生物醫學學員創新能力培養

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1引言

生物醫學工程（biomedicalengineering，BME）是應用自然科學和現代工程技術的原理與方法，多層次研究人體結構、功能及其生命現象，研究用于防病、治病、人體功能輔助及衛生保健的制品、材料、裝置和系統的交叉性邊緣學科。其主要的特點是多學科交叉、理工醫結合，工程性和實踐性很強。在軍醫大學這樣的醫科院校中培養工程技術人才，必須要改變原有培養醫科學生的模式，采取適應工程技術人才培養特點的教學體系，突出工程性，強調實踐性教學。改變現有實踐教學模式，構建新的實踐教學體系，是生物醫學工程專業建設和人才培養中需要體現的重要內容[1]。

2生物醫學工程專業學員創新實踐能力培養的探索與經驗

我校生物醫學工程專業五年制本科人才培養的目標是：“面向我軍衛勤保障的需要和軍事醫學的發展，培養具有生物醫學、電子技術、信息技術和軍事醫學電子衛生裝備等專業知識，具備將生物醫學與電子信息技術相結合的能力，能夠從事軍事醫學電子衛生裝備研究、設計、管理、使用和維修工作的高級工程技術人才。”由于我校生物醫學工程專業的培養方向是生物醫學電子工程，這是一門科技含量高、技術密集、應用性強的學科，其基礎理論、創新探索都必須依賴實踐來驗證。因此，實踐教學占據著戰略性地位，是培養創新型人才的關鍵環節。根據我校生物醫學工程人才培養目標，突出工程特性，培養具有電子技術創新精神和實踐能力的人才是該專業建設的基本任務，學生的綜合素質和創新能力不僅需要通過基礎理論和專業理論的學習來培養，更要通過實踐教學各個環節來鍛煉，以使學員不斷提高創新實踐能力并將所學理論知識和實踐技能應用于實際醫學問題的解決中。我們主要采取了以下做法：

2.1注重基本實驗技能訓練，重組課程實驗教學內容

電子技術與信息技術教學包含了一系列課程（電路原理、模擬電子技術、數字電子技術、信號與系統、數字信號處理、傳感器原理、醫學電子儀器等等），對這些課程的實驗項目進行精選、整合、改造，實現以基礎性實驗、綜合性實驗教學模塊為基礎的分層遞進的實驗教學內容。對現有的實驗進行優化整合，主要目的是配合理論教學，使學生熟悉理論知識和掌握基本實踐技能，提高教學效益，在不增加現有實驗課學時的前提下，適當開設綜合性實驗。

2.2培養綜合運用知識能力，強化綜合性設計性實驗

在專業基礎課實驗中，將過去模擬電子技術、數字電子技術等課程中的設計性實驗設置為相對獨立的綜合設計性實驗，主要通過自主探索的形式培養學生獨立思考、協作攻關的精神以及解決實際問題的能力，以達到知識和能力綜合訓練的目的。具體方法是教師編列實驗題目，提出技術要求。題目的難度與學生的水平相適應，題目的內容與專業方向及學生興趣相吻合。學生以小組為單位自行選題，通過查閱文獻資料，優化技術路線，獨立開展實驗等環節實施綜合訓練。使學生能夠較系統地掌握從選題、方案論證、電路設計、電路實現以及裝配調試，到最后的總結報告和文檔整理等全過程的各個環節。通過上述實驗課教學改革，有效調動了學生學習的積極性和主動性，培養了學生綜合運用知識的能力和動手能力。

2.3開展多層次第二課堂活動，培養分析解決問題能力

開展了多種類型和內容豐富的第二課堂活動，這既是課程教學內容的補充，也是實踐教學不可缺少的環節。一種是普及性的第二課堂活動，內容力求覆蓋面廣、應用性強，既有教師選題，也有學生自主選題進行實驗研究。從專業基礎課開始組織，有效地豐富了學生視野，拓展了學習內容。另一種是提高性的第二課堂活動，對學習成績優秀、鉆研精神強的學生實行導師制，組織他們參加課外科技活動和全國性大學生創新設計競賽等實踐教學，讓學生直接介入實際的科研活動中。通過第二課堂活動有效地發揮了學生學習的潛能，變被動學為主動學，培養了學生邏輯思維能力和分析解決問題的能力。

3我校生物醫學工程學員實踐能力培養模式的不足

目前，我校生物醫學工程專業課程體系設置主要包括：公共基礎課程、醫學基礎課程、工程專業基礎課程、專業課程等4類。從實踐教學的效果來看，目前這種模式存在2點不足：一是課程設置不科學，體系不完整，與國內外其他生物醫學工程院校相比缺少專業選修課程、綜合實踐課程這2類課程[2]；二是實踐教學沒有按照實踐能力培養的規律進行設計。實踐能力的培養必須從基礎做起，由低到高逐次遞進，以電子技術綜合設計為例，在設計性實驗中應當將主要精力用于方案設計和技術指標的實現上，但是部分學員由于電子工藝基本功不扎實，一些原本不應該出現的問題卻由于焊接加工水平欠佳反復出現，從而影響了設計性實驗的整體效果。由于工程實踐能力包含了方方面面的素質要求，從設備使用、工藝掌握、器件選擇、方案設計等等由低到高的各項能力的培養，是需要一點一滴積累并逐漸形成經驗的一個長期過程，絕非一朝一夕之功，也不是某一門課程所能解決的，必須將其作為系統工程搞好頂層設計，在整個課程體系之中加以解決。創新實踐能力的培訓必須是多層次的并且貫穿始終的完整培訓，需要完成包括基礎電子工藝掌握、基本實驗設備操作到復雜醫學電子系統的設計等一系列階梯式的體系化訓練。使學生在大學期間，乃至研究生階段，不間斷地進行傳統型、綜合型、設計型和創新型等各種實踐環節和各種社會實踐活動，這對學生掌握扎實的基礎理論知識和專業知識，提高獨立分析問題和解決問題的能力，提高團隊合作意識，提高創造性和競爭能力都大有益處[2]。只有經過這樣訓練的學生才能具備比較強的實踐動手能力，能夠有效地通過工程技術手段解決實際問題，從而滿足用人單位和部隊建設的需要。所以，建立健全完備的實踐教學體系是當前深化教學改革，加強頂層設計的重要工作之一，必須按工程人才的培養規律設計科學合理的實踐教學體系。

4構建生物醫學工程專業學員創新實踐能力培養體系的設想與建議

創新實踐能力可分為基本技能—綜合技能—設計技能—創新技能4個層次，不同層次的能力培養要有相對應的教學內容和訓練方法，通常需要采用驗證性實驗—綜合性實驗—設計性實驗—研究性實驗等有針對性地加以訓練。為實現創新實踐能力的全面培養，必須改變傳統的實踐教學模式，把培養學生的創新精神和實踐能力放在首位。以優化知識結構、提高綜合素質為指導制定實踐教學計劃和方案，調整實踐教學組織結構；安排大型綜合實驗設計課程和實踐訓練，形成科學合理、內容完備的教學體系和培養模式；構建良好的實踐教學支撐環境。使學生在學校期間，不間斷地進行傳統型、綜合型、設計型和創新型等各種實踐學習環節和各種社會實踐活動，使其創新實踐能力不斷發展，從而真正提高學生獨立分析問題和解決問題的能力，提高創造性和競爭能力，這也是提高專業教學水平和與國際教育接軌的必然選擇[3]。

4.1實踐課程體系建設

為了更好地適應軍醫大學對生物醫學工程人才培養的要求，根據培養生物醫學工程專業學員創新實踐能力的探索并結合其他院校在實踐體系建設上的經驗，我們認為生物醫學工程專業課程體系設置應當涵蓋公共基礎課程、醫學基礎課程、工程專業基礎課程、專業課程、專業選修課程、綜合實踐課程等6類課程。其中對于實踐能力的培養應構建4個層次、5個類型的課程培訓體系。

4.1.1基礎課程實驗

這一類實驗的內容和方式比較傳統，實驗和課程內容的聯系緊密，每門課程課內安排實驗18學時。通過對授課內容的驗證、實現與分析，幫助學生掌握基本理論和方法，鍛煉學生動手能力，培養學生的基本工程素質。除基本實驗外，一般要求至少安排一個具有綜合性質的實驗，能夠對整門課程起到融會貫通的作用。對每一門課程的課內實踐環節的安排和內容，都需要進行充分的論證，以保證每門課程實驗內容的合理性。

4.1.2綜合實踐課程

這個訓練層次的重要性體現在，使學生掌握應用工程技術解決實際問題的基本方法，同時培養其初步的創新能力。創新能力的獲取必須要擁有扎實的基礎，如果基礎不牢，所謂創新是沒有保障的，即便有非常新穎的想法，但是無法實現也是枉然。創新的方法往往產生于對傳統既有方法的熟悉上，充分了解各種方法的特點，并根據對實際問題的分析提出有價值的建議，創造性地采用不同以往的方法和手段處理和解決問題。創新一定是無限的想像與有限的技術選擇相結合的產物。通過這類實踐課程訓練學生對知識的綜合運用，掌握工程技術解決問題的程序和方法，突出工程實踐中關鍵環節的訓練，實現對不同學習階段的學員工程實踐能力的綜合培訓，使其具備工程技術人員基本的實踐能力。綜合實踐課程在進入專業基礎學習階段以后安排，將每學期的所有理論教學及考試在前18周內完成，余下的2～3周時間用于開設獨立的綜合實踐課程。

（1）電子工藝實習。主要培養學生在電子線路焊接、裝配、調試、元器件識別、選擇、基本儀器使用等方面的能力，組裝具有實用價值的小型電路。安排這個訓練的目的，主要是鍛煉學員在電子技術應用中的基本操作技能，如果沒有這個過程，直接進入電子技術課程設計階段，就會出現因為電子工藝不過關造成的各種各樣的問題，為電路設計和調試帶來層出不窮的障礙。所以必須要有這個訓練過程，以保證在后續課程中學生具有比較熟練和穩定的電子工藝能力，而盡量避免因為工藝問題造成的失敗。

（2）電子技術課程設計。是在具備電子學基本實驗技能的基礎上，進行綜合能力培養的實踐訓練課程，以電路設計為重點，內容側重綜合應用模電、數電知識，完成制作較為復雜的帶有生物醫學功能的電路或者小型電子系統（例如心電信號放大器）。一般是給出實驗任務和設計要求，通過電路方案設計、電路設計、電路安裝調試和指標測試、撰寫實驗報告等過程，培養學生綜合運用所學知識解決實際問題的能力，提高電路設計水平和實驗技能。在實踐中著重培養學生系統設計的綜合分析問題和解決問題的能力，培養學生創新實踐的能力。

（3）虛擬儀器技術課程設計。掌握LabView在信號采集、處理、分析以及功能電路整合方面的應用，側重于生物信號的處理及其虛擬儀器系統的設計。

（4）生物醫學信號檢測與處理綜合實驗。其目的是使學生在熟悉電子系統基本設計和數字信號處理主要方法的基礎上，把現代信號處理理論與臨床醫學緊密結合起來，掌握常見的生物醫學信號采集方法，醫學信號傳感器、采集儀器的使用，利用各種信號處理手段解決臨床診斷與治療方面的信號分析與處理問題。使學生了解醫學信號處理系統的實現過程：醫學信號→信號采集→信號處理→信號識別與特征提取→臨床診斷，培養學生應用Matlab和LabView提供的各種處理方法解決醫學問題的能力，并強調各種處理方法的硬件實現。

（5）現代醫學儀器綜合設計。在學生學完全部課程進入畢業設計前一個學期進行，學生綜合應用所學過的基礎課、專業基礎課和專業課的基礎理論、基本知識和基本技能，融合醫學儀器課程內容，獨立完成一個醫學信號檢測、處理、控制系統的設計、安裝、調試，完成醫學信號的數據采集和存貯、數據顯示、數據分析和處理，通過對專業課實驗進行的高度整合，讓學生對所學知識進行高層次的融合。學生從本課程擬定的題目中選擇，或者自己擬定題目，獨立完成一個檢測人體信號的小型醫學儀器系統，并使所設計的軟硬件系統達到要求的各項技術指標。學生通過該課程較系統地學習生物醫學信號處理和控制方面的方法和技術，在生物醫學信號處理技術、計算機技術、測量技術、控制技術及實驗技能等方面得到全面訓練，對醫學信號的拾取、測量、處理、應用有一個系統地了解，從而在綜合能力上得到培養，同時為完成畢業設計打下堅實的基礎[4]。

4.1.3創新性課外科技活動

開展豐富多彩和形式多樣的創新性課外科技活動，其主要目的是使學生在完成第二層次訓練的基礎上，了解學科前沿、開闊科技視野、激發創新意識，充分發揮和調動學生創新實踐的潛能，結合軍事醫學應用和實際問題的解決開展研究性實踐活動。結合我軍衛勤保障和軍事醫學的需求，應用電子信息技術和電磁檢測技術等生物醫學工程學方法，有針對性地開展創新實驗活動。從軍事醫學電子衛生裝備設計思想的提出、技術指標的設定、研究方案的形成、工程設計的優化等方面訓練學員，培養他們在我軍軍事斗爭衛勤保障條件下解決軍事醫學問題的創新思維和創新能力，以此提高軍事生物醫學工程專業人才的綜合素質。該層次的訓練側重于創新能力的培養，主要以第二課堂的形式圍繞科研方向開展，也可以圍繞專業選修課開展，并鼓勵學有所長的學生積極申報學校創新實驗基金，開展進一步的深入研究，并指導學生發表學術論文，申請國家專利。在條件成熟的情況下推薦他們參加各種類型的全國大學生科技競賽。對于部分已取得較好成果的學員，可在此基礎上直接進入畢業設計環節，并給予他們優先報考碩士研究生的資格。

4.1.4實習

臨床工程實習是理論聯系實際，培養學員分析問題、解決問題能力的重要階段。通過臨床實習，使學員進一步加深對專業課程理論知識的理解和掌握，全面了解現代化醫療儀器設備的基本原理、安裝調試、維護保養，熟悉部分醫學儀器結構特點和工作原理及存在問題，建立醫療衛生裝備體系的基本知識架構，培養學員運用已學基礎理論知識，初步分析和解決醫學儀器設備實際問題的能力，為畢業后從事醫療設備專業工作，提升任職能力打下基礎。

4.1.5畢業設計

畢業設計的質量可以衡量專業教學的水平，是學生畢業與學位資格認證的重要依據。畢業設計的開展將緊密結合學科研究方向和實際科研課題，把重點放在學員創新思維和能力的培養，充分發揮學員的主動性和創造性上。畢業設計注重以下能力的培養：（1）調研、查閱中外文獻和搜集資料的能力；（2）理論分析、制定或設計實驗方案的能力；（3）實驗研究、綜合分析和數據處理的能力；（4）交叉融合理工醫等學科綜合知識的能力；（5）外語、計算機應用和論文寫作的能力；（6）綜合應用工程技術手段解決實際問題的能力；（7）團隊合作的能力。方法上讓學生自由選題，獨立完成畢業設計課題。針對要解決的實際問題，指導學生通過查閱資料，以互相討論的形式逐步總結出解決問題的思路，要求學生利用計算機進行理論設計，并進行虛擬實驗和仿真分析，經過比較優選出最佳方案，進而設計出實用的電子系統，完成系統的軟硬件調試并達到設計技術指標；最后提供設計報告，接受專家組考評并通過答辯。通過畢業設計使學生了解科研的方法、程序和步驟，增強科研意識。這種對科學實踐全程參與的教學方式可以全面培養和提高學生的科研素質、工程意識和創新精神，真正實現了理論和實際動手能力相結合的創新實踐能力培養。

4.2創新實驗室建設

創新實驗室建設旨在針對我軍面臨的多樣化軍事任務，滿足我軍衛勤保障需求和軍事醫學發展需要，從軍事醫學電子技術教學與訓練、軍隊衛生裝備教學與訓練等方面入手，與燒傷外科學、防原醫學、野戰外科學、野戰內科學、軍事預防醫學、高原軍事醫學以及新概念武器防治學等軍事醫學緊密結合，以電子技術應用、裝備教學實訓為基礎，培養應用軍事生物醫學工程的技術方法，解決部隊衛勤保障和軍事醫學問題的創新實踐能力。創新實驗室主要服務于學員專業學習階段，在第二課堂、創新實踐、綜合實驗、軍事醫學課程設計、畢業設計、專業實習以及衛勤演練中對學員實施相關訓練活動。從培養軍隊院校學員為軍服務的意識出發，使其在學習訓練中了解軍事醫學的主要問題，學會應用軍事生物醫學工程方法解決相關問題，同時提高創新實踐能力，在這一過程中軍事生物醫學工程專業綜合創新實驗室的建設是必不可少的，這對于軍事生物醫學工程專業學員開展相關學習實踐以及任職訓練是必須要具備的一個基本條件。

5結語

軍事生物醫學工程本科人才培養的目標要求我們培養的人才不僅具備扎實的理論知識和較強的實踐能力，而且應該具有應用相關工程技術解決軍事醫學和部隊衛勤保障中問題的能力。生物醫學工程專業學員的創新實踐能力的培養必須圍繞這個總原則設計好實踐教學的課程體系，并在探索中不斷總結和完善。