醫工融合構建新工科、新醫科人才培養模式*

何汶靜 祝元仲 杜勇 吳君 楊慶華

川北醫學院 四川南充 637000

0 引言

為貫徹全國教育大會精神和新時代全國高校本科教育工作會議精神，提高本科教育水平，教育部發布了一系列文件[1-2]，要求依托“雙一流”，推進新工科、新醫科建設，在醫學領域深化人工智能內涵，構建傳統學科的“人工智能+X”復合型人才培養體系，促進高校專業建設水平整體提升。川北醫學院作為醫療行業發展人才的供給方，在積極進行人才供給側結構改革，增強科技發展核心動力，適應新時期產業升級和經濟結構調整需求，不斷探索深度融合的學科建設和提高專業建設水平方面作了很多有益的嘗試。

1 醫工融合交叉學科的現狀

面臨“百年未有之大變局”，全球的科技和產業正在經歷著風起潮涌的深刻變革，科學技術研究一方面要具備先進性、創新性，另一方面也要注重持續性。具體到醫療行業來說，醫學的發展越來越依賴檢驗儀器、診斷設備、治療設備等涉及自動控制、機械、電子、計算機的多學科門類的現代科技發展，單一學科的問題越來越無法導向重要科學問題和關鍵核心技術的突破。2018年，習近平總書記在北京大學考察時指出：“要下大氣力組建交叉學科群”[3]。無論是在高校研究所，還是在行業企業、社會公眾中，交叉學科都獲得了前所未有的認同度，獲得社會各界的持續關注和積極參與。

早在2009年，國務院學位委員會和教育部印發的《學位授予和人才培養學科目錄設置與管理辦法》，就已經明確提出高校可根據行業人才需求，自主設置作為二級學科的交叉學科。2020年數據顯示，全國共有167 所學位授予單位自主設置了573 個按二級學科管理的交叉學科，共授予博士或碩士學位人數接近4 000 人[4]。

2020年12月，國務院學位委員會和教育部發布通知，正式設置“交叉學科”作為第14 個學科門類，大力支持高校自主設置跨學科本科專業。近年來，在醫學領域，高校陸續設置了臨床工程技術、智能醫學工程等一批醫工結合的新專業。

隨著“交叉學科”門類設置的塵埃落定，各高校就具體怎樣落實建設，如何有效融合相關領域專家，如何確定研究發展方向，以及如何有效管理產教團隊，提升對應的人才培養等問題仍然處在積極探索的過程中[5-7]。

2 川北醫學院在醫工結合方面的基礎

川北醫學院醫學影像學院于1985年建立，是國內首批設置醫學影像學專業的醫學院校，建設至今，學院已開設有醫學影像學、醫學影像技術、生物醫學工程、智能醫學工程四個本科專業，在校本科生共計2 000 多名，專業門類涵蓋醫學、工學、理學，為國內專業門類最為齊備的高校院系之一。其中醫學影像專業從1986年開始招生，2007年被評為國家級特色專業；生物醫學工程專業從2004年開始招生，2020年被評為四川省一流專業。醫學和工學的辦學歷程都經過了一定的時間沉淀，相比于理工類院校，學校作為醫學院校，在醫工結合方面有較好的歷史基礎和優勢。

1）師資隊伍學科門類齊全，梯隊結構合理，包含醫學、工學、理學在內的多學科，且都具有相關科研項目支持和資助。

2）實現了不同學科的院系統一管理，突破了一級學科之間的管理壁壘。

3）依托附屬醫院，擁有先進的醫療設備，可同時用于教學。包括3.0T 及1.5T 磁共振成像設備、多層螺旋CT、醫用直線加速器、數字減影血管造影設備、數字X 線攝影、動態調強放療系統、模擬定位機、192Ir 后裝治療機、彩色多普勒、SPECTCT、PET-CT、Micro PET-CT 等價值過億元的醫療教學設備。

4）附屬醫院專業科室門類齊全，疾病譜覆蓋廣，病例資源豐富。

3 基于工科專業的新工科專業建設

新工科是指順應目前互聯網和人工智能發展浪潮，一方面發展以大數據、人工智能、云計算、虛擬現實為代表的相關工科交叉專業，另一方面以智能制造、人工智能、機器人等相關學科為新的動力，對傳統專業進行改造升級，培養高素質交叉型人才，在科研和人才領域進行主動戰略布局。教育部2018年首批認定612 個新工科研究與實踐項目，從理念、標準、方法、技術、文化等方面探索新工科建設[8]。

目前，學校已有工科專業生物醫學工程、智能醫學工程進行新工科建設。基于工科專業開展醫工融合教育模式已初步構建。該模式以“立德樹人、產出導向、學生中心”為教育建設理念，以“三主體、五層次、一循環”為新模式，以課程思政、三維融合、雙徑雙進為新方法，以機器學習、云計算、深度學習為新技術，力求形成川北醫學院特色的新工科教育體系，培養具有家國情懷、工程創新能力，服務區域醫療衛生的工程應用型人才。

3.1 推進專業培養模式轉型升級

為落實新工科建設，學校一方面積極發展新興工科專業，開辦了智能醫學工程專業，并于2020年開始招生；另一方面對生物醫學工程專業持續深化工程教育改革，加快培養能適應新一輪醫療科技革命的卓越臨床醫療工程科技人才。

圍繞“新的工科專業、工科的新要求”這一問題，深化專業內涵建設，在深入調研和十余年實踐的基礎上，凝練和形成了“三主體、五層次、一循環”人才培養思路，如圖1所示。

圖1 “三主體、五層次、一循環”人才培養思路

該模式以“立德樹人、產出導向、學生中心”為教育建設理念，以立德樹人為目標，在課程建設中全面施行課程思政，鼓勵“廣大青年要肩負歷史使命，堅定前進信心”[9]，深入構建覆蓋全體教職員工，覆蓋從理論到實踐、從校內到校外實習基地的所有教學環節的“三全”育人格局。為落實產出導向理念，在培養主體方面，突破了高校的單一培養主體，根據畢業生就業兩大主要途徑——醫院和醫療設備生產企業，將高校、醫院、企業作為人才培養的三主體，充分適應醫院、企業的主體需求，提高人才培養的適切度。參考趙炬明教授總結的新三中心，深入解讀學生為中心的內涵，一是從事實出發，在學生的前期基礎和學習規律的指導下重構教學內容，啟發學生思考和主動學習；二是在所有活動中，保持學生的主體地位，以專業知識和能力水平的提高為主要教學目的；三是建立有效的教學監督管理和實時反饋機制，以學習效果為反饋和評價目標。

教育教學作為一門行為和心理科學，具有其內在的規律。在構建人才培養方案的過程中，需要深入了解和分析學生在醫學、工學、人文的融合過程，以及循序漸進的自然法則，刪繁就簡，由表及里，以“五層次”模式，全方位提高知識、技能、能力、實踐力水平，階梯式達到人才培養目標，培養創新思維和醫工融合思維能力。在培養體系質控方面，從國家經濟社會需求出發，調研產業布局，調研畢業生和用人單位反饋信息，從就業質量、職業發展、社會評價高維分析畢業生質量，以需求和效果為導向，對課程體系設置和課程內容持續循環提升，構成閉合“一循環”。

3.2 拓展大學生醫工融合的創新意識

在人才培養的實踐過程中，形成并總結了“三維融合”“雙徑雙師”的培養模式。“三維融合”是指學科融合，校醫、校企融合，理論實踐融合。“雙徑雙師”是指以醫院、產業兩大就業途徑為產出導向的校醫雙師資、校企雙導師。

學校以服務新工科2.0 為目標，從產業實踐和臨床需求中發現問題導向，推進學科間和產教間的交叉融合，建立包含企業導師、學校科研骨干、臨床醫生的教學科研團隊，以科研項目、產學研協同育人項目為契機，加強校企、校院的深度融合，培養“雙師”型人才。與醫療行業領軍企業上海聯影、上海電氣康達醫療簽訂戰略合作協議，建立了聯合創新產業醫學工程實踐教育培訓中心，由企業研發人員和高校骨干教師組成聯合項目小組，雙方互派人員進修。從具體項目實踐中逐步構建國家級專家領銜，博士和博士后為骨干的生物醫學工程、計算機技術、自動控制技術、機械電子、影像醫學、臨床醫學的醫工結合團隊。

在課程設置方面已有交叉學科人才培養方案和具體教學實踐，并且在畢業設計方面已有很多醫工融合的研究。

為了培養學生用工程的思維解決醫學問題的思辨能力，提升醫學工程應用水平，為在校生設置了各級競賽，通過參加學科競賽、技能競賽、雙創大賽等組織大學生成立項目小組，圍繞項目和賽題目標，進行融合項目研究。學生通過查閱資料，或生成調查信息報告，或完成軟硬件設計，定期進行成果匯報。

學院還通過邀請行業知名專家，進行專業和學科交流，例如，根據教學安排邀請企業資深專家開展線上或線下專業講座，豐富教學形式；邀請行業前沿研究人員利用自身行業優勢，提供契合行業發展的優質教學資源，為學生普及行業前沿知識及實踐經驗，不斷提升教學品質和效果。在拓展國際視野，引起對當下研究和討論熱點問題的關注方面不斷啟發思考、激發興趣。

3.3 校醫企協同育人，在實踐中培養復合型人才

推進學科專業交叉融合，深化產教融合，以人工智能為紐帶，落實“校+醫+企”協同育人，與醫療設備龍頭企業上海聯影、上海電氣康達洲際、成都奧泰醫療共同實施“卓越工程師2.0”計劃，共同制定實習大綱，調整在企業、醫院實習基地的實習時段和時長，豐富學科內涵，建設圍繞醫工結合、面向市場，滿足臨床工程、智能醫學需求的新工科體系。

課程實驗是培養動手能力，達成知識目標、能力目標的重要手段。通過實驗項目更新，增加課程設計、開放性實驗和學生創新科研項目，構建包含課程實驗、綜合設計、研究創新實驗、畢業設計的校內實踐教學體系，實現理論和實踐的融合，提高學生獨立分析和解決問題能力。嚴格要求畢業設計各個環節，以“雙導師”制度進行全程指導和質量監控。

4 基于醫學專業的新醫科教育模式的探索

新醫科建設提出要以人工智能、大數據為代表的新一輪科技革命和產業變革為背景，培養醫工理文融通的復合型人才，對原有醫學專業提出新要求。

基于學校已有基礎，圍繞跨界融合，深化人工智能與基礎醫學、內外婦兒等臨床醫學、醫學影像學的交叉學科和專業建設，豐富完善人工智能主干知識體系和跨學科核心知識體系，培育新的學科生長點和特色方向，力求為形成川北醫學院特色的新醫科教育體系添加人工智能相關的新技術，培養適應產業轉型升級的“人工智能+醫學”復合型應用人才。

具體來說，目前可以在原有醫學類體系中加入人工智能概論、機器學習等智能醫學的核心課程，加入深度學習等選修課程、開放性實驗項目等，充分利用在線開放課程等形式，共享教育資源，讓醫學專業學生對當前人工智能能解決什么樣的醫學問題、如何解決問題等有全面系統的了解，通過介紹醫學數據挖掘、典型機器學習算法、常用的深度學習理論，培養醫學生的工程思維能力，培養醫學生面對診斷、預后、療效評價等具體臨床問題時用嚴謹的科學態度和先進的工程方法解決實際問題的能力。

實驗平臺方面采用阿里云、騰訊云的在線免費實驗室的辦法，以較小的預算資金為學校大二、大三共4 000 多名醫學學生提供AI 實驗平臺，進行動手能力訓練，培養工科思維方式，以及用人工智能的辦法解決醫學問題的能力。

5 制度保障

張端鴻認為，“交叉學科”最大的挑戰來源于教師管理[10]。工學和醫學方面的教師往往分屬不同的基層組織，工作任務不同，直接領導不同。交叉學科項目的完成，需要醫護人員和工程人員共同努力，并伴隨著較長的探索過程，還需承擔成果的不確定性風險。

為此，亟須構建有效的醫工交叉平臺，制定相關政策，在成果認定、貢獻評價方面，避免出現用單一學科思維左右交叉學科結果的問題。建立團隊考核依據，進行有效的學術組織管理，保護好每位項目參與人員和參與單位的積極性，推進項目建設以及明確雙方權利義務關系。處理好學術帶頭人、骨干科研人員、青年科研人員之間的關系；處理好醫學研究人員和工學研究人員之間的關系；處理好附屬醫院和高校之間的關系，從制度上加強醫學與工學雙方合作。

6 結束語

要培養符合新工科、新醫科要求的“人工智能+醫學”復合型人才，既需要轉變觀念，充分利用各學科優質資源，加強整合與優化，也需要豐富“產學研醫”融合創新的工作方式與內涵，加強組織建設，推進具體項目的落實和質量提升，才能培養出符合國家和社會發展需要的復合型、創新型、應用型醫學工程人才，進一步提升大學生就業的綜合競爭力。