“理医工”课程实践平台在培养跨学科应用型医工人才上的探索*

李 田 胡慧娴 李佳曌

(1皖南医学院医学影像学院医学工程学教研室；
2皖南医学院科研处 安徽芜湖 241002)

根据十九大提出的健康中国发展战略，以“新工科”为指导思想，在地方医科院校建设生物医学工程专业，将能有力促进基础及临床医学的发展[1、2]。要实现这个目的，就要进一步和基础以及临床医学结合。

该课题提出了“理、医、工结合”的电工电子类课程工程实践能力培养模式，对跨学科应用型医工人才培养进行了系统性探索，简述如下。

1.1生物医学工程专业急需“医工”交叉的电工电子类基础课程

大多医科院校生物医学工程专业课主要是传统电类课程(例如电工学、数字电子技术基础、信号与系统等)，辅以部分生物医学类课程等。电工电子类课程的重要性不言而喻。[3]同时电工电子类课程和电子设备类课程是医学信息类专业和临床医学类专业的公共基础课。教学大纲明确要求学生应当熟悉一些医疗设备的相关电子学理论和实践操作技能，为医学专业课打下基础。

但由于电子类课程对物理和数学的要求高、难度大、抽象难懂，学生们学习积极性差、成绩不理想，医学生们更是难以理解开设这门课程的意义。推动电工电子类课程实践改革，有意识地在课程实践中“打开”医学设备将有助于提高学生对电子电工类课程的学习兴趣，有助于引导学生寻求医学和工学、理学学科之间的联系，有助于快速进入专业主干课程。

1.2理论脱离医学仪器的实践情况

很多医科院校生物医学工程专业、医学信息类专业和临床医学类专业中原有的电工电子类课程脱离传统工学的课程体系，缺乏与医学仪器、技术的密切联系，缺乏医科特色。虽然实践很多，但是缺乏医学相关性，对面向实际的生物医学问题缺乏敏感性。随着近些年“理医工结合”“新工科”发展形式的扩展与完善，越来越多的生物医学工程专业与临床医学专业的教师察觉到需对原来的课程实践教学具有针对的变革，促使其更符合当前人才培养的需求。[4、5]

1.3学生的实践学习缺乏“打开”设备的机会

电工电子类课程实践在大部分医科院校生物医学工程专业和临床医学专业没有开设或仅仅停留在验证实验层面，学生缺乏“打开”医学仪器的机会，更没有动手搭建医学仪器内部仿真电路模型的机会，与临床医学仪器设备脱节严重。不利于学生对电工电子类课程核心知识结构的掌握。

课题组结合教师教学后的概括与学生的意见反馈，发现目前的课程实践安排和“理医工相结合、服务临床”的课程发展方向存在一定错位。本课题组提出了理医工结合的电工电子类课程工程实践能力培养，引入更多的医学导向性实践平台的建设，从而深化学生对概念的理解，强化动手能力，新增面向生物医学应用的系统性探索性实践，以期提高学生对医学仪器和设备内部电路的理解和动手解决实际问题的能力。

为完成“理医工融合”的高质量人才培养的目标，使电工电子类课程实践教学跟上“新工科”教学改革的步伐，本课题组提出了巩固现有成果、深化课程实践改革、强化内涵建设、提高人才培养质量、力争可持续发展的工作目标。在加强电工电子类课程实践教学内涵建设的基础上，营造基于临床实际的实践教学氛围，培养学生强烈的求知欲望和创新思想。

2.1电工电子理论与实践并重的三级教学体系

理论与实践教学并重、“理医工融合”是课题组在生物医学工程专业培养人才过程一直坚守的教学理念。实施这一理念的管理教学体系，建立电工电子类课程是实践教学平台的主要问题。根据多年的实践管理教学经验，该课题组组建了电工电子类理论和实践结合的三级教学管理体系，如图1所示。

图1 三级教学管理体系

课程系列的负责人是“双肩挑”的管理者，不但需要对理论教学负责，还要对教学实践进行负责，把实践教学工作的改革放入课程建设，分化管理层的功能与课程建设的责任，落实理论和实践教学相并的课程管理和建设目标。

系列课程教学负责人负责一系列课程的教学改革和建设，包括任命和指导课程负责人和系列课程实践教学负责人。课程教学负责人由系列课程教学负责人任命，负责单一课程的教学管理和建设。系列课程实践教学负责人由系列课程负责人任命，负责系列课程实践的教学管理。在课程负责人的指导下，他们将实施和改进实践项目内容，执行课程负责人提交的实践教学计划，负责制定学生选课、实践教学日历，并落实系列实践课的准备和过程保障组织工作。

2.2电工电子类课程实践教学内涵建设

基于“以人为本”现代教育理念与生物医学工程交叉学科的特点，搭建电工电子类课程“理医工”结合培养实践平台。理医工融合培养策略示意图如图2所示。

图2 理医工融合实践培养策略示意图

在电工电子系列课程负责人和医学导师及理学导师充分沟通与协调的基础上，找到临床设备和技术中重要的电工电子问题，形成大家都关心的电工电子类课程实践培养内容，交予系列课程负责人。

细化课程实践内容分为项目管理、软件设计和硬件设计，学生和课程教师们实行双向选择，商量好每个学生的实践分工和任务。根据项目的进度安排，定时开展进度汇报会，对学生的工作展开指导，从而解决其碰到的问题。

形成初步研究成果后，再次开展理、医、工三方专家导师学术交流，强强联合，开展产学研合作，真正实现理、医、工融合，优势互补。

2.3实践保障体系

实践保障体系指实践教学开展之前、之中、之后所必要的准备、维护修理、登记记录等工作内容。各课题组导师确定各个学生的实践内容，商量实施方法和实践设备，并上报课程实践负责人登记。课程实践负责人和教师们准备实践设备及工具。在使用过程中，学生自我管理设备和工具，需要维修及时登记上报给课程实践负责人。

2.4综合实践成绩评价体系

合理的科学成绩评价体系是实践学生学习能力的标准，也是鼓励学生积极参与课程实践的关键方法之一。根据电工电子类实践课程的教学，课题组选定综合实践成绩评价过程。在这个体系中学生的实践成绩由文献查找、实践设计报告、实践过程、实践结果与分析、综合实践5部分组成(如图3所示)。

图3 电工电子类课程实践成绩评价体系

3.1以电工电子类课程实践中的CT实践课举例：

CT实践课程在上课前，由理、医、工三方专家导师联合制定电工电子类实践课程CT设备的学习内容。

CT实践总课时为10个课时，一般在1-2 课时该课题组多采用参观教学法(visiting teaching method)和讲授式(lecture-based learning，LBL)教学法，带学生参观真实CT设备的运行，学生各自收集CT设备的相关参数等。课下学生总结近几年国内外关于CT设备的研究成果，并撰写文献综述。

3-4课时多采用讲授式(lecture-based learning，LBL)教学法教授需要准确、连贯、系统掌握的CT基本内容，比如《医学物理学》中的光电效应和康普顿效应、《电工学》中的基尔霍夫定律、《模拟电子学》中的放大电路、《数字电子技术基础》中的AD和DA转换、《信号与系统》中的信号预处理。

5-8课时采用团队(team-based learning，TBL)教学法，根据学生和课程教师商定的分组原则，5人为一组，每个团队可参与学习CT设备的软件、硬件和项目管理的一个方向。组织实践学生“打开”报废的旧CT，学习CT内部的硬件电路、软件程序、人机界面、软硬链接等要点。引导实践学生利用仿真软件根据本组的学习内容，综合理论课程的学习，自行设计硬件电路或软件程序等。

9-10课时课题组多采用案例(case study based learning，CBL)教学法，引导和组织学生结合自身的研究成果，提出问题，团队之间互相交流，学生和课程教师之间互相交流，以期能够解决问题。并鼓励不同组别的学生(软件、硬件、项目管理分组不同)相互比对并讨论研究成果的结合点。课下学生完成实践报告，并分析实践结果。当学生问题不能很好的在课程中解决，提请理医工三方专家导师讨论。

课题组通过反复多次让学生掌握CT设备软硬件的具体细节，引导学生搜集与之紧密相关的前后知识与技能，最终实现让学生对CT有关核心基本概念及其基本操作技能、维修技能，既能“知其然”，更能“知其所以然”！后续对于在课程中发现的好设计，鼓励学生参加大学生创新创业计划、大学生计算机设计大赛、大学生挑战杯等课外比赛。研究成果可以提请理、医、工三方专家审定，申请产学研项目。

3.2 CT实例教学效果分析

如上所述，学生的学习目标是为掌握基础医学课程、临床医学课程以及电工电子学等多学科知识，并将其融入到医疗设备的运用中。这种能力最直接体现就是毕业生能否根据某个特定患者的CT病例来设置合适的CT参数。自项目开展以来，每年都有62名医学影像学专业的同学参与到CT教学新模式的教学中，并在大四下学期在指定的教学医院实习之前都需要参加CT影诊报告书写专项技能考核。考核的统计结果如表4。

表4 CT 典型病例核心参数设置教学模式三种教学效果比较

表4显示，2017届学生采用了传统的工科教学模式，而2021届学生是第一届在CT相关电工电子类课程中全面采用新教学方式的学生。数据表明，学生CT核心参数设置专项技能的优秀率逐年显著提高，而不合格率则逐年显著降低。特别是毕业学生的优秀率从2017届的4.92%提高到了2021届的19.00%，不及格率则从2017届的29.51%大幅降低到了2020届的1.20%。

表5中2018届、2019 届、2020 届混合教学模式比较，每年选取一个班(为对照组)采用传统的模式教学，另一个班使用全新的模式教学。表中可以看出采用新教学模式的优秀率总体高于传统教学模式，且不及格率大幅减少由14.19%降为1.97%。

表5 传统教学与新教学模式教学效果比较

在长达五年的实际教学实践中，能够明显感觉到，这种教学模式的组织方式能够激发学生的学习兴趣和积极性，使他们更加主动地参与到CT教学新模式中来。按要求学生仅需完成所在小组布置的主题任务，试行新模式教学后，很多学生会再选择1～2 个主题任务来参加讨论。学生参与活动的过程能够完全发挥团队的分工协作精神以科学严肃的心态为就业后的科研工作打下坚实的基础[6]。同时，显著提升学生参与CT教学新模式的积极性，有助于培养学生的自主学习能力和自我管理能力，批判性思维和创新能力，从而达到教学相长的良好循环。

随着科技的飞速发展，医学领域也在不断地突破传统限制，与人工智能、大数据等高端智能技术相互结合。为了更好地培养适应社会需求的跨学科应用型医工人才，该课题旨在构建一个实践平台，通过理论和实际临床情况相结合、管理和保障相结合、评价和过程相结合、创新精神培养和知识传播相结合的方式，引导学生理解医学和工学、理学学科之间的联系，帮助他们快速进入专业主干课程。实践平台的构建，有效地提高学生的专业创新实践能力，为他们未来从事医学领域的工作打下坚实的基础。同时，有助于推动医学领域的技术创新和发展，为我国医疗事业的进步做出贡献。

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