智能醫學工程專業實驗教學資源庫的探索與構建*

馬 莎 邱賢秀

（1.廣東醫科大學生物醫學工程學院 廣東東莞 523808；2.廣東醫科大學基礎醫學院 廣東東莞 523808）

新工科是我國工程教育根據新的國際競爭形式、新的國家遠景目標綱要提出的加強重點領域急需緊缺人才的培養，提戰略發展需求、新的立德樹人要求提出的改革方向[1]。新工科建設以經濟發展變化及未來產業需求為理念，以創新、交叉和融合為發展途徑，培養未來產業需要的復合創新型工程人才[2]。新工科是新興產業形成和新經濟發展的核心動力。

國內多所高校已經在新工科建設的浪潮中走在時代前列。天津大學是新工科建設較早的參與者之一，是首批新工科研究與實踐項目通過驗收項目最多的高校。哈爾濱工業大學是新工科建設與實踐項目驗收獲得優秀項目最多的高校。華南理工大學提出了“F（p）=Pl x Pt x Pa”的適應產業需求的創新型新工科人才培養模式。

在新工科背景下，培養多元綜合創新型人才具有戰略意義。在新工科建設中，高校對人才培養體系與模式進行了重構與融合。通過教育與專業相結合，以問題為導向，強調案例項目式學習與自主學習的重要性，根據產業需求培養復合創新型人才，積極構建綜合性、實踐性、創新性、開放性的實驗教學資源庫。

在此背景下，本文初步探索智能醫學工程專業實驗教學資源庫構建過程中存在的問題以及構建路徑的探索，從實驗資源庫的定位、結構、內容和考核四個方面，探討以新工科建設為契機的智能醫學工程專業實驗教學資源庫的架構。

一、智能醫學工程實驗教學資源庫建設存在的問題

1.學科交叉弱

醫工交叉，既是我國醫療技術根據“健康中國”戰略要求創新發展的核心，也是傳統工科煥發新活力的重要途徑。智能醫學工程專業是醫、理、工高度融合的新興交叉學科，培養適應時代發展的復合創新型人才。交叉學科不是學科的簡單疊加，而是融會貫通、深度交叉后產生的具有不同特點的新學科。由于醫學和理、工學科在學科研究內容、方法論、科研價值觀都有顯著差別，導致在學科交叉融合的進程中需要克服重重障礙。醫工融合在教育層面體現了從“單向”到“雙向”的教育融合式發展需求，高等教育領域的“單向”表現為外部產教的融合難和內部學科的交叉難。學科交叉弱體現在集中于在醫學某一學科多，一一對應交叉的理工學科和醫學學科較多，全方位融合較弱，多對多、一對多的交叉模式較少。

2.產教融合不足

在新工科建設背景下，產教融合、校企合作是提高應用型、創新型人才培養的重要途徑。我國產教融合存在實踐難點，如制度不健全、行業組織的指導作用未能充分發揮、企業參與的動力不足等[3]。高校、科研院所的醫工融合研究成果不能很好地對接臨床和產業需求。醫工交叉合作項目單一，研究成果轉化到臨床和產業的較少。高等教育應從產業導向思維出發，加強對學生創新創業能力培養。產教融合總體覆蓋面不廣，融合層次不深。校企合作過程中出現因發展方向和價值取向不同而難以深化產教融合、產教循環不通暢等問題還有待解決。

3.區域高等教育協同發展不充分

“十四五”時期，我國高質量教育研究聚焦于區域發展與高等教育的協調發展。高等教育可通過緊密結合城市帶和產業鏈的布局，跟隨國家主體功能區發展實現服務國家區域發展的規劃[4]。在國外，舊金山灣區、紐約灣區和東京灣區的區域發展與高等教育協同發展在區域發展中發揮了重要作用，實現了資源互補，推動了產業結構轉型和升級。在國內，粵港澳大灣區、京津冀、長江三角洲、成渝經濟圈等城市群推進了區域內高等教育的一體化、高等教育與區域的融合發展等研究內容，然而研究成果主要聚焦于宏觀層面，內容較寬泛。當前，我國高等教育與區域經濟社會發展的契合度還不高[5]。

二、智能醫學工程實驗教學資源庫構建路徑的探索

1.充分發揮學科交叉融合的實驗教學優勢

醫工交叉是生命科學、臨床醫學、自然科學與工程科學等學科的融合協同。它也是當今推動世界科學研究、創新發展的新動力。全球范圍內對醫工結合的探索已有數十年，哈佛大學、斯坦福大學、普林斯頓大學等世界頂尖研究型大學紛紛開展醫工融合學科的研究。麻省理工學院的新工程教育轉型計劃，致力于跨學科，以項目為中心的綜合學習，培養學生必要的技能、知識和素質，以應對21世紀帶來的嚴峻挑戰[6]。國內許多重點高校也建立了交叉學科研究平臺，如清華大學、北京大學、天津大學、哈爾濱工業大學、上海交通大學、西安交通大學、東南大學、同濟大學、北京航空航天大學等為醫工交叉提供了發展平臺。

幾十年來，全球的醫工結合實踐已取得一系列的代表性成果。在醫學研究中，電子顯微鏡、序列分析等拓展了研究的深度；在臨床實踐中，智能傳感器、虛擬現實技術等提供新的智能醫療模式；數字醫療伴隨大數據迅速發展，方便患者快捷就診；從健康衛生保健、生物材料研發、生物信息學、功能基因組學、智能醫療器械開發、成像、康復醫學等，都充分展現了醫工融合的必要性。

醫學科學在未來將伴隨醫工結合快速發展，尤其在引進了人工智能技術，醫療器械更新換代、工程技術快速發展、儀器設備智能化，將不斷促進醫學發展。因此，我國在新時代、新經濟挑戰下要想搶抓機遇，必須瞄準醫工結合，推動現代醫學和理工學科交叉融合。

智能醫學工程專業是在人工智能、大數據、機器人等高新技術背景下開設的醫、理、工融合的新興交叉學科專業。面向大健康產業培養醫工交叉融合的復合型創新人才，重點培養學生掌握人工智能基本原理，能夠將智能技術服務臨床健康需求；重點學習生物醫學、電子信息、數據分析等基礎知識，智能醫學傳感器、醫學信號/圖像及數據分析、醫學建模與輔助決策等專業知識；具備綜合運用電子信息、數據科學知識解決醫學智能感知、醫療健康信息分析及數據挖掘、醫學智能決策等智能醫學復雜工程問題的實踐能力。深化醫工融合是順應國家重視健康事業和智能技術迅猛發展的趨勢。因此，在構建智能醫學工程實驗教學資源庫時，應注重充分發揮學科交叉融合的優勢。

2.探索產教深度融合的創新創業實驗教學體系

全球經濟復蘇和增長以創新驅動為主要動力。技術更新快、創新周期短、成果轉化快、涉及學科廣、發展模式多是新經濟時代創新的主要特點。以學科交叉問題、綜合問題和前沿問題等作為導向將創新創業融入實驗教學。通過組織學生參加創新創業競賽、科技創新科研項目等，培養學生的科研創新思維，提升學生的創新創業能力。

新工科建設背景下的新時代大學生，擁有創新創業能力，才能更好地適應社會需求。高校應積極與新工科領域的企業交流合作，為學生提高多樣化的創新創業實驗教學機會。學生在實驗教學過程中，驗證理論，積累經驗，從而提高核心素養。

利用創新創業實驗教學平臺，把企業需求作為實驗目的，實驗教學內容作為崗位實際需要服務。突破思維瓶頸，在已有的創新創業教育理念上加以優化組合，實現交叉學科培養模式。引入典型任務，提升產教融合實驗教學內容的針對性。值得注意的是，典型任務項目式實驗教學內容要求學生掌握基本理論和方法，但是任何一項典型任務都不可能涵蓋所有的理論知識，學生在實驗教學過程中學會分析和解決具體問題。因此，智能醫學工程專業實驗教學資源庫應該擁有數量充足、內容豐富的產教融合典型案例庫。從多學科、多專業、多角度去選擇適應產業實際需求的典型任務的案例項目，此外，專業學科競賽可對學生的綜合能力進行鍛煉和檢驗，在實踐中，通過綜合性問題體現學生創新能力。學生查閱資料文獻的能力、運用專業知識解決實際問題的能力、實操能力、團隊協作、協調能力等都可通過競賽得到提高。高校可以定期舉辦有關創新創業的論壇或比賽，以賽促教可提升學生們的創新能力。

基于產教融合的典型任務項目，構建以實驗、設計、工程訓練、創新為主線的開放式、立體式智能醫學工程實驗教學資源庫，促進理論、能力和綜合素質協調發展。通過參加學科競賽，鼓勵學生自主實踐、自主管理，使學生的綜合素質得到提高。能夠運用所學知識解決實際問題，實踐能力和創新能力都隨之提升，適應新興產業對工程人員的需求。

3.依托粵港澳大灣區強化區域高等教育協調發展

粵港澳大灣區是連接國內國際兩大市場、引領國內雙向開放的地方，是綜合性國家科學中心的重要承載地區，也是“一帶一路”的重要支持區域。粵港澳大灣區已形成新能源汽車產業、通信電子信息產業、無人機產業、機器人產業等產業群，是中國建設世界級城市群和參與全球競爭的重要空間載體。珠江東岸以深圳、東莞、惠州為代表，逐漸形成互聯網、人工智能、電子信息技術、生物醫藥、科技創新、新材料等以新興產業和高科技為主的產業群；

新工科在應用型人才培養上，應聚焦新技術和區域產業需求及未來發展。探索建立校校、校企、校地以及國際合作的多樣機制。高等教育機構作為人才培養和知識生產活動的核心機構，逐步與區域戰略發展規劃緊緊結合在一起。區域教學協同發展要有核心、有方向，完善頂層設計，實現全方位協同育人機制。

中國早已開啟關于區域發展與高等教育協同發展的研究[7]。推進粵港澳大灣區與新工程建設融合發展需要探索融合目標、構建機制、塑造主體和加強文化培育。高校應根據資源需求的變換，緊跟新興產業發展的勢頭，融入區域發展的優勢，從微觀上，以模式創新來探索面向產教融合的新工科教育新模式[8]。

智能醫學工程實驗教學資源庫構建應從微觀上以模式創新為著力點，探索新工科區域發展與高等教育協同發展新模式[9]。通過建立現代產業學院，以現代信息化技術為支撐，推動優勢學科與地方產業互動，強化區域產業需求與高等教育的協調發展。

三、智能醫學工程實驗教學資源庫框架的構建

1.定位

智能醫學工程專業是新興交叉學科，高度融合數理基礎、醫學知識和智能工程技術手段，培養出能夠運用所學知識進行臨床轉化，適應時代發展的復合創新型人才。智能醫學工程的研究領域包括智能醫學影像識別、醫療機器人、精準醫療、智能健康大數據挖掘、智能藥物研發等。根據醫工融合專業架構特點和應用領域區域發展優勢構建智能醫學工程專業實驗教學資源庫具有現實意義。通過實驗教學的啟發和引導，激發學生產生對科學探索的興趣，鼓勵學生申請各類科研訓練項目和參加學科競賽，培養學生實踐能力、溝通能力和團隊合作能力。

2.結構

探索層次化實驗教學結構，搭建 “四層次”智能醫學工程實驗資源庫。“四層次”實驗資源庫架構以培養學生創新精神、實踐能力為宗旨，以多學科交叉型實驗教學設計為理念，融會貫通以基礎實驗、專業綜合實驗、研究創新實驗和項目應用實驗為基礎構建的“四層次實驗結構”，如圖1所示。重點加強研究創新實驗和項目應用實驗教學，通過文獻檢索、方案制定、有機合成、譜圖解析和結果評價等多環節的鍛煉，提高學生的學習熱情和實驗技能。

圖1 “四層次”智能醫學工程實驗教學資源庫架構

研究創新實驗是培養應用型、創新型人才的途徑之一。從培訓技能、提升競賽能力和開展科研鍛煉等角度培養創新實踐能力。技能培訓可通過基礎實驗實現理論和實踐相互驗證，鞏固學生的基礎專業知識。鼓勵本科生通過科研項目和競賽提升創新創業能力，積極參加國家大學生創新創業項目、廣東醫科大學科研訓練計劃、院級課外科研實踐及創新創業實踐計劃和各類學科競賽。在科研鍛煉中，學生需要學會交叉運用各種專業知識解決復雜問題，提升科研思維，鍛煉科研能力。

3.內容

智能醫學工程專業以生物醫學工程、醫學技術、計算機科學與技術為學科主干，課程有高等數學、大學物理、醫學信號處理、電子電路基礎、醫學成像技術、嵌入式系統與微機原理、人工智能與機器學習、智能醫學傳感器、數據庫原理、醫學大數據分析等。

智能醫學工程專業的學生能夠將人工智能、計算機技術等技術應用于智能醫療的各個環節。畢業后可從事智能醫學檢測儀器研發、智能醫學圖像處理、智能檢驗、智能醫學病案管理、遠程醫療、智能康復等。學生可在醫院、醫療機構、高校、研究院所和智能醫療企業從事與本專業相關的工作，或繼續學術深造。

智能醫學工程專業實驗教學的設計理念和內容要結合教學大綱，具有學科交叉醫工融合的專業特點，堅持以地方需求為向導，充分考慮大灣區智能醫學工程產業結構，立足于培養面向精準醫療與智能康復設備等研發的應用型人才，創新引領地方智能醫療產業發展的新專業內涵建設。在典型案例選擇中，需強化對研究成果的臨床應用性、產業化前景的關注。應用性實驗內容要體現產業發展需要的新技術，應以真實產業項目、典型工作任務等為導向。將知識、能力、遵守規范、愛崗敬業、認真細致、崇尚科學、精益求精、勇于創新、善于實踐、終身學習意識培育有機結合。此外，針對課程特點，通過實驗教學中思政元素的挖掘，如團隊合作、醫學倫理、愛國主義教育等，將知識、技能和價值觀統一。實驗教學資源庫的內容設計思路，如圖2所示。

圖2 智能醫學工程實驗教學資源庫實驗內容設計思路

目前，AI輔助的影像識別與診斷、可穿戴智能系統、醫療健康管家、智能材料、治療機器人、智能手術機器人、智能康復系統等都是醫工交叉領域的新技術與新成果。智能醫學工程實驗教學資源庫構建應緊跟時代和區域產業發展需求，及時地調整實驗內容。結合區域產業發展優勢，設計典型的醫工融合案例，如智能影像識別、外科手術導航定位系統等。構建模塊化實驗內容，擁有醫工融合、區域教育協同發展等新工科建設特點。從理論基礎、科研項目到產業應用，全方位、多角度、深融合等角度設計實驗內容。通過科學化設置的實驗教學內容，展現智能醫學工程專業的引領性、創新性。

4.考核

合理制定實驗教學考核機制，從區域產業對應用型人才的需求入手，構建過程和結果“雙維度”考核機制。優化綜合評價指標和評價方法，從知識、能力、綜合素質等方面考核。堅持以問題為導向和過程管理細致化，建立科學的評價指標。實驗前、實現中和實驗后建立有效地信息共享和經驗交流渠道，實時反饋實驗教學效果。

結語

新工科背景下，智能醫學工程實驗教學資源庫的構建和探索，豐富了實驗教學資源，加快了教學改革的速度，豐富了實驗教學手段。廣東醫科大學智能醫學工程專業從實驗資源庫的定位、結構、內容和考核四個方面探討以新工科建設為契機的智能醫學工程專業實驗教學資源庫的“四層次”架構。強調實驗教學設計與時俱進，符合新工科創新、交融、發展和引領等特征，適應新經濟時代社會發展和未來產業對創新人才的需求，不斷完善實驗內容，推動教學改革。學生的理論知識、實驗能力、綜合素質得到了提升，社會和企業得到了優秀的符合崗位需要，并且具有發展潛力的多元綜合創新型人才。