生物力学与医学工程范文

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关键词：教学模式改革;人体解剖生理学;医工结合;自主学习

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）42-0082-03

一、引言

人体解剖生理学是研究人体各部分形态、结构及人体生命活动的规律或生理功能的科学。在生物医学工程和医学信息工程等工科专业中，它是医学基础类课程，也是必修的专业基础课。生物医学工程等工科专业是交叉学科，它综合工程学、生物学和医学的理论和方法，从不同层次研究人体系统的状态变化，并运用工程技术手段去解决医学中的相关问题。因此，生物医学工程专业的学生培养需要生物学、医学和工程学的相关理论和知识。对生物医学工程等相关工科专业的学生开设《人体解剖生理学》课程，是专业知识结构的需要，也是后续的生物医学信号处理、生物医学系统建模与仿真、医疗仪器等专业课程的重要医学基础。学习《人体解剖生理学》知识，能够使学生了解人类医疗、保健方面的需求，更重要的是，能够启发学生在未来的学习和工作中发现医工结合的交叉点，促进学生围绕生物医学工程的专业方向进行创新性研究和工作。

二、生物医学工程等专业中《人体解剖生理学》教学现状

目前，我国生物医学工程专业大多在工科院校和医学院校中开设，由于这一专业学科交叉的特殊性，在培养模式方面容易出现偏重于工科或偏重于医科的现象，没有真正体现出医学工程的多学科交叉的特点。此外，在这些专业中，其医学基础课程和工科专业课程独立开设，尤其是所开设的《人体解剖生理学》课程，学科独立性较强，存在医学基础课和后续专业课教学相互脱节的问题。进一步分析这些专业对《人体解剖生理学》课程的教学要求发现，作为医学基础课，该课程的教学内容需要涉及人体解剖学、生理学及病理学等几门课程，内容体量大、理论性强，然而课时方面却基本要求在一个学期内的几十个学时内完成该课程教学。在这种情况下，如何高效、高品质地完成大体量的教学内容，达到生物医学工程等医工结合专业对该课程的知识要求，是《人体解剖生理学》课程教学需要不断探索的课题。

现有的《人体解剖生理学》教学方法研究大多是在生命科学专业和医学临床专业中开展，而在生物医学工程等医工结合专业中，该课程的教学方法仅有少数教学研究开展。作为专业基础课，《人体解剖生理学》课程在这些专业中应该如何开展教学？如何体现工科专业特色？如何体现学科交叉特点？实际的教学工作急需有新方法的探索。因此，这些问题的研究不仅对医工结合专业的培养质量提高有帮助，同时，也是高等医学教育研究的重要组成部分。

我们所在的生物医学工程专业是在工科院校背景中开设的，依托工科背景，在工程基础课程教学方面，师资条件和实验条件相对比较成熟，然而在医学基础课程教学方面，存在医学学科基础薄弱，教学改革之前教学模式传统、单一的问题，没有很好地突出生物医学工程的工科特色和学科交叉特点。更为突出的问题是，这种沿袭传统医学专业的教学模式在工科院校中教学效果不理想，教学负担重。针对这些问题，我们以服务专业建设为出发点，提出开展具有工科专业特色的《人体解剖生理学》教学改革，分别从课程内容选择、自主学习能力的培养、实验和实践环节结合以及改革考核模式等方面开展。

三、课程教学改革的主要内容

（一）合理安排课程内容，科学设计课程体系，突出医工结合专业特色

以生理系统为框架整理课程内容，开展以生理系统为单元的专题教学，突出教学重点、难点。在该课程中，细胞基本生理功能尤其是生物电的生理机制、循环系统、泌尿系统、神经系统等章节是重点和难点，其中的心电、脑电、肌电与生物医学工程重要的研究领域密切相关。这些章节的教学会重点讲解，内容包括解剖结构、生理功能及相关的工程应用;而运动系统、消化系统等章节内容系统性较强，相对容易理解，这部分内容的教学方式设计采用教师指导下的自学，教师把章节的内容梗概在课堂上讲解，具体内容布置学生课下自学，并要求学生写出自学报告，这样区别分配授课时间，既突出了教学重点，也解决了课程体量大而课时少的矛盾。

为更好地服务于生物医学工程专业的学科交叉特点，在教学过程中注意整理、添加与工程应用和医学临床相关的内容，比如，在讲解循环系统时增加对血管支架、人工瓣膜、人工起搏器等生物医学工程材料、仪器工作原理的介绍，同时结合生理功能的原理给出问题，让学生分析，比如，“更换人工起搏器时为什么不能直接关闭起搏器，而是要逐步减慢人工起搏器的搏动频率？”;再如，在泌尿系统的教学中，在讲解肾单位结构的基础上，提出“尿液是如何产生的？临床使用的人工透析机是如何工作的？”等问题，启发学生关注这些医工结合点，让他们带着问题去查阅资料，并在课堂讨论时给出自己的观点。这些教学过程不仅激发了学生的学习兴趣，而且为以后《医疗仪器》等专业课程的学习打下了基础，建立了医学基础课和专业课之间的联系。更重要的是，这个过程培养了学生自主学习能力，启发学生在未来的专业学习和工作中寻找医工结合的交叉点，对培养学生的创新思维具有重要作用。

（二）结合优质网络教学资源拓展学生的专业视野，培养自主学习能力

网络公开课等视频资源把优势教育资源通过网络向公众传播，是宝贵的学习资源，《人体解剖生理学》的教学过程中引入了网络视频公开课、课程相关专题纪录片及文献数据库等资源，拓展学生的专业视野，培养自主学习能力，同时也弥补了《人体解剖生理学》课程内容体量大而课时有限的矛盾。我校图书馆有国内外著名大学的公开课视频，比如，中南大学湘雅医学院的《人体解剖学》网络公开课程，斯坦福大学的《人体解剖学》课程，香港中文大学《语言与大脑》视频公开课，杜克大学的《人体生理学导论》等等，这些课程由资深的专家教授进行全程教学，内容清晰、详实。在课程教学过程中，教师根据课程进度介绍这些视频公开课给学生课下自学，并提出相关的问题启发学生思考;在课堂教学时，教师会组织学生对自学情况做简要的讨论和总结。此外，课程内容相关的专题纪录片也对课程教学做了很好的补充，这些影片由专业团队拍摄，案例丰富，制作精美，观赏性强，学生被纪录片内容吸引的同时，也激发了课程学习的兴趣。比如，在讲解神经系统的高级功能――睡眠功能时，链接《人体奥秘》睡眠专题的记录片，片中通过丰富的案例对睡眠过程进行讲解，使学生对睡眠功能和研究现状有深入了解，教师针对纪录片中涉及的重要生理学现象提出问题让学生思考，如：“为什么睡眠对人体是必须的？”、“快速眼动睡眠和记忆有什么联系？”等等，通过这些环节，不仅丰富了学生的学习资源，更重要的是，在这种教学过程中，培养了学生深入思考、自主学习的能力，加深了对专业知识的理解。

（三）重视实验环节教学

该课程配套有《人体解剖生理学》实验课程，在课程教学中注意理论教学和实验环节的配合和衔接，开设的实验都涉及课程中的重点、难点内容。比如，生物电部分是该课程的重点、难点内容，围绕生物电内容设置了神经肌肉电生理、大鼠心电图描记、大鼠运动感觉皮层脑电信号的获取、人体脑电图描记等四个实验，让学生认识不同类型的生物电，并通过生理信号分析系统对获取的生物电信号进行分析，实验中教师提出思考题，比如“如何获得好的心电图描记？”，这些实验操作和思考题将启发学生深入的认识生物电，为以后学习生物医学信号处理等专业课打下了基础。这些操作加深了对理论的理解，同时也逐步建立和后续专业课的联系。

（四）改革课程考核方法

完善考评体系，由以往对知识点的考查为重心转为以能力考查为重心，从以结果评价为主向结果过程评价结合为主转变。考核也应具有一定的灵活性。通过增大平时成绩比例来改变考核构成，如平时作业（主要是章节重点内容的训练等）占15%、专题讨论表现占15%、自学模块表现（以讨论和读书报告形式体现）占15%，课堂回答问题情况占5%。减少闭卷考试中固定答案的题目、增加主观题目的分值等办法，期末考试成绩在总评成绩中占50%，重点考察学生对问题的理解能力、运用能力。并且，把这种考核模式在开课之初就对学生明确指出，使学生在课程学习的过程中更注重这些能力的培养，从而把考试也作为教学的手段之一。

四、教学改革的思考和展望

经过近几年的教学改革实践，我们发现，注重医工结合、突出工科专业特色的《人体解剖生理学》教学对提高学生的自主学习能力，夯实专业基础有很大帮助，符合培养复合型人才的教育理念。在以后的教学研究中，我们会更加注重《人体解剖生理学》与工程应用和医学临床现象的结合，突出医工结合特色，注重学生自主学习能力的培养，开展具有工科专业特色的医学基础课教学模式探索。此外，目前尚未见有生物医学工程等医工结合专业专用的《人体解剖生理学》教材，结合正在开展的这种面向工科专业的医学基础课教学模式改革，收集整理相关的课程资料和各类教学模块的内容，尝试编写面向工科专业的《人体解剖生理学》教材，既是对我们开展的教学改革实践的归纳和总结，更希望能对医工结合专业中医学基础课程的教学模式进行丰富和补充。

参考文献：

[1]岳利民，崔慧先.人体解剖生理学[M].北京：人民卫生出版社，2011.

[2]董秀珍.生物医学工程学导论[M].西安：第四军医大学出版社，2004.

[3]张旭，刘志成，陈安宇.生物医学工程专业特色教育的改革与实践[C].中华医学会医学工程学分会第八次全国生物医学工程教育研讨会论文集，2007.

[4]陈超敏，周凌宏，龚剑，冯晓刚，陈光杰.新时期生物医学工程专业人才培养模式的改革与探索[J].中国高等医学教育，2005，（1）.

[5]王凤丽.五年制高职医药学校人体解剖生理学教学探讨[J].中国电力教育2010，（22）.

[6]徐燕，朱娟霞.人体解剖生理学教学探讨[J].医学信息2008，21（11）.

[7]刘书朋.人体解剖生理学的教学体会[J].四川生理科学杂志2009，31（4）.

[8]白燕萍.生物医学工程专业解剖生理学实验教学的思考[J].中国电力教育，2009，（145）.

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关键词：生物医学工程；微机原理；实验教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）50-0087-02

生物医学工程主要运用工程技术手段，研究和解决生物学、医学中的有关问题，涉及生物材料、人工器官、医学仪器设计、生物医学信号处理方法、医学成像和图像处理方法等，在疾病的预防、诊断、治疗、康复等方面发挥着巨大的作用。南京邮电大学生物医学工程专业是近年来新发展的专业方向，在学校构建以“大信息”为主干的学科专业体系的背景下，基于信号与信息处理强势学科的支撑，通过专业课程教学改革，构建专业集成创新实验平台，凝练专业特点与优势，是提高学生专业素养，培养创新型人才，增强竞争优势的重要手段。

现代电子医疗仪器很大一部分采用了基于微机的虚拟仪器设计方法，因此微机原理课程在电子信息类生物医学工程专业的本科教育课程体系中占据着举足轻重的位置。微机原理是一门实践性很强的课程，实验是教学的重要环节。为提升实验教学的效果，体现专业特色，结合特色专业与生物医学工程集成创新实验平台的建设，我们重点对微机原理课程的实验教学进行了改革，将基础实验融入理论课学习过程中，加强综合性专业特色实验。在实验设计中注意与其他专业课程的前后衔接，并配以相关的开放实验，形成课内课外的综合实验体系，以达到同时提升理论基础与实践能力学习的效果。

一、微机原理课程与生物医学工程

微机原理课程知识点多、实践性综合性强。课程的目的和任务在于使学生能够较全面深入地了解计算机系统的组成和16/32位微机系统的原理；能够掌握汇编语言程序设计的基本方法以及微机接口的基本原理。需要配备丰富的实验内容，通过理论与实践教学的有机结合，使学生从理论到实践，再从实践到理论的认知过程中获得知识、增强能力。结合生物医学工程专业的特点，我们将微机原理课程的教学总体目标设定为掌握基于微机的虚拟医学仪器的设计方法。

一般电子专业的微机原理教学会配置与理论课时相当的独立实验课程，而由于生物医学工程专业属于交叉学科，专业课程多，总体课时的限制造成微机原理课程的实验课时配置较少，相应的实验内容也较为简单，综合性不强；另一方面，实验的设计也是沿袭传统微机原理实验的方式，没有很好地体现生物医学工程专业的特色，很难达到原定的课程教学目标。

二、课程教学改革

针对以上问题，我们主要针对生物医学工程专业的微机原理课程实验教学体系进行了系统性的改革，包括课内实验、专业实验教学体系以及开放实验体系均进行了重新规划与设计。

1.课内实验改革。针对实验课时较少，以及理论教学与实验脱节的问题，我们通过将教学场所从教室改到实验室，在每次理论课教学中都加入了短时间的随堂上机实验，针对该次教学的理论内容设计实验，将实验融入到理论课程中。微机原理的理论内容较为枯燥，单纯地讲述和教师演示的方法不能给学生留下很深的印象，而通过随堂实验的实际操作，学生可以更深刻地理解刚学习的理论知识，并且可以很大地提高学习的兴趣。

另一方面，通过随堂实验，学生在理论课中得到了基本的实验训练，掌握了基本的编程技能，在专门的实验课时中，我们即可设计一些综合性的有专业特色的实验内容，如心电信号采集系统的设计实验。该实验利用了实验室已有的微机原理实验箱，以及为《生物医学传感器》和《医学仪器原理》课程配置的医学电子教学综合实验箱，实验内容综合了汇编语言程序设计、A/D数据采集以及串口通信等课程知识点，利用随堂实验完成的软硬件功能模块，综合设计实现了一个简单但相对完整的基于微机的虚拟医学仪器，很好地体现了综合性与专业特色。

2.专业实验教学体系改革。微机原理课程作为生物医学工程集成创新实验平台建设的一个重要环节，在实验设计中还需加强前后知识体系的衔接，与之相关的专业课程包括《生物医学传感器》、《医学仪器原理》以及《医学信号处理》等。通过对这些课程实验的统一设计，建立完整的实验体系。如我们以心电图信号为线索，在《生物医学传感器》课程中设计了心电传感器实验，在《微机原理》课程中设计了前述的心电信号采集系统实验，在《医学仪器原理》课程中设计了心电放大器设计实验，在《医学信号处理》中设计了心电图分析实验。学生通过这样一系列的理论与实验课程学习，不仅能够更深刻理解各门课程的理论内容，并且能够掌握电子医疗仪器设备的较为完整的实际开发过程。

3.开放性实验体系。开放性实验教学作为一种新的实验教学手段，有助于形成适应应用型创新人才需求的合理培养模式，符合现阶段社会对人才类型、结构的需求，是培养应用型创新人才的必由之路，而培养应用型创新人才则是开放性实验教学的指导思想和目标。

作为课内实验的补充提高，以及创新性实验计划的体现，依托微机原理课程及实验平台，我们构建了一系列的具有专业特色的开放实验。开放实验课题，由指导教师结合科研工作，设计具有一定实用性、前沿性和探索性的集成创新实验课题，学生自由选择，作为课程实验的有益补充与扩展，形成课内课外的综合实验体系。

实验过程中我们开展任务驱动式实验教学，提出明确而适度的任务，激发学生学习兴趣；同时，注意难度与工作量适度，根据每个学生的不同能力差异设置不同的任务，防止因任务难度过大学生无法达成任务而造成积极性受挫、放弃任务的局面。另一方面，合理分解任务，提倡学生间的协作学习，通过小组讨论、协商，在有限的时间内以互相学习的方法进一步深化对开放实验课题的认识，同时培养学生的协作精神。

三、结论

实践证明，微机原理实验教学改革以及专业集成创新平台的建设，大大改善了教学效果，极大地激发了学生的学习热情，并使学生系统地接受科学思维方法、科学发现模式的教育和培训，提升了学生的创新实践能力，满足了行业发展对应用型人才的需求。

参考文献：

[1]艾信友，代冀阳，赵德，等.生物医学工程专业实践性教学的创新性研究[J].科技资讯，2007，（15）：247～248.

[2]王俊，马千里，董育宁.生物医学工程专业医学信号处理课程实践[J].中国科教创新导刊，2008，（34）：98～98.

[3]胡晓飞，曹正林，王俊.信息时代《生物医学传感器》课程教改探索[J].湖州职业技术学院学报，2011，（1）：18-21.

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    生物医学工程学是融合理工科学和生物医学的 理论和方法逐步成长起来的边缘性学科，其基本任 务是运用理工科原理和工程技术方法，研究和解决 医学和生物学中的相关问题。作为一门独立学科发 展的历史尚不足50年，随着现代科学技术的进步， 生物医学工程学科得到了长足的发展。它在保障人 类健康和推进疾病的预防、诊断、治疗、康复等技术 进步所起的作用日益增强，已经成为当前医疗卫生 健康发展的重要基础和有力技术支撑。

20世纪60年代，美国一些著名大学先后开启了生物医学工程学科的建设，相继启动了生物医学 工程专业人才的培养。美国的生物医学工程教育特 点是在技术产业化需求驱动建立起来的具有其自身 特性,且反映了生物医学工程学科建设与发展的前 沿特征。各个学校的本科教育课程虽然具有自己的 特色,但在课程设置上大致可以分为科学基础课程、 专业核心课程、关注领域课程、设计课程、人文与社 会科学课程、专业选修课程及其他选修课程等六 类Q_2。不同学校本科课程的主要差异体现在专业 选修课程及其他选修课程的设置上，各个学校根据 自身的生物医学工程领域的研究方向和研究水平特 点开设一些相应的选修课程，并培养学生在相应方 向上的研究探索实践能力。这是美国生物医学工程 本科教育的基本特点。

我国生物医学工程专业教育起步于20世纪80 年代,主要发源于著名工科院校的信息技术类专业 和力学专业,进而逐渐形成的生物医学工程专业教 育,后来，_些医学院校在医学物理和医用计算机技 术的基础上相继开展了生物医学工程专业教育，于 是在我国基本上形成了这样两种类型的生物医学工 程学科[4_3。上述两类院校的生物医学工程学科建 设发展模式各具侧重,遵循了共同的学科基础,在培 养生物医学工程专业人才的应用层面上有显著特 点。相对来说,工科院校的生物医学工程培养模式 注重工程技术的开发和功能拓展，医科院校则注重 医学与工程结合、工程技术在医学中的综合应用。

1 中国生物医学工程学科发展思路

    生物医学工程是一种交叉学科，交叉的学科基 础及其融合的紧密程度决定了生物医学工程学科的 发展水平,交叉的学科发展推动着生物医学工程学 科的发展,并且使得生物医学工程学科研究领域变 得十分广泛,而且处在不断发展之中。

1.1学科发展轨迹在中国，基于电子信息工程发展而来的生物医 学工程学科，主要包括生物医学仪器、生物医学信号 检测与处理、生物医学信息计算分析、生物医学成像 及图像处理分析、生物医学系统建模与仿真、临床治 疗与康复的工程优化方法、手术规划图像仿真以及 图像导引手术及放疗优化等；有基于力学发展而来 的生物医学工程学科，主要包括生物流体力学、生物 固体力学、运动生物力学、计算生物力学和微观尺度 的细胞生物力学等；基于化学材料工程发展而来的 生物医学工程学科，主要包括生物材料学、组织工程 与人工器官、物理因子的生物化学效应等。

1.2学科发展特点作为交叉学科的生物医学工程学科，其发展的 关键在于交叉学科间的交叉融合。构建一种良好的 交叉结构,对推动交叉学科的发展具有至关重要的 作用。约翰霍普金斯大学对于生物医学工程这样的 交叉学科的描述有一个形象的说法：交叉学科如同 在不同学科之间建立起连接桥梁,如果在河两岸没 有坚实的基础,桥是无法建立好的,对于生物医学工 程这样一座建立在两个不同学科之间的桥来说,它的 发展要求具有坚实的交叉学科基础和交叉学科紧密 融合深度。那么在生物医学工程学科构建良好的交 叉结构,需要选取具有理论支撑和技术支撑的主干学科进行交叉,凝练学科方向,不能大而全,过于宽泛。

目前，医学仪器和医学成像技术具有良好的应 用和发展前景,应该成为生物医学工程学科的重点 发展方向。医学仪器和医学成像设备能有力推动医 疗产业的发展。医疗仪器和医学成像设备是现代医 疗器械产业中的主流产品，在产业发展中起着主导 和引领作用。其发展水平已成为一个国家综合经济 技术实力与水平的重要标志之一。产业化驱动也是 学科发展的一种动力，也为学生未来职业发展奠定 良好的基础。基于医疗卫生健康事业的需求和生命 科学发展的大趋势，生物医学工程学科应大力促进 医学仪器和医学成像方法的学科建设,从而提升整 个学科的发展水平。

生物医学工程学科的建设离不开一流的学术研 究和学术成果的应用。一流的学术研究不但能提升 学科的发展水平,而且能开拓学科纵深发展,产生良 好的经济效益和社会效益，进而增强学科服务社会 发展的能力。学术研究的前瞻性和创新性将确保学 科建设的发展动力和趋势以及学科发展的活力。

交叉学科往往具有不同程度的可替代性。可替 代性程度越高，交叉学科存在的必要性就越小。如 何减小生物医学工程学科可替代性的程度是需要深 入思考的，是需要提升学科的特异性的。生物医学 工程学的学术研究主要包括应用理论研究和理论应 用研究,应用理论研究主要涉及生物医学工程领域 所需要解决的科学问题，开展新理论、新方法的研 究。 理论应用研究主要涉及生物医学工程领域所需 要解决的科学和技术问题,借助理工科的相关理论 和方法开展应用基础研究和应用研究。应用理论研 究是理论驱动型的学术研究，理论应用研究是应用 驱动型的学术研究。 理论驱动型和应用驱动型是生 物医学工程学科学术研究的两种主要模式。 理工科 大学具有良好的理论创新基础和强大的交叉的学科 背景，开展理论驱动型研究具有自身优势。医学院 校具有丰富的医学资源，面临着大量需要应用理工 知识解决的医学问题,开展应用驱动型研究,将很好 地实现与医学的应用融合，具有较好的临床应用价 值,有力推进医学的进步与发展。各自的学术优势 将有利于生物医学工程学科特色发展,从而增强其 不可替代的程度，实现学科可持续创新发展。

1.3学科体系作为一级学科的生物医学工程，包含学科的理 论体系和技术体系，且该体系离不开所交叉的学科 的理论体系和技术体系的支撑，此外生物医学工程 学科理论体系和技术体系既要有学科自身的特色， 又要具有可持续发展和一定程度上的不可替代性， 这样学科才会有旺盛的生命力。要面向医疗卫生、 生物科学所涉及的重大、重要技术理论问题及基础 应用开展学术研究。实现良好的学术研究定位,形 成自己的理论体系和技术体系。

2 大数据时代的生物医学工程学科发展

    守正创新是生物医学工程学科发展的必由之 路,人类已进入大数据时代,所谓大数据（big data), 或称海量数据，是指由于数据容量太庞大和数据来 源过于复杂,无法在一定时间内用常规工具软件对 其内容进行获取、管理、存储、检索、共享、传输、挖掘 和分析处理的数据集。大数据具有“4V ”特征:①数 据容量（volume)大;②数据种类（variety)多，常常具 有不同的数据类型和数据来源；③动态变化 (velocity)快,如各种动态数据，非平稳数据，时效性 要求高;④科学价值(value)大,尽管目前利用率低, 却常常蕴藏着新知识和重要特征价值或具有重要预 测价值。大数据是需要新的分析处理模式才能挖掘 分析出其蕴藏的重要特征信息[<3。

人体生老病死的生命过程就是一个不断涌现的 生物医学大数据发生源，这种源源不断的生物医学 大数据的检测、处理与分析,将给生物医学工程学科 的建设与发展带来新的机遇和挑战。模式识别、人 工智能、数据挖掘和机器学习的发展将带动大数据 处理技术的进步。生物医学大数据广泛涉及人类医 疗卫生健康相关的各个领域：临床医疗、基础医学、 公共卫生、医药研发、临床工程、心里、行为与情绪、 人类遗传学与组学、基因和蛋白质组学、远程医疗、 健康网络信息等，可谓包罗万象,纷繁复杂。生物医 学大数据中蕴藏了种种有科学价值的信息,研究有 效的大数据挖掘的新理论、新技术和新方法,对生物 医学大数据进行关联和融合计算分析，充分挖掘生 物医学大数据中的信息关联和特征关联和数据空间 映射关联,既能为疾病的预防、发生发展、诊断和治 疗康复提供系统化的全新的认识，有利于深入疾病 机理研究分析，开展个性化诊疗。还可以通过整合 系统生物学与临床数据，更准确地预测个体患病风 险和预后,有针对性地实施预防和治疗。

生物医学工程学科所面临的生物医学大数据主 要包括多模态医学影像数据、多种类医学信号数据 以及基因和蛋白质组学的生物信息数据。生物医学 大数据在生物医学工程学科领域内有着广泛深远的 应用前景,从三个方面应用将推动生物医学工程学 科的发展。

(1) 开展多模态影像大数据计算分析。医学影 像学科的发展从早期看得到，到看得清，目前的看得 准,未来的趋势是看得早。只有看得准和看得早才 有利于临床早期干预，提高治疗预期。医学影像大 数据计算分析在影像诊断、手术计划、图像导引、远 程医疗和病程跟踪将发挥越来越大的作用。

建立新的医学影像大数据计算分析模型和数值 计算方法,挖掘多模态影像数据的特征数据和特征 关联,将会提供强有力的影像诊断分析手段,极大地 推动影像技术的发展，具有重要的临床应用价值和 科学价值。

(2) 开展多种类医学信号大数据计算分析。医 学信号大多直接产生于生理和病理过程中的信号， 能在不同层面上表达生理和病理相关机制特征。融 合多种医学信号的大数据计算分析，能对生理病理 过程进行更好更全面的阐释，不仅能深入了解生理 病理的状态特征和过程特征，而且能实现个体健康 监测和管理。可以很好地开展回顾性研究和前瞻性 研究,推进系统化的医学应用研究。实现强大的多 种医学信号数据的特征挖掘及特征关联计算分析。 大数据挖掘能够增加准确度和发现弱关联的能力， 能更好地认识生理病理现象和本质。

(3) 开展基因和蛋白质组学的生物信息大数据 计算分析。基因组学、蛋白质组学、系统生物学和比 较基因组学的不断发展涌现了海量的需要计算分析 的生物信息数据，已进入计算系统生物学的时代。 开展生物信息大数据计算分析，可以拓展组学研究 及不同组学间的关联研究。从环境交互、个体生活 方式、心里行为等暴露组学，至细胞分子水平上的基 因组学、表观组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组 学、基因蛋白质调控网络,再到人类健康和疾病状态 的表型组学等不同层面不同方向上实现大规模的关 联计算分析，可以全面阐述生命过程机制,挖掘生命 过程特征及关联特征。

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1临床医学工程专业课程体系的调整

1.1医学院校临床医学工程应用型人才培养目标医学院校的临床医学工程应用型人才以医疗设备的全程技术管理、信息系统的维护、影像工程科等为主。通过4年专业学习，学生对于医疗仪器有比较深入的了解，侧重于理论的应用，能够对仪器进行基本的保养、维护和一般性维修；对于仪器的医学应用比较了解，在医生和仪器提供者之间起桥梁作用，承担部分仪器的高效使用、改造等任务。同时也可以成为医学仪器生产厂家的运行、维护、安装、研发等专业技术人才。

1.2专业课程以原理为基础，兼顾应用坚持“重人品，厚基础，强能力，宽适应”的人才培养模式[5]，接受先进的理论和技术。专业课程设置可分以下几大类：医学仪器与图像处理类，包括电路、数字图像处理、传感器等；微机原理以及应用类，包括单片机、计算机原理及应用、医学信息系统等；医学基础类，包括系统解剖学、生理学等；生物医学工程专业课程，包括生物力学、生物材料、医学传感器等。教学以“学为主，教为导”的方法，采取启发式、讨论式教学[6]。授课以原理为基础，不要求复杂的公式推导，但是要有定性的概念，例如超声探头高频低频的应用差别。由于设备更新换代很快，无需纠结于某个特定型号的设备并研究其具体功能，应概括性介绍医学设备的应用。开设理论教学与实地教学相结合，与医院合作，组织学生到医院参观学习，请相关业务人员介绍医疗仪器和系统的软件以及硬件设备，及其实际运行情况，使学生有更直观的认识。

1.3引入医疗器械风险管理的概念，加强学生医疗风险意识在基础专业课程教学的同时，引入医疗器械风险管理的概念。表1为制造商对某设备风险的可能性评估。表格左列为危险的可能性分类，首行为危险的严重性分类，阴影区是可用性测试工程师优先考虑的内容。风险分为R1、R2、R3、R4、R5、R6等6个等级。医疗器械的风险管理贯穿于产品的整个寿命周期，在设备的使用过程中仍可能存在，因此医疗工程人员需要具有医疗风险意识。在教学中，引入医疗器械风险管理的概念，让学生了解医疗环境下多种因素都有可能造成医疗设备的使用风险，同时让学生感到学习临床医学工程在医院工作“有用武之地”。

1.4以研带教，直观认识医疗风险在理论学习的基础上兼顾研究和应用，培养学生科研能力的同时，加深学生对医疗风险的认识程度。例如，我们对RFID标签在高磁场下应用的安全性进行测评[7-8]，通过实验发现，13.56M无源RFID标签作为患者标识，在1.5T磁场下持续使用对自身安全正确使用没有影响，但是其可能影响核磁成像的信号及噪声水平，形成伪影，见图1。由此可见，通过简单的研究发现临床环境中风险因素随时可能被引入。开展创新性研究实验，在培养学生思维逻辑能力、分析解决问题的能力以及科研实践能力的同时，提升学生对临床医学工程专业的兴趣，更有利于学生今后的择业意向。

2结语

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关键词 生物医学工程；专业英语；教学改革

中图分类号：H319.1 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2012)18-0077-02

生物医学工程专业英语是高校生物医学工程专业普遍开设的专业课程之一，课程内容包括本专业知识和英语知识，与学生在大一大二时上的大学英语课有所不同。笔者根据近年在河南科技大学医学技术与工程学院生物医学工程专业英语课中的教学经验，结合大多数学生的反馈，总结生物医学工程专业英语课程教学过程中的缺点与不足，并在教材编写、教学方式、学习方法和技巧等方面提出改革措施。

1 教学中存在的问题

1.1 教材老化

河南科技大学医学技术与工程学院生物医学工程专业英语一直使用几年前的自编教材，教材内容单调，没有系统性。生物医学工程领域的发展日新月异，教材无法紧跟时代，显得有些老化，需要选择更合适的教材。但目前生物医学工程专业英语缺乏统一的教材，难以满足教学要求，更达不到培养既通外语又懂专业的复合型人才的要求[1]。

1.2 教学方式落后

目前高校对专业英语的教学并没有足够的重视，教学方式大部分仍然是传统的板书，而生物医学工程专业英语的特点是医学名词多，合成词多，单词长，拼写难，长句较多，但句子结构并不难，语法较简单。以板书的方式教学，形式单一，实际讲授内容较少，学生感觉枯燥而且难学，普遍不感兴趣，因此急需改革教学方法，调动学生的积极性。

1.3 考核方式单一

专业英语期末考核往往是由任课教师从教材或其他英语文献中摘取几段让学生翻译成汉语，这种考核方式太单一，与一般的英语考试也有所区别，而且与学生听说读写的英语综合能力考核的要求相差甚远。

2 教学改革的3个方面

针对以上教学中存在的问题，结合学院的实际，在生物医学工程专业英语课程的教学改革中应明确：以提高学生专业英语水平为目标，重新编写教材，改革教学方法，引入多媒体教学，提高学生的学习兴趣，并改革课程考试方法，真正考察学生对课程掌握情况及英语水平的进步程度。

2.1 重新编写教材

针对生物医学工程专业已学完公共英语的大三学生重新编写一本专业英语教材。生物医学工程是运用工程技术手段解决生物学及医学上的问题，保障人类健康，为疾病的预防、诊断、治疗和康复服务的一门交叉学科，内容广泛，因此在选材时要充分考虑专业领域最新的发展方向，系统规划，利用各种资源开发教材，确保章节、单元内容适应专业课的教学需求。所编教材共有6个单元的内容：第一单元是生物医学工程专业简介，包括专业发展历史及现状、具体涉及的领域及生物医学工程师的具体工作；第二单元是常用生物医学仪器的介绍；第三单元是医学影像学的各种方法、目前医院及科研中常见的各种影像仪器的原理与使用等；第四单元是医院管理，主要介绍医院管理系统HIS及其下属的各个小系统，以PACS为重点进行分析；第五单元是生物材料和组织工程；第六单元是康复工程和生物力学。

2.2 使用多媒体教学方式

专业英语课程使用板书的教学方式会因为书写板书而浪费很多时间，课堂教学效果也不是很好。而采用多媒体教学，教师可以充分地利用课堂时间为学生讲解课文中的生词、长句，通过多媒体教学软件的演示，将语言、文字、图像等多种与课程内容相关的信息显示在屏幕上，使原本枯燥的内容变得有声有色，大大提高了学生学习的兴趣，激发了学生学习的积极性、主动性，授课效率大有提高。比如较长的专业词汇，学生刚学时感到很吃力，教师可以通过多媒体教学声音与动画结合的演示，将单词的拼写以动画的形式在屏幕上演示，并在课件中加入单词的读音；而文中的长句则可以用不同的颜色标出句子的主干及关键词，这样加深学生对生词和长难句的理解和记忆，教学效果很好。

2.3 课程考核方法的改进

尽管目前已有很多高校取消了英语四六级考试与毕业挂钩的要求，但由于就业困难，许多大学生仍然十分重视四六级考试。因此，在专业英语的课程考核当中，可以考虑使用四六级考试的多样化题型来考查专业英语的内容，而不仅仅像以前那样简单地出一些翻译题型。这样不仅考核了专业英语的学习情况，对学生来说也是一次四六级考试的实战练习，引起学生的重视，也提高了积极性。

3 总结

通过教学改革实践，不仅能够提高学生对专业英语课程的学习兴趣，调动学生学习的积极性，而且丰富了教学手段，优化了课堂教学效果，使学生通过学习不仅能够学到英语知识，也巩固了专业知识，提高知识应用能力和英语听说读写能力。当然改革是一个长期的过程，需要在教学过程中不断完善，不断积累经验，这样才能真正达到培养应用型本科人才的目标。

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一、生物医学工程学科特点

生物医学工程学科是运用现代自然科学和工程技术原理与方法,从工程学的角度研究生物体(特别是人体)的结构、功能及其相互关系,揭示生命现象、探索生命本质,研究和开发用于防病治病、人体功能辅助及卫生保健的人工材料、制品、装置、系统和工程技术的一门综合性学科[1],是理工类学科与生物医学学科深度交叉、高度融合的边缘性学科,所涵盖的领域十分广泛,具有“覆盖广、交叉深、发展快、变化多”等其他学科不具有的特点。根据研究侧重点,生物医学工程学科可分为信息技术型、材料技术型、生物技术型、生物医学研究型、医疗器械产业型、临床生物医学工程、军事生物医学工程等7类[2]。当前讨论和研究的热点领域主要有:生物医学材料、生物力学、医疗信息技术、生物芯片与传感技术、组织工程及再生医学、介入医学工程、医疗器械等7个方面[3]。

二、医科院校生物医学工程学科专业教育现状分析

高等医科院校生物医学工程学科和临床医学结合紧密,医学大背景很深厚,具备丰富的医学类学科教学资源和优越的临床设备实践条件等优势,但同时因学科体系不完善、教学师资力量比较薄弱、专业实验室建设投资大等影响因素,一定程度上制约了生物医学工程学科专业的高效快速发展。

1.理工学科体系不完善。生物医学工程专业学科涵盖面非常广,广到什么程度呢?可以用四个字形容———“包罗万象”,如果用“学科频谱”来描述学科涵盖面宽度,生物医学工程无疑是88个一级学科中“频谱宽度”最宽的学科。目前大多数开设生物工程学的高等医科院校,物理、数学、化学等基础学科相比理工科院校比较薄弱,而且缺乏材料、自动化等重要工程学科的有力支撑,这些支撑学科的缺少会导致相应课程设置不完善以及综合性实践训练平台缺乏,学生无法系统地学习工程类课程,得不到系统扎实的工程技术训练,影响人才培养目标的整体实现。

2.复合型师资比较缺乏。要实现培养医工结合与交叉的复合型高级工程技术人才目标,首先需建设一支医工结合与交叉的复合型师资队伍方阵。在高等医科院校,生物医学工程专业师资队伍中具有理工科教育背景和医学教育背景的教师比较多,而既懂医学又懂工程技术,能将工程技术与医学需求紧密结合起来的复合型、交叉型、融合型师资比较缺乏,教师队伍知识结构普遍不够合理,与各相关学科交叉融合能力弱,这些现状一定程度上影响了课程体系构建以及教学质量和人才培养质量。

3.创新能力培养不扎实。生物医学工程专业85%以上的基础课和专业(基础)课程都要开展实践教学,必须建设相应的实践教学平台,这些实验室建设要求高、仪器设备多、投入大,部分院校在生物医学工程专业课程实验条件建设经费投入不足,单独开设的实验课程比较少,实践教学体系不够完善;课程标准中演示性、验证性等基础性实验设置比较多,而综合性、设计性实验设置比较少[4];缺乏“大学生电子设计创新基地”等综合性实训实验硬件软件平台和组织管理经验;学生规模小,缺少其他理工科学科支撑,组队参加全国大学生电子设计竞赛、全国大学生挑战杯设计竞赛等活动较为困难。

4.学生专业思想不牢固。生物医学工程学作为一门新兴的边缘学科,覆盖面广,涉及领域跨度大,专业知识体系复杂,专业课程内容在各学科之间交叉频繁,本科学生对本专业缺乏深入的了解、足够的信心和学习热情;相对材料、自动化、机械、通信以及临床、医学影像等专业,生物医学工程专业学生所学知识普遍存在“宽而不精”,“广而不细”等问题,就业时相对处于劣势;部分学生由于学习任务重、压力大,导致学习积极性、主动性不高,专业思想不够牢固,甚至影响到专业整体的学习风气。

三、对策初探

高等医科院校要盯准医工结合的复合型高级工程技术人才培养目标,突出学科交叉综合培养、工程技术意识培养、创新能力素质培养,深化教学改革,加大教学投入,改善教学环境,加强队伍建设,充分发挥医学院校资源优势,积极探索具有医科院校特色的生物医学工程专业教育培养模式,构建科学合理的课程体系和实践教学体系,不断提升生物医学工程人才培养质量。

1.坚持走“先研究生后本科生”的教育培养模式。“覆盖广、交叉深、发展快、变化多”等特点决定了生物医学工程学科专业的开设和建设,对教学基本建设、课程体系构建、师资队伍力量、实践教学平台等方面要求比较高,必须具备一定水平的软硬件条件。医科院校在开设建设之初,往往存在培养方向不明确、课程体系不科学、平台条件不完善、师资力量不足等困难和问题,因此,对于计划开设生物医学工程专业的高等医科院校来说,要坚持走“先研究生培养后本科生培养”的教育培养模式,通过5-10年时间的研究生培养和学科建设,加强教学基本建设,积累教学经验,规范教学管理,建设一支高素质师资队伍和一批高水平的实验教学平台,构建完善的课程培养体系和实践教学体系,为本科生培养创造良好的学习条件和学习环境。

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1 资料与方法

1.1 一般资料

本组23例，男16例，女7例。年龄3-10岁，均为玩耍或行走跌倒受伤。伸直型16例，屈曲型7例，均为闭合骨折。伤后至手术时间：24h内者13例，3-7 d者10例。

1.2 手术方法

采用氯胺酮麻醉，上止血。取肘外侧入路[1]，骨膜下剥离，显露骨折断端，清除骨折端凝血块并牵开嵌压于骨折端的软组织；术者与助手先持续轻柔的牵引纠正骨折前后重叠移位，再纠正侧方和旋转移位；骨折端复位时遵循桡侧嵌插、尺侧稍分离、尺偏型矫枉过正或轻度桡偏、桡偏型不矫枉过正的原则[2]。复位时配合左手食指和拇指夹持、推顶作用，并触摸尺骨鹰嘴窝和冠状窝判定复位准确的情况后，伸屈活动肘关节观察恢复提携角后，利用左手拇指及其他各指推顶稳定维持骨折，持电钻克氏针从外上髁斜行45°向内上方钻入直径1.5-1.8 mm的克氏针，使针尖穿出对侧近端骨皮质约3 mm左右，内上髁穿针时注意触摸，避开尺神经沟，依照前法交叉钻入克氏针至对侧皮质，伸屈肘关节，检查肘关节功能恢复情况及骨折部位稳定性，必要时可于外髁处再加一枚克氏针。直径2.0mm钻头于骨折近端外侧距骨折线2cm处前后方向钻孔，穿入一根一号强生爱惜康产品PDS-Ⅱ可吸收线，8字绕过外侧克氏针针尾加压固定，再次伸屈肘关节无异常后，剪断克氏针多余部分，针尾折弯留置皮下，注意内上髁折弯的针尾对尺神经的嵌压，放松止血带，确定无搏动性出血，桡动脉搏动良好，冲洗伤口，逐层关闭切口。石膏托固定于屈肘100位。

1.3 术后处理

术后使用抗生素3-5d预防感染，适当脱水消肿处理，石膏托固定于屈肘100位。早期开始右手右肩主动功能锻炼，两周后拆除石膏，行肘关节主被动屈伸锻炼。术后8-10周摄片检查骨折愈合后拔除克氏针。

2 结果

所有病例均达解剖复位或近解剖复位，切口均一期愈合。5例于三周后出现钉尾外露，给与拔除外露钢针。所有患者均获随访，随访时间6-18个月，平均10个月。

所有病例骨折均一期愈合，根据李稔生等[3]肘关节术后功能评判标准评定疗效。优:肘屈伸受限＜10°，肘内翻＜5°。良：肘屈伸受限10°～20°，肘内翻6°～10°。可：肘屈伸受限21°～30°，肘内翻11°～15°。差：肘屈伸受限＞30°，肘内翻＞15°。 转贴于

本组结果：优18例，良4例，可1例，优良率95.6%。无一例出现骨折再移位和尺神经损伤。

3 讨论

儿童肱骨髁上骨折对无移位或移位轻、患肢肿 胀轻者可行手法复位，小夹板或石膏外固定，但对于严重移位、肿胀明显或伴有神经损伤的肱骨髁上骨折采用切开复位内固定是必要的，不主张多次手法复位，不仅患儿痛苦大，更加重局部软组织的损伤，增加肘关节功能障碍的风险。手术时机应避开肿胀高峰期，肿胀重者须抬高患肢悬吊牵引，加强脱水治疗，待肿胀减轻后再手术[4]。

目前，儿童肱骨髁上骨折内固定以交叉克氏针较为常用。杨勇等[5]报道，通过生物力学实验证实了改良张力带固定效果明显优于交叉克氏针，其稳定性能满足术后早期主动活动肘关节的生物力学需要。连洪凯[6]等证实克氏针张力带固定牢靠，并观察到应用张力带后由于外侧加压，使内侧稍有分离，纠正压缩缺损，防止肘内翻，可有效避免肢体重力及前臂旋转所导致的肘内翻的发生。作者认为：克氏针张力带内固定符合肘关节生物力学要求，能早期进行关节功能锻炼，是较理想的方法。但二次手术取出钢丝时的创伤较大。采用可吸收线代替钢丝，免除二次取出，留于皮下的克氏针可局麻下轻易取出，减少了二次手术的创伤。可吸收线为爱惜康产品PDS-Ⅱ，其强度是同直径普通缝线的2.5倍，双股PDS-Ⅱ线其强度为普通缝线的5倍。术后4度为始强度的75%，6周为50%［7］，可达到骨折固定的要求。显然，生物可吸收张力带可为病人早期功能锻炼提供足够的强度。随着骨折的逐渐愈合，骨的自身强度不断增加，而可吸收线逐渐被降解吸收，从时间上可完全满足骨折愈合过程。

因此，交叉克氏针加可吸收线张力带内固定既实现了内固定的稳定性，有利于骨折端的加压，促进骨折愈合，防止肘内翻的发生，又减少了二次手术的创伤，是一种治疗儿童肱骨髁上骨折较为理想的方法。

参 考 文 献

[1]胥少汀.实用骨科学[M]．3版.北京：人民军医出版社，2006：424.

[2]徐英杰，张树伟，张子元，等．210例小儿肱骨髁上骨折治疗方法改进的探讨[J]．中华骨科杂志，1998（8）：463-466.

[3]李稔生，陆裕朴．肱骨髁上骨折的治疗[J]．中华骨科杂志，1982(5)：264-267.

[4]钟泽莅，谭伦.小切口外侧入路交叉克氏针治疗儿童移位肱骨髁上骨折[J]．四川医学，2007(10)：1158.

[5]杨勇，王建华，邵斌等.改良张力带钢丝治疗肱骨髁上骨折的生物力学研究及其应用[J]．中华骨科杂志，2002.22(1)：36.

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1.1研究对象的选择

我国现有127所高等学校开展生物医学工程专业本专科人才培养工作，其中96所为综合性或单科性理工类院校，31所为单科性医科院校。所有院校的专业课程体系结构中都开设了人文社科类、医学类基础类、理工类基础课程、工程类核心课程及其相关选修课程，不同院校的课程体系结构不同，在学分、学时及其实施等多方面有不同程度的偏颇。一般来说，多数综合性或理工类高校偏向于电子类、计算机类等理工方向，多数医科类高校侧重于生物材料与生物力学、影像工程、医学物理、医学仪器等领域。我们从10所国家特色专业建设点高校中选择了“单科性院校———南方医科大学”和“综合性院校———湖北科技学院”的生物医学工程专业（医学物理方向）的课程体系进行比较分析研究。

1.2研究资料的主要来源

南方医科大学的研究资料来源于该校生物医学工程学院提供的专业培养方案的电子版和该校特色专业建设点主页；湖北科技学院的研究资料主要来源于原咸宁学院教务处编印的本科人才培养方案（2010年版）、学院主页及其他查询调研。

1.3主要研究方法

基本研究方法参照笔者前期生物医学工程专业课程体系研究的思路[2]，文献材料的收集研究采用系统研究法、比较法、统计法对院校专业、课程设置等多维要素进行多方面的比较分析，找出特点、规律，发现存在的问题，以求得启示。

2南方医科大学生物医学工程专业（医学物理方向）本科课程体系

2.1生物医学工程专业本科简况

南方医科大学（以下简称南医大）生物医学工程专业本科及其相关专业有医学影像工程、医学信息工程、医学仪器检测、医学物理、电子信息工程和计算机科学与技术等专业办学方向，还有“卓越工程师培养计划”。2007年成为教育部高等学校第一类特色专业建设点，并建设有国家级精品课程1门、省级精品课程和研究生示范课程多门，出版了国家级教材多部，多次获广东省教学成果奖。

2.2生物医学工程专业（医学物理方向）核心课程群

南医大生物医学工程专业的主干核心课程有高等数学、大学物理、模拟电子技术、数字电子技术、C语言程序设计、微机原理与接口技术、人体解剖学、生理学、医用X线机系统原理、现代医学成像技术、数字图像处理、大型医疗设备质量保证、医学电子仪器原理与设计、放射物理与防护、放射治疗学、肿瘤放射物理学、医学影像学、核医学等。

2.3生物医学院工程专业（医学物理方向）课程结构

南医大生物医学工程专业的课程体系结构分为政治理论与人文素质课程、公共基础课、学科基础课、专业课四段式课程构架模式。课程总学分/总学时为150学分/2668学时，其中理论课与实验实践的学时比例为2199∶469（1∶0.21），必修课与专选课的学分比例为102.5∶47.5（1∶0.46），学时比例为1804∶864（1∶0.48）。

2.4集中实践训练环节

南医大的集中实践训练折合为32周、1280学时。其中，模电课程设计1周、40学时；数电课程设计1周、40学时；信息技术、放射治疗计划、软件工程等课程设计各2周，均为80学时；生产实习4周、160学时；毕业设计（论文）14周、560学时；军训与劳动2周、80学时；创新课程4学分、160学时。

2.5本科毕业生基本就业方向

课程体系中的主要课程及其相应目标决定毕业生未来的就业岗位和就业方向。南医大生物医学工程专业（医学物理方向）本科毕业生就业方向主要是在医疗卫生机构从事医学物理师的工作，也可在医学科研机构、高等院校、企事业单位从事医学物理方面的研究、教学、开发和管理工作，还可攻读本学科或相关学科硕士学位。

3湖北科技学院生物医学工程专业（医学物理方向）本科课程体系

3.1生物医学工程专业本科简况

湖北科技学院（以下简称湖科院）生物医学工程专业本科及其相关专业有医学仪器、医学影像工程、医学物理、医学信息工程、听力学、眼视光学（注：医学信息工程、眼视光学、听力学方向没有正式纳入人才培养计划实施中）6个培养方向。2007年生物医学工程专业获省级品牌专业，2009年成为教育部财政部高等学校第一类特色专业建设点，并建设有3门校级精品课程，出版了医用传感器、医学影像设备、医学物理学、医疗器械营销实务等多部国家级教材，多次获得湖北省教育厅、市级教学成果奖。

3.2生物医学工程专业（医学物理方向）核心课程群

湖科院生物医学工程专业的主干核心课程有高等数学、普通物理学、模拟电子技术、数字电子技术、微机原理与接口技术、数字信号处理、医学图像处理、医学成像系统、基础医学概论、放射肿瘤学、生物物理学、放射物理与防护、医学影像学、核医学、医用传感器、放疗与核医学仪器、放疗物理与放疗技术等。

3.3生物医学院工程专业课程结构

湖科院生物医学工程专业的课程体系分为通识教育课（通识教育必修课、通识教育选修课）、学科基础必修课、专业课（专业必修课、专业选修课）三段式五层次课程构架模式。课程中的总学分/总学时为158学分/2810学时，其中理论课与实验实践的学时比例为2260∶550（1∶0.24）；必修课与专选课的学分比例是121∶37（1∶0.31），学时比例是2180∶630（1∶0.29）。

3.4集中实践训练环节

湖科院的集中实践训练共47周，其中专业实习26周、毕业设计（论文）10周、就业实践8周、军训3周；而劳动教育、社会实践、课程实习分散安排，放疗技术、医学仪器设备、模电、数电等课程设计教学团队分散实施，没有记入训练周。

3.5本科毕业生基本就业方向

湖科院生物医学工程专业（医学物理方向）本科毕业生就业方向主要是在二级以上医院配合放疗医师制定放射治疗方案，实施治疗方案；在其他医疗卫生保健机构从事医疗仪器、设备使用维护与维修；也可攻读本学科或相关学科硕士学位。

4生物医学工程专业（医学物理方向）本科课程体系的比较分析

4.1专业课程体系架构的比较分析

南医大生物医学工程专业（医学物理方向）本科课程结构由政治理论与人文素质课程、公共基础课程、学科基础课程、专业课程四段式课程构成。公共基础课程只开设必修课，其他每段课程均开设必修课、选修课，段内必修课与选修课交织在一起。而湖科院生物医学工程专业（医学物理方向）本科课程结构由通识教育课程、学科基础课程和专业课程三段式五层次课程结构组成。学科基础课程没开设选修课，通识教育课程、专业课程均开设必修课、选修课二层次。南医大是为数不多的没有开设医用化学课，却把C语言程序设计课程纳入核心课程的院校，未开设医用化学课程表明专业远离生物或高分子材料类的发展方向。南医大将高等数学、大学物理学列入公共基础课程可能是因为该校属于单科性医科院校，故将其列入所有专业的公共课。南医大公共基础课程没有选修课，湖科院则是学科基础课程中未设选修课。这意味着在公共基础课、学科基础课段建立大一统的具有相对稳定性的课程教育平台有利于实现大基础、宽口径、后分流的人才培养模式的选择与创新，适合于拓展专业培养方向，而南医大更能体现出平台宽口径。从医疗市场及其个性化课程来看，湖科院没有开设临床医学概论课程，而南医大开了56学时，这显示出湖科院面向市场的个性化课程存在缺陷，没有很好地研究未来就业岗位需要的人才。两所院校的共同缺点是均没有开设放射治疗剂量学课程。

4.2课程体系教学任务备配的比较分析

4.2.1专业课程总学分、总学时、理论课与实验学时比例的比较分析经过比较可以看出，湖科院的学分、学时、理论课与实验学时比例分别高出南医大8学分/142学时，比例高出1∶0.03，但差异相差无几。上海交通大学的生物医学工程专业课程总学时为1831学时，实验课学时为243，占总学时的13.3％[3]。与上海交大相比，两所院校的比例均高于上海交大，这显示了211工程大学人才培养重理论教学与实践研发、重自主学习之源。4.2.2必修课与专选课的比较分析选修课是课程结构中必要的组成部分，是对必修课的优化性的适时、适宜性补充，可弥补教学计划中课程内容的不足，调和、衔接课程内容的顺序性，也可适应市场与社会发展的需要。南医大的必修课与选修课学分、学时比例分别是1∶0.46、1∶0.48，而湖科院则是1∶0.31、1∶0.29。这表明南医大的选修课学分、学时比例高于湖科院，且选修课偏重于学科基础课程和专业课，容易造成学科、课程与教材建设方向性不明，专业建设稳定性差。笔者建议，开设选修课学时数以不超过必修课的10％为宜，有些课程还可以专题讲座的形式进行[4]。学科基础课程不开选修课最适合建立宽口径的专业培养平台，以保持课程稳定，在这方面湖科院做得较好。4.2.3学科基础课程学分、学时、理论与实践学时比例的比较分析学科基础课程学分、学时分配数据从表1和表2中可看出，湖科院的学科基础课为67学分，高于南医大的54.5学分，高出12.5学分；湖科院的学时为1161，高于南医大的950，高出211学时；南医大的理论∶实践的学时比例是808∶142（1∶0.18），而湖科院的理论∶实践的学时比例是896∶265（1∶0.30），高出1∶0.12。如果从学科基础课的学分、学时占总学分、学时的比例看，湖科院为40.7%、41.3%，南医大是36.4%、35.6%，两所院校差异相差无几，但是理论∶实践的学时比例高出1∶0.12，有非常显著性的差异，显示出湖科院在学科基础课教学中重实践教学，着重培养学生的基本技能。这种差异性反映出湖科院是综合性院校，涵盖医学、理学、工学等十大学科门类，组建了18个教学院部，给实践教学创建了良好的条件和丰富的共享资源。4.2.4医学课程学时的比较分析南医大开设的医学课程是人体解剖学、生理学、病理学、放射生物学、放射治疗学、医学影像学、核医学、临床医学概论，总学时为336学时。湖科院开设的医学课程是基础医学概论（解剖、生理、生化）、细胞生物学、放射生物学、病理解剖学、病理生理学、核医学、放射诊断学，总学时是37时。从学时比较来看，湖科院的医学课程学时高出南医大43学时，两所院校开设的医学课程门数与学时数相差不大。两所院校的比较分析与赵娜等人报道的“医学院校开设的医学基础课程比例高于理工院校，能够为该专业的学生提供较为系统的医学类课程教育，完善学生的临床知识体系，有助于该专业教学和科研水平的提高”论点不符[5]。从邓军民等人的报道资料看，首都医科大学的生物医学工程学院开设的医学课程有6门，共472学时[6]，远高于同质同类院校的南医大的260学时，也高于综合类院校的湖科院的175学时。

4.3专业课程与就业方向的比较分析

从整体上讲，主要课程的设置要面向社会、面向市场，在很大程度上决定、支撑着就业方向、就业岗位。两所院校对就业方向的总体整合表述主要是在医疗卫生机构从事放疗方案的研制与放疗技术工作，也可攻读本学科或相关学科硕士学位。南医大的就业方向偏重在医疗卫生机构从事医学物理师的工作，也可在科研机构、高等院校、企事业单位、医疗科研机构从事科研、教学、开发和管理工作。而湖科院则偏重于在二级以上医院配合放疗医师制定放射治疗方案，实施治疗方案；也可以在医疗卫生保健机构从事医疗仪器、设备的使用维护与维修。这些都是对各高校的办学特色的理性表述。

4.4集中实践教学环节的比较分析

实践教学环节是集中培养学生动手能力的主要措施。南医大的集中实践训练为32周，与湖科院的47周相比，从表面上看少了15周，但由于各校的集中实践教学环节方式、方法与途径各异，比较的实际意义不大。两所院校的集中实践教学环节虽各有长短，但都没有达到高等学校理工类人才培养的基本要求和标准。但与泰山医学院应用物理学专业（医学物理学方向）的实践教学环节为59个训练周相比，两所院校的实践教学环节训练周太少。湖科院的微机在医学仪器中的应用、放疗仪器设备的设计、放疗与核医学仪器、放射物理与防护、放疗物理技术等课程设计在操作层面上分别由医学仪器、医学物理教学团队分散安排，这也是一个值得探讨的问题。

5创新专业人才培养方案，优化课程体系目标的几点建议

通过专业课程体系的比较分析，依据生物医学工程专业人才培养的社会需要，借助生物医学工程教育专业本科国家标准建设的向导，配合专业评估与专业认证的实施为载体的课程体系，现提出以下几点建议。

5.1坚持办学理念创新，探究专业培养创新的前沿，明确专业培养目标

理念创新与目标要求可参照东北大学生物医学工程专业的培养目标，综合利用中外优秀的办学资源，发挥国内外企业、集团公司的科研、教学和市场优势，实现“产、学、研”合作与合作教育，培养适应生物医学工程学科前沿的科技领域的发展需要，精通专业基础理论、专业知识与技能，具有创新意识、创造能力的高级专业人才。

5.2深化课程体系改革，优化、纯化课程知识结构

（1）当代课程体系改革宜突破传统三段式的课程结构，建议建立新三段式九层次课程结构，每段课程均开设必修课和选修课。以西安交通大学的生物医学工程专业课程体系为例，通识教育课程分为思想政治教育、国防教育、大学英语、计算机等不断教育课程和公共基础通识教育课程；学科教育课程分为基础科学教育课程、专业主干课程、专业课程；集中实践教学分为毕业设计、课程设计、放疗技术实践、课外实践（社会实践、科技与竞技活动）。（2）必设临床医学概论、放射治疗剂量课程，且其课程教学时数不低于180学时，有利于提高放疗计划方案制定的参与性、科学性和临床放疗的合理性，提高放疗质量与效益。（3）学习清华大学，结合本校特点探索夏季小学期制，满足学生的个性化课程选修，拓展实践的时间、空间，采用多元教学及实践活动设计，全面提高人才培养质量。

5.3明确课程体系改革思想，规范课程主导原则

课程体系设置可参照浙江大学的生物医学工程专业，主要课程设置有计算机与网络技术、电子电路设计、传感器与仪器设计、信息与图像处理、生命科学类五大模块。要求在课程体系的结构、内容之间，其知识容量应该有合理的比例，淡化学科自身的重要性，打破学科界限，避免结构与知识出现较大的偏颇局面，也应避免面向市场、就业岗位的选修课冲淡学科基础或主干课程，对开设的选修课一定要突出个性化。另外，鼓励将学科前沿的新知识、新技术、新成果快速引入主要课程内容中，拓宽学生的知识视野。

5.4谋划课程体系策略，控制课程教学时数比例

根据国家级特色专业建设质量工程评估体系的要求，四年制本科生物医学工程专业人才培养的实际需要，课程总学时应控制在2600~2800。课程学时分配应适度减少专业课学时，相对增加实践教学学时，适量增加选修课和学生自主学习的时间和空间，减轻学生负担。对理论与实践课学时的比例控制，原则上要求研究型高校在增加学科基础课理论学时的同时，宜将理论与实践课程的学时比例控制在1∶0.3左右，专业课控制在1∶0.4左右；而教学型高校宜适度减少学科基础课，把理论与实践课程的学时比例控制在1∶0.35左右，专业课控制在1∶0.45左右。专业课程体系中的所有课程都必须以不同程度、形式、方法开展实践教学，尤其是要注重专业课。

6结语

篇9

1一体化仿真平台总体方案

1．1平台概述为开展长期太空飞行环境下航天员作业能力变化规律分析，本文建立了航天员空间操作人因分析一体化仿真平台。该平台通过将一个具有物理人体测量特性的虚拟人与可计算的认知模型及生物力学模型联系在一起［7］，用虚拟人代替真实航天员，对航天员完成特定太空操作任务的脑力负荷、生物力学操作和任务绩效进行预测和分析。虚拟人作为人的与系统进行交互，构成人及操作环境的集成，实现人在回路外的计算机仿真(HOOTL)，其目的是取代耗时的被试实验而对任务和系统设计进行早期快速评估。由于人在回路外的仿真实验中用模型代替人，降低了人的危险，大大的提高了实验分析的效率，缩短了研究周期，节省了研究经费。

1．2平台体系架构航天员空间操作人因分析一体化仿真平台整体分为三层，用户界面层提供整个平台的综合调度和管理，用于任务参数和资源输入、模型参数配置及下层功能的调度;功能实现层包括认知仿真、生物力学分析、绩效分析、三维可视化，多模型融合通信和数据库管理系统，主要用于认知决策过程仿真、人体生物力学仿真、工作负荷预测、绩效分析和任务过程可视化。底层平台硬件层通过集群系统为平台提供高性能计算能力，用于骨应力等有限元分析计算。其系统结构如图1所示。整个平台软件系统主要包括平台调度管理软件、认知仿真软件、生物力学仿真软件、绩效分析软件、三维可视化软件、多模型融合通信和数据库接口软件。调度管理系统软件是平台主调度界面，用于任务参数和资源输入、模型参数配置及下层功能平台的选择和调用。认知仿真软件实现认知思维过程的仿真。生物力学分析软件完成操作作业中人的生物力学特性仿真。绩效分析软件的功能是将完成具体任务的作业绩效采用图形、曲线、图表等多样的可视化方式表示出来，并对绩效仿真结果进行评价和分析。三维可视化软件将载入作业任务三维场景，根据任务流程实时可视化表现任务过程。网络通讯接口软件实现平台上各个模块间的数据共享和网络通讯。数据库软件用于记录仿真执行时生成的数据，支持配置数据表、添加、修改、删除、查询、浏览等数据处理功能。航天员空间操作人因分析一体化仿真平台将代替真实航天员，组成人在回路外的仿真系统，开展太空操作航天员认知决策和作业能力预测与分析试验性研究。

1．3平台工作流程平台运行时的仿真流程如图2所示。通过平台调度管理软件进行仿真任务的任务参数及仿真模型参数的初始化配置，并控制各个软件的仿真进程。认知仿真软件和生物力学仿真软件根据初始化参数进行模型计算，实时结果数据用于绩效分析软件的在线分析与监视，需要大运算量的后期处理数据将存储在平台仿真数据库中用于绩效分析软件的离线分析处理，同时这两个软件将通过驱动指令控制作业任务三维可视化软件对整个任务的过程进行三维可视化的显示。

2平台主要部分实现

2．1平台调度管理软件平台调度管理软件是人机交互主调度界面，用于对平台其他软件的调度、监视和管理。提供作业任务描述和模型参数输入功能，用户可以选择任务类型进入任务描述界面，对任务参数，如对接起点位置、路径、时间等进行选择，对认知、绩效等模型参数进行配置。任务配置界面见图3。平台调度管理软件具有任务仿真、模型修改、数据管理和仿真回放4个功能模块，任务仿真模块实现对作业任务的创建、配置、执行、修改和删除。模型修改模块实现人的特性参数配置、认知模型配置、生物力学模型配置和系统参数配置。数据管理模块实现每次任务仿真结果数据的浏览、导出及删除等管理功能。仿真回放可依据已记录在数据库中任务仿真结果实现任务过程的仿真回放。为增强平台的易用性，平台调度管理软件以人的特性为中心组织仿真的配置和参数的设置，将与人相关的认知参数和生物力学参数组织至每个人的个体数据结构中，将认知模型和生物力学模型中与人无关的通用模型参数或系统数据另外组织起来，在每次仿真调度开始时只需要简单设置是任务的初始参数和执行任务的虚拟人。为了实现整个平台的开放性，通过软件设计方法，实现了软件界面的动态生成，像仿真任务调度，任务初始化参数设置，仿真模型参数修改等软件界面都是由XML配置文件生成，当界面需要增加新的参数时，只需修改界面配置文件，就可以实现软件界面的更新，而不必重新修改和编译软件代码。

2．2认知仿真软件平台采用了Cao等［8］提出的ACTR-QN认知体系架构建立了人脑手控交会对接认知模型。ACTR-QN认知体系结构由感知、认知和动作3个子网络组成。感知子网络包括视觉和听觉模块;认知子网络包括产生式模块、说明性知识模块、目标模块和各类缓冲器，产生式模块与缓冲器进行信息交互，实现模块间行为的调节和信息的处理;动作子网络包括手动模块和语言输出模块［9］。ACTR-QN认知建模就是将人的认知行为过程映射到ACTR-QN认知结构体系的各个模块，实现人脑的认知行为过程仿真，一个个认知行为任务在QN-ACTR系统中循环执行，最终模拟完成整个认知行为。平台在基于离散事件仿真工具软件MicroSaintSharp(MSS)上构建了ACTR-QN认知网络图。认知结构包括视觉、听觉、中央处理、记忆与运动组块等，在各模块中融合太空操作认知规律的仿真过程，通过观察各认知模块的运行状态，实现认知过程的可视化。

2．3生物力学仿真软件生物力学仿真软件通过新鲜尸体骨力学性能测试实验结果、CT扫描图像数据、骨密度测试数据以及长期卧床试验肌肉体积、肌电、最大肌力等测量数据，结合数学模型、数值模型与计算机软件开发技术，建立包含骨肌系统运动学动力学仿真分析模块、航天员典型动作的运动学动力学参数数据库模块、操作能力变化的预测模块、骨骼肌肉应力分析和骨折风险预测模块等，实现航天员长期在轨飞行肌肉骨骼工作能力变化规律的预测。

2．4融合通信系统融合通信系统根据平台各模型间对数据的交换方式，支持同步集成和异步集成两种方式。同步集成采用实时局域网网络通信，实现上采用UDP组播通信，完成仿真参数配置、仿真流程控制、关键仿真数据及结果的实时交换及作业任务三维动画驱动等功能;异步集成采用数据库方式，使用Oracle11g数据库，局域网络连接方式，完成仿真输入参数和仿真计算结果统一的管理和存储，提供数据回放功能，支持仿真数据的离线绩效显示与分析。网络接口软件针对异构模型的并发处理特点，研究多模型交互融合系统的实时集成机制，开发了基于多通道组播的实时数据通信模块，该模块将平台软件之间的数据交换分为三层:应用层、数据层、通信层。应用层为上层软件及模型，它只需依据数据名称访问和更新数据，不用关心数据的来源及复杂交换过程，数据层建立了数据池表及管理模块，负责数据的建立、交换和维护;通信层只用负责在多个通道上传送数据。通过XML可对模型之间数据交换的通道、数据报文、数据分组、数据名称进行任意配置。即平台中要增加一个新软件、模型，或者模型生成一组新的数据，只要在配置中进行修改，整个平台的上层软件就都可以得到和访问这些新加数据。

2．5负荷绩效分析软件平台的负荷与绩效数据来源于3个部分:外部模拟器系统、认知仿真软件和生物力学仿真软件［10］。平台在MSS的Network下构建了ACTR-QN认知网络图［11］，通过对认知仿真过程中各组块资源时间占有率的计算，实现对感知、认知和动作作业负荷预测，在仿真过程中通过对组块工作状态的显示，实现认知占有率的实时显示。而生物力学分析软件仿真产生的运动学、动力学、肌肉力与骨应力等指标用于生物力学绩效的分析。任务负荷绩效分析预测软件对这些仿真结果数据通过在线或离线的方式进行可视化分析，提供柱状图、折线图、表格及动画等多种形式实现绩效预测结果的可视化，并通过对比负荷与绩效指标，实现操作人员的个性化评价。

2．6三维可视化软件通过对作业任务场景的三维建模工作，建立航天员、空间实验室、轨道舱及返回舱等作业人物及环境模型，基于OGRE开源引擎开发了作业任务三维可视化软件，构建并加载虚拟航天员和虚拟工作场景模型，实现航天员手控交会对接、开舱门和搬生物等作业的三维图形可视化表现，而作业过程则由认知仿真软件和生物力学仿真软件实时驱动。

3实验与验证

3．1实验设计本文选用太空飞行中人控交会对接任务作为用例［12］，该任务是一个典型的认知仿真任务。在人控交会对接任务中，航天员通过图形、数字和靶标图像等测量信息判断追踪飞行器与目标飞行器的相对位置、姿态等运动情况，并通过操作控制手柄，控制追踪飞行器完成与目标飞行器的对接。目标航天器靶标图像信息是航天员进行手控交会对接最主要的观察信息，即通过电视摄像机将目标飞行器对接口下方的十字形靶标的图案显示在屏幕上，航天员据此信息确定追踪飞行器与目标飞行器的相对位置和相对姿态，通过操纵手柄对追踪飞行器进行姿态控制和平移控制，直至对接成功。试验的框架如图4所示，一体化平台中的平台调度管理软件、认知仿真软件和作业任务三维可视化等软件与真实的便携式手控交会对接模拟器连接起来，用开发的MSS插件实现认知模型对模拟器电视图像的信息感知，并开发了控制手柄模拟程序，实现认知模型对模拟器手柄的控制，平台模拟一个虚拟的航天员，进行人在回路外的手控交会对接任务。根据前面对ACTR-QN体系的描述，建立了手控交会对接认知行为模型，在模型中，手控交会对接任务是在不断完成基本任务后而得以实现，这些基本任务包括观测、决策和控制［13］。观测任务是通过视觉模块连续感知外部信息，通过视觉缓冲把收集信息送入产生式模块;在产生式模块中，经过查询与过程性知识匹配的信息则触发一条产生式;决策任务则通过观测到的信息，查询得到匹配并通过目标模块的目标内容，触发一条或多条产生式，将执行结果送入运动缓冲，通过操作模块执行完成决策下达的任务。三类任务在QN-ACTR认知中央加工处理器中按顺序执行，形成认知与行为过程的反复循环。

3．2实验结果及分析任务过程三维可视化软件运行时界面如图5所示，构建并加载虚拟航天员和虚拟工作场景模型，实现航天员手控交会对接作业过程的三维图形可视化表现，其中航天员手部操作动作与ACT-QN中动作模块的输出同步。认知仿真软件运行时的界面见图6，在仿真中通过对ACT-QN各个模块的实时闪烁，观察认知模块的运行状态，实现认知过程的可视化。在本文中通过任务完成时间、燃料消耗、位置和姿态等指标实现任务绩效预测。实验中基于ACTR-QN模型成功在训练用模拟器上完成了两轴控制的手控交会对接任务，能在各种初始条件下实现两飞行器的成功对接。图7是实验中平台软件模拟的虚拟人与真实操作人员控制实现两飞行器在20m距离对接过程的Y轴和Z轴偏差对比，其中虚线是平台软件控制的对接过程偏差曲线，实线是操作人员的实际操控曲线，通过对比可以看出，基于软件模型的对接策略及认知仿真实现了与人基本一致的控制曲线及变化趋势。本实验针对太空飞行中人控交会对接任务进行了平台的认知仿真试验验证，平台与真实训练模拟器的交互、对接任务的完成情况及认知仿真结果的分析都达到了预期的目标。通过实验证明了平台设计时基于离散事件仿真工具软件上构建的ACTR-QN认知模型在运行效率、可扩展性和可视化能力都具有优势，完全可实现与航天训练用模拟器系统的实时协同仿真。实验过程中融合通信系统配置灵活、简便，在单机及联网等各种情况实现了平台各软件间的数据交换需求，没出现任务通信问题，稳定可靠，具有较强的多模型、多系统交互支撑能力。作业任务的三维可视化可实时直观的监视任务进程，并可在前期用于认知模型中任务策略的调试和改进。任务仿真的结果数据分析也表明平台通过认知仿真软件的认知模型模拟的虚拟航天员可实现了与真实操作人员基本一致的控制曲线及变化趋势，进一步证实了所建立平台的实用性和有效性。

4结论

篇10

［关键词］生物医学仪器分析；课程内容体系结构；实践性教学

国内外的仪器分析课程是建立在物理和化学基础上的仪器分析方法，主要针对化学、材料、药学、环境、食品等专业的学生设置。而新兴的生物医学工程学科，其研究领域包括生物医学、生物力学和力生物学、生物材料、组织工程等。基于生物样品的特性，对生物医学仪器的分析要求已深入到基因、蛋白、细胞等水平。传统的仪器分析课程远远不能满足学生进行生物医学科研的要求。[1]在高校中已设置的仪器分析课程中的教学内容已经跟上生物医学研究的发展。但随着生命科学和医学的迅猛发展，人们对生物医学仪器的应用能力的要求也越来越高，迫切需要具有针对性、实用性和先进性的生物医学仪器分析课程。[2][3]我们针对生物医学工程专业的研究生开设了生物医学仪器分析这门课程。我们在对课程内容体系结构及实践性教学环节等方面不断进行探讨和改进，为本课程进一步特色化、系统化、前沿化的建设奠定了一定的基础。

一、课程内容体系建设

传统的仪器分析课程主要涵盖色谱法、电化学分析法、光学分析法、质谱法等四大类仪器分析方法。生物医学仪器分析课程内容建设区别于以往普通仪器分析课程的内容设置，重点突出“生物医学”的特点，以满足解决生物医学科学与工程领域的科学问题的要求。课程内容设置既要服务于解决科学问题，避免课程设置和实践应用脱节，又必须在掌握生物医学领域经典的仪器和方法的同时，紧跟前沿领域的高端仪器和方法。因此本课程内容体系结构包括以下三个部分，如图1所示，帮助学生通过仪器手段获取不同层面生物样本的定性、定量、形态及分布等信息从而解决生物医学科学与工程领域的科学问题。

（一）第一部分：基因或蛋白层面的检测仪器

该部分重点介绍基于基因或蛋白的生物样品的半定量或定量的检测仪器。基因水平的检测仪器包括：经典仪器———聚合酶链式反应、RNA电泳和核酸印迹分析，前沿仪器——实时荧光定量PCR仪。蛋白水平的检测仪器包括：经典仪器———荧光酶标仪、蛋白质印迹分析、酶联免疫吸附测定分析，前沿技术——二维电泳。

（二）第二部分：组织或细胞层面的观察或检测仪器

该部分重点介绍基于组织或细胞的生物样品的观察或检测仪器。组织或细胞层面的观察仪器包括：经典仪器———倒置显微镜、相差显微镜、微分干涉显微镜、荧光显微镜，前沿仪器———激光共聚焦扫描显微镜。细胞层面的检测仪器：前沿仪器———流式细胞仪。

（三）第三部分：有机大分子或活性物质层面的分析或分离仪器

该部分重点介绍基于有机大分子或活性物质的生物样品的分析或分离仪器。蛋白质、核酸、氨基酸、多糖类等生物大分子的分离或分析仪器包括：经典仪器———高效液相色谱法、气相色谱法，前沿仪器———超临界流体色谱、毛细管色谱、高效薄层色谱等技术。这三部分的学习能让学生掌握前沿生物医学仪器分析手段，对生物样品进行定量、定性分析，观察样品形态、分布，对样品进行分离等，训练学生解决科学问题的能力，使学生掌握必备的理论知识、科研思维和实践技能，提高科研能力。

二、实践性教学的建设

实践性教学是理论教学的扩展和延深，对于增加学生对理论知识的理解和感性体会，培养学生的实践能力和创新精神，具有十分重要的作用。[4]它可以弥补单纯理论教学的不足，提高将所学知识转化为实际应用的能力，与理论教学环节相得益彰。而现有的仪器分析课程所设立的实验项目大多为验证性实验，实验方法较为固定，实验内容与学生专业和研究方向脱节，不能及时更新。因此，本课程提出了设计性、创新性和挑战性三个层次的实践环节。

（一）设计性实验

设计性实验是指给学生基于经典实验的实验项目，但不提供成熟的实验步骤，由学生自主设计实验计划。设计性实验不是简单重复的验证性实验，不能机械地套用做过的实验来解决问题，而是让学生必须独立思考，设计实验方案，使其有发挥创造力的余地。要求学生在查阅文献的基础上，设计实验方案，包括所用方法、原理、仪器和具体实验步骤，经指导教师审阅后进行上机操作，完成整个实验过程，记录实验结果，处理实验数据，分析实验结果，验证实验方案设计的可行性，最后写出规范的实验报告。举例：采用高效液相色谱法测定柑橘种子中的柠檬苦素的含量，样品来自教师的教育部产学研结合项目，但样品的浓度未知。由学生来设计实验方案，确定高效液相色谱参数，对样品进行定量测试。

（二）创新性实验

创新性实验是指不限定实验题目，给学生提供一个开放的实践平台，由学生自主提出感兴趣的实验题目，实验选题要求具有创新性、综合性。学生通过文献查阅，选择合理的仪器分析方法，设计具体的实验方案，共同讨论方案的可行性，在设计好具体的实验方案后，上机操作，获取实验结果。注重利用本学院的前沿科学研究项目来引领学生的创新性实验。教师可以根据自己负责或参与的科研项目，提供样品或科学问题给学生，鼓励学生研究自己导师的项目中的科学问题或是由项目引申出来的科学问题，紧跟学科前沿，并体现生物医学研究应用的特色。通过引导学生自己设计创新性实验，可以使学生更好地发现问题、提出问题和解决问题。举例：宇航员在失重情况下会产生骨质疏松，那么在失重条件下成骨细胞会发生什么变化？这是由教师的自然科学基金项目引申出来的科学问题。学生可采用多种生物医学仪器，如流式细胞仪、实时荧光定量PCR仪及激光共聚焦显微镜来研究成骨细胞的细胞周期、特异性基因及细胞形态等多方面的变化，综合运用所掌握的仪器全面地探索细胞发生的变化，深入研究科学问题。

（三）挑战性实验

挑战性实验是指学生挑战生物医学研究前沿领域或是教师的前沿科研项目中还没有解决的科学问题，通过生物医学仪器手段探索这类没有答案的、高难度的科学问题。挑战性实验给予学生没有约束的思维空间，充分激发学生的潜能，为学生提供自由思索、探究的平台，对于学生的超越性、创新性研究具有极大的推动作用，非常有利于培养学生勇于探索、敢于创新的科学精神。举例：细胞结构的三维重建是一个前沿热点问题，如何利用激光来重建细胞的三维结构更是没有现成的方法可供参考。学生在理解激光共聚焦显微镜工作原理的基础上，设计详细的实验方案来观察细胞的亚显微结构，并进行细胞三维重建。通过多层次的实践教学，提高了学生学习的参与程度和主动性，取得了良好的教学效果。学生表示不仅仅掌握了实验技能，更重要的是建立了独立从事科研活动所必需的科研方法、科研思维和科研精神，对于以后课题的科研工作充满了信心，并满怀期望。本课程与国内许多高校类似课程相比，针对性强，具有鲜明的生物医学特色，注意引入学科前沿的科学问题，与教师的科研项目有机结合，强调对学生创新实践能力的培养，提升学生的学术研究水平，对仪器分析在生物医学工程专业方面的教学具有很大的意义。

［注释］

［1］王芳群，卫星，李天博．生物医学工程专业“医学仪器”课程教学方法分析［J］．中国电力教育，2010（184）：133－134．

［2］赵于前，汤井田，李凌云．从交叉学科角度谈生物医学工程教育改革［J］．医疗卫生装备，2004（6）：239－240．

［3］王志远，陈武凡，何明娥．生物医学工程专业研究生培养的实践与探索［J］．中国高等医学教育，2006（4）：42－43．