以醫學影像工程為特色的生物醫學工程本科人才培養的探索與實踐

李菁菁，時梅林，陳明慧

（徐州醫科大學醫學影像學院，江蘇 徐州 221004）

生物醫學工程是運用工程學的原理和方法解決生物醫學問題，提高人類健康水平的綜合性學科[1]。生物醫學工程是多學科融合且具有特定內涵的學科，它涉及多個學科如生物學、醫學、數學、物理、化學、信息與計算機科學等，應用范圍從新設備的創造、新材料的研發到新方法的開發等[2]。因此，生物醫學工程專業的課程體系涵蓋廣泛，包括基礎學科如數學、物理學、化學、生物學、醫學等，工程學科如電子、機械、材料、信息、計算機科學等，雖然《普通高等學校本科專業教學質量國家標準》[3]中規定了生物醫學工程類專業的主干知識體系和技術領域包括生物醫學電子學、生物醫學儀器、生物力學、醫學影像學、生物醫學光子學、生物醫學信息工程、生物醫學材料、矯形工程、人工器官、神經工程、生物醫學傳感器、生物醫學建模和仿真、組織工程、臨床工程、康復工程、醫學納米技術等，但不同的學校會根據各自的專業發展歷史、教學資源優勢有側重點地形成各自特色的生物醫學工程專業人才培養體系[4-5]。本文將重點介紹徐州醫科大學以醫學影像工程為特色的生物醫學工程本科人才培養的探索與實踐。

1 徐州醫科大學生物醫學工程專業發展歷史

徐州醫科大學是一所有著六十余年辦學歷史的高等醫學院校，開設17個學院（部）、36所附屬醫院（臨床學院），設置28個本科專業，涵蓋醫、理、工、管4個學科門類，是整個淮海經濟區辦學歷史悠久、辦學特色鮮明的一所高等醫學院校，也是該地區醫學教育、醫學科研和醫療服務的中心。徐州醫科大學生物醫學工程專業始于1997年，我校與中國礦業大學聯合開辦了醫學影像工程專業，2001年開始自主招收醫學影像工程專業方向學生，2006年經教育部批準更名為生物醫學工程專業（四年制，工學學位），2010年、2012年先后獲批江蘇省品牌專業、江蘇省“十二五”重點專業類，2018年獲批生物醫學工程碩士學位授權一級學科，2019年獲批江蘇省一流專業建設點，2020年獲國家一流本科專業建設點、江蘇省品牌專業。在徐州醫科大學這樣一所地方醫學院校開辦生物醫學工程專業，我們歷經二十余年的辦學實踐與積淀，形成以醫學影像工程為特色，以區域臨床資源為優勢，緊扣國家發展需求，培養具有解決復雜問題思維、開拓創新能力和國際化視野的復合型生物醫學工程創新人才培養體系。

2 以“創新、協調、綠色、開放、共享”五大發展理念為指導打造理工醫深度融合師資隊伍

師資隊伍建設是專業發展、人才培養的根本。師資隊伍結構和師資隊伍水平決定了專業人才培養的方向和特色，合理的生師比與適度的師資隊伍結構比是衡量師資隊伍建設質量高低的重要指標[6]。徐州醫科大學醫學影像學院現有醫學影像學、生物醫學工程、醫學影像技術、假肢矯形工程4個本科專業，教師醫、理、工比例為 4.4∶2.4∶3.2，具有天然的理工醫融合基礎，以此為依托，打造了符合新工科人才培養的理工醫深度融合教學團隊。目前生物醫學工程專業教學團隊最高學歷理、工、醫比例1∶2.6∶1.4，形成一支理工醫相結合、梯隊合理的師資隊伍，整體素質高。學院現有8個教研室（影像診斷教研室、影像工程教研室、醫學圖像處理教研室、影像技術學教研室、放射治療學教研室、介入放射學教研室、超聲診斷學教研室、假肢矯形工程教研室），其中4個教研室以我校附屬醫院臨床師資為主，為醫工融合的生物醫學工程創新人才培養提供保障，8個教研室之間相互支撐、相互補充，基層教學組織結構完整、規范有序。

3 模塊化課程體系架構實現多學科的交叉融合和學生全面發展

2005年，德國應用科學大學針對應用型人才培養興起模塊化課程體系改革，以應對長期以來高校基礎課、專業基礎課以及專業課分散等問題[7]。通過模塊化課程體系的構建，可以凸顯不同課程間的邏輯聯系，使相對分散的知識內容整合成相對完整的知識體系。為培養理工基礎扎實、醫學知識系統完整的創新型復合人才，按照“打好基礎、注重實踐、突出創新”原則，借鑒國內外專業課程體系建設經驗，按照通識課、專業基礎課、專業主干課、選修課、實踐與創新培養等方面的知識要求形成通識課程群、學科基礎課程群、專業主干課程群、選修課程群、實踐與科技活動課程群的課程體系架構，具體見圖1。圍繞醫學影像工程特色，開設了醫學影像設備學、醫學影像物理學、醫學影像技術、影像診斷學、放射治療設備等課程，使學生掌握常見醫學影像設備及其配套設施的工程構造、工作原理和適應工作范圍，掌握常見故障的分析方法和排除手段，同時了解設備的發展歷程和醫學設備的發展趨勢，使學生具有較強的社會適應能力。進一步加大力度打造“臨床醫學+工程學”的新型課程模塊，有效提高學生的產品應用能力、產品開發能力等；創新符合人才培養模式的理論課程和實驗課程體系，優化課程模塊；將前沿技術與傳統課程體系充分融合，形成交叉復合型課程；創新課程考核方式，以展示實踐和應用能力為核心進行課程考核。

圖1 徐州醫科大學生物醫學工程專業課程體系架構Figure 1 Curriculum structure of biomedical engineering in Xuzhou Medical University

4 以“教學質量和學生創新”為核心，深化課程與教學改革，探索創新教學閉環體系

貫徹“以創新能力培養為主線，以興趣選擇為基礎，自主學習，層次化教學，學用結合”的指導思想，實行課堂內系統、綜合實踐技能訓練，課外自助式開放實驗，貫穿校內學習全過程的素質拓展訓練和校外實習相結合的培養體系，探索創新教學閉環體系。在課程建設上，堅持專業知識與課程思政同向同行，結合國家戰略需求，將家國情懷、民族精神、創新精神貫穿課程教學全過程，充分發揮專業課程的育人作用。充分利用現代信息技術，將傳統教學與數字化教學深度融合，完成所有專業課的在線課程建設，獲江蘇省一流課程2門。在教學方法上，堅持以學生為中心，探索并實踐以線下課堂教學、PBL案例教學、實驗教學、虛擬仿真教學、線上教學為一體的多樣化、互動化、視覺化和信息化的教學模式，提高學生的學習興趣，培養學生的主動學習能力。在醫學影像設備學、放射治療設備等主干課程中積極推進PBL、CBL、翻轉課堂、線上與線下混合式教學在教學中的應用，發表相關教學論文25篇。在實踐教學中，構建“課堂教學、仿真教學、實踐基地醫療設備教學”相互支撐的實踐教學體系。以“虛實結合，能實不虛，以虛補實”為原則，師生共同研發CT、ECT、MRI、PET/CT系列化仿真操作訓練系統和鈷60治療機實驗教學模型，建立了以學生為主體、以學生自我訓練為主的教學模式，獲得國內外專家一致好評。與企業合作的實踐教學改革獲得教育部產學研協同育人項目3項。

5 以能力培養為主線，推行基于學生核心素養的全方位育人機制

以醫工結合為特色，以創客空間為平臺，以課外競賽為導向，以大創項目為形式，實行科創小組導師制，培養學生的科研能力和創新精神。構建年級交叉、專業融合、項目優化、結構合理的優秀科研團隊。與深圳大學生物醫學工程學院共建創新實驗室，立足于CDIO工程教育培養模式，旨在將理論課程學到的內容與實際應用的產品相關聯，通過“初階—中階—高階”課外培訓課程的設置，培養新工科創新人才。同時建立醫學圖像處理、醫學影像技術、醫學影像綜合訓練中心、實踐基地等交叉實驗室，輔以創新開放實驗室和“產學研用一體化”創客空間，打造理醫工深度融合優勢平臺，形成模擬仿真與實踐實訓相結合、創新研發與能力培養相結合、綜合培養與個性發展相結合的“三結合”的特色實驗平臺，多措并舉。充分利用教師科研課題作為大學生科研素養培養的平臺，積極探索學生科研素養及創新能力培養新模式。教師科研課題具有系統性、前瞻性、可行性高等特點，在教師的指導下，學生的實驗設計與實施能力、組織協調能力、團隊協作能力、發現問題和解決問題的能力等得到鍛煉和提高，同時教師科研課題可行性高的特點也保證了學生不會因為課題的失敗而喪失科研興趣。相反，實驗結果的出現將激發學生參與科研和學習專業課的積極性與興趣，對于其科研素養的培養具有舉足輕重的作用。

6 專業建設成效

經過多年的建設和優化，本專業建設水平獲得了國內外專家的高度認可，培養的一批生物醫學工程人才已在社會各個方面發揮自己的作用，本專業的發展與建設為地方醫學院校生物醫學工程領域的人才培養和理醫工多學科融合提供了新思路和新范式。

6.1 構建“課堂教學、仿真教學、實踐基地醫療設備教學”相互支撐的實踐教學體系

針對大型醫學影像設備現場教學困難等問題，以“虛實結合，能實不虛，以虛補實”為原則，師生自主研發的醫療設備虛擬仿真教學系統已累計獲專利40余項，被第三軍醫大學、福建醫科大學、桂林電子科技大學、皖南醫學院、河南中醫藥大學、湖北科技學院等二十余所高校采購并推廣使用；理工醫融合育人理念孕育出學院生物醫學工程、醫學影像學、醫學影像技術3個國家一流本科專業建設點。

6.2 以提升崗位勝任力為目標，搭建“五位一體”協同育人平臺，探索協同育人新形態

生物醫學工程作為一門工程應用型專業，培養過程應面向企業、面向醫院[8]。我校的生物醫學工程專業積極與地方政府（徐州市經濟技術開發區、高新技術開發區）、知名企業（上海聯影醫療科技股份有限公司、深圳邁瑞生物醫療電子股份有限公司、南京巨鯊醫療科技有限公司）、科研院所（中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所、常州醫療器械產業研究院、徐州淮海醫藥產業園）、境外知名高校、附屬醫院協同育人，提高人才培養質量。發揮合作共建模式示范作用，與徐州市經濟技術開發區、中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所共建轉化醫學研究院，服務地方社會經濟發展；示范引領校內其他專業，推進醫工、醫管、醫藥合作育人；醫科院校醫工結合的協同育人模式受到教育部生物醫學工程教學指導委員會專家、英國紐卡斯大學醫學物理系、美國紐約州立大學托馬斯·J.沃森工程與應用科學學院、臺灣陽明交通大學生物醫學暨工程學院、天津醫科大學、福建中醫藥大學、301醫院和川北醫學院等兄弟高校的高度認可。“五位一體”協同育人培養模式見圖2。

圖2 “五位一體”協同育人培養模式Figure 2"Five-point Strategy"collaborative cultivation model

6.3 學生科研實踐能力和創新創業能力明顯提升，受到媒體廣泛關注

近5年來，本專業學生參加國內外科創競賽累計獲獎58項，獲大學生創新實踐訓練計劃17項，獲專利32項，其中包含了2018年“創青春”全國大學生創業大賽金獎、第六屆中國“互聯網+”大學生創新創業大賽三等獎、第十二屆“挑戰杯”中國大學生創業計劃競賽全國決賽銅獎、第七屆“創青春”中國青年創新創業大賽全國賽銅獎等。江蘇衛視《江蘇新時空》《新聞360》、江蘇教育頻道《江蘇教育新聞》等媒體專題報道了我院學生作品。2019年8月，我校參賽項目《醫學影像設備拆裝與故障維修示教系統》在第五屆全國大學生生物醫學工程創新設計競賽決賽中榮獲一等獎，現場展示交流中，本項目得到中國科學技術大學、北京理工大學、桂林電子科技大學、廣西醫科大學、廣東藥科大學等高校多位專家的認可與好評。2022年第十三屆“挑戰杯”中國大學生創業計劃競賽中本專業學生作品成功入圍并備戰全國決賽，體現專業學生較高的創新素養。

6.4 抓質量贏口碑、強特色鑄品牌，畢業生社會美譽度逐年提升

學校通過麥克思報告——徐州醫科大學應屆畢業生培養質量評價報告，用人單位對既往畢業生跟蹤統計，生物醫學工程畢業生在社會中的整體評價度逐年上升，工作與專業相關度較高，也得到了新華網、中國青年網、搜狐網等社會媒體的優質報道。以醫學影像工程為特色的生物醫學工程人才的就業主要集中在醫院影像科、設備處，企業如深圳邁瑞生物醫療電子股份有限公司、上海聯影醫療科技股份有限公司、美國飛利浦、西門子等影像設備制造企業，南京巨鯊醫療科技有限公司等醫療設備及生物醫藥企業等，就業方向體現了較為明顯的專業培養特色。