蘇昕，曹輝，劉敏

（北京化工大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100029）

生物醫(yī)學(xué)工程是一門交叉學(xué)科，結(jié)合了生物醫(yī)學(xué)、工程學(xué)和醫(yī)學(xué)的原理和技術(shù)[1-2]，其利用工程技術(shù)和方法解決醫(yī)學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域的問題，研發(fā)醫(yī)療保健設(shè)備和提供治療方法，促進(jìn)人類健康。

隨著人們對健康質(zhì)量追求的不斷提高和人口老齡化的加速發(fā)展，社會對生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的需求也越來越大[3-4]。因此，培養(yǎng)具有較高綜合素質(zhì)和實踐能力的專業(yè)人才至關(guān)重要。生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)實驗教學(xué)作為培養(yǎng)專業(yè)人才的重要手段，其綜合實驗教學(xué)和實驗室建設(shè)是其中不可缺少的重要環(huán)節(jié)[5-6]。本文從綜合實驗教學(xué)內(nèi)容、實驗室建設(shè)、實驗教學(xué)的評價與改進(jìn)等方面探討如何開展專業(yè)綜合實驗教學(xué)。

1 綜合實驗教學(xué)內(nèi)容建設(shè)

生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)綜合實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生綜合能力、提高學(xué)生實踐技能的重要途徑，其特點和作用是將多門課程的實驗內(nèi)容相互融合，設(shè)計一系列有機(jī)銜接的實驗，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)、綜合的分析能力和解決問題的能力，同時加強(qiáng)學(xué)生的實踐能力，激發(fā)學(xué)生對生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的興趣和熱情。綜合實驗教學(xué)應(yīng)該針對生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的特點和實踐需求，設(shè)計涉及多門課程的綜合實驗內(nèi)容，以提高學(xué)生的綜合能力和實踐能力[7]。實驗項目選擇應(yīng)考慮學(xué)生的實際水平和實驗教學(xué)的目的，選擇難度適當(dāng)?shù)膶嶒烅椖?，確保實驗?zāi)軌蜻_(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。在實驗教學(xué)過程中，教師需對學(xué)生進(jìn)行實驗操作引導(dǎo)，指導(dǎo)學(xué)生掌握實驗技能和方法，同時也要加強(qiáng)對學(xué)生的安全教育和實驗規(guī)范的教育。在實驗教學(xué)結(jié)束后，教師對學(xué)生實驗數(shù)據(jù)分析和實驗報告撰寫進(jìn)行指導(dǎo)，幫助學(xué)生深入理解實驗結(jié)果和數(shù)據(jù)，提高學(xué)生數(shù)據(jù)分析和實驗報告撰寫的能力。

1.1 生物信號處理實驗

生物信號處理教學(xué)實驗是在生物醫(yī)學(xué)工程中常見的一種教學(xué)形式，旨在幫助學(xué)生深入理解生物信號的獲取、分析和處理方法。一些常見的生物信號處理教學(xué)實驗包括：（1）心電圖（ECG）信號分析實驗。學(xué)生通過獲取心電圖信號并使用 MATLAB 等工具對信號進(jìn)行分析，如心率檢測、QRS 波分離、心律失常檢測等。（2）腦電圖（EEG）信號分析實驗。學(xué)生通過獲取腦電圖信號并使用 MATLAB 等工具對信號進(jìn)行分析，如腦電圖信號的頻譜分析、事件相關(guān)電位分析等。（3）血壓信號分析實驗。學(xué)生通過獲取血壓信號并使用 MATLAB 等工具對信號進(jìn)行分析，如血壓波形的形態(tài)分析、動脈硬化檢測等。（4）聲音信號分析實驗。學(xué)生通過獲取聲音信號并使用 MATLAB 等工具對信號進(jìn)行分析，如聲音信號的頻譜分析、語音信號的識別等[8]。這些實驗可以幫助學(xué)生掌握生物信號獲取、分析和處理的基本方法和技巧，培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰蛣?chuàng)新思維，提高學(xué)生對生物信號處理的理解和應(yīng)用能力。

1.2 醫(yī)學(xué)成像實驗

醫(yī)學(xué)成像是一種用于獲取身體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能信息的非侵入性技術(shù)，例如計算機(jī)斷層掃描（CT）和磁共振成像（MRI）[9-10]。在這種實驗中，學(xué)生可以學(xué)習(xí)如何使用不同的成像技術(shù)，并了解它們在疾病診斷和治療中的應(yīng)用。

常見的醫(yī)學(xué)成像教學(xué)實驗有：（1）X 射線影像教學(xué)實驗。通過觀察X 射線影像，學(xué)習(xí)不同部位的正常解剖結(jié)構(gòu)和常見病變的影像表現(xiàn)，如胸部、骨骼等。（2）CT 影像教學(xué)實驗。通過觀察CT 影像，學(xué)習(xí)不同部位的正常解剖結(jié)構(gòu)和常見病變的影像表現(xiàn)，如頭顱、胸部、腹部等。（3）MRI 影像教學(xué)實驗。通過觀察MRI影像，學(xué)習(xí)不同部位的正常解剖結(jié)構(gòu)和常見病變的影像表現(xiàn)，如腦部、脊髓、關(guān)節(jié)等。（4）超聲影像教學(xué)實驗。通過觀察超聲影像，學(xué)習(xí)不同部位的正常解剖結(jié)構(gòu)和常見病變的影像表現(xiàn)，如腹部、心臟、血管等。實驗可以幫助學(xué)生深入了解醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的原理和應(yīng)用，掌握影像診斷的基本方法和技巧，提高學(xué)生對醫(yī)學(xué)影像學(xué)的理解和應(yīng)用能力。同時，教學(xué)實驗也可以培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰蛣?chuàng)新思維。

1.3 生物材料實驗

生物材料是用于醫(yī)療器械和植入物的各種材料，例如人造關(guān)節(jié)和血管支架[11]。在這種實驗中，學(xué)生可以了解不同的生物材料類型和它們的優(yōu)缺點，學(xué)習(xí)如何測試材料的生物相容性，并設(shè)計滿足不同功能的材料。生物材料教學(xué)實驗可以涵蓋許多主題，例如生物材料制備、性質(zhì)表征、生物相容性測試等。以下是一些可以開展的實驗項目：（1）基于纖維素的生物材料制備實驗。在這個實驗中，學(xué)生可以學(xué)習(xí)如何從天然纖維素源（例如木材、棉花）中提取纖維素，并將其制備成生物材料。制備過程涉及纖維素的化學(xué)改性、成型和固化等步驟，同時需要對制備后的生物材料進(jìn)行物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)表征。（2）生物相容性測試實驗。在這個實驗中，學(xué)生可以學(xué)習(xí)如何對生物材料進(jìn)行生物相容性測試，了解材料在人體內(nèi)的耐受性和生物學(xué)反應(yīng)。學(xué)生可以將生物材料置于細(xì)胞培養(yǎng)液中，觀察細(xì)胞的生長和代謝情況，并進(jìn)行細(xì)胞毒性和細(xì)胞增殖實驗等。（3）生物材料力學(xué)性能測試實驗。在這個實驗中，學(xué)生可以學(xué)習(xí)如何使用材料力學(xué)測試設(shè)備（例如萬能試驗機(jī)）來測試生物材料的力學(xué)性能，包括彈性模量、屈服強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度等。學(xué)生需要進(jìn)行樣品制備和測試操作，并對測試結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。（4）生物材料表面性能測試實驗。在這個實驗中，學(xué)生可以學(xué)習(xí)如何使用表面測試設(shè)備（例如接觸角測量儀）來測試生物材料的表面性能，包括表面張力、接觸角等。學(xué)生需要進(jìn)行樣品制備和測試操作，并對測試結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

這些實驗可以根據(jù)課程需求和學(xué)校實驗室條件進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。同時，安全性是實驗教學(xué)的重要因素，需要嚴(yán)格遵守實驗室安全規(guī)定，確保學(xué)生和實驗室的安全。

1.4 生物傳感器實驗

可以讓學(xué)生了解生物傳感器的工作原理和應(yīng)用。生物傳感器是一種可以檢測生物分子或細(xì)胞的儀器，常用于生物醫(yī)學(xué)診斷和治療[12]。通過這個實驗，學(xué)生可以學(xué)習(xí)如何構(gòu)建和測試不同類型的生物傳感器，如光學(xué)傳感器、電化學(xué)傳感器和生物傳感器陣列。以下是幾個可以開展的生物傳感器教學(xué)實驗：（1）pH 傳感器實驗。制備pH 敏感試紙并測試不同pH 酸堿度的溶液，觀察試紙顏色的變化并對比不同pH 酸堿度下的顏色變化程度。（2）葡萄糖傳感器實驗。使用葡萄糖氧化酶和電化學(xué)傳感器制備葡萄糖傳感器，測試不同濃度的葡萄糖溶液，通過測量電化學(xué)信號的變化來確定葡萄糖的濃度。（3）DNA 傳感器實驗。制備DNA探針和熒光染料，將探針與目標(biāo)DNA 結(jié)合，并通過熒光信號的變化來檢測目標(biāo)DNA 的存在和濃度。（4）免疫傳感器實驗。制備抗體或抗原，將其與電化學(xué)或光學(xué)傳感器結(jié)合，通過檢測抗原或抗體的存在和濃度來診斷疾病或檢測污染物。在這些實驗中，學(xué)生可以學(xué)習(xí)傳感器原理和制備技術(shù)，了解不同傳感器類型的優(yōu)缺點和應(yīng)用場景，同時還可以進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)的收集和分析，培養(yǎng)實驗技能和科學(xué)思維。同時，教師也可以根據(jù)學(xué)生的實驗結(jié)果提供反饋和指導(dǎo)，幫助學(xué)生加深對生物傳感器技術(shù)的理解和掌握。

2 教學(xué)實驗室建設(shè)

在生物醫(yī)學(xué)工程教學(xué)中，實驗室是不可或缺的組成部分，因為它們?yōu)閷W(xué)生積累實踐經(jīng)驗提供了各種儀器和設(shè)備，這些設(shè)備在該領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用[13-14]。實驗室是實驗教學(xué)的基礎(chǔ)，建設(shè)適合生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的實驗室，對于開展實驗教學(xué)具有非常重要的意義。實驗室的建設(shè)需要注意以下幾點：

（1）設(shè)計合理。

實驗室的設(shè)計需要充分考慮教學(xué)需求和實驗操作流程，合理分配空間，確定設(shè)備放置位置和實驗操作區(qū)域，確保實驗室能夠滿足實驗教學(xué)的需要。

（2）設(shè)備先進(jìn)。

生物醫(yī)學(xué)工程實驗室需要配備先進(jìn)的實驗設(shè)備，能夠滿足生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的實驗需求，同時，需要具備良好的性能和穩(wěn)定性，以保證實驗數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。

（3）安全可靠。

實驗室需要具備良好的安全性能，保證實驗操作的安全性，同時，需要配備相應(yīng)的安全設(shè)施，如實驗室通風(fēng)系統(tǒng)、消防設(shè)備等，確保實驗室的安全可靠。

（4）環(huán)境舒適。

實驗室的環(huán)境需要舒適，保證學(xué)生在實驗操作中的舒適度和工作效率，同時，需要保證實驗室的清潔和整潔度，保持實驗室的良好衛(wèi)生環(huán)境。

3 實驗教學(xué)的評價與改進(jìn)

評價和改進(jìn)是實驗教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，可以通過學(xué)生的實驗成績、實驗報告質(zhì)量和實驗操作能力等方面對實驗教學(xué)進(jìn)行評價，從而提出改進(jìn)意見和建議，以進(jìn)一步提高實驗教學(xué)的質(zhì)量和效果。（1）評價指標(biāo)。實驗教學(xué)的評價指標(biāo)應(yīng)包括學(xué)生實驗成績、實驗報告質(zhì)量、實驗操作能力等多個方面，綜合評價學(xué)生的實驗水平和實驗教學(xué)存在的問題。（2）改進(jìn)措施。根據(jù)評價結(jié)果，針對實驗教學(xué)的不足和問題，提出具體的改進(jìn)措施，如增加實驗項目的難度、加強(qiáng)對學(xué)生實驗操作的指導(dǎo)、加強(qiáng)對實驗數(shù)據(jù)分析的指導(dǎo)等。

4 結(jié)語

生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)綜合實驗教學(xué)是提高學(xué)生綜合素質(zhì)、實踐能力和解決問題能力的重要手段。實驗室建設(shè)和環(huán)境安全是保證實驗教學(xué)順利進(jìn)行的重要前提條件。實驗教學(xué)的設(shè)計和實施應(yīng)根據(jù)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的特點和實踐需求，注重實踐能力和綜合能力的培養(yǎng)，同時也需要對實驗教學(xué)進(jìn)行科學(xué)評價和改進(jìn)，以提高實驗教學(xué)的質(zhì)量和效果。