梁晶，周旭，張愛桃，李連捷，郭東敏

（河北醫(yī)科大學，河北 石家莊 050017）

0 引言

人工智能、大數(shù)據(jù)、智能醫(yī)學、精準醫(yī)學等已經(jīng)使醫(yī)學界發(fā)生了巨大的變化，正在從信息時代迅速過渡到人工智能時代。作為培養(yǎng)人才的醫(yī)學院校，要適應時代發(fā)展的需求，培養(yǎng)具有國際化視野、創(chuàng)新能力和綜合運用能力的醫(yī)理工全能型人才。在醫(yī)工融合背景下，交叉學科的融入已使醫(yī)學界發(fā)生了前所未有的變化。比如全自動達芬奇手術機器人，其設計理念是使用微創(chuàng)的方法，實施復雜的外科手術，不僅創(chuàng)傷小、開口小術中出血更少，術后感染和并發(fā)癥也顯著降低。

醫(yī)學影像技術專業(yè)作為一個醫(yī)學、理學和工學相結(jié)合的具有多學科背景的專業(yè)，教學過程中注重醫(yī)工結(jié)合育人，使學生既有醫(yī)學背景的優(yōu)勢，又了解醫(yī)學影像技術在臨床診斷中的應用價值，并且有理工科背景，能夠掌握先進醫(yī)療設備的基本原理。醫(yī)學院校醫(yī)學影像技術專業(yè)的工科類專業(yè)課程包括程序語言設計、圖像處理、單片機控制、醫(yī)學設備等多門課程，有力地促進學生了解基礎臨床醫(yī)學的發(fā)展。本文以《單片機原理與應用》課程為例，分析課程的醫(yī)工融合與創(chuàng)新。

1 工科專業(yè)課程現(xiàn)狀

單片機原理與應用課程是自動化類、控制類等工科專業(yè)的必修課，該課程結(jié)合自動化控制、計算機和電子等多方面技術，具有極高的應用性和實踐性。在課程設計教學環(huán)節(jié)，讓學生了解單片機系統(tǒng)開發(fā)調(diào)試的一般步驟，掌握軟硬件的設計方法及系統(tǒng)調(diào)試方法，初步具備單片機的系統(tǒng)開發(fā)應用能力；使學生能夠根據(jù)項目要求選擇合理的設計方案，選擇性價比較高的電子元器件并進行工程估算，可以準確、規(guī)范地運用編程語言進行設計，從而實現(xiàn)鍛煉學生的項目意識、開拓學生的創(chuàng)新思維、提高學生的綜合應用能力和實踐能力[1]。課程知識點多而分散，且前后聯(lián)系較為緊密，學生在識記基礎上進行理解的難度較大。而且傳統(tǒng)的教學是以教師講授為主，學生的學是限定在教師的教之內(nèi)，雖然也強調(diào)實踐能力的培養(yǎng)，但這種能力是被當作技能并以知識的形式來加以傳授的，學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力的發(fā)展可能會受到限制。

2 多種形式開展醫(yī)工融合教學模式

2.1 轉(zhuǎn)變教學導向

傳統(tǒng)的教學以教師講授為主，轉(zhuǎn)變教學導向則以學生為中心，以學生學習為中心，以學習效果為中心，注重學生動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，圍繞如何能使教學質(zhì)量得到提高而進行持續(xù)改進。課程在傳授學生知識的基礎上，引導學生自主學習，發(fā)現(xiàn)問題及時解決問題，適當增加課程的挑戰(zhàn)性，系統(tǒng)優(yōu)化知識體系。改變傳統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)、接口電路設計、中斷系統(tǒng)、定時計數(shù)器等模塊化結(jié)構(gòu)，同時以多個項目集合的形式，完善課程體系，使得硬件知識與軟件編程得以結(jié)合運用。以完成具體的項目為目標，由淺入深、循序漸進地進行教學設計，每個知識點與對應的項目相融合，學生通過在項目設計中完成具體任務達到掌握不同知識點的效果[2]。

2.2 基于Proteus虛擬仿真軟件的線上線下混合式教學

Proteus仿真軟件真正做到了將電路仿真、PCB設計和虛擬模型仿真三者融合于一體，且對計算機硬件配置要求不高，普通的臺式機或者筆記本電腦均可快速搭建項目，極大地方便了學生在沒有硬件實物的情況下也可根據(jù)自己的構(gòu)想來設計和搭建仿真電路，并快速得到仿真驗證結(jié)果，提高了設計制作系統(tǒng)實物的效率和成功率。特別是疫情期間，單片機的實驗課程完全可以通過Proteus軟件仿真來取代，降低了實踐成本，不受地點限制，在家也能完成課程實踐內(nèi)容的練習。學生通過Proteus仿真軟件與硬件電路搭建相結(jié)合的設計方法，熟悉了單片機項目開發(fā)中的項目設計、硬件電路設計、軟件設計、故障診斷等環(huán)節(jié)，并能夠獨立解決項目中的實際問題。仿真實踐完整的教學實施過程如圖1所示。

圖1 仿真實踐流程

學生按照整個實踐過程設計并完成實驗，在編譯仿真成功后就可以看到相應的效果。圖2為學生設計的通過液晶顯示屏實時顯示室內(nèi)溫度的實驗，經(jīng)過仿真軟硬件聯(lián)合仿真無誤之后的效果圖。

圖2 溫度實時顯示系統(tǒng)

2.3 “如鹽入水、有味無痕”式引入課程思政元素

（1）實現(xiàn)課程思政與思政課程的有機結(jié)合。課程思政與思政課程的內(nèi)涵是一致的，其本質(zhì)都是為了提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量。課程思政主要通過在學習專業(yè)課的過程中，將專業(yè)知識中蘊含的思想政治教育知識有效地融入到課堂教學內(nèi)容中，實現(xiàn)對學生思想和價值觀的引領[3]。

（2）深入挖掘工科專業(yè)課程中的思政元素。在醫(yī)工融合的背景下，針對醫(yī)學影像技術專業(yè)的學生特點，工科專業(yè)課中課程思政元素挖掘的主要方向就是人工智能醫(yī)學、醫(yī)學輔助診斷、智能醫(yī)學儀器等；并且將社會主義核心價值觀的基本要求、實現(xiàn)中華民族偉大復興的理想和責任，有效地融入到課程教學中。

（3）課程思政元素要與時俱進。在教學過程中，課程思政元素也要做到與時俱進，把國家的新思想、新思維、新理念等及時傳遞給學生。用最新發(fā)生的事件為案例，提出問題引導學生正確思考、發(fā)言討論，使其在課堂討論中加深對事件的認識和理解，提升學生分析問題和解決問題的能力。例如2021年4月15日，龍芯中科發(fā)布的LoongArch指令系統(tǒng)是我國具有自主知識產(chǎn)權的指令系統(tǒng)，科技興國、科技強國，能夠自主研發(fā)就不怕被芯片廠商卡住脖子。

3 醫(yī)工融合的創(chuàng)新

醫(yī)工融合有多種形式，依托本校為醫(yī)學院校背景，在教學過程中注重醫(yī)工融合，使學生同時具備工程技術及醫(yī)學應用能力，以達到提升人才培養(yǎng)綜合能力和工程創(chuàng)新能力的目的，成為新時代全面發(fā)展的人才。教師應積極參加與單片機相關的先進學術會議，通過參與學術活動積累教學素材，提升教學經(jīng)驗。學生在各類科技競賽活動或者申報大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目的時候，選擇與醫(yī)學緊密聯(lián)系的題目，在工程應用中突出醫(yī)學的作用，通過眾多活動提升學生的實踐經(jīng)驗并積累理論知識[4]。

在醫(yī)工融合的創(chuàng)新應用中使用PPPBL（Problem，Practice，Project Based Learning）教學方法，鍛煉學生的自主學習能力并提高創(chuàng)新能力。首先，提出問題（Problem），讓學生可以帶著問題去尋找解決問題的方法，可以借助網(wǎng)絡資源或者學術論文等。其次，通過理論聯(lián)系實踐（Practice），在掌握理論知識之后，通過實踐來檢驗效果，注重醫(yī)學和工科的緊密融合，探索新的興趣點，使得學生在醫(yī)工融合式教學過程中能有新的突破。最后，設計醫(yī)工融合的項目（Project），通過前期的提出問題、實踐驗證問題，直到最后的項目設計來解決問題。學生能夠獨立完成一個項目的設計，不僅體現(xiàn)了較強的知識運用能力，還展示出了動手實踐能力。項目設計的形式也有很多種，除了實驗課的項目綜合設計以外，還包括指導學生參加電子設計類大賽，要求學生在幾天的時間內(nèi)設計出一個完整的作品；指導學生參加單片機編程比賽，能在規(guī)定時間內(nèi)完成項目的設計；指導學生參加大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目，立項的題目均是與醫(yī)學和工學緊密融合的項目等[5]。

4 結(jié)語

醫(yī)工融合，使得學生的實踐能力得到提升，能從醫(yī)學和工學兩個方面思考臨床中的問題，并將工程技術手段應用于臨床醫(yī)學。鼓勵學生參加相關的設計競賽，例如18級學生在藍橋杯單片機設計項目競賽中經(jīng)過省賽和國賽的選拔，最終獲得國家三等獎。指導學生參與大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目，申請的課題包括智能防疫系統(tǒng)、心電采集與分析系統(tǒng)等多項醫(yī)工融合項目。通過競賽和課題研究培養(yǎng)學生綜合運用專業(yè)知識的能力，學生從中取得的成績可以提升成就感，推動了創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的步伐。