臨床問題導向型的生物醫學工程教學改革研究

魏高峰，郭 強

（海軍軍醫大學 海軍醫學系，上海 200433）

一、生物醫學工程在臨床醫學中的作用與地位

生物醫學工程是21世紀推動醫學和生物學現代化發展的兩大主導技術之一。它是一門整合物理、醫學、力學、電子學、數學、材料學、信息科學、計算機等多種學科和工程技術，與生物學、醫學形成的一個跨領域的新興交叉學科，是醫療衛生裝備和各種醫療器械以及臨床診療裝備的學科基礎，深化生物醫學工程專業教學改革對于我國醫療器械產業及臨床醫學的發展有著重要意義，對于建設“健康中國”有著基礎性的支撐作用。生物醫學工程是戰傷急救、醫療器械、衛生裝備的重要基礎學科，與醫療衛生裝備研究有著密切的關系，對于醫療衛生裝備的研發，提高戰場傷員的救治效率有著十分重要的意義。生物醫學工程是醫學、生物學與工程學的交叉結合，從學科屬性來講與傳統的醫學、生物學和工程學有所不同。

生物醫學工程學通常是從工程學的角度出發，通過使用工程技術與現代自然科學的方法，研究以人體為主的生物體結構、功能及其他生命現象，研究用于防病、治病、人體功能輔助及衛生保健的人工材料、制品、裝置和系統的工程原理的學科，是醫療器械、設備、非藥物診療手段、康復器械等的學科基礎。生物醫學工程的成果主要通過醫療裝備及相關非藥物診療技術平臺來體現。生物醫學工程研究的主要特點是在技術上具有前瞻性、實用性，在學科上具有先導作用。生物醫學工程綜合運用現代自然科學理論與工程技術方法，從工程學角度深入研究探討人體結構、功能及相互關系，以解決醫學中有關問題，為醫學及其相應基礎研究提供了必要的技術、手段、方法、儀器和設備，而且也是醫學研究成果產生實際診療效果的物質基礎。例如，生物力學以理論力學作為基本原理，結合醫學、生理學、生物學，從分子力學到系統力學的各個不同層面來研究生物體的力學問題，是研究人工材料和人工器官的基礎，也是醫療裝備研制過程中人機匹配設計的重要依據。生物系統建模與控制是醫學智能儀器研制的重要基礎，而生物醫學信號檢測也為各種醫學檢測儀器研制提供了技術依據。此外，人工器官也屬于生物醫學工程的范疇，是以人工材料制成的、模擬人體器官的機構和功能、可代替人體自身器官功能的裝置，對于創傷救治、減少傷殘、提高傷病員的生存質量具有重要意義。

生物醫學工程是由工程技術與生物學、醫學等多學科組成，它的天然屬性就是多學科交叉，要求生源來自不同學科，只有這樣才能促進學科發展，促進多學交叉。生物醫學工程是推動人類醫學發展的重要引擎，人類醫學診療和健康維護只有兩種途徑，一種是通過藥物，另一種就是通過生物醫學工程技術和產品，比如各種醫療器械與設備，以及先進創新的治療方法。然而，長久以來，我國臨床醫學教育體系忽略了生物醫學工程的作用，臨床醫學專業的學生缺乏生物醫學工程方面的知識和技能，造成了臨床應用技能薄弱、醫工交叉創新能力不足的現狀。

習近平總書記在2021年5月召開的兩院院士大會發表重要講話，指出要重點發展高端醫療裝備產業，而生物醫學工程則是醫療裝備產業發展的基礎，動力和源泉。

二、面向臨床應用的生物醫學工程課程改革思路

臨床醫學專業的教育一直以來都是國家衛生健康事業的基石。自從黨的十八大召開以來，我國臨床醫學教育發展不斷加速，為國家衛生健康事業及相關行業領域內輸送了大批高素質醫學人才，保障了人民群眾的健康。面對疫情帶來的新挑戰、實施健康中國戰略的新任務、世界醫學發展的新要求，我國臨床醫學教育未來發展過程中還存在著培養質量待提高、人才培養結構需優化、創新能力待提升的問題。

生物醫學工程作為實現醫療服務的基礎學科，是臨床醫學保障人民健康的技術基礎和物質手段，在上述指導意見中著重強調了強力推進醫科與多學科深度交叉融合，因此，在新醫科建設的大背景下，急需開展面向臨床醫學專業的生物醫學工程課程教學改革，使得臨床醫學專業的學生具備較好的生物醫學工程基礎知識，從而提高其診療水平和創新能力，為建設“健康中國”作出更大的貢獻。

1.以新理念規劃生物醫學工程發展。將生物醫學工程發展理念從臨床醫學的輔助提升為主流，讓生物醫學工程服務生命全周期、健康全過程。

2.以新定位推進生物醫學工程教育發展。以“大國計、大民生、大學科、大專業”的新定位推進生物醫學工程教育改革創新發展，服務健康中國建設和教育強國建設。

3.指導意見明確指出，到2025年，醫學教育學科專業結構應更加優化，高水平的醫學人才培養體系基本建立，培養質量進一步提升。

三、面向創新能力提升的問題導向型生物醫學工程教學方法

本文所提出的面向創新能力提升的問題導向型生物醫學工程教學方法，主要以引導的方式對基礎知識點進行講解，使學生更好地掌握學科基礎知識，引導學生與臨床實際應用相結合。在整個教學過程中，教師作為設計者和指導者，需要根據教學目標選擇有臨床典型應用的教學內容，并把握內容的總體，將理論知識與臨床實際問題相結合，帶領學生完成整個教學過程，從而掌握學科基本知識，使學生提高應用生物醫學工程基本知識解決臨床實際問題的能力。面向創新能力提升的問題導向型生物醫學工程教學框架如表1所示。

表1 面向創新能力提升的問題導向型生物醫學工程教學的基本框架

結合我校生物醫學工程專業基礎課“海軍衛生裝備器材概論”課程，面向創新能力提升的問題導向型生物醫學工程教學開展的實施步驟如下。

（一）問題導向設計——生物醫學工程的基礎知識與臨床問題相結合

課程中關于海上基本救治器材的教學實踐活動，其中需要學生掌握除顫儀、多參數監護儀、心肺復蘇儀、麻醉機、呼吸機等臨床救治器材的基本原理、操作使用方法、維護保養方法等技能，并探討這些海上基本救治器材在臨床中的實際應用和適合解決的臨床問題。在本章教學過程中，采用問題導向型的教學方式，師生共同實施一個或多個項目進行教學活動。以多參數監護儀為例，教師首先展示真實情景下利用多參數監護儀進行傷病員診療監護的圖片和視頻，課堂現場利用多參數監護儀進行模擬病人的實際監護操作。其次，引導學生討論多參數監護儀的基本原理、組成結構、功能等教學內容，接著對多參數監護儀組成進行細分；最后，介紹本節重點內容多參數監護儀的生物醫學工程設計原理和所能解決的臨床問題。從實際情況分析，讓學生感受到學習的實用性，從而進一步激發他們學習的積極性，以“實際問題—基本原理—具體方法—拓展應用”為主線，從特殊到一般，整個過程中以理論知識和臨床問題的融合為線索進行，理論和實踐相結合，完成教學的問題導向設計。

（二）討論與協作

該部分重點在于通過討論與協作，引導學生自己運用所學的生物醫學工程基本原理和知識，協作解決臨床問題。教師介紹完問題的背景和相應的知識點后，按問題主題將學生進行分組。在實施過程中需要根據學生的表現不斷調整教學項目內容并制定切實可行的方法。例如，一開始就給學生講解多參數監護儀的原理、技術指標、監測電路等，包括從臨床疾病治療的角度對多參數監護儀設計依據的講解，引導學生思考每一項技術指標在臨床問題解決中的作用，提示學生通過多種途徑來理解多參數監護儀所運用的生物醫學工程學知識，能解決哪些臨床問題。每個小組可選擇其中某一方面的問題進行解決方案的設計，小組內的分工由學生自行協調，可按照負責資料收集、信息整合、成果展示等進行分工。與傳統的教學方法相比，教師在整個教學過程中僅作為學生的引導者與協作者。學生能夠充分發揮主觀能動性，積極查找資料，通過實操，培養學生運用所學的生物醫學工程知識解決臨床實際問題的能力，提高學生的參與度。使得生物醫學工程學的教學過程不再是冷冰冰的書本上的原理與公式，而是“看得見、摸得著”的與臨床緊密結合的解決臨床問題的利器。

（三）實施過程——實踐與虛擬仿真模擬結合

每組同學可通過所選擇的臨床問題來制定詳細的實施方案，在實施過程中可以邀請臨床醫生參與，對每組同學所設計的臨床問題及救治場景進行指導。例如，可以從不同環境發生的創傷、不同類型的創傷等多個角度進行設置，從而檢驗和加強學生對多參數監護儀的工作環境要求、適用創傷救治范圍等基礎知識的掌握、理解和在實踐中的運用情況。實踐課程上，可以引導每組學生進行臨床問題的場景設計和搭建，充分運用模擬傷員技術、醫學虛擬現實仿真技術，模擬逼真的臨床救治場景。教師給每組學生配備一臺多參數監護儀，在根據臨床問題所搭建的虛擬仿真場景下，分組學生開始進行實際的多參數監護儀救治操作。也可結合海上創傷救治的特殊環境，模擬不同海況和災害救援環境下的多參數監護儀救治操作。在整個課程的實施過程中，分組學生可通過圖書館資源、網絡資源查閱相關的專業文獻，來論證自己所提出的觀點，通過實際臨床問題場景的設計和搭建，以及實際的多參數監護儀救治操作，進一步思考目前的多參數監護儀所存在的不足和未來可能的創新改進方向。幫助學生加深對學習目標和內容的理解，學生也可以從不同的角度發現問題并進一步獨立思考如何解決問題。

（四）評價與總結回顧

各小組委派一名代表，對小組完成臨床問題實踐操作的整個過程進行講解，對本組的文獻查閱、問題設計資料進行匯總整理，對本組解決所設計的臨床問題的實施過程進行總結回顧和展示，使學生對自己所學知識更加了解，充分調動了學生的參與度和積極性，最后教師對整個課程進行總結和評價。

四、總結與展望

從整個課程管理來看，基于問題導向型生物醫學工程教學方法需要教師很好地將理論與實際應用相結合，使得枯燥無趣的理論知識變得活靈活現，調動了學生的積極性。其核心在于將生物醫學工程原理融合在了臨床具體病例的實際診療過程中，通過問題引導式的實踐教學，激發學生學習生物醫學工程的積極性。從臨床實際需求的角度，解釋了生物醫學工程的基本原理和知識點。

另一方面，基于問題導向型的生物醫學工程教學方法區別于傳統的授課方式。與傳統式的學習方法相比具有自身的特點：教師的教學方法拓寬，使得單向傳播變為溝通交流，有利于教師學生雙向之間的交流；以傳授知識為主變為以培養學生的創新實踐能力為主，使得學生更好地發揮了主觀能動性，加深了對基礎知識的理解并鍛煉了自學能力。與傳統的教學方法相比，它能夠更好地激發學生的學習興趣，充分體現了以學生為本的教學理念。