生物醫學工程專業核心能力培養的探索與實踐

摘 要：專業核心能力是學生成功就業和可持續發展的關鍵要素，工科學生專業核心能力的培養成為新工科教育的一個核心議題。本文探討了生物醫學工程專業核心能力的內涵，提出其核心能力培養除了要具備一般傳統工程專業的普適性要求，還應體現其多學科高度融合的專業特質，即多學科學習與融合能力、醫學工程問題解決能力及專業特色能力。立足地方工科院校實際，本文還探討了生物醫學工程專業核心能力培養的有效路徑與方法，從跨學科課程與教學團隊、全過程項目鏈式訓練及科教協同等方面進行了改革實踐，取得良好成效。

關鍵詞：生物醫學工程；專業核心能力；多學科融合；醫學工程問題解決能力

中圖分類號：G642" 文獻標識碼：A

人工智能技術（AI）的迅猛發展和深入應用，促使新舊領域和行業快速更替，AI正在對高等教育教學造成重要影響，倒逼高校教育從已知向未知轉變、從知識本位向能力本位轉變［1］。從學科人才培養的角度來看，專業核心能力的培養是能力本位教育理念的具體體現。專業核心能力是指某一行業專業技術人員所必須具備的而有別于其他行業的核心競爭力或勝任力。目前，國際高等教育界極力倡導基于能力的教育（Competency Based Education，CBE），認為只有核心能力才是學生成功就業和可持續發展的關鍵要素［2］。為確保畢業生能夠滿足企業與未來社會對高素質人才的需求，學科教育的重點開始由“知識與技能的傳授”轉向“學生核心能力的培養與測評”。

新工科的提出標志著我國高等工程教育開始了新的篇章，也是我國全面提升學生能力教育的新起點。探索工科學生的專業核心能力培養也成為大家關注的焦點，近年來的文獻報道了很多以核心能力培養為導向的培養模式、課程體系建設、課程群建設等方面的改革研究與實踐，并且從工科延伸至醫學、商科等其他學科［35］。由此可見，專業核心能力的培養是決定人才培養質量的關鍵因素，已成為工程教育的共識。

1 生物醫學工程專業核心能力的內涵分析

與傳統的工科專業不同，生物醫學工程（Biomedical Engineering，簡稱BME）是理、工、醫高度融合的學科。《普通高等學校本科專業類教學質量國家標準》中明確提出了對生物醫學工程類專業核心能力的培養要求，即工程和技術技能、職業倫理道德、社會交際能力、項目人事管理及終身學習的能力［6］。該標準對BME學生專業能力的培養提供了政策指導，但也可以看出上述能力要求是比較寬泛的，因此有必要進一步深化BME專業核心能力的內涵，以促進人才培養質量的提高。

文獻資料關于BME專業核心能力培養的研究討論并不多見［78］，基于BME的學科特點，對專業核心能力的培養，除了一般工程專業的普適性要求外，還應突出以下特點。

1.1 多學科學習與融合能力

BME是典型的多學科交叉、高度融合的學科，涵蓋的范圍很廣，要求培養的學生必須具備扎實而相對寬厚的知識體系和熟練的工程技能。在專業知識方面，學生需要掌握數學、物理學、化學等基礎學科的理論知識；需要了解生物學、人體生理學和解剖學的基本知識，以及對在診斷和治療過程中使用技術所帶來的風險的理解。BME的工程技術還涉及電子、機械、材料、信息與計算機科學等工程學科，因此，BME專業的本科生需要掌握基礎學科和工程學科的知識，并綜合運用醫學、生物學和工程學的理論和方法來解決生物和醫學的相關問題。BME學科的另一個特點是應用性廣、知識更新快。隨著社會對精準醫療、智慧健康等服務的新需求，迫使行業擁抱以人工智能、大數據分析為代表的新一輪技術變革，以實現行業的升級與轉型，因此，專業人才的培養也應更注重跨學科融合能力的培養，以貼合新形勢和新環境的需求。

1.2 醫學工程問題解決能力

生物醫學工程是以解決醫學問題為導向的學科，生物醫學工程產業對學生的能力要求排在前三位，分別為問題解決能力、人際交流能力、設計經驗［910］，可見醫學工程問題解決能力是BME專業學生的首要核心競爭力。首先，生物醫學工程人才必須是生物和醫學方面的工程師，能夠順暢地與生物學家和臨床醫生溝通，精準把握醫學和生命科學領域需要解決的問題。其次，學生要能夠準確地將醫學、生物學領域的問題轉化為工程問題，并加以分析。最后，利用工程學的原理和方法，在醫學實踐中根據實際需求改進或創造新的方法和技術解決問題，從而為人類健康事業服務。

1.3 專業特色能力

BME的特質是工程與生物、醫學學科的交叉融合，其專業的主干知識體系和技術領域比較多樣化，分為生物醫學儀器類、生物醫學材料類、生物醫學信息工程類、假肢矯形工程類。BME專業主要由理工類高校和醫學院校開設，理工類高校自然科學、工程技術背景雄厚，而醫學院校則具有豐富的醫學資源。考慮到區域經濟發展情況不同，不同學校的BME專業核心能力也應區別于其他學校，以凸顯其學科和專業特色。生物醫學工程師預期要解決的問題千差萬別，隨著新的、快速發展的技術和醫療行業的需求不斷涌現，這種多樣化預計將進一步增加。因此，畢業生在堅實的BME基礎之上，如果能夠在一些細分專業領域具有更強的實踐能力，將進一步增強其在就業市場上的競爭力。

2 BME專業核心能力培養的有效路徑與方法

近年來，我國高校畢業生規模逐年增大，畢業生就業問題引起了全社會的廣泛關注。對于地方工科高校而言，絕大部分畢業生要進入就業市場，而就業市場需求的快速發展又對專業技能和實踐經驗提出了較高的要求。因此，以高質量充分就業為導向，進一步優化人才培養模式，使學生的能力培養與社會需求對接，成為地方高校需要面對的現實問題。

就業教育模式更注重對學生開展職業規劃，建立多元化的就業目標，引導學生調整就業觀念與心態，進行就業技能培訓，提供就業信息與渠道等，為學生的高質量就業提供服務保障。但是從學科人才培養的角度來看，提升畢業生就業能力的關鍵是專業核心能力的培養。相關教育研究表明，專業核心能力的提高對于高校畢業生的就業和就業滿意度均具有顯著影響［11］。BME專業屬于綜合應用廣和多學科交叉的學科，畢業生的優勢體現在就業領域寬泛，不只局限于衛生醫療、生物制藥、醫療器材等領域，還可以拓展至電子行業、人工智能領域等方向［12］。因此，地方院校在BME專業的人才培養中，需要以培養學生解決復雜生物醫學系統工程問題等核心能力為抓手，提高學生綜合素質，以提升就業率和就業質量。

桂林電子科技大學生命與環境科學學院為電子信息特色鮮明的地方性工科高校，BME專業成立于2010年，培養具有醫學電子儀器與設備開發、設計、集成與維護能力的工程應用型人才，服務大健康產業。經過10多年的快速發展，BME專業先后入選廣西優勢特色專業、電子信息特色專業及首批國家級一流本科專業建設點，在醫學電子儀器、醫學圖像及信息處理技術、人體生理生化信息無創/微創檢測等領域建立了學科優勢。由于地處經濟欠發達地區，生物醫學工程產業規模較小，因此畢業生就業區域主要分布于珠江三角洲和長江三角洲地區，學生的培養質量受到用人單位的廣泛好評。但BME屬于知識技能更新速度較快的交叉學科，隨著產業升級和智能化的發展，對應聘者的專業綜合素質要求不斷提高，因此本專業也在不斷調整、優化人才培養體系，聚焦于專業核心能力的培養，提高畢業生在就業市場的競爭力，為學生的職業發展提供持久助力。

2.1 設置跨學科課程、建立跨學科教師團隊，促進多學科學習與融合能力

生物醫學工程真實問題的解決需要綜合運用醫、工、理多個學科的理論與方法。傳統的BME培養計劃一般都設置有相對系統完善的課程體系，覆蓋了多學科的知識體系，比如工學課程包括電路原理、模擬電子技術和計算機技術等，醫學有人體解剖生理學、臨床醫學等，理學則包含了化學和生物學。學科教學上通常采取單一學科分科教學的方式，學生分別縱向學習各學科的知識，這種“學科本位”的教學方式有利于構建學科自身獨特的知識體系、邏輯思維方式。缺點是不同學科知識之間的聯系是割裂的，學生的認識是孤立的、片面的，無法進行有效融合，因而影響了復雜問題解決能力的培養。我國新工科建設也重視培養具有跨界融合能力的高素質交叉復合型卓越工程技術人才。作為新工科中的典型學科，跨學科學習是培養BME專業學生核心素養的重要途徑［1314］。

當然提倡跨學科學習，并不是要否定分科教學，而是在學科學習的基礎上，關注、強化學科知識間的橫向關聯，打破學科桎梏，實現學科間知識的深層融合，用以解決現實中的復雜問題。基于這種理念，通識課、學科基礎課程可以依然以分科教學為主，但是在專業核心和特色課程中可適當設置跨學科課程，突破學科為中心的課程組織形式，以醫學應用和醫學問題解決為主線，將醫、理、工的核心知識點聯結，構建跨學科知識圖譜。比如醫學電子儀器設計課程教學，以典型儀器為例，可以將相關的生物化學、生理學、電路原理、計算機技術、傳感器等學科知識進行整合，完整展現復雜醫學儀器系統的分析、設計、開發、實施和評估的完整環節。在跨學科課程教學中，授課教師的跨學科教學能力將極大地影響學生的學習效果。跨學科主題教學要求教師掌握“學科+”的知識，而教師有自己優勢的研究方向，對其他學科的知識不夠精通，可能會出現想跨卻跨不好的情況。因此，組建跨學科的課程教師團隊可能是跨學科課程教學的較優解，可以彌補單一授課教師存在的知識體系不完備的缺陷，最大限度地發揮教師的學科特長，保障跨學科課程的教學效果。

2.2 校企醫聯動，以醫學項目鏈為載體貫穿全過程，提高醫學工程問題解決能力

充分發揮學校、企業、醫院的優勢，校企醫協同育人，是培養學生醫學工程問題解決能力的重要路徑。本校主要采取以下舉措：一是引導醫院和企業深度參與教學改革，在人才培養方案的制訂和修訂過程中，深入醫院和企業進行調研、研討，明確醫生、患者或潛在相關利益者的問題與需求，了解企業開發產品、提供服務時對從業者的核心能力要求，優化課程體系，使人才培養與產業實際需求相契合。二是將醫生、企業工程師引入教學團隊，通過開設校企合作課程、專題授課、參與指導學生創新創業項目和學科競賽、畢業設計等方式深度融入人才培養的各環節。三是與企業、醫院合作設立創新實踐基地，提交學生的實踐能力。比如，與本地醫療儀器企業聯合設計生物電子創新實踐基地，企業工程師面向學生進行醫療器械研發、生產、銷售的專題培訓，與本地三甲醫院建立實習實踐基地、成功聯合申報省級重點實驗室，依托基地和學科平臺，強化學生的醫學基礎知識和專業實踐能力。

具體做法是以來自醫學領域的真實案例為載體，項目來源于商用儀器、企業生產研發實際、學科研究成果等，在時間維度上，將對醫學工程問題解決能力的培養覆蓋整個人才培養全過程。大一時通過新生研討課、專業認知實習環節，初步建立問題意識。大二、大三階段主要培養問題分析與實踐技能，一方面是將復雜醫學儀器系統進行分解，將不同的內容模塊與對應的核心課程學習聯系，建立口袋實驗室，配備相應的電子元器件，使學生能迅速學以致用；二是通過參與創新創業項目、學科競賽，進一步提升問題解決能力。在大四階段，通過專業實習、畢業設計，培養儀器系統的設計、開發、集成、運行、測試等綜合能力。

2.3 科教融合，培養專業特色能力

“教學與科研相統一”是現代大學的基本標志。科研活動具有探索未知、聚焦前沿、面向國家經濟社會重大需求等特點，科研成果是課程教學內容得以不斷更新的力量源泉。教師將自己對科技前沿的學習認識、科研心得和成果等融入理論和實踐教學內容，使學生能接觸到最新的學科前沿知識，了解業界發展動態，學習解決科學問題的思維與方法，有利于培養學生的創新思維和創新能力。教學相長，科教融合過程中的知識融通、抽絲剝繭、尋根究源也會為教師優化自己的研究方向和選題提供新靈感、新思路，提升自己科研的深度和廣度。迄今為止，我國已有120多所高校設立了BME本科專業，學校之間難免存在人才培養目標同質化的現象，為了提升學生的綜合素質和就業質量，在培養過程中還應突出專業的培養重點和校本特色。進行專業特色能力培養的有效方法是將學科特色研究資源與成果融入課程體系，形成與培養重點相匹配的聚焦課程。深入分析學科優勢科研成果與產業之間的關聯性和耦合性，開設多個精深研究方向的課程知識主題模塊，從而強化學生在特定方向上的學習。比如“人體生理生化信息的無創/微創檢測”是本專業的優勢特色方向，對接體外診斷領域，崗位需求較多的是電化學測試、熒光免疫分析等方向，在這些典型方向上開設課程主題模塊，不同模塊之間彼此獨立卻又相互關聯銜接，從而兼顧學科知識的廣度和深度，兼顧學生興趣發展和能力提升，也兼顧學科前沿和產業需求。

結語

在深入剖析生物醫學工程專業核心能力內涵的基礎上，力圖破除地方工科院校的不利因素對BME專業核心能力培養的限制，聚焦于跨學科學習與融合、醫學工程實踐能力、專業特色能力等核心能力的培養。這樣學生的綜合素質不斷提高，更能契合社會需求和產業升級，提升了就業率和就業質量。

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