新工科背景下生物醫學工程專業課程教學改革與實踐

畢曉艷，羅曉飛，肖嘉瑩

(中南大學 基礎醫學院，湖南長沙 410000）

2019年，教育部辦公廳發布《關于實施一流本科專業建設“雙萬計劃”的通知》，提出用新工科、新醫科等示范性本科專業，來帶動高校專業結構優化、提升專業建設質量，推動形成高水平人才培養體系[1]。生物醫學工程作為醫工交叉專業，將成為未來引領醫學創新的主導方向，當前社會經濟的不斷發展與進步，為其研究提供了廣闊空間。然而，現階段高校對生物醫學工程專業的人才培養模式、 教育理論和課程體系改革仍處于探索階段[2-3]。

1 生物醫學工程專業現狀

信息化與人工智能的快速發展推動了新產業與新工科的興起，一方面要建設一批新興工科專業，如人工智能、機器人等；另一方面要對現有工科專業進行改革創新，探索符合工程教育規律和時代特征的新培養模式[4]。目前，國內開辦的生物醫學專業主要分為醫學、理工類院校，是兩種截然相反的模式[5]。醫工緊密結合，要求學生既要熟悉醫學知識，又能掌握工科常用方法，現有的課程體系不能很好地體現醫工融合趨勢，課程與實際工作貼合度不高，對接職業標準還存在一定的差距。 醫學類辦學模式更側重于醫學儀器、生物材料等領域，忽略了對學生工程技術理論知識以及實踐操作能力的培養，難以滿足生物醫學工程專業應用型人才需求。

2 新形勢下生物醫學專業教學改革研究

生物醫學工程專業的新工科教育應讓工程教育回歸工程本質，通過科教融合和醫工結合，構建課程內容新結構，推進教育教學新方法，完善工程教育新體系。

2.1 構建課程內容新結構

在新工科背景下，生物醫學工程專業發展迅速，之前的教學內容正逐漸脫離學科發展趨勢，沒能將理論知識內化為實際能力。 針對生物醫學工程的技術體系和應用領域，通過深入了解專業人才的定位與知識構成，結合最新科研進展，不斷拓展專業的內涵和建設重點，形成新的課程體系。

2.2 推進教育教學新方法的應用

傳統教學方法以教育者講授為主，這種灌輸式教育模式在一定程度上不利于教育者主動性和能動性的發揮，難以培養適應經濟社會發展的應用型人才。隨著互動性、 智能化和個性化的教學方式與技術的快速發展，以虛擬仿真、 人工智能等信息技術為基礎的探究性、討論式、參與式教學方法以及線上線下混合式教學方式已被廣泛應用。

2.3 完善工程教育新體系

在工程教育領域，要促進人才分類培養，優化人才培養方案，以創新為目標、以項目為載體、以問題為驅動，建立完善高校與行業企業、 科研院所協同育人機制。 在課程實踐環節，深化產學研醫合作，強化實踐教學各環節的管理；在真實項目階段，依托高水平真實項目，建立創業基地；在創新創業階段，注重培養學生的實踐能力、創新精神和工匠精神。

3 醫學成像原理課程改革實例

醫學成像原理作為生物醫學工程專業基礎課程，旨在幫助學生掌握關于醫學成像的基本原理、 方法和發展趨勢，培養學生運用影像技術清晰地呈現人體內部結構和功能的技術與方法，在新工科人才培養中發揮著顯著作用[6-7]。該課程與新興技術變革密切相關，是醫工交叉的一個重要研究方向。

3.1 教學改革內容

考慮到當下醫工結合愈加緊密的特點，針對醫學成像原理課程存在的問題進行改革，圖1為醫學成像原理改革框架，改革內容主要分為以下幾點：

圖1 醫學成像原理課程改革框架

（1）教學內容設計。

首先，課程內容緊密結合實際的醫學應用，體現本課程醫工結合的特色之處，弱化學科界限。 從原理出發，根據臨床的需求與應用情況將各大技術進行整合分類，如腫瘤篩查、骨科、胸外科等科室的應用等，使學生對成像技術的應用有一個深刻的認知。

其次，注重循序漸進，由淺入深。從本科、碩士研究生到博士研究生，從“數字或醫學圖像處理”“醫學圖像處理新技術”到“醫學圖像處理前沿進展”[8]，以時間為軸線，闡述成像技術的發展歷程以及各項技術的優缺點，引發學生對技術革新的思考。

最后，體現教學過程的層次性。 由點到面，善于歸納總結，可以是對具體成像技術進行探討，也可以從臨床需求出發討論其發展前景，以此來體現出知識的前沿性，為學生畢業后開展相關技術研發工作提供良好的發展空間。

（2）實驗課程。

由于課程涉及的是常用的醫療設備，缺乏實操平臺，需引進各大模擬仿真平臺，使學生在模擬的各種臨床情景中真正學會技術的應用，體會到成像技術在推動醫療水平不斷發展中舉足輕重的地位。類似的，結合其他的算法課程或實踐課程，將圖像處理的方法融入成像技術中，提高學生解決復雜工程問題的能力。

（3）創新創業教育。

培養創新創業人才，是新工科專業應承擔的責任和義務。學生在教師的指導下開展科學研究與探索，針對當前臨床方面的新應用與新需求提出思考與見解，利用各大創新創業平臺設立課題，進行研究，充分發揮自己的能力，提高自身水平，真正做到學以致用。

3.2 具體實施路徑

（1）轉變教學模式。

在教學內容上，改變過去傳統的教學模式，從以學科為中心轉向以學生為中心、以社會需求為導向，按需施教[9]。在教學過程中，注意培養學生的情懷，調動學生積極性。 除了教師講授，結合翻轉課堂模式外，還可采取自主探究、互助協作的方法，安排適當的課時讓學生們分組學習并上臺展示和分享學習成果，有利于培養學生文獻查閱、語言表達等多重能力。師生間多以答疑的方式進行互動，給學生更大的思維空間與更多的交流機會，提高學生的學前意識、 課堂的參與度和積極性。新的教學模式有利于學生舉一反三學習，為未來繼續深造做好知識儲備。

（2）加強實驗課程實施，共建“醫工結合”研究平臺。

實驗課時不少于總課時的三分之一，針對不同年級的學生安排實驗內容，制定差異化標分標準，同時設立實驗室開放基金，為學生進實驗室提供有力支撐。學生借助仿真平臺，加強對醫療設備成像技術的理解，并最終達到熟練掌握的目的。 利用學校與醫院緊密結合的模式，設計了相應的醫院實地見習課程，通過醫院技術人員的講授，能夠熟悉醫療設備及其相關配套設備的構造、使用、維護、故障排除、檢修等，對理論知識更系統地掌握，提高學生對實際問題的分析判斷與解決能力，同時也能對當前的醫學成像發展水平有更深入了解。

此外，與醫院、企業攜手，打破原有單位人員編制、學科專業束縛，共建醫工結合研究平臺，開辟第二課堂，強化學生實踐能力[10]。 同時，充分利用校外實習基地優勢，讓學生多方獲取實踐工作經驗，提高實踐教學質量。

（3）培養創新思維，加強創業訓練。

創新創業訓練是生物醫學工程專業培養高層次人才過程中不可或缺的重要環節。 “以賽促學，以評促建”，尤其是在醫工結合的環境下顯得更為突出和重要。依托大學生創新創業平臺和學科競賽，鼓勵學生積極查閱資料并思考，提出與課程相關的課題或創新思路，并在教師的指導與鼓勵下走進實驗室，進行有關實驗，同時參與創新創業項目申報或競賽，通過調研、實踐等提高學生的創新創業能力，培養符合現代社會需要的人才。

（4）編寫新型融合性教材。

目前，國內關于醫學成像原理的新工科教材非常少見，且出版時間大多較早，醫工結合前沿知識涉及較少，對長期臨床實踐中凸顯的現實需求更是鮮有研究。需要組織醫學、工程學等不同專業背景的師資，根據學科發展需要，精選案例，與時俱進編寫融合性教材。

（5）組建“雙師”教學團隊。

堅持把師資隊伍建設放在優先發展的戰略地位，通過醫工融合的教學改革，建設一支能適應生物醫學工程產業化發展的高素質師資隊伍。一方面，可根據學校的具體情況，實行醫學院與工學院教師“雙聘制”，充分發揮教師的積極性、主動性和創造性，加強教師之間的互動與交流。 另一方面，積極引進海外高層次人才，將國外先進技術、理念與國內豐富的教學實踐相結合，不斷提升教師隊伍整體素質。

4 教學改革實施成效

經過幾年的改革與探索，我校的生物醫學工程專業取得了豐碩成果。 目前，醫學圖像處理已列入學校的精品課程。學生的科研創新能力明顯提升，先后在國家級大學生創新創業項目、 全國生物醫學工程創新設計大賽以及省部級創新創業競賽中獲得多項優異成績，培養了一批動手能力強、 綜合素質高的創新型人才。 畢業生就業率逐年提升，并獲得醫院、企業、高校、醫療衛生部門等用人單位的一致認可。

5 結語

在國家政策和新一代人工智能發展的雙重推動下，醫學和健康事業快速發展，醫工交叉融合成為引領醫療技術創新的中堅力量。新工科、新醫科的提出為生物醫學工程等醫工交叉專業帶來機遇，同時也對專業與課程的教學提出更高的要求。 本研究基于面向新工科的生物醫學工程專業建設與課程改革，以醫學成像原理為例，明確教學改革內容，提出教學改革實現途徑，開展改革實踐，為醫工交叉背景下的生物醫學工程教學改革提供了參考。