包璇　金力

摘要：本文以安徽中醫(yī)藥大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)為例，就嵌入式系統(tǒng)課程本科教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了總結(jié)。凝練出“三結(jié)合兩選擇一構(gòu)建”教學(xué)方式：（1）教材選擇與專業(yè)建設(shè)相結(jié)合；（2）理論課程選擇與培養(yǎng)目標(biāo)相結(jié)合；（3）實踐操作能力的培養(yǎng)與辦學(xué)特色相結(jié)合；（4）構(gòu)建“形成性+終結(jié)性”評價體系。改進(jìn)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)與實踐，以適應(yīng)社會需求。

關(guān)鍵詞：生物醫(yī)學(xué)工程；嵌入式系統(tǒng)；教學(xué)方法

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）33-0112-02

Abstract： This article takes the Bio-medical Engineering of AHUCM Specialty as an example to summarize the problems occurred in the course of Embedded System Course.It condensed out a teaching method which combines the selection of teaching materials and professional construction，combines the selection of theory course and training objectives， combines the training of practical ability and school running characteristics and builds a new evaluation system. It will improve the teaching and practice of Embedded System Course in Bio-medical Engineering in order to meet the needs of the society.

Key words： Bio-medical Engineering；Embedded System；Teaching method

生物醫(yī)學(xué)工程（Bio-medical Engineering，BME）是綜合運用多門學(xué)科的理論和技術(shù)，研究和解決人類健康、疾病預(yù)防、診斷和治療等的新技術(shù)、新方法，是一門多學(xué)科交叉和滲透性強的新興學(xué)科，也是一門結(jié)合其他學(xué)科和技術(shù)快速發(fā)展的學(xué)科，本身具有高度的前沿性和先進(jìn)性，高新技術(shù)的突飛猛進(jìn)，要求我們不斷調(diào)整課程設(shè)置以適應(yīng)社會的需求和時代的發(fā)展。隨著嵌入式系統(tǒng)在各個領(lǐng)域表現(xiàn)出強勁的生命力，并且越來越多的應(yīng)用到醫(yī)療器械中，在本校開設(shè)的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)（醫(yī)療器械方向）本科生教學(xué)中增加嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容已勢在必行[1]。

根據(jù)IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會）的定義，嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機(jī)器和設(shè)備運行的裝置”。目前國內(nèi)一個普遍被認(rèn)同的定義是：以應(yīng)用為中心、以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)[2]。雖然側(cè)重點不同，以上兩種定義卻均體現(xiàn)出嵌入式系統(tǒng)是可以涵蓋機(jī)械等附屬裝置的軟硬件綜合體。鑒于醫(yī)療器械自身的特點，嵌入式系統(tǒng)不僅能夠在安全性、實時性、控制精度、數(shù)據(jù)處理能力以及與醫(yī)院管理系統(tǒng)匹配性等方面增強其性能，并使醫(yī)療器械呈現(xiàn)便攜式和網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢。

綜上所述，如何開展我校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的《嵌入式系統(tǒng)原理及設(shè)計》課程的教學(xué)工作，結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和我校辦學(xué)特色，值得我們探索和研究。經(jīng)過兩年的教學(xué)實踐，我們發(fā)現(xiàn)教學(xué)過程中存在的若干問題，并總結(jié)了一些經(jīng)驗。

1 教材選擇與專業(yè)建設(shè)相結(jié)合

因為嵌入式技術(shù)很強的行業(yè)相關(guān)性，高校應(yīng)考慮基于理論且面向應(yīng)用的教材，教學(xué)不會與實踐脫節(jié)。但由于新技術(shù)日新月異，導(dǎo)致很難找到一套普遍適用的系列教材。同時，嵌入式系統(tǒng)兼具軟硬件方面的知識與應(yīng)用，各類教材的側(cè)重點不同。例如，以軟件開發(fā)為主，包括應(yīng)用軟件和驅(qū)動程序開發(fā)，放棄硬件設(shè)計內(nèi)容，并且在多種處理器、操作系統(tǒng)中選擇主流、有發(fā)展前景的ARM微處理器和嵌入式Linux作為主要授課內(nèi)容，可選擇林曉飛等編寫的《基于ARM嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)與實例教程》；周立功等編寫的《ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程》是目前嵌入式系統(tǒng)課程最為成功的教材之一，其配套資源非常全面，但其教學(xué)內(nèi)容偏重硬件，擴(kuò)展內(nèi)容和工程案例較少，適合工程人員查閱。生物醫(yī)學(xué)工程既有側(cè)重于電子專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)硬件電路設(shè)計，又有側(cè)重于計算機(jī)專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)，對于開展專業(yè)建設(shè)，提升專業(yè)內(nèi)涵，穩(wěn)定學(xué)生的專業(yè)思想，有很好的示范引導(dǎo)用?；谝陨希窘萄惺沂紫却_定以市場主流的嵌入式微處理器ARM9作為教學(xué)內(nèi)容，采用高等院校規(guī)劃教材，北京航空航天大學(xué)出版社出版的《ARM9嵌入式系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)教程》，并結(jié)合實驗指導(dǎo)書、開發(fā)板使用手冊、應(yīng)用程序開發(fā)手冊、系統(tǒng)移植手冊等內(nèi)容，使嵌入式技術(shù)被更多學(xué)生掌握，也保證了硬件和軟件知識的完整性。為之后開展的醫(yī)療器械類專業(yè)課，建立了良好開端。

2 理論課程選擇與培養(yǎng)目標(biāo)相結(jié)合

目前，嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品應(yīng)用到醫(yī)療器械各個領(lǐng)域。CT、核磁共振等大型成像設(shè)備，彩超、經(jīng)顱多普勒等超聲設(shè)備，心電、腦電等電子設(shè)備，全自動生化分析、免疫測試系統(tǒng)等檢測設(shè)備，呼吸機(jī)、麻醉機(jī)等監(jiān)護(hù)設(shè)備均需要嵌入式系統(tǒng)的支持[3]。我校生物醫(yī)學(xué)專業(yè)主要偏重醫(yī)療器械方向，培養(yǎng)學(xué)生成為能從事醫(yī)學(xué)電子儀器、醫(yī)療器械開發(fā)設(shè)計和研制、醫(yī)療器械質(zhì)量檢測和技術(shù)監(jiān)督管理等工作。那么提高相關(guān)專業(yè)課與實際應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)聯(lián)性，讓學(xué)生清楚地認(rèn)識到嵌入式系統(tǒng)是如何應(yīng)用到醫(yī)療器械領(lǐng)域的，是我們?nèi)握n老師應(yīng)該做到的。

所以，本人在教學(xué)過程中，穿插列舉嵌入式系統(tǒng)在醫(yī)療器械中的應(yīng)用實例，不但使學(xué)生更容易理解相關(guān)理論知識，將兩者有機(jī)結(jié)合，而且為接下來開展的醫(yī)療器械方面專業(yè)課打下一定基礎(chǔ)。例如，基于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計的便攜式電子血壓計不僅能夠有效縮小血壓計的體積，還能夠?qū)崿F(xiàn)“傻瓜式”血壓測量，所返回的測量結(jié)果也更加準(zhǔn)確。電子血壓計由氣袖、氣泵、傳感器、嵌入式控制器以及顯示器等部件組成。在使用其進(jìn)行血壓測量時控制模塊主要是與氣泵傳感器相配合實現(xiàn)控制氣壓，采集、記錄、顯示參數(shù)的功能。依照血壓測量原理，控制器分別記錄血壓測量過程中的收縮壓和舒張壓即完成了一次血壓測量；基于嵌入式系統(tǒng)的多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀可以將傳感器采集到的人體生理信號轉(zhuǎn)換為可被嵌入式系統(tǒng)識別的數(shù)字信號，然后該數(shù)字信號經(jīng)過濾波、放大、量化等預(yù)處理后即可被傳輸?shù)教幚砟K進(jìn)行處理和分析。分析時，若信號超出人體正常參數(shù)范圍則系統(tǒng)將該信號所對應(yīng)的參數(shù)標(biāo)注為非正常，向相關(guān)醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行報警，同時將出現(xiàn)異常的各項數(shù)據(jù)存儲在存儲模塊中，以便于后續(xù)分析和診斷[4]。

3 實踐操作能力的培養(yǎng)與專業(yè)辦學(xué)特色的結(jié)合

國家科技部印發(fā)的《醫(yī)療器械科技產(chǎn)業(yè)“十二五”專項規(guī)劃》提出，要緊密圍繞疾病預(yù)防、臨床診療、健康促進(jìn)的需要，重點開發(fā)新型中醫(yī)診療等醫(yī)療器械產(chǎn)品和系統(tǒng)等新型醫(yī)療器械產(chǎn)品。未來的幾十年，隨著醫(yī)療水平的逐步提高，醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入高速發(fā)展的時代，我校應(yīng)迎合國家和社會的需求，將高精尖的現(xiàn)代信息技術(shù)與自身具備的豐厚的中醫(yī)理論知識等專業(yè)優(yōu)勢相結(jié)合，改進(jìn)現(xiàn)有的并開發(fā)新型的中醫(yī)診斷儀器[5]。在開展實驗教學(xué)的過程中，可以根據(jù)學(xué)生具備的不同軟硬件基礎(chǔ)，也就是對先導(dǎo)課程（高級語言程序設(shè)計、微機(jī)原理與接口技術(shù)、單片機(jī)原理等課程）的掌握程度進(jìn)行分組，基礎(chǔ)較差的學(xué)生主要進(jìn)行基礎(chǔ)驗證型實驗，基礎(chǔ)稍好的學(xué)生進(jìn)行設(shè)計綜合型實驗，而基礎(chǔ)較好并且對嵌入式系統(tǒng)興趣濃厚的學(xué)生可以進(jìn)行研究創(chuàng)新型實驗，實現(xiàn)分層次教學(xué)。劃分后，各個層次的學(xué)生均能對如何學(xué)習(xí)這門課做出自我定位，從而產(chǎn)生興趣，反響良好。設(shè)計綜合型實驗和研究創(chuàng)新型實驗需與具體項目結(jié)合、與相關(guān)競賽結(jié)合、與中醫(yī)診療設(shè)備的發(fā)展方向結(jié)合，充分體現(xiàn)出本專業(yè)的辦學(xué)特色使學(xué)生深刻了解本專業(yè)的優(yōu)勢特色和發(fā)展前景，并清楚地認(rèn)識到其身上肩負(fù)的使命，有助于增強學(xué)生的專業(yè)認(rèn)可度，調(diào)動其學(xué)習(xí)積極性。

同時，課堂教學(xué)不能與具體實踐脫節(jié)，醫(yī)療器械技術(shù)和設(shè)備發(fā)展很快，相關(guān)實驗設(shè)備又價格昂貴。我校的附屬醫(yī)院可以為本專業(yè)的學(xué)生提供現(xiàn)場觀摩學(xué)習(xí)的機(jī)會，其中各個科室配備的各類功能型號的醫(yī)療器械讓學(xué)生們可以看得到、摸得到、學(xué)得到，在現(xiàn)場體會嵌入式系統(tǒng)是如何成為醫(yī)療器械整體結(jié)構(gòu)中不可或缺的功能模塊，發(fā)揮其特有的作用，使學(xué)生有更直觀的感受。

4 構(gòu)建“形成性+終結(jié)性”評價體系

與傳統(tǒng)的終結(jié)性評價不同的是，本嵌入式系統(tǒng)課程的考核采用“形成性+終結(jié)性”的評價方式。包括分別占總成績50%和30%的理論考核和實驗考核，此外，平時考核占20%。這種考核方式改變了傳統(tǒng)的一役定生死的考核方式，逐步建立“平時表現(xiàn)、理論掌握、動手操作”三者并重的考核模式。平時表現(xiàn)包括課堂考勤、提問、課后作業(yè)、答疑等，其目的是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性。理論掌握的考核主要通過期末考試的形式，其目的是督促學(xué)生增強學(xué)習(xí)的自覺性，建立正確的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)態(tài)度。動手操作的考核主要是以學(xué)生做實驗時的表現(xiàn)和實驗的完成情況來評估的，制定一套可行的、量化的標(biāo)準(zhǔn)考核方法，定性定量的肯定學(xué)生的實際操作能力，可以有效提高其積極性和主動性。經(jīng)過改良后的考核方式更加側(cè)重于評估學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，建立其主體意識，對于改善學(xué)習(xí)效果起到了立竿見影的作用。

5 結(jié)語

嵌入式系統(tǒng)是一門多學(xué)科交叉、涵蓋內(nèi)容廣泛、軟硬件兼有、產(chǎn)業(yè)前沿性較強、對實際應(yīng)用能力要求較高的課程，不同類型的院校的不同專業(yè)，開展本課程的側(cè)重點也不盡相同。所以，開展嵌入式系統(tǒng)課程的本科教學(xué)，要想達(dá)到理想的效果，需要任課老師下一番苦功?？偨Y(jié)來看，本專業(yè)是中醫(yī)類院校、醫(yī)藥信息工程學(xué)院中的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)，偏重醫(yī)療器械方向，培養(yǎng)既有醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)又有工科背景的專業(yè)型人才是我們的辦學(xué)特色，所以，在嵌入式系統(tǒng)課程中，加入中醫(yī)理論和醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)方面的知識內(nèi)容對于開展教學(xué)會有很大幫助。同時，在選擇教材、設(shè)置課程內(nèi)容、實驗實踐教學(xué)和建立評估體系等方面，也需要任課老師因地制宜，量體裁衣。

我國醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)是一個創(chuàng)新能力不斷增強、市場需求十分旺盛的朝陽產(chǎn)業(yè)。與此同時，也要看到產(chǎn)業(yè)發(fā)展的不足，提高技術(shù)創(chuàng)新能力、加強研發(fā)的產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合，已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。建國幾十年來形成的良好基礎(chǔ)，人民群眾保健康復(fù)對醫(yī)療器械的剛性需求，醫(yī)療器械相關(guān)學(xué)科技術(shù)人才的長期儲備，國家對醫(yī)療器械技術(shù)創(chuàng)新的大力扶持，都是促進(jìn)醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的保障和動力。我們作為開展生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的院校和任課老師，應(yīng)清楚認(rèn)識到自己身上的責(zé)任與重?fù)?dān)，迎著大好的形勢，在探索中教學(xué)，在教學(xué)中成長，緊跟科學(xué)前沿，同時腳踏實地，總結(jié)經(jīng)驗，吸取教訓(xùn)，為產(chǎn)業(yè)輸送人才，為國家的醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)安全有序的發(fā)展做出自己的貢獻(xiàn)。

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