創新創業意識引導生物醫學工程通識教學改革

吳 丹，寧鋼民，齊 煒，周 泓

（浙江大學 生物醫學工程與儀器科學學院，浙江 杭州 310027）

引言

生物醫學工程是多種工程學科和生物醫學交叉的學科，為生命科學提供了工程原理、方法和手段，并為人類疾病的預防、診斷和治療提供了有力保障［1］。“生物醫學工程導論”是世界一流大學普遍開設的關于生命科學與工程技術的典型交叉性課程［2］，學生通過課程學習了解工程技術與人類生命活動的關聯、生物醫學工程所涉及的基本科學與技術以及生物醫學工程的核心知識和最新進展。更重要的是，學生從課程學習中得到啟發，增強從多學科交叉的角度分析與解決問題的創新精神以及創業意識，這也是時代發展和社會進步對教育提出的新要求［3］。

近四十年來，國內外生物醫學工程領域中的基礎和應用研究得到迅速發展，在國民經濟中的地位日趨重要，對人類健康和醫療健康裝備產業產生了巨大的影響［4］。經濟全球化趨勢和醫療模式與醫療體制的變革，為生物醫學工程領域實現跨越式發展和技術創新提供了新的歷史機遇，引發了全球范圍對于先進數字醫療儀器和生物醫學信息技術研究與開發的熱潮［5］。加快生物醫學工程領域的教育改革，培養該領域的創新型工程與學術人才，主動承擔起應對挑戰、造福人類、塑造未來的時代責任，成為在激烈的國際競爭中贏得主動的重要戰略選擇［6］。

一、原有生物醫學工程通識教育存在的問題

浙江大學生物醫學工程學科于1977年在國內第一個設立生物醫學工程專業，學術聲譽位居全國前列，經過40余年的持續建設和不斷發展，形成了生物傳感與醫學信息技術、生物醫學成像與分子影像、數字技術與智能醫療儀器、神經組織工程與腦機交互等學科方向［7］。依托生物醫學工程與儀器科學學院的優勢師資力量與教學資源，學院已連續多年面向全校本科生開設“生物醫學工程——智慧醫療的前世今生”通識課（科技創新類），選課主體為大一、大二本科生。以往的教學規劃理論教學（專題報告）作為主體，輔以專題短報告和課程論文。此教學方法雖然一定程度上有利于系統化、連續性知識點的傳授，但是在一定程度上阻礙了學生自主學習能力的提高。多年的教學工作下來，筆者發現課程實施過程中遇到了若干主要問題。

（一）課程知識涉及面廣，深度和廣度難以平衡

由于生物醫學工程是一門交叉學科，其中涉及醫學、生物工程、計算機、機械、材料等多門學科，因此對剛剛步入大學校門的新生來說知識涉及范圍廣，不易形成知識體系［8］。與此同時，課程內容輻射傳感器、影像、醫院信息系統等多門課程，對教師的綜合素質要求較高，對教學內容深度與廣度的把握需要恰到好處。所以理論授課有必要邀請相關領域的專家對知識體系進行系統化的梳理，并站在一定高度指出國際前沿發展趨勢和行業需要，強調交叉學科的融合創新，并提出相關科學問題供學生深入討論。

（二）學生來源多樣，同質化的教學方式無法滿足學生需求

選修生物醫學工程通識教育的學生專業背景差異較大，來自生物醫學工程、計算機、機械、電氣、醫學、藥學、經濟學、公共管理等全校各個專業。不同的專業背景導致學生對理論內容的學習程度不一、對專題報告和課程論文把握的方向不一。對本專業的學生，需引導其尋找興趣點，深入某一具體方向展開學習；而對外專業的學生，則需引導其結合自身的專業背景，尋找與生物醫學工程領域的結合點。因此，指導教師需要在學生自主選題開展專題內容調研的基礎上，有的放矢地進行引導。

（三）理論教學為主，對學生創新創業意識引導不夠

生物醫學工程通識教育以理論為主，內容多且課時緊，其中部分內容需要學生能在課下進行預習以及準備相關背景的知識；此外，由于“生物醫學工程導論”是概論性課程，授課中會遇到很多專業術語，對一些沒有專業背景的前沿技術學生來說比較難以理解，導致學生在課堂上積極性不高、學習興趣不濃。因此，有必要在傳統教學方法的基礎上進行改進，如專題討論、實物展示、視頻教學、案例介紹等，引導學生在融合多學科背景的基礎上尋找生物醫學領域的問題，并通過工程信息技術解決問題，從而培養學生的創新意識。

二、生物醫學工程通識教育的改革

為了更好地培養學生對生物醫學工程交叉領域的興趣、創新和創業意識，特別是培養通過查閱相關資料結合理論知識提出新穎可行問題、在實踐過程中分析解決問題的能力，亟須對“生物醫學工程導論”通識課程的理論授課形式、專題調研、課程論文的開展方式進行全面的改革研究［9］，整體課程設計架構如圖1所示。目標是將創新創業意識有機引入課程教學中，增強課程的趣味性、前沿性，并針對不同專業背景的通識課學生以個性化引導的形式，鍛煉學生的醫、工、信交叉融合思維，為生物醫學工程學科培養一流的交叉復合型人才。此次通識課程改革歸納的主要內容如表1所示。具體改革方案如下。

表1 此次通識課程改革的主要內容

圖1 生物醫學工程通識教育的改革架構

（一）理論教學環節改革

1.課堂討論：由于每次專題講座的內容較多，過程中可能有不少學生的疑問需要解決。方案提出預留每節課的最后30分鐘作為討論時間，以學生提問教師解答，或者針對學生普遍感興趣的問題分小組討論的形式加深學生對課堂內容的理解，激發學生學習的主動性。

2.實物展示：課程中涉及多種醫療儀器的發明、發展及臨床應用，通過簡單的講解或圖片展示學生很難形成直觀印象，如果能讓簡單的醫療器械實物走入課堂，一方面能夠讓學生親眼看到、親手摸到實物，從而使學生對該儀器有更深刻的印象；另一方面也在一定程度上，讓學生直觀感受它的智能化功能和涉及的關鍵技術。例如，穿戴式柔性傳感器、腦電控制小車、帶進課堂的學生項目作品等。

3.視頻教學：在相關教學過程中引入視頻材料，更好地調動學生學習的積極性，包括引入國際、國內精心制作的與教學內容相關的視頻、學生項目中錄制的視頻、教授團隊的介紹視頻等。

4.案例講解：在教學過程中穿插與專題知識相關的創新創業典型案例，包括“互聯網+”大學生創新創業大賽、“挑戰杯”大學生課外學術技術作品大賽、學生創業的優秀案例等，激發學生的創新性發散思維，使其學有所用。

（二）專題報告、課程論文環節

課程改革要求學生在平時學習過程中選擇3個專題講座的相關內容撰寫專題短報告。為明確專題報告的選題，針對課堂討論中的熱點、專題講座教師預留的3～5個話題以及學生自由選擇的話題，在選題過程中積極主動引導。另外要求學生在課程結束后撰寫課程論文，并對這一過程進行更為細致的引導。針對生物醫學工程本專業學生，引導其就某一感興趣的領域，進行深入調研，或者采用仿真、實驗等開展一定深度的研究；對外專業學生，引導其結合自身的專業背景進行調研。例如，經濟管理類學生可以就醫療儀器的市場前景進行調研、醫學類學生可闡述現代信息技術對臨床實踐產生的影響及未來的需要等。

三、課程改革的特色與創新之處

在理論創新層面，課程改革在原有課程體系的基礎上，增強了各類理論授課內容之間的聯系，對課程內容進行模塊化梳理，沿著生物醫學信號獲取→處理→集成的鏈條，串聯各個知識點，讓學生對生物醫學工程的各個研究方向形成一個整體的概念。

在實踐創新層面，注重融入互動、體驗元素，激發學生的創新創業意識。通過課堂討論、對熱點問題的深入剖析，及時為學生答疑解惑；通過實物體驗式教學，讓學生直觀體會其中的關鍵技術和創新元素；通過對學生創新創業經典案例的介紹，引導學生將課堂所學知識與專業背景相結合，理解技術發展對醫療產業的推動作用。

在整體設計層面，課程改革以教授團隊為創新思維掌舵，主講教師和助教為探究實踐護航，充分發揮生物醫學工程優勢特色學科資源，邀請各領域的學術帶頭人，站在一定學術高度為學生梳理知識體系和指引學科前沿方向。在專題報告和課程論文的實踐過程中，主講教授和助教將對學生選題的可行性、實踐強度把關，引導學生結合專業背景，開展不同深度、不同廣度的調研與分析。

四、初步成果

改革后的“生物醫學工程——智慧醫療的前世今生”通識課程通過專題討論、實物展示、案例介紹等方法，將創新創業意識有機引入課程教學中；改革專題調研和課程論文形式，將自主命題與教師指導相結合，針對學生不同專業背景進行個性化引導。針對課程理論教學涉及面廣、知識量大，對學生和教師要求高的特點，邀請相關領域專家進一步梳理知識體系，尋求學生更容易接受的授課模式；針對學生專業背景多樣的問題，分專業內和專業外學生進行個性化的選題指導；針對以往授課過程中學生積極性不高、自主學習意識較弱的問題，通過專題討論、實物展示、視頻教學、案例介紹等形式，引導學生的創新創業意識。針對本專業學生，培養學生對專業領域更深刻的理解，以為學科培養一流的專業人才為改革目標；針對外專業學生，激發學生對生物醫學工程學科的興趣，以培養學生的醫、工、信交叉融合思維為改革目標。

改革課程試行后每學年均有70～80名大一、大二的本科生選擇修習，相繼提交200余份專題調研報告以及70余份課程大論文，教學實踐過程相關信息如表2所示。改革后的課程明顯提高了學生在課堂上的活躍度，師生互動積極，有效提升了課程的趣味性、科普性和學生的主觀能動性，讓低年級學生以可觀、可感的方式理解如何將理念知識轉化為醫療設備、系統的過程，并充分展示生物醫學工程特色，引發學生對交叉領域的興趣。改革課程試行后的實踐，一方面提升了本專業學生對特定領域的科研興趣，如有對專項課題感興趣的學生在課程結束后選擇進入相應的實驗室參加浙江大學科研訓練計劃（SRTP）項目，并獲取了一定的科研成果。另一方面，改革課程也激發了非本專業學生的發散思維，如醫學專業的學生不僅對磁共振、傳感器以及腦機接口等專題產生興趣，而且能主動向專題教師詢問在臨床遇到的問題的解決方法，擴大了專業影響力。

表2 教學實踐過程相關信息表

五、討論

隨著新工科人才戰略的提出，培養新時代本科生從醫、工、信多學科交叉角度發現、分析并解決問題的創新創業精神，是新工科人才戰略提出的主要培養目標，也是教育部下達的人才發展的重要內容［10］。改革課程的目標是將創新創業意識有機引入課程教學中，增強課程的趣味性、前沿性，并針對不同專業背景的通識課學生以個性化引導的形式，鍛煉學生的醫、工、信交叉融合思維，為生物醫學工程學科培養一流的交叉復合型人才。在理論層面，課程改革通過增強各類理論授課內容之間的聯系，讓學生對生物醫學工程的各個研究方向形成一個整體的概念。在實踐層面，課程改革為不同專業背景的學生提供了相應的指導，針對生物醫學工程本專業學生，引導其就某一感興趣的領域，進行深入調研，甚至采用仿真、實驗等開展一定深度的研究；對外專業學生，引導其結合自身的專業背景進行調研，例如，經濟管理類學生可以就醫療儀器的市場前景進行調研、醫學類學生可闡述現在信息技術對臨床實踐產生的影響及未來的需要等。

改革后的課程明顯提高了學生在課堂上的活躍度，師生互動積極，有效提升了課程的趣味性、科普性和學生的主觀能動性，讓低年級學生以可觀、可感的方式理解如何將理念知識轉化為醫療設備、系統的過程，并充分展示生物醫學工程特色，引發學生對交叉領域的興趣。一方面提升了本專業學生對特定領域的科研興趣，如有對專項課題感興趣的學生在課程結束后選擇進入相應的實驗室參加浙江大學科研訓練計劃（SRTP）項目，并獲取了一定的科研成果。另一方面，該課程也激發了非本專業學生的發散思維，如醫學專業的學生不僅對磁共振、傳感器以及腦機接口等專題產生興趣，而且能主動向專題教師詢問在臨床遇到的問題的解決方法，擴大了專業影響力。在改革課程的學習過程中，學生將了解工程技術與人類生命活動的關聯、生物醫學工程所涉及的基本科學與技術以及生物醫學工程的核心知識和最新進展。更重要的是，學生從課程學習中得到啟發，增強從多學科交叉的角度分析與解決問題的創新精神以及創業意識，響應了時代發展和社會進步對教育提出的新要求。

結語

以創新創業意識為引導的生物醫學工程通識教育改革方案，通過專題討論、實物展示、案例介紹等方法，將創新創業意識有機引入課程教學中；通過革新的專題調研和課程論文形式，將自主命題與教師指導相結合，針對學生不同專業背景進行個性化引導。改革后的課程顯著提升了課堂活躍度，激起了本專業學生對科研的興趣并引導學生積極進入實驗室參與科研創新項目，也激發了外專業學生對生物醫學工程學科的興趣，是一次融合專業教育和創新創業教育的教學，對于全國其他高校的生物醫學工程學科具有一定的推廣與借鑒意義。