◆祝元仲 何汶靜 魏小琴

醫(yī)學院校生物醫(yī)學工程專業(yè)實踐教學體系建設(shè)與思考*

◆祝元仲 何汶靜 魏小琴

立足醫(yī)學院校的實際情況，從實踐教學課程和實踐基地建設(shè)兩個方面，對構(gòu)建自身特色的生物醫(yī)學工程專業(yè)實踐教學體系進行研究和探討，闡述實踐教學體系的課程內(nèi)容和實現(xiàn)手段，以及相關(guān)的虛擬實驗平臺建設(shè)。

生物醫(yī)學工程；實踐教學；虛擬實驗

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.14.137

1　前言

生物醫(yī)學工程（Biomedical Engineering，BME）的內(nèi)涵是將工程科學的原理和方法與生命科學的原理和方法相結(jié)合，認識生命運動的規(guī)律（定量），并用以維持、促進人的健康。其發(fā)展方向是從分子水平到器官水平，發(fā)展新的概念，建立新的知識，創(chuàng)立新的技術(shù)，開發(fā)新的材料和器械，為人類的健康事業(yè)服務(wù)［1］。

我國很多高校都開設(shè)了生物醫(yī)學工程專業(yè)，一般來說，醫(yī)科類高校培養(yǎng)生物醫(yī)學工程人才有自己的優(yōu)勢：

1）醫(yī)學課程師資力量強，學生醫(yī)學基礎(chǔ)知識扎實；2）學生學習、生活在醫(yī)學環(huán)境中，更容易與醫(yī)學臨床部門或人員溝通與合作；

3）附屬醫(yī)院資源豐富，學生實習、畢業(yè)設(shè)計等教學活動更能結(jié)合臨床實際進行［2］。

然而川北醫(yī)學院在培養(yǎng)生物醫(yī)學工程人才方面也有諸多不足，如工程技術(shù)基礎(chǔ)相對薄弱，實踐資源缺乏。川北醫(yī)學院地處川東北地區(qū)，工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，學生工廠實習機會更少，致使學生動手能力、分析和解決問題的能力受到限制。因此，改變傳統(tǒng)的實踐教學模式，構(gòu)建新的實踐教學體系，使學生在大學期間能夠參與各種實踐訓練，對于培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新能力具有十分重要的意義。

本文以川北醫(yī)學院生物醫(yī)學工程專業(yè)的建設(shè)為例，對其實踐教學課程和實踐基地建設(shè)問題提出自己的看法，希望能拋磚引玉。

2　實踐教學體系建設(shè)

川北醫(yī)學院生物醫(yī)學工程專業(yè)依托影像學院，始建于2004年，根據(jù)國家發(fā)展綱領(lǐng)和學校教學型大學的定位，從社會需求和畢業(yè)生就業(yè)的角度考慮，生物醫(yī)學工程專業(yè)本科教育培養(yǎng)方向定位于應(yīng)用型人才，專業(yè)領(lǐng)域為醫(yī)療儀器，即培養(yǎng)大型醫(yī)療設(shè)備的操作、維修及管理人員，培養(yǎng)目標為具有醫(yī)學背景的醫(yī)學工程、醫(yī)學技術(shù)、醫(yī)院信息化建設(shè)與管理的實用型技術(shù)人才，將就業(yè)方向定在臨床工程師、醫(yī)療裝備管理師及醫(yī)學物理師。

川北醫(yī)學院影像專業(yè)相對實力雄厚，因此，在醫(yī)學儀器上重點突出影像設(shè)備的內(nèi)容，一方面可以借助學校的相關(guān)師資和設(shè)備，另一方面也可以比較廣泛地利用已有專業(yè)的校友和知名度等優(yōu)勢。

作為應(yīng)用型的專業(yè)，實踐性的課程占有比較重要的地位。實踐環(huán)節(jié)教學是培養(yǎng)學生獨立分析和解決問題能力的重要途徑，是學生進一步理解和消化理論知識的基礎(chǔ)。從培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的需要出發(fā)，對實驗環(huán)節(jié)教學進行改革，生物醫(yī)學工程專業(yè)的實踐主要涉及電路原理、模擬電路、數(shù)字電路、C++程序設(shè)計、微機原理與接口技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用、信號與系統(tǒng)、醫(yī)學成像技術(shù)、醫(yī)學影像設(shè)備學、醫(yī)學儀器原理、醫(yī)學影像技術(shù)、醫(yī)學影像診斷、加速器工程技術(shù)學等課程，包括表1所示四個層次［3-4］。

基礎(chǔ)實驗 一般基礎(chǔ)課和專業(yè)課都有相應(yīng)的課程實驗，這類實驗基礎(chǔ)性、驗證性實驗較多，沒有單獨設(shè)置課程。一方面在課程總學時范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，增加實驗數(shù)量和實驗課時，一方面盡可能利用現(xiàn)有實驗器材進行實驗教學改革，在原有實驗教材的基礎(chǔ)上根據(jù)學科需要適時更新實驗項目和實驗教學內(nèi)容，盡量能夠達到綜合性、設(shè)計性的使用效果。這類實驗除基本實驗外，通常至少有一個實驗具有綜合實驗的性質(zhì)，如“模擬電路”課程實驗，增加了“收音機制作”實驗，“C++程序設(shè)計”課程實驗增加了“程序綜合設(shè)計”實驗，能夠?qū)φ麄€課程起到融會貫通的作用。同時利用醫(yī)學院校的優(yōu)勢，帶領(lǐng)學生到醫(yī)院的相關(guān)科室進行參觀實習。此外，附屬醫(yī)院贈送的一些設(shè)備可供學生拆解，使學生對于相關(guān)的設(shè)備有了直觀認識。

表1　生物醫(yī)學工程專業(yè)實踐教學體系

提高實驗 和附屬于理論課程的基礎(chǔ)實驗不同，這一部分的實驗都是獨立設(shè)課。一方面增設(shè)了如電子技術(shù)、程序設(shè)計、單片機應(yīng)用、計算機網(wǎng)絡(luò)等課程設(shè)計，加強學生綜合實踐訓練；另一方面，每年針對高年級學生開設(shè)2～3個開放性實驗，由實驗教師在課程實驗范圍之外確定題目和內(nèi)容，學生根據(jù)自己的興趣選擇，通常保證大多數(shù)的學生能參加一項。

研究創(chuàng)新實驗 對學生的科研訓練和創(chuàng)新性實踐活動，學校提供專項資金，由校團委及學生科牽頭組織實施，各教研室、實驗室根據(jù)實際需要選派指導(dǎo)教師，實驗中心提供設(shè)備方面的支持，在利用現(xiàn)有實驗器材的基礎(chǔ)上逐步開展虛擬仿真實驗。

畢業(yè)實習與畢業(yè)設(shè)計 畢業(yè)實習主要安排在三級以上醫(yī)院和醫(yī)療器械相關(guān)企業(yè)，結(jié)合學生的就業(yè)意向綜合調(diào)配。其中醫(yī)科實習主要在影像技術(shù)科室和工程科室，學生接觸的儀器設(shè)備比較多，操作使用較強，對于醫(yī)療儀器的具體應(yīng)用了解比較全面，缺點是難以了解設(shè)備內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)、接觸維修的機會也極少；工科實習則要求學生下到車間參與具體生產(chǎn)過程，并對醫(yī)療設(shè)備的技術(shù)發(fā)展動向和市場狀況有明確的認知，從而為就業(yè)打好基礎(chǔ)。

在畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)實行雙導(dǎo)師制，由本專業(yè)教師和企業(yè)、醫(yī)院專家共同指導(dǎo)。本科畢業(yè)環(huán)節(jié)原則上要求做設(shè)計，畢業(yè)設(shè)計一人一題，在選題上緊密結(jié)合教師的科研項目、生產(chǎn)實際或臨床實際問題進行。對開題報告、中期檢查、預(yù)答辯、答辯一系列環(huán)節(jié)，嚴格要求學校指導(dǎo)教師進行全程指導(dǎo)和質(zhì)量監(jiān)控［5］。

3　實踐基地建設(shè)

實踐基地建設(shè)主要包括校內(nèi)實踐訓練基地和校外實踐訓練基地兩種類型。

校內(nèi)實踐基地 立足本校資源，建立相對獨立的校內(nèi)實踐訓練基地。校內(nèi)實踐基地一方面可以完成課內(nèi)實踐教學內(nèi)容，包括課內(nèi)實驗課程、課程設(shè)計、科研訓練和畢業(yè)設(shè)計等；另一方面可以完成課外的一些科技活動，如第二課堂、專題研究等，以此彌補校外工科實踐資源的缺乏［6-8］。

近5年來在原有實驗室的基礎(chǔ)上，投資200多萬元購置新的儀器設(shè)備，擴建電子技術(shù)、成像技術(shù)、影像設(shè)備和醫(yī)學圖像處理等實驗室，為實驗教學創(chuàng)造良好的條件。此外還依托影像實驗中心重點打造3個虛擬實驗教學平臺。

1）電子電路虛擬實驗教學平臺。電子電路虛擬實驗教學平臺融合NI ELVIS實驗平臺、北郵虛擬實驗系統(tǒng)、Multisim實驗系統(tǒng)和QuartusⅡ開發(fā)平臺，模擬真實實驗中用到的器材和設(shè)備，提供與真實實驗相似的實驗環(huán)境。學生用于模擬實際電路分析和設(shè)計，特別是復(fù)雜系統(tǒng)電路的分析、設(shè)計及故障模擬等，都可用虛擬仿真來實現(xiàn)。

2）醫(yī)學影像技術(shù)圖像后處理平臺。如圖1所示，通過該平臺，學生可以在計算機上模擬CT、MRI、DR、數(shù)字乳腺等影像檢查的圖像后處理、膠片打印及成像效果的仿真操作，鞏固各參數(shù)設(shè)置諸如層厚、KV、mAs等理論知識的運用，搭建從理論到臨床實踐的橋梁，實用性強，為學生的理論知識和實踐能力的綜合應(yīng)用提供了非常重要的平臺。

3）放療虛擬現(xiàn)實教學平臺。如圖2所示，該平臺利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠虛擬出真實感強、可交互操作的虛擬現(xiàn)實設(shè)備，構(gòu)建有效的虛擬現(xiàn)實環(huán)境用于教學與訓練；也能仿真真實的放射治療工作流程，進行鼻咽癌、食管癌、肺癌、宮頸癌等靶區(qū)勾畫和相應(yīng)的正常組織勾畫，利用計劃設(shè)計制作模塊進行適形計劃制作、優(yōu)化、評估。讓放療相關(guān)課程的學習、培訓能既少占用醫(yī)療資源，又給學生更多實踐機會，實現(xiàn)學生隨學隨練，為放療教學工作高效開展提供了平臺支持。

校外實踐基地 川北醫(yī)學院在成渝兩地建立長期穩(wěn)定的實習醫(yī)院基地，醫(yī)科實習不存在困難。難點是工科實習，省內(nèi)實踐基地較少，接納的學生人數(shù)較少。在建設(shè)校內(nèi)基地的同時，推動影像實驗中心開展校企合作，抓住虛擬實驗教學中心建設(shè)的契機，先后與省內(nèi)外多家公司達成合作協(xié)議，每年1～4月帶領(lǐng)學生進入實踐基地學習訓練，在一定程度上滿足學生實習的需要。

圖1　醫(yī)學影像技術(shù)圖像后處理平臺

圖2　放療虛擬現(xiàn)實教學平臺

4　結(jié)束語

本文考慮醫(yī)學院校的特點，結(jié)合當今醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)發(fā)展的需求，改變傳統(tǒng)的實踐教學模式，把培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新精神放在首位，對川北醫(yī)學院生物醫(yī)學工程專業(yè)的實踐教學環(huán)節(jié)進行完善，主要具有如下特點：

一是充分利用附屬醫(yī)院的各種資源，通過課程實驗、開放性實驗和課程設(shè)計、創(chuàng)新研究實驗、畢業(yè)實習和畢業(yè)設(shè)計等，構(gòu)成完整的、虛實結(jié)合的實踐教學體系；

二是依托影像特色專業(yè)的優(yōu)勢，采用虛擬仿真技術(shù)，大力建設(shè)校內(nèi)實習基地，解決工科實踐資源缺乏帶來的困擾。

通過這些措施，真正激發(fā)學生的學習熱情，提高學生獨立分析問題和解決問題的能力，同時促進生物醫(yī)學工程專業(yè)建設(shè)。目前本專業(yè)已有8屆300多畢業(yè)學生，就業(yè)情況良好，就業(yè)去向主要包括醫(yī)院影像科、設(shè)備科、放療科、醫(yī)療器械公司。同時，每年均有若干名學生進入國內(nèi)重點院校進行研究生學習，接受進一步深造。用人單位對本專業(yè)學生的滿意度高，普遍認為其工作敬業(yè)、適應(yīng)力強，具有良好的綜合職業(yè)技能。

總之，實踐教學改革的目的是提高學生的實踐和創(chuàng)新能力，提高學生的綜合素質(zhì)，更好地服務(wù)社會。下一步的工作將是進一步推動深化校企合作，完善學生畢業(yè)實習和畢業(yè)設(shè)計?！?/p>

［1］中國生物醫(yī)學工程會，中國科學技術(shù)協(xié)會.生物醫(yī)學工程學科發(fā)展報告［M］.北京：科學技術(shù)出版社，2012：3-9.

［2］王能河，但漢久，吳基良.地方高校國家級生物醫(yī)學工程特色專業(yè)人才培養(yǎng)模式研究［J］.中國醫(yī)學創(chuàng)新，2014（9）：95-97.

［3］張穎，魯雯，等.構(gòu)建生物醫(yī)學工程專業(yè)實踐教學體系的思考［J］.中國高等醫(yī)學教育，2014（2）：70-71.

［4］陳洪波.依托校企醫(yī)合作的生物醫(yī)學工程專業(yè)學生工程實踐能力培養(yǎng)體系的構(gòu)建［J］.實驗技術(shù)與管理，2014（12）：6-8.

［5］鄭旭媛，田心.生物醫(yī)學工程本科創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實踐教學改革［J］.中國高等醫(yī)學教育，2013（9）：25.

［6］馬春排，李天鋼，等.生物醫(yī)學工程實踐教學體系的建設(shè)［J］.實驗室研究與探索，2010（4）：103-105，122.

［7］宮琴.生物醫(yī)學工程專業(yè)綜合訓練實踐教學改革［J］.實驗技術(shù)與管理，2013（9）：135-139.

［8］龍云玲，劉艷，張文超.醫(yī)學院校生物醫(yī)學工程實驗平臺的建設(shè)模式［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2011（7）：37-38.

Research on BME Practice Teaching Architecture in Medical Colleges

//ZHU Yuanzhong， HE Wenjing， WEⅠ Xiaoqin

With the cultivation of applied talents as its goal， this article discusses the practice teaching architecture of biomedical engineering （BME） in medical college， and it carries out the researches on the construction of practice teaching course and practice base according to the actual situation of medical colleges， and it expounds the realization of practice teaching architecture and the virtual experiment platform.

BME； practice teaching； virtual experiment

G642

B

1671-489X（2016）14-0137-04

*項目來源：四川省教育廳教改課題“醫(yī)學院校中生物醫(yī)學工程專業(yè)改革與課程體系優(yōu)化”（川教函〔2014〕156號-350）。

作者：祝元仲，川北醫(yī)學院影像學院實驗中心主任、副教授，研究方向為計算機網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用；何汶靜，川北醫(yī)學院影像學院講師，研究方向為生物醫(yī)學工程；魏小琴，川北醫(yī)學院影像學院講師，研究方向為計算機網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用（637007）。