學、電子學、材料學和工程學等學科核心課程開展生物醫學工程課程體系改革;通過創新培育實施，完善課程設置、評估與考核體系。

在中山大學“德才兼備、領袖氣質、家國情懷”人才培養目標的指導下，從社會需求的角度出發，按照“面向醫科、背靠工科、醫工融合”的辦學思路，以“來自臨床、服務臨床、高于臨床”為指導方針，針對先進醫療器械這個新興產業的發展需求，戰略性布局生物醫學材料、生物醫學傳感和醫療儀器三個生物醫學工程人才培養方向，為先進醫療器械開發儲備從機體->材料->傳感器->儀器->機體的整個開發閉環中所需的“多學科融合”人才（圖1）。

將醫工合作切實有效地落實到教學與實踐中，充分利用綜合性高等院校的學科、科研優勢設置課程體系，結合科研優勢，突出重點，構建科學的教育體系結構，確定知識結構的主干，同時注重拓寬知識范圍，使學生既能有相應的生物醫學工程專業知識又具備在其他領域中發展的基礎，從而實現真正意義上的理、工、醫的交叉和融合，進而培養一批能夠理論聯系實際，具有分析解決問題能力和獨立創新能力的，能真正滿足現代社會對生物醫學工程需求的人才。

（二）組織建立多學科交叉融合的跨學科人才培養

團隊和導師團人才培養新型運行機制

現時我國大部分高校都實行學分制的教學管理制度，但在目前學年學分制的教學管理制度下，我國本科教育“管教分開”的模式逐漸暴露出“思想政治教育工作和專業教育完全分離”的弊端，專職老師只負責上課，缺乏對學生發展和需求的了解，達不到因材施教的效果，不利于對學生進行全方位、人性化的指導，不利于學生綜合素質的培養。

為解決上述問題，我們在單導師制模式下進一步優化，提出了新型本科生導師團模式。不同年齡層、不同職務、不同專業及研究方向的導師組成有機互補的導師團，對所有本科生給予全方位、個性化的指導：讓本科生從大學一年級開始有機會接觸本專業相關的內容，加強了對專業的認識及學習的興趣，逐漸培養協同創新意識，為日后學習打下基礎;到大學二年級，在對本專業有總體了解的基礎上接受導師團手把手的指導，通過參與項目培養創新能力以及基本的研發能力;高年級的本科生側重于專業核心技能的訓練，將本科生創新培育計劃與畢業設計相結合，培養高年級學生分析問題、解決問題、實際操作等專業的能力。

導師團指導小組的建立，成功構建了教學、實踐、科研協同創新機制，同時也解決了工程應用型交叉學科中的局限性問題，促進學科交叉融合，大大提高了學院本科生培養質量，既可以拓寬學生的知識面，提高學生的實踐創新能力，為社會輸送復合型人才，也能為提升導師自身學術水平提供良好的平臺，也是增進技術交流、實現學科交叉融合的有效途徑。

生物醫學工程學科的人才培養團隊主要來源于生物醫學工程學院專任教師，同時從中山大學各個學院，尤其是醫學院、附屬醫院、化學院、材料學院、生命學院等相關學院篩選一批具有不同研究方向的教授、副教授組成教師培養團隊;根據本科生不同階段人才培養的需求和項目開發需求，吸納校外（如企業）專業人員加入導師團指導小組。

團隊指導方式：除多學科團隊完成新培養計劃的修訂和課程教學外，團隊還應打破原有的導師或輔導員與學生之間一對多的指導方式，采用“多對多”的導師團與導師小組指導形式（圖2）。為了便于組織管理，團隊老師可以直接指導本科生，也可以通過團隊中教師和相應的研究生的有機組合構成導師梯隊對本科生進行指導。

（三）建立跨學科創新實訓平臺，加強素質提升

生物醫學工程屬于實踐性極強的工科專業，設置生產實習、創新訓練項目和畢業設計等，通過實踐環節學生才能從更深層次理解所學專業知識[5]，而實踐是創新的基本要求，創新創業訓練必須建立在基礎實驗課程、綜合實驗課程及創新實驗課程的基礎上。基礎實驗課程由電路原理實驗、物理實驗（生物醫學工程專業）、普通化學實驗、信號與系統實驗、有機化學實驗、計算機算法語言上機實驗、工程制圖實驗（生物醫學工程專業）七門實驗課組成，主要包括基本操作訓練、基礎工具使用、基本理論知識驗證和科研方法訓練，為學生打下堅實的基礎知識，培養學生嚴謹的科研態度，并使學生熟練掌握實驗技能;綜合實驗課程是在掌握了基礎實驗工具與技能后才能開展的課程，如生物材料與組織工程的生物力學實驗任務、生物材料基礎實驗，生物醫學傳感方向有生物醫學檢測、生物醫學分析基礎實驗等實驗課，醫療儀器方向安排有醫用電子儀器原理與設計實驗、生物醫學信號處理實驗等課程。它主要培養學生的綜合素質，將若干單獨的基礎實驗“點”連成連續的“線”，培養了學生獨立思考、分析問題、解決問題的能力。基礎實驗課程和綜合實驗課程打好基礎，創新實驗課程進一步幫助學生理解人體運動知識，培養學生的動手能力，提高學生運用實驗手段解決問題的能力。

新工科背景下生物醫學工程學科人才培養體系建設應該充分體現學科特點，注重實際應用，與生產實踐和產業及行業融合，緊跟時代發展要求，既要引領學科發展、促進技術進步，又要促進學科與產業融合，為生產及科研服務。這就要求培養的學生具有一定的技術能力以及參與工程項目解決實際問題的能力[6]。打造新工科創新培養模式下的工程實訓平臺，進一步適應開放式實驗教學的需要，整合公共教學實驗室與實驗創新平臺及各專業實驗室資源，建設好開放創新實驗與實踐體系，逐步推行開放式實驗教學，使學生自主實驗的開放程度達到30%以上。將本科教學實驗室做成第二課堂的實驗基地，為學生開展第二課堂的活動提供支持。致力將科研成果轉化為實驗教學資源，拓寬學生的視野。開發、研制反映現代實驗技術，具有廣泛工程意義的前沿性實驗。結合生物醫學工程學院與企業共建的工程實訓實驗室和生物醫學工程學科科研實驗室，共同為本科生打造一個具備先進實驗科研設備、企業與學校老師共同指導并參與的產學研一體化項目開發平臺。同時結合人才培養方案的進一步深化調整，通過加強工科實踐教學體系建設，如增加工程應用與技能訓練課程，邀請合作企業的工程技術人員和管理專家為學生講授實際工作問題和產品開發方法，這能讓學生盡早地了解并學習相關行業的專業標準規范和行業需求，為高年級學生學習以及畢業去向做相應規劃;考核方式為獨立完成課題，通過小組合作的方式，每個組自主選擇并完成不同難度的課題，培養學生獨立思考、發現問題、解決問題的能力，對學生綜合能力有很大提高，是將理論、實驗應用到實踐創新中的創新應用課程。通過生物醫學課程設計、科學研究實踐與創新課程，將結合畢業設計課題進行，因此可以讓學生有更長的時間從事實際項目開發。增加生物醫學創業訓練課程，讓學生更早地系統的接收由企業和行業指導單位提供的創新創業訓練教育，并結合工程實訓平臺開展創新型的項目孵化。

目前，我院已與深圳市光華偉業股份有限公司簽訂大學生實踐教學基地協議，并已獲得省級實踐教學基地的經費支持，同時為了更有效地培養具有3D打印技術基礎的人才，更好促進3D打印普及，推動3D打印產業發展，促進生物醫學工程學院與光華偉業公司的協同發展，實現校企雙主體共同培養人才、共同開發人力資源、共同為社會服務。

二、結束語

新工科建設是新經濟、新產業、新模式下社會發展的需求，無論一個國家的經濟社會發展到什么水平和階段，工程學科教育必須最后落腳于服務國家戰略、滿足產業需求和面向未來發展。新工科人才培養模式的建設，可進一步落實生物醫學工程多學科融合的導師團創新培育計劃對于實驗教學和本科生科研訓練的指導作用;通過這種創新性的大學生人才培養模式，帶動大學生創新創業訓練計劃和各類學科競賽的參與以及一大批成果輸出。新經濟的出現和發展，需要更多新型工科人才的支撐，需要高校不斷探索多樣化和個性化的人才培養模式、人才培養體系，布局新工科建設。國際競爭歸根到底是人才和教育的競爭，培養創新創業人才，主動適應和引領新經濟，打造具有國際影響力的新工科“新體系”，為新經濟的建設不斷輸送新型工科人才[7]。

參考文獻：

[1]胡波，馮輝，韓偉力，等.加快新工科建設，推進工程教育改革創新——“綜合性高校工程教育發展戰略研討會”綜述[J].復旦教育論壇，2017，15（2）：20-27+2.

[2]林健.面向未來的中國新工科建設[J].清華大學教育研究，2017，38（2）：26-35.

[3]程和偉，李章勇，王偉，等.產學研深度融合的生物醫學工程本科教育模式探索研究[J].中國教育技術裝備，2018（18）：60-63.

[4]汪卓赟，陳明壯，查靜茹，等.生物醫學工程實踐教學體系改革研究進展[J].中國醫學裝備，2019，16（1）：138-142.

[5]周穎，谷雪蓮，王殊軼，等.生物醫學工程專業實踐教育體系研究[J].生物醫學工程學進展，2019，40（1）：54-57.

[6]陳月明，高天昀，楊潤懷.新工科下人才培養體系建設的探索與實踐——以生物醫學工程學科為例[J].教育觀察，2018，7（21）：8-11.

[7]吳愛華，侯永峰，楊秋波，等.加快發展和建設新工科 主動適應和引領新經濟[J].高等工程教育研究，2017（1）：1-9.