武 博, 祝元仲 ,王小娟,梅玉倩

(1.川北醫(yī)學(xué)院教務(wù)處,四川南充,637100;2.川北醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)影像學(xué)院,四川南充,637100;3.川北醫(yī)學(xué)院創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院,四川南充,637100)

醫(yī)學(xué)教育是高等教育的重要組成部分,是實現(xiàn)“教育強國”和“健康中國”目標(biāo)的基本需求。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科“醫(yī)·工”結(jié)合的專業(yè)特色打破了原有醫(yī)學(xué)研究的局限性,是國家創(chuàng)新能力在人類健康與重大疾病領(lǐng)域的重要體現(xiàn),是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)深度交叉融合創(chuàng)新的重要載體。生物醫(yī)學(xué)工程在生物力學(xué)、組織工程、生物材料、生物醫(yī)學(xué)影像和生物電子學(xué)等領(lǐng)域取得了重要進展。數(shù)據(jù)顯示,2016—2020年我國獲授權(quán)發(fā)明專利數(shù)量位于世界第二,2019年以來我國生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的年發(fā)文量已居世界首位,我國學(xué)者的發(fā)文篇數(shù)在ESI TOP1%高被引論文中占比亦列榜首。[1]迄今為止,我國已有30多所大學(xué)設(shè)立了生物醫(yī)學(xué)工程一級學(xué)科博士點和8個生物醫(yī)學(xué)工程國家重點學(xué)科。[2]生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科充滿活力,體現(xiàn)了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)從交互交叉走向有機結(jié)合的顯著特征。[2]生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科在醫(yī)學(xué)類、理工科和綜合類院校內(nèi)呈現(xiàn)出不同的專業(yè)特色,醫(yī)學(xué)類院校具備較強的醫(yī)學(xué)資源優(yōu)勢,在技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域潛力巨大。生物醫(yī)學(xué)工程本科階段的教學(xué)質(zhì)量和水平至關(guān)重要,為后期研究生科學(xué)研究實踐奠定理論基礎(chǔ)。《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》強調(diào)要以學(xué)生為主體培育時代新人、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式,而我國本科生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的教學(xué)模式改革已迫在眉睫。[3]基于此,本文以川北醫(yī)學(xué)院(以下簡稱我校)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)為例,探究“課賽習(xí)設(shè)”全鏈條環(huán)扣式創(chuàng)新模式,為醫(yī)學(xué)類院校其他專業(yè)教學(xué)改革提供借鑒。

一、生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)現(xiàn)狀

(一)專業(yè)分布和學(xué)科水平

1976年,以馮元楨教授在武漢、北京開設(shè)生物力學(xué)講習(xí)班為標(biāo)志,我國的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)建設(shè)開始起步。1977年原浙江大學(xué)科儀系設(shè)立國內(nèi)第一個生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)。截至2023年,全國開設(shè)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的高等院校共133所,其中醫(yī)學(xué)類院校47所(占比35.34%)。生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)在中國大學(xué)一流專業(yè)排名(研究型)中,被評為中國高水平專業(yè)(B++)以上的高校數(shù)量為42所,其中醫(yī)學(xué)類院校12所(占比28.57%)。在這12所醫(yī)學(xué)類院校中,被評為世界高水平、中國頂尖專業(yè)(A+)和中國一流專業(yè)(A)水平的高校分別是南方醫(yī)科大學(xué)和首都醫(yī)科大學(xué),世界知名高水平、中國頂尖專業(yè)(A++)暫時空缺。[4]教育部學(xué)位與研究生教育發(fā)展中心發(fā)布的第四輪生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科評估結(jié)果顯示,參與評估的全國49所大學(xué)中僅有6所醫(yī)學(xué)類院校(占比12.24%),但均未達到A類水平。

(二)專業(yè)范圍廣、交叉強,但醫(yī)工結(jié)合普遍不緊密

生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科是一個醫(yī)、理、工高度交叉的學(xué)科。生物醫(yī)學(xué)工程運用現(xiàn)代自然科學(xué)的原理和工程技術(shù)的方法,從工程學(xué)的角度解決醫(yī)學(xué)難題,在疾病的預(yù)防、診斷、治療和康復(fù)各個階段發(fā)揮作用?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)的飛速發(fā)展離不開生物醫(yī)學(xué)工程的強力支撐,現(xiàn)代化醫(yī)院中的X光、B超、CT、核磁等影像設(shè)備以及各種醫(yī)學(xué)檢驗設(shè)備、監(jiān)護設(shè)備、手術(shù)儀器、康復(fù)設(shè)備等均為生物醫(yī)學(xué)工程發(fā)展的產(chǎn)物。理工類和綜合類院校通常具有較好的工程技術(shù)背景,但醫(yī)療資源相對難以獲取。而醫(yī)學(xué)類院校工程技術(shù)水平通常不夠高,人才培養(yǎng)通常偏應(yīng)用型技能培養(yǎng)。由此可見,如何實現(xiàn)“醫(yī)”與“工”的有效交叉融合是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問題。

(三)醫(yī)學(xué)類院校的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)課程設(shè)置

南方醫(yī)科大學(xué)讓學(xué)生在大學(xué)一年級末根據(jù)成績和個人興趣選擇專業(yè),主要將專業(yè)劃分為醫(yī)學(xué)影像工程、醫(yī)學(xué)物理師、智能醫(yī)學(xué)儀器和生物醫(yī)學(xué)材料四個主干分支。首都醫(yī)科大學(xué)將假肢矯形工程專業(yè)獨立設(shè)置,生物醫(yī)學(xué)工程本科專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)側(cè)重醫(yī)學(xué)科學(xué)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)和信息科學(xué)等有關(guān)的基礎(chǔ)理論知識,主干課程有電子技術(shù)、計算機與信息技術(shù)、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)。綜合類院校如北京航空航天大學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課體現(xiàn)重基礎(chǔ)和醫(yī)、機、電、力充分結(jié)合的教學(xué)理念,分為生物化學(xué)和醫(yī)學(xué)、機電工程、生物醫(yī)學(xué)工程基礎(chǔ)、生物力學(xué)四大類。復(fù)旦大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)必修課程偏電子類,選修課程覆蓋范圍較廣,要求學(xué)生單獨選修醫(yī)學(xué)類課程。總體上,生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)根據(jù)學(xué)校的師資特色構(gòu)建專業(yè)課程培養(yǎng)體系,形成“前期趨同后期分化”的培養(yǎng)模式發(fā)展趨勢。醫(yī)學(xué)類院校的工程類課程覆蓋面相對局限[5],可通過平衡師資方向逐步擴大培養(yǎng)范圍并進行專業(yè)分流設(shè)置。

二、“課賽習(xí)設(shè)”全鏈條環(huán)扣式培養(yǎng)模式創(chuàng)新

(一)課:通識教育能力矩陣和專業(yè)知識串聯(lián)的“新工科”課程設(shè)計

當(dāng)前,我國大學(xué)的通識教育以“績點中心的學(xué)習(xí)模式”為主,在追求廣度的基礎(chǔ)上通識教育向碎片化、概論化轉(zhuǎn)變。大多數(shù)高校的通識類教育主要涵蓋體育、政治、數(shù)學(xué)、英文等傳統(tǒng)大類課程,對學(xué)生的創(chuàng)新性思維開發(fā)及能力拓展具有很大的限制。結(jié)合新工科核心通識能力實現(xiàn)矩陣的布局,我校將“思維+”“精神+”和“技能+”設(shè)計融入匹配性較高的課程教學(xué)大綱,培養(yǎng)學(xué)生的整合思維、批判性思維和創(chuàng)新思維。例如,生物醫(yī)學(xué)工程導(dǎo)論課程注重“思維+”的訓(xùn)練,并在電路原理這類以實踐增強知識內(nèi)化的課程中加大“技能+”設(shè)計的比重。并且,在培養(yǎng)方案中加入工程創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)課程和知識產(chǎn)權(quán)課程,增強學(xué)生對自主知識產(chǎn)權(quán)的尊重和保護意識。通識教育能力矩陣和專業(yè)知識串聯(lián)的“新工科”課程設(shè)計,尤其注重課程設(shè)置對提高學(xué)生知識和技能獲取的有效性,避免無效學(xué)習(xí)問題。

(二)賽:創(chuàng)新類學(xué)科競賽——學(xué)以致用

為進一步推動我國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的發(fā)展和專業(yè)建設(shè)步伐,培養(yǎng)高水平的優(yōu)秀專業(yè)人才,在教育部高等學(xué)校生物醫(yī)學(xué)工程類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會的倡導(dǎo)下,生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會在全國高校范圍內(nèi)舉辦“全國大學(xué)生生物醫(yī)學(xué)工程創(chuàng)新設(shè)計競賽”。首先,將命題類題目融入相關(guān)課程教學(xué),并將歷年自命題獲獎題目領(lǐng)域中涉及的專業(yè)知識和前沿研究納入校賽的題庫,使學(xué)生能夠跟緊行業(yè)技術(shù)前沿與熱點,將專業(yè)技能轉(zhuǎn)化為解決問題的能力。其次,為在校賽中獲獎的項目分配優(yōu)秀指導(dǎo)教師,針對項目進行專業(yè)性打磨,實現(xiàn)技術(shù)實質(zhì)性提升后參加省賽。經(jīng)過省賽的選拔,選取獲獎作品進行二輪打磨參加國賽。最后,在校賽和省賽中進行項目孵化,選擇潛力較大的項目為其制定為期一年的發(fā)展計劃,分配專業(yè)導(dǎo)師進行定期輔導(dǎo)。學(xué)校積極舉辦以“互聯(lián)網(wǎng)+大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”、挑戰(zhàn)杯等為代表的雙創(chuàng)類比賽,并在政策上制定了創(chuàng)新學(xué)分的認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn),激勵學(xué)生將專業(yè)知識進行學(xué)術(shù)或應(yīng)用創(chuàng)新。同時,教務(wù)處明確規(guī)定,在賽事等級較高的比賽中獲獎的學(xué)生有機會憑借獎項取得畢業(yè)資格。

(三)習(xí):沉浸式體驗實習(xí)

大多數(shù)臨床沉浸式體驗實習(xí)模式將學(xué)習(xí)臨床實操、解決問題作為主要目標(biāo),尤其在本科階段,這對未來方向不確定的學(xué)生在后續(xù)升學(xué)或就業(yè)中起到一定的引導(dǎo)作用。[6]一項關(guān)于生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的臨床實習(xí)調(diào)研顯示,在實習(xí)中參與臨床項目的學(xué)生較參與臨床課程的學(xué)生受益更多,投入的時間也更長(135 ± 34 h vs. 34 ± 5h)。[7]我校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)生在大學(xué)四年級一般需要經(jīng)歷為期4—6月的實習(xí)階段。實習(xí)地主要分布在以學(xué)校實踐基地為主的各個附屬醫(yī)院和相關(guān)的醫(yī)療設(shè)備或技術(shù)公司,供學(xué)生自主選擇。我校參考國際前沿理念,采用校內(nèi)導(dǎo)師與醫(yī)院/企業(yè)導(dǎo)師的雙導(dǎo)師制,由學(xué)生、學(xué)術(shù)指導(dǎo)教師、臨床/企業(yè)指導(dǎo)教師共同商定課題內(nèi)容,要求在實習(xí)前一個月針對項目進行具體規(guī)劃,由學(xué)術(shù)小組成員共同確定其可行性。學(xué)生在項目設(shè)計基礎(chǔ)上,有步驟地開展實習(xí)調(diào)研、實驗、研究等工作,定期進行線上會議討論進度,以便隨時對課題設(shè)計的方向進行調(diào)整與改進。

(四)設(shè):創(chuàng)新能力導(dǎo)向的畢業(yè)設(shè)計

部分學(xué)生在撰寫畢業(yè)論文的過程中存在選題無目的、結(jié)構(gòu)無邏輯、內(nèi)容無思考、寫作無章法、答辯無經(jīng)驗等現(xiàn)象,這些現(xiàn)象反映了學(xué)生綜合能力的不足。因此,我校結(jié)合相關(guān)政策,建立、執(zhí)行嚴(yán)格的考核與淘汰機制,對不合格的畢業(yè)生采取二次答辯、延期畢業(yè)等限制措施。為了達到畢業(yè)論文的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),我校構(gòu)建了一套嚴(yán)格的、科學(xué)的、詳盡的評價體系。

第一,通過預(yù)選題培養(yǎng)創(chuàng)新思維。學(xué)生在進入實習(xí)的階段要對畢業(yè)課題進行預(yù)選題,各位學(xué)術(shù)指導(dǎo)教師按照學(xué)生人數(shù)制定畢業(yè)設(shè)計題目供學(xué)生選擇,亦可由學(xué)生提出選題方向,指導(dǎo)教師評估其學(xué)術(shù)性與可行性。在實習(xí)期間,學(xué)生要對該選題領(lǐng)域進行文獻調(diào)研,了解國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,撰寫文獻綜述。并且,實習(xí)期間學(xué)生可以根據(jù)自身興趣或?qū)嵙?xí)體驗隨時調(diào)整畢業(yè)設(shè)計的選題方向。實習(xí)結(jié)束學(xué)生需要按時提交文獻綜述,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計畢業(yè)課題,挖掘創(chuàng)新點,在開題階段學(xué)術(shù)小組重點考查畢設(shè)課題的創(chuàng)新設(shè)計和學(xué)科交叉性,引導(dǎo)學(xué)生運用創(chuàng)新思維。

第二,在科研訓(xùn)練中進行創(chuàng)新實踐?？蒲杏?xùn)練有很多種表現(xiàn)形式,如競賽類科研訓(xùn)練、參與類科研訓(xùn)練和融入類科研訓(xùn)練等。學(xué)生在前三個學(xué)年可自主選擇參加學(xué)科類競賽和參與科研項目,且在各個課程階段也接觸了較為全面的科研能力相關(guān)知識。畢業(yè)論文是本科教育過程中一個強有力的綜合性訓(xùn)練與考查環(huán)節(jié),學(xué)生能夠充分整合前期獲取的相對分散性的知識與技能。尤其是對于沒有參與過競賽與科研的學(xué)生而言,畢業(yè)論文訓(xùn)練是不可或缺的一部分。在本階段,通過近距離、互動式的交流,教師能夠把握學(xué)生的課題進度及難點,給予及時指導(dǎo)。同時,學(xué)生能夠有保障性地提出創(chuàng)新性想法并付諸實踐,在導(dǎo)師的引導(dǎo)下,有針對性地解決問題。

三、雙創(chuàng)教育融入反思

(一)科研伴隨式創(chuàng)新思維培養(yǎng)

很多高校實施了“本科生導(dǎo)師制”, 形成以學(xué)生為主體的培養(yǎng)模式,提高學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。但根據(jù)調(diào)查,有近 30% 的數(shù)據(jù)顯示導(dǎo)師制流于形式,有近 5% 的樣本顯示沒有必要實施導(dǎo)師制。[8]我校在執(zhí)行“學(xué)業(yè)導(dǎo)師”制度的過程中發(fā)現(xiàn),學(xué)生的初始積極性很高,但隨著課題的進展會逐步縮減,最終退出科研小組,能夠堅持下來的學(xué)生比例大約是50%。導(dǎo)師將一個課題進行方向細分,每2—3名學(xué)生形成一個課題小組,進行文獻解讀和技術(shù)實操,并定期匯報文獻和進度。導(dǎo)師在每一次的互動中要求學(xué)生總結(jié)文獻研究內(nèi)容的優(yōu)缺點,培養(yǎng)其科研思考能力。尤其針對生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè),導(dǎo)師要以解決問題為導(dǎo)向,通過開放式問題的形式開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。導(dǎo)師與學(xué)生主體要達成良好的“導(dǎo)學(xué)關(guān)系”,學(xué)生如果只是被動式地接受導(dǎo)師安排的任務(wù),會慢慢失去積極性與主動性,因此,在此過程中要調(diào)動學(xué)生的積極性,引導(dǎo)學(xué)生正確分析和解決問題。

(二)以學(xué)科競賽為引導(dǎo)的創(chuàng)新教學(xué)方法

以學(xué)科競賽中的題目來強化知識互融的應(yīng)用,打破學(xué)科間的知識壁壘,在實際項目中提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。學(xué)科競賽以學(xué)生自學(xué)、自主設(shè)計為主,激發(fā)學(xué)生的主動性,持續(xù)促進學(xué)生的學(xué)科綜合能力發(fā)展。發(fā)展以學(xué)科競賽為引導(dǎo)的創(chuàng)新教學(xué)方法,有利于學(xué)生對交叉學(xué)科知識的運用,引導(dǎo)學(xué)生形成融合性的創(chuàng)新思維和實際運用能力。山東大學(xué)孫康寧教授響應(yīng)新工科的要求,提出了將知識、能力、實踐、創(chuàng)新一體化培養(yǎng)的教學(xué)方式,并設(shè)立了通過項目考核獲取競賽參與資格的制度,充分肯定了項目競賽對本科生創(chuàng)新能力的促進作用。[9]本科階段學(xué)生對學(xué)科競賽往往充滿較高的熱情,尤其是在國家政策的引導(dǎo)下,以“互聯(lián)網(wǎng)+”“挑戰(zhàn)杯”等為代表的比賽備受大學(xué)生的青睞,但這其中仍存在多方面的問題,如學(xué)生對于比賽難度缺乏準(zhǔn)確性把握和主動性探索。大多數(shù)學(xué)生以參賽為目的,缺乏自驅(qū)力和獲取有效信息的能力,對指導(dǎo)教師的依賴性較強。因此,發(fā)展以學(xué)科競賽為引導(dǎo)的創(chuàng)新教學(xué)方法,在教學(xué)中將創(chuàng)新類比賽、學(xué)科競賽的優(yōu)秀作品有機整合在課堂設(shè)計中并進行分享,對提高學(xué)生參賽的熱情度、認(rèn)真度和作品質(zhì)量有重要作用。

(三)交叉復(fù)合類人才培養(yǎng)體系

生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)涉及面廣,本科時期的知識結(jié)構(gòu)體系相對較淺,且社會提供的針對本科生生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的就業(yè)崗位數(shù)量少、匹配性差。面對當(dāng)下較為嚴(yán)峻的就業(yè)形勢,需要明確培養(yǎng)目標(biāo),加強學(xué)科間融合,發(fā)揮醫(yī)工融合在雙創(chuàng)實踐中的優(yōu)勢。生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)“醫(yī)·工”結(jié)合特色專業(yè)教學(xué)改革的根本是將“以生物醫(yī)學(xué)科學(xué)為支撐的醫(yī)學(xué)模式”向“以醫(yī)文、醫(yī)工、醫(yī)理、醫(yī)X 交叉學(xué)科為支撐的醫(yī)學(xué)模式”轉(zhuǎn)變,人才培養(yǎng)的目標(biāo)和實施路徑是在傳統(tǒng)的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的基礎(chǔ)上的繼承與創(chuàng)新。調(diào)整專業(yè)設(shè)置,集中發(fā)展優(yōu)勢學(xué)科,將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與專業(yè)知識有機結(jié)合,應(yīng)該更加注重醫(yī)學(xué)學(xué)科與工程學(xué)科內(nèi)容的相互滲透和交叉。打破學(xué)科間的知識壁壘,防止學(xué)科間邊緣過于細化、僵化。在形成課程結(jié)構(gòu)之前要全面衡量、重新配置,課程體系的構(gòu)建不僅需要滿足現(xiàn)代教育的需求,還需要對未來學(xué)科發(fā)展做出預(yù)測,適應(yīng)教育的新發(fā)展。

(四)多領(lǐng)域?qū)熃徊嬷笇?dǎo)

我校參照北京大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系的“小核心+大外部”的人才培養(yǎng)組織模式,創(chuàng)建集教育、培訓(xùn)、研發(fā)于一體的實踐平臺,醫(yī)工結(jié)合創(chuàng)新型教學(xué)隊伍是醫(yī)工結(jié)合跨學(xué)科人才培養(yǎng)的保證。[10]學(xué)校應(yīng)重視新興專業(yè)的發(fā)展與建設(shè),通過政策支持、鼓勵機制等方式,引進新型技術(shù)專業(yè)人才,將前沿技術(shù)推上講臺,推動學(xué)科間的交叉融合,實現(xiàn)跨學(xué)科間的師資團隊建設(shè)。基于現(xiàn)有的合作醫(yī)院與企業(yè),目前學(xué)生畢業(yè)論文的題目基本由校內(nèi)指導(dǎo)教師與臨床指導(dǎo)教師/企業(yè)指導(dǎo)教師共同確定,能夠?qū)ⅰ皵?shù)據(jù)—理論—技術(shù)”進行高效傳遞與融合,推動教育工作質(zhì)量以及效率的提升。但生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域各個方向?qū)I(yè)性較強,彼此了解需要較長的時間,交叉融合性不足。應(yīng)努力加強對研究課題的前沿性、應(yīng)用性方面的評估,通過不斷地創(chuàng)新突破推動學(xué)科的發(fā)展。

以創(chuàng)新為引領(lǐng)是新工科發(fā)展的核心要素,我國工業(yè)化和信息化的發(fā)展推動著工科教育模式的創(chuàng)新,以適應(yīng)世界變化的快速發(fā)展。醫(yī)學(xué)院校中的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)更應(yīng)把握好學(xué)科分布優(yōu)勢,成為醫(yī)學(xué)與工學(xué)交叉的強力紐帶,主動尋找醫(yī)學(xué)問題,在解決醫(yī)學(xué)問題的過程中突破技術(shù)創(chuàng)新,利用計算機、數(shù)學(xué)、物理等學(xué)科交叉技術(shù)輔助醫(yī)療。在培養(yǎng)環(huán)節(jié)中,建立高校、醫(yī)院和企業(yè)的“三方聯(lián)動”機制,將課程、學(xué)科競賽、畢業(yè)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容進行“串聯(lián)協(xié)同”設(shè)計,實現(xiàn)基礎(chǔ)知識、實踐技能、應(yīng)用創(chuàng)新的交互式、遞進式融合。