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關鍵詞：教學模式改革;人體解剖生理學;醫工結合;自主學習

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）42-0082-03

一、引言

人體解剖生理學是研究人體各部分形態、結構及人體生命活動的規律或生理功能的科學。在生物醫學工程和醫學信息工程等工科專業中，它是醫學基礎類課程，也是必修的專業基礎課。生物醫學工程等工科專業是交叉學科，它綜合工程學、生物學和醫學的理論和方法，從不同層次研究人體系統的狀態變化，并運用工程技術手段去解決醫學中的相關問題。因此，生物醫學工程專業的學生培養需要生物學、醫學和工程學的相關理論和知識。對生物醫學工程等相關工科專業的學生開設《人體解剖生理學》課程，是專業知識結構的需要，也是后續的生物醫學信號處理、生物醫學系統建模與仿真、醫療儀器等專業課程的重要醫學基礎。學習《人體解剖生理學》知識，能夠使學生了解人類醫療、保健方面的需求，更重要的是，能夠啟發學生在未來的學習和工作中發現醫工結合的交叉點，促進學生圍繞生物醫學工程的專業方向進行創新性研究和工作。

二、生物醫學工程等專業中《人體解剖生理學》教學現狀

目前，我國生物醫學工程專業大多在工科院校和醫學院校中開設，由于這一專業學科交叉的特殊性，在培養模式方面容易出現偏重于工科或偏重于醫科的現象，沒有真正體現出醫學工程的多學科交叉的特點。此外，在這些專業中，其醫學基礎課程和工科專業課程獨立開設，尤其是所開設的《人體解剖生理學》課程，學科獨立性較強，存在醫學基礎課和后續專業課教學相互脫節的問題。進一步分析這些專業對《人體解剖生理學》課程的教學要求發現，作為醫學基礎課，該課程的教學內容需要涉及人體解剖學、生理學及病理學等幾門課程，內容體量大、理論性強，然而課時方面卻基本要求在一個學期內的幾十個學時內完成該課程教學。在這種情況下，如何高效、高品質地完成大體量的教學內容，達到生物醫學工程等醫工結合專業對該課程的知識要求，是《人體解剖生理學》課程教學需要不斷探索的課題。

現有的《人體解剖生理學》教學方法研究大多是在生命科學專業和醫學臨床專業中開展，而在生物醫學工程等醫工結合專業中，該課程的教學方法僅有少數教學研究開展。作為專業基礎課，《人體解剖生理學》課程在這些專業中應該如何開展教學？如何體現工科專業特色？如何體現學科交叉特點？實際的教學工作急需有新方法的探索。因此，這些問題的研究不僅對醫工結合專業的培養質量提高有幫助，同時，也是高等醫學教育研究的重要組成部分。

我們所在的生物醫學工程專業是在工科院校背景中開設的，依托工科背景，在工程基礎課程教學方面，師資條件和實驗條件相對比較成熟，然而在醫學基礎課程教學方面，存在醫學學科基礎薄弱，教學改革之前教學模式傳統、單一的問題，沒有很好地突出生物醫學工程的工科特色和學科交叉特點。更為突出的問題是，這種沿襲傳統醫學專業的教學模式在工科院校中教學效果不理想，教學負擔重。針對這些問題，我們以服務專業建設為出發點，提出開展具有工科專業特色的《人體解剖生理學》教學改革，分別從課程內容選擇、自主學習能力的培養、實驗和實踐環節結合以及改革考核模式等方面開展。

三、課程教學改革的主要內容

（一）合理安排課程內容，科學設計課程體系，突出醫工結合專業特色

以生理系統為框架整理課程內容，開展以生理系統為單元的專題教學，突出教學重點、難點。在該課程中，細胞基本生理功能尤其是生物電的生理機制、循環系統、泌尿系統、神經系統等章節是重點和難點，其中的心電、腦電、肌電與生物醫學工程重要的研究領域密切相關。這些章節的教學會重點講解，內容包括解剖結構、生理功能及相關的工程應用;而運動系統、消化系統等章節內容系統性較強，相對容易理解，這部分內容的教學方式設計采用教師指導下的自學，教師把章節的內容梗概在課堂上講解，具體內容布置學生課下自學，并要求學生寫出自學報告，這樣區別分配授課時間，既突出了教學重點，也解決了課程體量大而課時少的矛盾。

為更好地服務于生物醫學工程專業的學科交叉特點，在教學過程中注意整理、添加與工程應用和醫學臨床相關的內容，比如，在講解循環系統時增加對血管支架、人工瓣膜、人工起搏器等生物醫學工程材料、儀器工作原理的介紹，同時結合生理功能的原理給出問題，讓學生分析，比如，“更換人工起搏器時為什么不能直接關閉起搏器，而是要逐步減慢人工起搏器的搏動頻率？”;再如，在泌尿系統的教學中，在講解腎單位結構的基礎上，提出“尿液是如何產生的？臨床使用的人工透析機是如何工作的？”等問題，啟發學生關注這些醫工結合點，讓他們帶著問題去查閱資料，并在課堂討論時給出自己的觀點。這些教學過程不僅激發了學生的學習興趣，而且為以后《醫療儀器》等專業課程的學習打下了基礎，建立了醫學基礎課和專業課之間的聯系。更重要的是，這個過程培養了學生自主學習能力，啟發學生在未來的專業學習和工作中尋找醫工結合的交叉點，對培養學生的創新思維具有重要作用。

（二）結合優質網絡教學資源拓展學生的專業視野，培養自主學習能力

網絡公開課等視頻資源把優勢教育資源通過網絡向公眾傳播，是寶貴的學習資源，《人體解剖生理學》的教學過程中引入了網絡視頻公開課、課程相關專題紀錄片及文獻數據庫等資源，拓展學生的專業視野，培養自主學習能力，同時也彌補了《人體解剖生理學》課程內容體量大而課時有限的矛盾。我校圖書館有國內外著名大學的公開課視頻，比如，中南大學湘雅醫學院的《人體解剖學》網絡公開課程，斯坦福大學的《人體解剖學》課程，香港中文大學《語言與大腦》視頻公開課，杜克大學的《人體生理學導論》等等，這些課程由資深的專家教授進行全程教學，內容清晰、詳實。在課程教學過程中，教師根據課程進度介紹這些視頻公開課給學生課下自學，并提出相關的問題啟發學生思考;在課堂教學時，教師會組織學生對自學情況做簡要的討論和總結。此外，課程內容相關的專題紀錄片也對課程教學做了很好的補充，這些影片由專業團隊拍攝，案例豐富，制作精美，觀賞性強，學生被紀錄片內容吸引的同時，也激發了課程學習的興趣。比如，在講解神經系統的高級功能――睡眠功能時，鏈接《人體奧秘》睡眠專題的記錄片，片中通過豐富的案例對睡眠過程進行講解，使學生對睡眠功能和研究現狀有深入了解，教師針對紀錄片中涉及的重要生理學現象提出問題讓學生思考，如：“為什么睡眠對人體是必須的？”、“快速眼動睡眠和記憶有什么聯系？”等等，通過這些環節，不僅豐富了學生的學習資源，更重要的是，在這種教學過程中，培養了學生深入思考、自主學習的能力，加深了對專業知識的理解。

（三）重視實驗環節教學

該課程配套有《人體解剖生理學》實驗課程，在課程教學中注意理論教學和實驗環節的配合和銜接，開設的實驗都涉及課程中的重點、難點內容。比如，生物電部分是該課程的重點、難點內容，圍繞生物電內容設置了神經肌肉電生理、大鼠心電圖描記、大鼠運動感覺皮層腦電信號的獲取、人體腦電圖描記等四個實驗，讓學生認識不同類型的生物電，并通過生理信號分析系統對獲取的生物電信號進行分析，實驗中教師提出思考題，比如“如何獲得好的心電圖描記？”，這些實驗操作和思考題將啟發學生深入的認識生物電，為以后學習生物醫學信號處理等專業課打下了基礎。這些操作加深了對理論的理解，同時也逐步建立和后續專業課的聯系。

（四）改革課程考核方法

完善考評體系，由以往對知識點的考查為重心轉為以能力考查為重心，從以結果評價為主向結果過程評價結合為主轉變。考核也應具有一定的靈活性。通過增大平時成績比例來改變考核構成，如平時作業（主要是章節重點內容的訓練等）占15%、專題討論表現占15%、自學模塊表現（以討論和讀書報告形式體現）占15%，課堂回答問題情況占5%。減少閉卷考試中固定答案的題目、增加主觀題目的分值等辦法，期末考試成績在總評成績中占50%，重點考察學生對問題的理解能力、運用能力。并且，把這種考核模式在開課之初就對學生明確指出，使學生在課程學習的過程中更注重這些能力的培養，從而把考試也作為教學的手段之一。

四、教學改革的思考和展望

經過近幾年的教學改革實踐，我們發現，注重醫工結合、突出工科專業特色的《人體解剖生理學》教學對提高學生的自主學習能力，夯實專業基礎有很大幫助，符合培養復合型人才的教育理念。在以后的教學研究中，我們會更加注重《人體解剖生理學》與工程應用和醫學臨床現象的結合，突出醫工結合特色，注重學生自主學習能力的培養，開展具有工科專業特色的醫學基礎課教學模式探索。此外，目前尚未見有生物醫學工程等醫工結合專業專用的《人體解剖生理學》教材，結合正在開展的這種面向工科專業的醫學基礎課教學模式改革，收集整理相關的課程資料和各類教學模塊的內容，嘗試編寫面向工科專業的《人體解剖生理學》教材，既是對我們開展的教學改革實踐的歸納和總結，更希望能對醫工結合專業中醫學基礎課程的教學模式進行豐富和補充。

參考文獻：

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關鍵詞：生物醫學工程；微機原理；實驗教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）50-0087-02

生物醫學工程主要運用工程技術手段，研究和解決生物學、醫學中的有關問題，涉及生物材料、人工器官、醫學儀器設計、生物醫學信號處理方法、醫學成像和圖像處理方法等，在疾病的預防、診斷、治療、康復等方面發揮著巨大的作用。南京郵電大學生物醫學工程專業是近年來新發展的專業方向，在學校構建以“大信息”為主干的學科專業體系的背景下，基于信號與信息處理強勢學科的支撐，通過專業課程教學改革，構建專業集成創新實驗平臺，凝練專業特點與優勢，是提高學生專業素養，培養創新型人才，增強競爭優勢的重要手段。

現代電子醫療儀器很大一部分采用了基于微機的虛擬儀器設計方法，因此微機原理課程在電子信息類生物醫學工程專業的本科教育課程體系中占據著舉足輕重的位置。微機原理是一門實踐性很強的課程，實驗是教學的重要環節。為提升實驗教學的效果，體現專業特色，結合特色專業與生物醫學工程集成創新實驗平臺的建設，我們重點對微機原理課程的實驗教學進行了改革，將基礎實驗融入理論課學習過程中，加強綜合性專業特色實驗。在實驗設計中注意與其他專業課程的前后銜接，并配以相關的開放實驗，形成課內課外的綜合實驗體系，以達到同時提升理論基礎與實踐能力學習的效果。

一、微機原理課程與生物醫學工程

微機原理課程知識點多、實踐性綜合性強。課程的目的和任務在于使學生能夠較全面深入地了解計算機系統的組成和16/32位微機系統的原理；能夠掌握匯編語言程序設計的基本方法以及微機接口的基本原理。需要配備豐富的實驗內容，通過理論與實踐教學的有機結合，使學生從理論到實踐，再從實踐到理論的認知過程中獲得知識、增強能力。結合生物醫學工程專業的特點，我們將微機原理課程的教學總體目標設定為掌握基于微機的虛擬醫學儀器的設計方法。

一般電子專業的微機原理教學會配置與理論課時相當的獨立實驗課程，而由于生物醫學工程專業屬于交叉學科，專業課程多，總體課時的限制造成微機原理課程的實驗課時配置較少，相應的實驗內容也較為簡單，綜合性不強；另一方面，實驗的設計也是沿襲傳統微機原理實驗的方式，沒有很好地體現生物醫學工程專業的特色，很難達到原定的課程教學目標。

二、課程教學改革

針對以上問題，我們主要針對生物醫學工程專業的微機原理課程實驗教學體系進行了系統性的改革，包括課內實驗、專業實驗教學體系以及開放實驗體系均進行了重新規劃與設計。

1.課內實驗改革。針對實驗課時較少，以及理論教學與實驗脫節的問題，我們通過將教學場所從教室改到實驗室，在每次理論課教學中都加入了短時間的隨堂上機實驗，針對該次教學的理論內容設計實驗，將實驗融入到理論課程中。微機原理的理論內容較為枯燥，單純地講述和教師演示的方法不能給學生留下很深的印象，而通過隨堂實驗的實際操作，學生可以更深刻地理解剛學習的理論知識，并且可以很大地提高學習的興趣。

另一方面，通過隨堂實驗，學生在理論課中得到了基本的實驗訓練，掌握了基本的編程技能，在專門的實驗課時中，我們即可設計一些綜合性的有專業特色的實驗內容，如心電信號采集系統的設計實驗。該實驗利用了實驗室已有的微機原理實驗箱，以及為《生物醫學傳感器》和《醫學儀器原理》課程配置的醫學電子教學綜合實驗箱，實驗內容綜合了匯編語言程序設計、A/D數據采集以及串口通信等課程知識點，利用隨堂實驗完成的軟硬件功能模塊，綜合設計實現了一個簡單但相對完整的基于微機的虛擬醫學儀器，很好地體現了綜合性與專業特色。

2.專業實驗教學體系改革。微機原理課程作為生物醫學工程集成創新實驗平臺建設的一個重要環節，在實驗設計中還需加強前后知識體系的銜接，與之相關的專業課程包括《生物醫學傳感器》、《醫學儀器原理》以及《醫學信號處理》等。通過對這些課程實驗的統一設計，建立完整的實驗體系。如我們以心電圖信號為線索，在《生物醫學傳感器》課程中設計了心電傳感器實驗，在《微機原理》課程中設計了前述的心電信號采集系統實驗，在《醫學儀器原理》課程中設計了心電放大器設計實驗，在《醫學信號處理》中設計了心電圖分析實驗。學生通過這樣一系列的理論與實驗課程學習，不僅能夠更深刻理解各門課程的理論內容，并且能夠掌握電子醫療儀器設備的較為完整的實際開發過程。

3.開放性實驗體系。開放性實驗教學作為一種新的實驗教學手段，有助于形成適應應用型創新人才需求的合理培養模式，符合現階段社會對人才類型、結構的需求，是培養應用型創新人才的必由之路，而培養應用型創新人才則是開放性實驗教學的指導思想和目標。

作為課內實驗的補充提高，以及創新性實驗計劃的體現，依托微機原理課程及實驗平臺，我們構建了一系列的具有專業特色的開放實驗。開放實驗課題，由指導教師結合科研工作，設計具有一定實用性、前沿性和探索性的集成創新實驗課題，學生自由選擇，作為課程實驗的有益補充與擴展，形成課內課外的綜合實驗體系。

實驗過程中我們開展任務驅動式實驗教學，提出明確而適度的任務，激發學生學習興趣；同時，注意難度與工作量適度，根據每個學生的不同能力差異設置不同的任務，防止因任務難度過大學生無法達成任務而造成積極性受挫、放棄任務的局面。另一方面，合理分解任務，提倡學生間的協作學習，通過小組討論、協商，在有限的時間內以互相學習的方法進一步深化對開放實驗課題的認識，同時培養學生的協作精神。

三、結論

實踐證明，微機原理實驗教學改革以及專業集成創新平臺的建設，大大改善了教學效果，極大地激發了學生的學習熱情，并使學生系統地接受科學思維方法、科學發現模式的教育和培訓，提升了學生的創新實踐能力，滿足了行業發展對應用型人才的需求。

參考文獻：

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[3]胡曉飛，曹正林，王俊.信息時代《生物醫學傳感器》課程教改探索[J].湖州職業技術學院學報，2011，（1）：18-21.

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    生物醫學工程學是融合理工科學和生物醫學的 理論和方法逐步成長起來的邊緣性學科，其基本任 務是運用理工科原理和工程技術方法，研究和解決 醫學和生物學中的相關問題。作為一門獨立學科發 展的歷史尚不足50年，隨著現代科學技術的進步， 生物醫學工程學科得到了長足的發展。它在保障人 類健康和推進疾病的預防、診斷、治療、康復等技術 進步所起的作用日益增強，已經成為當前醫療衛生 健康發展的重要基礎和有力技術支撐。

20世紀60年代，美國一些著名大學先后開啟了生物醫學工程學科的建設，相繼啟動了生物醫學 工程專業人才的培養。美國的生物醫學工程教育特 點是在技術產業化需求驅動建立起來的具有其自身 特性,且反映了生物醫學工程學科建設與發展的前 沿特征。各個學校的本科教育課程雖然具有自己的 特色,但在課程設置上大致可以分為科學基礎課程、 專業核心課程、關注領域課程、設計課程、人文與社 會科學課程、專業選修課程及其他選修課程等六 類Q_2。不同學校本科課程的主要差異體現在專業 選修課程及其他選修課程的設置上，各個學校根據 自身的生物醫學工程領域的研究方向和研究水平特 點開設一些相應的選修課程，并培養學生在相應方 向上的研究探索實踐能力。這是美國生物醫學工程 本科教育的基本特點。

我國生物醫學工程專業教育起步于20世紀80 年代,主要發源于著名工科院校的信息技術類專業 和力學專業,進而逐漸形成的生物醫學工程專業教 育,后來，_些醫學院校在醫學物理和醫用計算機技 術的基礎上相繼開展了生物醫學工程專業教育，于 是在我國基本上形成了這樣兩種類型的生物醫學工 程學科[4_3。上述兩類院校的生物醫學工程學科建 設發展模式各具側重,遵循了共同的學科基礎,在培 養生物醫學工程專業人才的應用層面上有顯著特 點。相對來說,工科院校的生物醫學工程培養模式 注重工程技術的開發和功能拓展，醫科院校則注重 醫學與工程結合、工程技術在醫學中的綜合應用。

1 中國生物醫學工程學科發展思路

    生物醫學工程是一種交叉學科，交叉的學科基 礎及其融合的緊密程度決定了生物醫學工程學科的 發展水平,交叉的學科發展推動著生物醫學工程學 科的發展,并且使得生物醫學工程學科研究領域變 得十分廣泛,而且處在不斷發展之中。

1.1學科發展軌跡在中國，基于電子信息工程發展而來的生物醫 學工程學科，主要包括生物醫學儀器、生物醫學信號 檢測與處理、生物醫學信息計算分析、生物醫學成像 及圖像處理分析、生物醫學系統建模與仿真、臨床治 療與康復的工程優化方法、手術規劃圖像仿真以及 圖像導引手術及放療優化等；有基于力學發展而來 的生物醫學工程學科，主要包括生物流體力學、生物 固體力學、運動生物力學、計算生物力學和微觀尺度 的細胞生物力學等；基于化學材料工程發展而來的 生物醫學工程學科，主要包括生物材料學、組織工程 與人工器官、物理因子的生物化學效應等。

1.2學科發展特點作為交叉學科的生物醫學工程學科，其發展的 關鍵在于交叉學科間的交叉融合。構建一種良好的 交叉結構,對推動交叉學科的發展具有至關重要的 作用。約翰霍普金斯大學對于生物醫學工程這樣的 交叉學科的描述有一個形象的說法：交叉學科如同 在不同學科之間建立起連接橋梁,如果在河兩岸沒 有堅實的基礎,橋是無法建立好的,對于生物醫學工 程這樣一座建立在兩個不同學科之間的橋來說,它的 發展要求具有堅實的交叉學科基礎和交叉學科緊密 融合深度。那么在生物醫學工程學科構建良好的交 叉結構,需要選取具有理論支撐和技術支撐的主干學科進行交叉,凝練學科方向,不能大而全,過于寬泛。

目前，醫學儀器和醫學成像技術具有良好的應 用和發展前景,應該成為生物醫學工程學科的重點 發展方向。醫學儀器和醫學成像設備能有力推動醫 療產業的發展。醫療儀器和醫學成像設備是現代醫 療器械產業中的主流產品，在產業發展中起著主導 和引領作用。其發展水平已成為一個國家綜合經濟 技術實力與水平的重要標志之一。產業化驅動也是 學科發展的一種動力，也為學生未來職業發展奠定 良好的基礎。基于醫療衛生健康事業的需求和生命 科學發展的大趨勢，生物醫學工程學科應大力促進 醫學儀器和醫學成像方法的學科建設,從而提升整 個學科的發展水平。

生物醫學工程學科的建設離不開一流的學術研 究和學術成果的應用。一流的學術研究不但能提升 學科的發展水平,而且能開拓學科縱深發展,產生良 好的經濟效益和社會效益，進而增強學科服務社會 發展的能力。學術研究的前瞻性和創新性將確保學 科建設的發展動力和趨勢以及學科發展的活力。

交叉學科往往具有不同程度的可替代性。可替 代性程度越高，交叉學科存在的必要性就越小。如 何減小生物醫學工程學科可替代性的程度是需要深 入思考的，是需要提升學科的特異性的。生物醫學 工程學的學術研究主要包括應用理論研究和理論應 用研究,應用理論研究主要涉及生物醫學工程領域 所需要解決的科學問題，開展新理論、新方法的研 究。 理論應用研究主要涉及生物醫學工程領域所需 要解決的科學和技術問題,借助理工科的相關理論 和方法開展應用基礎研究和應用研究。應用理論研 究是理論驅動型的學術研究，理論應用研究是應用 驅動型的學術研究。 理論驅動型和應用驅動型是生 物醫學工程學科學術研究的兩種主要模式。 理工科 大學具有良好的理論創新基礎和強大的交叉的學科 背景，開展理論驅動型研究具有自身優勢。醫學院 校具有豐富的醫學資源，面臨著大量需要應用理工 知識解決的醫學問題,開展應用驅動型研究,將很好 地實現與醫學的應用融合，具有較好的臨床應用價 值,有力推進醫學的進步與發展。各自的學術優勢 將有利于生物醫學工程學科特色發展,從而增強其 不可替代的程度，實現學科可持續創新發展。

1.3學科體系作為一級學科的生物醫學工程，包含學科的理 論體系和技術體系，且該體系離不開所交叉的學科 的理論體系和技術體系的支撐，此外生物醫學工程 學科理論體系和技術體系既要有學科自身的特色， 又要具有可持續發展和一定程度上的不可替代性， 這樣學科才會有旺盛的生命力。要面向醫療衛生、 生物科學所涉及的重大、重要技術理論問題及基礎 應用開展學術研究。實現良好的學術研究定位,形 成自己的理論體系和技術體系。

2 大數據時代的生物醫學工程學科發展

    守正創新是生物醫學工程學科發展的必由之 路,人類已進入大數據時代,所謂大數據（big data), 或稱海量數據，是指由于數據容量太龐大和數據來 源過于復雜,無法在一定時間內用常規工具軟件對 其內容進行獲取、管理、存儲、檢索、共享、傳輸、挖掘 和分析處理的數據集。大數據具有“4V ”特征:①數 據容量（volume)大;②數據種類（variety)多，常常具 有不同的數據類型和數據來源；③動態變化 (velocity)快,如各種動態數據，非平穩數據，時效性 要求高;④科學價值(value)大,盡管目前利用率低, 卻常常蘊藏著新知識和重要特征價值或具有重要預 測價值。大數據是需要新的分析處理模式才能挖掘 分析出其蘊藏的重要特征信息[<3。

人體生老病死的生命過程就是一個不斷涌現的 生物醫學大數據發生源，這種源源不斷的生物醫學 大數據的檢測、處理與分析,將給生物醫學工程學科 的建設與發展帶來新的機遇和挑戰。模式識別、人 工智能、數據挖掘和機器學習的發展將帶動大數據 處理技術的進步。生物醫學大數據廣泛涉及人類醫 療衛生健康相關的各個領域：臨床醫療、基礎醫學、 公共衛生、醫藥研發、臨床工程、心里、行為與情緒、 人類遺傳學與組學、基因和蛋白質組學、遠程醫療、 健康網絡信息等，可謂包羅萬象,紛繁復雜。生物醫 學大數據中蘊藏了種種有科學價值的信息,研究有 效的大數據挖掘的新理論、新技術和新方法,對生物 醫學大數據進行關聯和融合計算分析，充分挖掘生 物醫學大數據中的信息關聯和特征關聯和數據空間 映射關聯,既能為疾病的預防、發生發展、診斷和治 療康復提供系統化的全新的認識，有利于深入疾病 機理研究分析，開展個性化診療。還可以通過整合 系統生物學與臨床數據，更準確地預測個體患病風 險和預后,有針對性地實施預防和治療。

生物醫學工程學科所面臨的生物醫學大數據主 要包括多模態醫學影像數據、多種類醫學信號數據 以及基因和蛋白質組學的生物信息數據。生物醫學 大數據在生物醫學工程學科領域內有著廣泛深遠的 應用前景,從三個方面應用將推動生物醫學工程學 科的發展。

(1) 開展多模態影像大數據計算分析。醫學影 像學科的發展從早期看得到，到看得清，目前的看得 準,未來的趨勢是看得早。只有看得準和看得早才 有利于臨床早期干預，提高治療預期。醫學影像大 數據計算分析在影像診斷、手術計劃、圖像導引、遠 程醫療和病程跟蹤將發揮越來越大的作用。

建立新的醫學影像大數據計算分析模型和數值 計算方法,挖掘多模態影像數據的特征數據和特征 關聯,將會提供強有力的影像診斷分析手段,極大地 推動影像技術的發展，具有重要的臨床應用價值和 科學價值。

(2) 開展多種類醫學信號大數據計算分析。醫 學信號大多直接產生于生理和病理過程中的信號， 能在不同層面上表達生理和病理相關機制特征。融 合多種醫學信號的大數據計算分析，能對生理病理 過程進行更好更全面的闡釋，不僅能深入了解生理 病理的狀態特征和過程特征，而且能實現個體健康 監測和管理。可以很好地開展回顧性研究和前瞻性 研究,推進系統化的醫學應用研究。實現強大的多 種醫學信號數據的特征挖掘及特征關聯計算分析。 大數據挖掘能夠增加準確度和發現弱關聯的能力， 能更好地認識生理病理現象和本質。

(3) 開展基因和蛋白質組學的生物信息大數據 計算分析。基因組學、蛋白質組學、系統生物學和比 較基因組學的不斷發展涌現了海量的需要計算分析 的生物信息數據，已進入計算系統生物學的時代。 開展生物信息大數據計算分析，可以拓展組學研究 及不同組學間的關聯研究。從環境交互、個體生活 方式、心里行為等暴露組學，至細胞分子水平上的基 因組學、表觀組學、轉錄組學、蛋白質組學、代謝組 學、基因蛋白質調控網絡,再到人類健康和疾病狀態 的表型組學等不同層面不同方向上實現大規模的關 聯計算分析，可以全面闡述生命過程機制,挖掘生命 過程特征及關聯特征。

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1臨床醫學工程專業課程體系的調整

1.1醫學院校臨床醫學工程應用型人才培養目標醫學院校的臨床醫學工程應用型人才以醫療設備的全程技術管理、信息系統的維護、影像工程科等為主。通過4年專業學習，學生對于醫療儀器有比較深入的了解，側重于理論的應用，能夠對儀器進行基本的保養、維護和一般性維修；對于儀器的醫學應用比較了解，在醫生和儀器提供者之間起橋梁作用，承擔部分儀器的高效使用、改造等任務。同時也可以成為醫學儀器生產廠家的運行、維護、安裝、研發等專業技術人才。

1.2專業課程以原理為基礎，兼顧應用堅持“重人品，厚基礎，強能力，寬適應”的人才培養模式[5]，接受先進的理論和技術。專業課程設置可分以下幾大類：醫學儀器與圖像處理類，包括電路、數字圖像處理、傳感器等；微機原理以及應用類，包括單片機、計算機原理及應用、醫學信息系統等；醫學基礎類，包括系統解剖學、生理學等；生物醫學工程專業課程，包括生物力學、生物材料、醫學傳感器等。教學以“學為主，教為導”的方法，采取啟發式、討論式教學[6]。授課以原理為基礎，不要求復雜的公式推導，但是要有定性的概念，例如超聲探頭高頻低頻的應用差別。由于設備更新換代很快，無需糾結于某個特定型號的設備并研究其具體功能，應概括性介紹醫學設備的應用。開設理論教學與實地教學相結合，與醫院合作，組織學生到醫院參觀學習，請相關業務人員介紹醫療儀器和系統的軟件以及硬件設備，及其實際運行情況，使學生有更直觀的認識。

1.3引入醫療器械風險管理的概念，加強學生醫療風險意識在基礎專業課程教學的同時，引入醫療器械風險管理的概念。表1為制造商對某設備風險的可能性評估。表格左列為危險的可能性分類，首行為危險的嚴重性分類，陰影區是可用性測試工程師優先考慮的內容。風險分為R1、R2、R3、R4、R5、R6等6個等級。醫療器械的風險管理貫穿于產品的整個壽命周期，在設備的使用過程中仍可能存在，因此醫療工程人員需要具有醫療風險意識。在教學中，引入醫療器械風險管理的概念，讓學生了解醫療環境下多種因素都有可能造成醫療設備的使用風險，同時讓學生感到學習臨床醫學工程在醫院工作“有用武之地”。

1.4以研帶教，直觀認識醫療風險在理論學習的基礎上兼顧研究和應用，培養學生科研能力的同時，加深學生對醫療風險的認識程度。例如，我們對RFID標簽在高磁場下應用的安全性進行測評[7-8]，通過實驗發現，13.56M無源RFID標簽作為患者標識，在1.5T磁場下持續使用對自身安全正確使用沒有影響，但是其可能影響核磁成像的信號及噪聲水平，形成偽影，見圖1。由此可見，通過簡單的研究發現臨床環境中風險因素隨時可能被引入。開展創新性研究實驗，在培養學生思維邏輯能力、分析解決問題的能力以及科研實踐能力的同時，提升學生對臨床醫學工程專業的興趣，更有利于學生今后的擇業意向。

2結語

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關鍵詞 生物醫學工程；專業英語；教學改革

中圖分類號：H319.1 文獻標識碼：B 文章編號：1671-489X(2012)18-0077-02

生物醫學工程專業英語是高校生物醫學工程專業普遍開設的專業課程之一，課程內容包括本專業知識和英語知識，與學生在大一大二時上的大學英語課有所不同。筆者根據近年在河南科技大學醫學技術與工程學院生物醫學工程專業英語課中的教學經驗，結合大多數學生的反饋，總結生物醫學工程專業英語課程教學過程中的缺點與不足，并在教材編寫、教學方式、學習方法和技巧等方面提出改革措施。

1 教學中存在的問題

1.1 教材老化

河南科技大學醫學技術與工程學院生物醫學工程專業英語一直使用幾年前的自編教材，教材內容單調，沒有系統性。生物醫學工程領域的發展日新月異，教材無法緊跟時代，顯得有些老化，需要選擇更合適的教材。但目前生物醫學工程專業英語缺乏統一的教材，難以滿足教學要求，更達不到培養既通外語又懂專業的復合型人才的要求[1]。

1.2 教學方式落后

目前高校對專業英語的教學并沒有足夠的重視，教學方式大部分仍然是傳統的板書，而生物醫學工程專業英語的特點是醫學名詞多，合成詞多，單詞長，拼寫難，長句較多，但句子結構并不難，語法較簡單。以板書的方式教學，形式單一，實際講授內容較少，學生感覺枯燥而且難學，普遍不感興趣，因此急需改革教學方法，調動學生的積極性。

1.3 考核方式單一

專業英語期末考核往往是由任課教師從教材或其他英語文獻中摘取幾段讓學生翻譯成漢語，這種考核方式太單一，與一般的英語考試也有所區別，而且與學生聽說讀寫的英語綜合能力考核的要求相差甚遠。

2 教學改革的3個方面

針對以上教學中存在的問題，結合學院的實際，在生物醫學工程專業英語課程的教學改革中應明確：以提高學生專業英語水平為目標，重新編寫教材，改革教學方法，引入多媒體教學，提高學生的學習興趣，并改革課程考試方法，真正考察學生對課程掌握情況及英語水平的進步程度。

2.1 重新編寫教材

針對生物醫學工程專業已學完公共英語的大三學生重新編寫一本專業英語教材。生物醫學工程是運用工程技術手段解決生物學及醫學上的問題，保障人類健康，為疾病的預防、診斷、治療和康復服務的一門交叉學科，內容廣泛，因此在選材時要充分考慮專業領域最新的發展方向，系統規劃，利用各種資源開發教材，確保章節、單元內容適應專業課的教學需求。所編教材共有6個單元的內容：第一單元是生物醫學工程專業簡介，包括專業發展歷史及現狀、具體涉及的領域及生物醫學工程師的具體工作；第二單元是常用生物醫學儀器的介紹；第三單元是醫學影像學的各種方法、目前醫院及科研中常見的各種影像儀器的原理與使用等；第四單元是醫院管理，主要介紹醫院管理系統HIS及其下屬的各個小系統，以PACS為重點進行分析；第五單元是生物材料和組織工程；第六單元是康復工程和生物力學。

2.2 使用多媒體教學方式

專業英語課程使用板書的教學方式會因為書寫板書而浪費很多時間，課堂教學效果也不是很好。而采用多媒體教學，教師可以充分地利用課堂時間為學生講解課文中的生詞、長句，通過多媒體教學軟件的演示，將語言、文字、圖像等多種與課程內容相關的信息顯示在屏幕上，使原本枯燥的內容變得有聲有色，大大提高了學生學習的興趣，激發了學生學習的積極性、主動性，授課效率大有提高。比如較長的專業詞匯，學生剛學時感到很吃力，教師可以通過多媒體教學聲音與動畫結合的演示，將單詞的拼寫以動畫的形式在屏幕上演示，并在課件中加入單詞的讀音；而文中的長句則可以用不同的顏色標出句子的主干及關鍵詞，這樣加深學生對生詞和長難句的理解和記憶，教學效果很好。

2.3 課程考核方法的改進

盡管目前已有很多高校取消了英語四六級考試與畢業掛鉤的要求，但由于就業困難，許多大學生仍然十分重視四六級考試。因此，在專業英語的課程考核當中，可以考慮使用四六級考試的多樣化題型來考查專業英語的內容，而不僅僅像以前那樣簡單地出一些翻譯題型。這樣不僅考核了專業英語的學習情況，對學生來說也是一次四六級考試的實戰練習，引起學生的重視，也提高了積極性。

3 總結

通過教學改革實踐，不僅能夠提高學生對專業英語課程的學習興趣，調動學生學習的積極性，而且豐富了教學手段，優化了課堂教學效果，使學生通過學習不僅能夠學到英語知識，也鞏固了專業知識，提高知識應用能力和英語聽說讀寫能力。當然改革是一個長期的過程，需要在教學過程中不斷完善，不斷積累經驗，這樣才能真正達到培養應用型本科人才的目標。

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一、生物醫學工程學科特點

生物醫學工程學科是運用現代自然科學和工程技術原理與方法,從工程學的角度研究生物體(特別是人體)的結構、功能及其相互關系,揭示生命現象、探索生命本質,研究和開發用于防病治病、人體功能輔助及衛生保健的人工材料、制品、裝置、系統和工程技術的一門綜合性學科[1],是理工類學科與生物醫學學科深度交叉、高度融合的邊緣性學科,所涵蓋的領域十分廣泛,具有“覆蓋廣、交叉深、發展快、變化多”等其他學科不具有的特點。根據研究側重點,生物醫學工程學科可分為信息技術型、材料技術型、生物技術型、生物醫學研究型、醫療器械產業型、臨床生物醫學工程、軍事生物醫學工程等7類[2]。當前討論和研究的熱點領域主要有:生物醫學材料、生物力學、醫療信息技術、生物芯片與傳感技術、組織工程及再生醫學、介入醫學工程、醫療器械等7個方面[3]。

二、醫科院校生物醫學工程學科專業教育現狀分析

高等醫科院校生物醫學工程學科和臨床醫學結合緊密,醫學大背景很深厚,具備豐富的醫學類學科教學資源和優越的臨床設備實踐條件等優勢,但同時因學科體系不完善、教學師資力量比較薄弱、專業實驗室建設投資大等影響因素,一定程度上制約了生物醫學工程學科專業的高效快速發展。

1.理工學科體系不完善。生物醫學工程專業學科涵蓋面非常廣,廣到什么程度呢?可以用四個字形容———“包羅萬象”,如果用“學科頻譜”來描述學科涵蓋面寬度,生物醫學工程無疑是88個一級學科中“頻譜寬度”最寬的學科。目前大多數開設生物工程學的高等醫科院校,物理、數學、化學等基礎學科相比理工科院校比較薄弱,而且缺乏材料、自動化等重要工程學科的有力支撐,這些支撐學科的缺少會導致相應課程設置不完善以及綜合性實踐訓練平臺缺乏,學生無法系統地學習工程類課程,得不到系統扎實的工程技術訓練,影響人才培養目標的整體實現。

2.復合型師資比較缺乏。要實現培養醫工結合與交叉的復合型高級工程技術人才目標,首先需建設一支醫工結合與交叉的復合型師資隊伍方陣。在高等醫科院校,生物醫學工程專業師資隊伍中具有理工科教育背景和醫學教育背景的教師比較多,而既懂醫學又懂工程技術,能將工程技術與醫學需求緊密結合起來的復合型、交叉型、融合型師資比較缺乏,教師隊伍知識結構普遍不夠合理,與各相關學科交叉融合能力弱,這些現狀一定程度上影響了課程體系構建以及教學質量和人才培養質量。

3.創新能力培養不扎實。生物醫學工程專業85%以上的基礎課和專業(基礎)課程都要開展實踐教學,必須建設相應的實踐教學平臺,這些實驗室建設要求高、儀器設備多、投入大,部分院校在生物醫學工程專業課程實驗條件建設經費投入不足,單獨開設的實驗課程比較少,實踐教學體系不夠完善;課程標準中演示性、驗證性等基礎性實驗設置比較多,而綜合性、設計性實驗設置比較少[4];缺乏“大學生電子設計創新基地”等綜合性實訓實驗硬件軟件平臺和組織管理經驗;學生規模小,缺少其他理工科學科支撐,組隊參加全國大學生電子設計競賽、全國大學生挑戰杯設計競賽等活動較為困難。

4.學生專業思想不牢固。生物醫學工程學作為一門新興的邊緣學科,覆蓋面廣,涉及領域跨度大,專業知識體系復雜,專業課程內容在各學科之間交叉頻繁,本科學生對本專業缺乏深入的了解、足夠的信心和學習熱情;相對材料、自動化、機械、通信以及臨床、醫學影像等專業,生物醫學工程專業學生所學知識普遍存在“寬而不精”,“廣而不細”等問題,就業時相對處于劣勢;部分學生由于學習任務重、壓力大,導致學習積極性、主動性不高,專業思想不夠牢固,甚至影響到專業整體的學習風氣。

三、對策初探

高等醫科院校要盯準醫工結合的復合型高級工程技術人才培養目標,突出學科交叉綜合培養、工程技術意識培養、創新能力素質培養,深化教學改革,加大教學投入,改善教學環境,加強隊伍建設,充分發揮醫學院校資源優勢,積極探索具有醫科院校特色的生物醫學工程專業教育培養模式,構建科學合理的課程體系和實踐教學體系,不斷提升生物醫學工程人才培養質量。

1.堅持走“先研究生后本科生”的教育培養模式。“覆蓋廣、交叉深、發展快、變化多”等特點決定了生物醫學工程學科專業的開設和建設,對教學基本建設、課程體系構建、師資隊伍力量、實踐教學平臺等方面要求比較高,必須具備一定水平的軟硬件條件。醫科院校在開設建設之初,往往存在培養方向不明確、課程體系不科學、平臺條件不完善、師資力量不足等困難和問題,因此,對于計劃開設生物醫學工程專業的高等醫科院校來說,要堅持走“先研究生培養后本科生培養”的教育培養模式,通過5-10年時間的研究生培養和學科建設,加強教學基本建設,積累教學經驗,規范教學管理,建設一支高素質師資隊伍和一批高水平的實驗教學平臺,構建完善的課程培養體系和實踐教學體系,為本科生培養創造良好的學習條件和學習環境。

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    1  資料與方法

    1.1  一般資料

   本組23例，男16例，女7例。年齡3-10歲，均為玩耍或行走跌倒受傷。伸直型16例，屈曲型7例，均為閉合骨折。傷后至手術時間：24h內者13例，3-7 d者10例。

    1.2  手術方法

    采用氯胺酮麻醉，上止血。取肘外側入路[1]，骨膜下剝離，顯露骨折斷端，清除骨折端凝血塊并牽開嵌壓于骨折端的軟組織；術者與助手先持續輕柔的牽引糾正骨折前后重疊移位，再糾正側方和旋轉移位；骨折端復位時遵循橈側嵌插、尺側稍分離、尺偏型矯枉過正或輕度橈偏、橈偏型不矯枉過正的原則[2]。復位時配合左手食指和拇指夾持、推頂作用，并觸摸尺骨鷹嘴窩和冠狀窩判定復位準確的情況后，伸屈活動肘關節觀察恢復提攜角后，利用左手拇指及其他各指推頂穩定維持骨折，持電鉆克氏針從外上髁斜行45°向內上方鉆入直徑1.5-1.8 mm的克氏針，使針尖穿出對側近端骨皮質約3 mm左右，內上髁穿針時注意觸摸，避開尺神經溝，依照前法交叉鉆入克氏針至對側皮質，伸屈肘關節，檢查肘關節功能恢復情況及骨折部位穩定性，必要時可于外髁處再加一枚克氏針。直徑2.0mm鉆頭于骨折近端外側距骨折線2cm處前后方向鉆孔，穿入一根一號強生愛惜康產品pds-ⅱ可吸收線，8字繞過外側克氏針針尾加壓固定，再次伸屈肘關節無異常后，剪斷克氏針多余部分，針尾折彎留置皮下，注意內上髁折彎的針尾對尺神經的嵌壓，放松止血帶，確定無搏動性出血，橈動脈搏動良好，沖洗傷口，逐層關閉切口。石膏托固定于屈肘100位。

    1.3 術后處理  

    術后使用抗生素3-5d預防感染，適當脫水消腫處理，石膏托固定于屈肘100位。早期開始右手右肩主動功能鍛煉，兩周后拆除石膏，行肘關節主被動屈伸鍛煉。術后8-10周攝片檢查骨折愈合后拔除克氏針。

    2  結果  

    所有病例均達解剖復位或近解剖復位，切口均一期愈合。5例于三周后出現釘尾外露，給與拔除外露鋼針。所有患者均獲隨訪，隨訪時間6-18個月，平均10個月。

所有病例骨折均一期愈合，根據李稔生等[3]肘關節術后功能評判標準評定療效。優:肘屈伸受限＜10°，肘內翻＜5°。良：肘屈伸受限10°～20°，肘內翻6°～10°。可：肘屈伸受限21°～30°，肘內翻11°～15°。差：肘屈伸受限＞30°，肘內翻＞15°。

    本組結果：優18例，良4例，可1例，優良率95.6%。無一例出現骨折再移位和尺神經損傷。

    3  討論

    兒童肱骨髁上骨折對無移位或移位輕、患肢腫 脹輕者可行手法復位，小夾板或石膏外固定，但對于嚴重移位、腫脹明顯或伴有神經損傷的肱骨髁上骨折采用切開復位內固定是必要的，不主張多次手法復位，不僅患兒痛苦大，更加重局部軟組織的損傷，增加肘關節功能障礙的風險。手術時機應避開腫脹高峰期，腫脹重者須抬高患肢懸吊牽引，加強脫水治療，待腫脹減輕后再手術[4]。

    目前，兒童肱骨髁上骨折內固定以交叉克氏針較為常用。楊勇等[5]報道，通過生物力學實驗證實了改良張力帶固定效果明顯優于交叉克氏針，其穩定性能滿足術后早期主動活動肘關節的生物力學需要。連洪凱[6]等證實克氏針張力帶固定牢靠，并觀察到應用張力帶后由于外側加壓，使內側稍有分離，糾正壓縮缺損，防止肘內翻，可有效避免肢體重力及前臂旋轉所導致的肘內翻的發生。作者認為：克氏針張力帶內固定符合肘關節生物力學要求，能早期進行關節功能鍛煉，是較理想的方法。但二次手術取出鋼絲時的創傷較大。采用可吸收線代替鋼絲，免除二次取出，留于皮下的克氏針可局麻下輕易取出，減少了二次手術的創傷。可吸收線為愛惜康產品pds-ⅱ，其強度是同直徑普通縫線的2.5倍，雙股pds-ⅱ線其強度為普通縫線的5倍。術后4度為始強度的75%，6周為50%［7］，可達到骨折固定的要求。顯然，生物可吸收張力帶可為病人早期功能鍛煉提供足夠的強度。隨著骨折的逐漸愈合，骨的自身強度不斷增加，而可吸收線逐漸被降解吸收，從時間上可完全滿足骨折愈合過程。

    因此，交叉克氏針加可吸收線張力帶內固定既實現了內固定的穩定性，有利于骨折端的加壓，促進骨折愈合，防止肘內翻的發生，又減少了二次手術的創傷，是一種治療兒童肱骨髁上骨折較為理想的方法。

參 考 文 獻 

[1]胥少汀.實用骨科學[m]．3版.北京：人民軍醫出版社,2006：424.

[2]徐英杰,張樹偉,張子元,等．210例小兒肱骨髁上骨折治療方法改進的探討[j]．中華骨科雜志,1998（8）：463-466.

[3]李稔生,陸裕樸．肱骨髁上骨折的治療[j]．中華骨科雜志,1982(5)：264-267.

[4]鐘澤蒞,譚倫.小切口外側入路交叉克氏針治療兒童移位肱骨髁上骨折[j]．四川醫學,2007(10)：1158.

[5]楊勇，王建華，邵斌等.改良張力帶鋼絲治療肱骨髁上骨折的生物力學研究及其應用[j]．中華骨科雜志,2002.22(1)：36.

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1.1研究對象的選擇

我國現有127所高等學校開展生物醫學工程專業本專科人才培養工作，其中96所為綜合性或單科性理工類院校，31所為單科性醫科院校。所有院校的專業課程體系結構中都開設了人文社科類、醫學類基礎類、理工類基礎課程、工程類核心課程及其相關選修課程，不同院校的課程體系結構不同，在學分、學時及其實施等多方面有不同程度的偏頗。一般來說，多數綜合性或理工類高校偏向于電子類、計算機類等理工方向，多數醫科類高校側重于生物材料與生物力學、影像工程、醫學物理、醫學儀器等領域。我們從10所國家特色專業建設點高校中選擇了“單科性院校———南方醫科大學”和“綜合性院校———湖北科技學院”的生物醫學工程專業（醫學物理方向）的課程體系進行比較分析研究。

1.2研究資料的主要來源

南方醫科大學的研究資料來源于該校生物醫學工程學院提供的專業培養方案的電子版和該校特色專業建設點主頁；湖北科技學院的研究資料主要來源于原咸寧學院教務處編印的本科人才培養方案（2010年版）、學院主頁及其他查詢調研。

1.3主要研究方法

基本研究方法參照筆者前期生物醫學工程專業課程體系研究的思路[2]，文獻材料的收集研究采用系統研究法、比較法、統計法對院校專業、課程設置等多維要素進行多方面的比較分析，找出特點、規律，發現存在的問題，以求得啟示。

2南方醫科大學生物醫學工程專業（醫學物理方向）本科課程體系

2.1生物醫學工程專業本科簡況

南方醫科大學（以下簡稱南醫大）生物醫學工程專業本科及其相關專業有醫學影像工程、醫學信息工程、醫學儀器檢測、醫學物理、電子信息工程和計算機科學與技術等專業辦學方向，還有“卓越工程師培養計劃”。2007年成為教育部高等學校第一類特色專業建設點，并建設有國家級精品課程1門、省級精品課程和研究生示范課程多門，出版了國家級教材多部，多次獲廣東省教學成果獎。

2.2生物醫學工程專業（醫學物理方向）核心課程群

南醫大生物醫學工程專業的主干核心課程有高等數學、大學物理、模擬電子技術、數字電子技術、C語言程序設計、微機原理與接口技術、人體解剖學、生理學、醫用X線機系統原理、現代醫學成像技術、數字圖像處理、大型醫療設備質量保證、醫學電子儀器原理與設計、放射物理與防護、放射治療學、腫瘤放射物理學、醫學影像學、核醫學等。

2.3生物醫學院工程專業（醫學物理方向）課程結構

南醫大生物醫學工程專業的課程體系結構分為政治理論與人文素質課程、公共基礎課、學科基礎課、專業課四段式課程構架模式。課程總學分/總學時為150學分/2668學時，其中理論課與實驗實踐的學時比例為2199∶469（1∶0.21），必修課與專選課的學分比例為102.5∶47.5（1∶0.46），學時比例為1804∶864（1∶0.48）。

2.4集中實踐訓練環節

南醫大的集中實踐訓練折合為32周、1280學時。其中，模電課程設計1周、40學時；數電課程設計1周、40學時；信息技術、放射治療計劃、軟件工程等課程設計各2周，均為80學時；生產實習4周、160學時；畢業設計（論文）14周、560學時；軍訓與勞動2周、80學時；創新課程4學分、160學時。

2.5本科畢業生基本就業方向

課程體系中的主要課程及其相應目標決定畢業生未來的就業崗位和就業方向。南醫大生物醫學工程專業（醫學物理方向）本科畢業生就業方向主要是在醫療衛生機構從事醫學物理師的工作，也可在醫學科研機構、高等院校、企事業單位從事醫學物理方面的研究、教學、開發和管理工作，還可攻讀本學科或相關學科碩士學位。

3湖北科技學院生物醫學工程專業（醫學物理方向）本科課程體系

3.1生物醫學工程專業本科簡況

湖北科技學院（以下簡稱湖科院）生物醫學工程專業本科及其相關專業有醫學儀器、醫學影像工程、醫學物理、醫學信息工程、聽力學、眼視光學（注：醫學信息工程、眼視光學、聽力學方向沒有正式納入人才培養計劃實施中）6個培養方向。2007年生物醫學工程專業獲省級品牌專業，2009年成為教育部財政部高等學校第一類特色專業建設點，并建設有3門校級精品課程，出版了醫用傳感器、醫學影像設備、醫學物理學、醫療器械營銷實務等多部國家級教材，多次獲得湖北省教育廳、市級教學成果獎。

3.2生物醫學工程專業（醫學物理方向）核心課程群

湖科院生物醫學工程專業的主干核心課程有高等數學、普通物理學、模擬電子技術、數字電子技術、微機原理與接口技術、數字信號處理、醫學圖像處理、醫學成像系統、基礎醫學概論、放射腫瘤學、生物物理學、放射物理與防護、醫學影像學、核醫學、醫用傳感器、放療與核醫學儀器、放療物理與放療技術等。

3.3生物醫學院工程專業課程結構

湖科院生物醫學工程專業的課程體系分為通識教育課（通識教育必修課、通識教育選修課）、學科基礎必修課、專業課（專業必修課、專業選修課）三段式五層次課程構架模式。課程中的總學分/總學時為158學分/2810學時，其中理論課與實驗實踐的學時比例為2260∶550（1∶0.24）；必修課與專選課的學分比例是121∶37（1∶0.31），學時比例是2180∶630（1∶0.29）。

3.4集中實踐訓練環節

湖科院的集中實踐訓練共47周，其中專業實習26周、畢業設計（論文）10周、就業實踐8周、軍訓3周；而勞動教育、社會實踐、課程實習分散安排，放療技術、醫學儀器設備、模電、數電等課程設計教學團隊分散實施，沒有記入訓練周。

3.5本科畢業生基本就業方向

湖科院生物醫學工程專業（醫學物理方向）本科畢業生就業方向主要是在二級以上醫院配合放療醫師制定放射治療方案，實施治療方案；在其他醫療衛生保健機構從事醫療儀器、設備使用維護與維修；也可攻讀本學科或相關學科碩士學位。

4生物醫學工程專業（醫學物理方向）本科課程體系的比較分析

4.1專業課程體系架構的比較分析

南醫大生物醫學工程專業（醫學物理方向）本科課程結構由政治理論與人文素質課程、公共基礎課程、學科基礎課程、專業課程四段式課程構成。公共基礎課程只開設必修課，其他每段課程均開設必修課、選修課，段內必修課與選修課交織在一起。而湖科院生物醫學工程專業（醫學物理方向）本科課程結構由通識教育課程、學科基礎課程和專業課程三段式五層次課程結構組成。學科基礎課程沒開設選修課，通識教育課程、專業課程均開設必修課、選修課二層次。南醫大是為數不多的沒有開設醫用化學課，卻把C語言程序設計課程納入核心課程的院校，未開設醫用化學課程表明專業遠離生物或高分子材料類的發展方向。南醫大將高等數學、大學物理學列入公共基礎課程可能是因為該校屬于單科性醫科院校，故將其列入所有專業的公共課。南醫大公共基礎課程沒有選修課，湖科院則是學科基礎課程中未設選修課。這意味著在公共基礎課、學科基礎課段建立大一統的具有相對穩定性的課程教育平臺有利于實現大基礎、寬口徑、后分流的人才培養模式的選擇與創新，適合于拓展專業培養方向，而南醫大更能體現出平臺寬口徑。從醫療市場及其個性化課程來看，湖科院沒有開設臨床醫學概論課程，而南醫大開了56學時，這顯示出湖科院面向市場的個性化課程存在缺陷，沒有很好地研究未來就業崗位需要的人才。兩所院校的共同缺點是均沒有開設放射治療劑量學課程。

4.2課程體系教學任務備配的比較分析

4.2.1專業課程總學分、總學時、理論課與實驗學時比例的比較分析經過比較可以看出，湖科院的學分、學時、理論課與實驗學時比例分別高出南醫大8學分/142學時，比例高出1∶0.03，但差異相差無幾。上海交通大學的生物醫學工程專業課程總學時為1831學時，實驗課學時為243，占總學時的13.3％[3]。與上海交大相比，兩所院校的比例均高于上海交大，這顯示了211工程大學人才培養重理論教學與實踐研發、重自主學習之源。4.2.2必修課與專選課的比較分析選修課是課程結構中必要的組成部分，是對必修課的優化性的適時、適宜性補充，可彌補教學計劃中課程內容的不足，調和、銜接課程內容的順序性，也可適應市場與社會發展的需要。南醫大的必修課與選修課學分、學時比例分別是1∶0.46、1∶0.48，而湖科院則是1∶0.31、1∶0.29。這表明南醫大的選修課學分、學時比例高于湖科院，且選修課偏重于學科基礎課程和專業課，容易造成學科、課程與教材建設方向性不明，專業建設穩定性差。筆者建議，開設選修課學時數以不超過必修課的10％為宜，有些課程還可以專題講座的形式進行[4]。學科基礎課程不開選修課最適合建立寬口徑的專業培養平臺，以保持課程穩定，在這方面湖科院做得較好。4.2.3學科基礎課程學分、學時、理論與實踐學時比例的比較分析學科基礎課程學分、學時分配數據從表1和表2中可看出，湖科院的學科基礎課為67學分，高于南醫大的54.5學分，高出12.5學分；湖科院的學時為1161，高于南醫大的950，高出211學時；南醫大的理論∶實踐的學時比例是808∶142（1∶0.18），而湖科院的理論∶實踐的學時比例是896∶265（1∶0.30），高出1∶0.12。如果從學科基礎課的學分、學時占總學分、學時的比例看，湖科院為40.7%、41.3%，南醫大是36.4%、35.6%，兩所院校差異相差無幾，但是理論∶實踐的學時比例高出1∶0.12，有非常顯著性的差異，顯示出湖科院在學科基礎課教學中重實踐教學，著重培養學生的基本技能。這種差異性反映出湖科院是綜合性院校，涵蓋醫學、理學、工學等十大學科門類，組建了18個教學院部，給實踐教學創建了良好的條件和豐富的共享資源。4.2.4醫學課程學時的比較分析南醫大開設的醫學課程是人體解剖學、生理學、病理學、放射生物學、放射治療學、醫學影像學、核醫學、臨床醫學概論，總學時為336學時。湖科院開設的醫學課程是基礎醫學概論（解剖、生理、生化）、細胞生物學、放射生物學、病理解剖學、病理生理學、核醫學、放射診斷學，總學時是37時。從學時比較來看，湖科院的醫學課程學時高出南醫大43學時，兩所院校開設的醫學課程門數與學時數相差不大。兩所院校的比較分析與趙娜等人報道的“醫學院校開設的醫學基礎課程比例高于理工院校，能夠為該專業的學生提供較為系統的醫學類課程教育，完善學生的臨床知識體系，有助于該專業教學和科研水平的提高”論點不符[5]。從鄧軍民等人的報道資料看，首都醫科大學的生物醫學工程學院開設的醫學課程有6門，共472學時[6]，遠高于同質同類院校的南醫大的260學時，也高于綜合類院校的湖科院的175學時。

4.3專業課程與就業方向的比較分析

從整體上講，主要課程的設置要面向社會、面向市場，在很大程度上決定、支撐著就業方向、就業崗位。兩所院校對就業方向的總體整合表述主要是在醫療衛生機構從事放療方案的研制與放療技術工作，也可攻讀本學科或相關學科碩士學位。南醫大的就業方向偏重在醫療衛生機構從事醫學物理師的工作，也可在科研機構、高等院校、企事業單位、醫療科研機構從事科研、教學、開發和管理工作。而湖科院則偏重于在二級以上醫院配合放療醫師制定放射治療方案，實施治療方案；也可以在醫療衛生保健機構從事醫療儀器、設備的使用維護與維修。這些都是對各高校的辦學特色的理性表述。

4.4集中實踐教學環節的比較分析

實踐教學環節是集中培養學生動手能力的主要措施。南醫大的集中實踐訓練為32周，與湖科院的47周相比，從表面上看少了15周，但由于各校的集中實踐教學環節方式、方法與途徑各異，比較的實際意義不大。兩所院校的集中實踐教學環節雖各有長短，但都沒有達到高等學校理工類人才培養的基本要求和標準。但與泰山醫學院應用物理學專業（醫學物理學方向）的實踐教學環節為59個訓練周相比，兩所院校的實踐教學環節訓練周太少。湖科院的微機在醫學儀器中的應用、放療儀器設備的設計、放療與核醫學儀器、放射物理與防護、放療物理技術等課程設計在操作層面上分別由醫學儀器、醫學物理教學團隊分散安排，這也是一個值得探討的問題。

5創新專業人才培養方案，優化課程體系目標的幾點建議

通過專業課程體系的比較分析，依據生物醫學工程專業人才培養的社會需要，借助生物醫學工程教育專業本科國家標準建設的向導，配合專業評估與專業認證的實施為載體的課程體系，現提出以下幾點建議。

5.1堅持辦學理念創新，探究專業培養創新的前沿，明確專業培養目標

理念創新與目標要求可參照東北大學生物醫學工程專業的培養目標，綜合利用中外優秀的辦學資源，發揮國內外企業、集團公司的科研、教學和市場優勢，實現“產、學、研”合作與合作教育，培養適應生物醫學工程學科前沿的科技領域的發展需要，精通專業基礎理論、專業知識與技能，具有創新意識、創造能力的高級專業人才。

5.2深化課程體系改革，優化、純化課程知識結構

（1）當代課程體系改革宜突破傳統三段式的課程結構，建議建立新三段式九層次課程結構，每段課程均開設必修課和選修課。以西安交通大學的生物醫學工程專業課程體系為例，通識教育課程分為思想政治教育、國防教育、大學英語、計算機等不斷教育課程和公共基礎通識教育課程；學科教育課程分為基礎科學教育課程、專業主干課程、專業課程；集中實踐教學分為畢業設計、課程設計、放療技術實踐、課外實踐（社會實踐、科技與競技活動）。（2）必設臨床醫學概論、放射治療劑量課程，且其課程教學時數不低于180學時，有利于提高放療計劃方案制定的參與性、科學性和臨床放療的合理性，提高放療質量與效益。（3）學習清華大學，結合本校特點探索夏季小學期制，滿足學生的個性化課程選修，拓展實踐的時間、空間，采用多元教學及實踐活動設計，全面提高人才培養質量。

5.3明確課程體系改革思想，規范課程主導原則

課程體系設置可參照浙江大學的生物醫學工程專業，主要課程設置有計算機與網絡技術、電子電路設計、傳感器與儀器設計、信息與圖像處理、生命科學類五大模塊。要求在課程體系的結構、內容之間，其知識容量應該有合理的比例，淡化學科自身的重要性，打破學科界限，避免結構與知識出現較大的偏頗局面，也應避免面向市場、就業崗位的選修課沖淡學科基礎或主干課程，對開設的選修課一定要突出個性化。另外，鼓勵將學科前沿的新知識、新技術、新成果快速引入主要課程內容中，拓寬學生的知識視野。

5.4謀劃課程體系策略，控制課程教學時數比例

根據國家級特色專業建設質量工程評估體系的要求，四年制本科生物醫學工程專業人才培養的實際需要，課程總學時應控制在2600~2800。課程學時分配應適度減少專業課學時，相對增加實踐教學學時，適量增加選修課和學生自主學習的時間和空間，減輕學生負擔。對理論與實踐課學時的比例控制，原則上要求研究型高校在增加學科基礎課理論學時的同時，宜將理論與實踐課程的學時比例控制在1∶0.3左右，專業課控制在1∶0.4左右；而教學型高校宜適度減少學科基礎課，把理論與實踐課程的學時比例控制在1∶0.35左右，專業課控制在1∶0.45左右。專業課程體系中的所有課程都必須以不同程度、形式、方法開展實踐教學，尤其是要注重專業課。

6結語

篇9

1一體化仿真平臺總體方案

1．1平臺概述為開展長期太空飛行環境下航天員作業能力變化規律分析，本文建立了航天員空間操作人因分析一體化仿真平臺。該平臺通過將一個具有物理人體測量特性的虛擬人與可計算的認知模型及生物力學模型聯系在一起［7］，用虛擬人代替真實航天員，對航天員完成特定太空操作任務的腦力負荷、生物力學操作和任務績效進行預測和分析。虛擬人作為人的與系統進行交互，構成人及操作環境的集成，實現人在回路外的計算機仿真(HOOTL)，其目的是取代耗時的被試實驗而對任務和系統設計進行早期快速評估。由于人在回路外的仿真實驗中用模型代替人，降低了人的危險，大大的提高了實驗分析的效率，縮短了研究周期，節省了研究經費。

1．2平臺體系架構航天員空間操作人因分析一體化仿真平臺整體分為三層，用戶界面層提供整個平臺的綜合調度和管理，用于任務參數和資源輸入、模型參數配置及下層功能的調度;功能實現層包括認知仿真、生物力學分析、績效分析、三維可視化，多模型融合通信和數據庫管理系統，主要用于認知決策過程仿真、人體生物力學仿真、工作負荷預測、績效分析和任務過程可視化。底層平臺硬件層通過集群系統為平臺提供高性能計算能力，用于骨應力等有限元分析計算。其系統結構如圖1所示。整個平臺軟件系統主要包括平臺調度管理軟件、認知仿真軟件、生物力學仿真軟件、績效分析軟件、三維可視化軟件、多模型融合通信和數據庫接口軟件。調度管理系統軟件是平臺主調度界面，用于任務參數和資源輸入、模型參數配置及下層功能平臺的選擇和調用。認知仿真軟件實現認知思維過程的仿真。生物力學分析軟件完成操作作業中人的生物力學特性仿真。績效分析軟件的功能是將完成具體任務的作業績效采用圖形、曲線、圖表等多樣的可視化方式表示出來，并對績效仿真結果進行評價和分析。三維可視化軟件將載入作業任務三維場景，根據任務流程實時可視化表現任務過程。網絡通訊接口軟件實現平臺上各個模塊間的數據共享和網絡通訊。數據庫軟件用于記錄仿真執行時生成的數據，支持配置數據表、添加、修改、刪除、查詢、瀏覽等數據處理功能。航天員空間操作人因分析一體化仿真平臺將代替真實航天員，組成人在回路外的仿真系統，開展太空操作航天員認知決策和作業能力預測與分析試驗性研究。

1．3平臺工作流程平臺運行時的仿真流程如圖2所示。通過平臺調度管理軟件進行仿真任務的任務參數及仿真模型參數的初始化配置，并控制各個軟件的仿真進程。認知仿真軟件和生物力學仿真軟件根據初始化參數進行模型計算，實時結果數據用于績效分析軟件的在線分析與監視，需要大運算量的后期處理數據將存儲在平臺仿真數據庫中用于績效分析軟件的離線分析處理，同時這兩個軟件將通過驅動指令控制作業任務三維可視化軟件對整個任務的過程進行三維可視化的顯示。

2平臺主要部分實現

2．1平臺調度管理軟件平臺調度管理軟件是人機交互主調度界面，用于對平臺其他軟件的調度、監視和管理。提供作業任務描述和模型參數輸入功能，用戶可以選擇任務類型進入任務描述界面，對任務參數，如對接起點位置、路徑、時間等進行選擇，對認知、績效等模型參數進行配置。任務配置界面見圖3。平臺調度管理軟件具有任務仿真、模型修改、數據管理和仿真回放4個功能模塊，任務仿真模塊實現對作業任務的創建、配置、執行、修改和刪除。模型修改模塊實現人的特性參數配置、認知模型配置、生物力學模型配置和系統參數配置。數據管理模塊實現每次任務仿真結果數據的瀏覽、導出及刪除等管理功能。仿真回放可依據已記錄在數據庫中任務仿真結果實現任務過程的仿真回放。為增強平臺的易用性，平臺調度管理軟件以人的特性為中心組織仿真的配置和參數的設置，將與人相關的認知參數和生物力學參數組織至每個人的個體數據結構中，將認知模型和生物力學模型中與人無關的通用模型參數或系統數據另外組織起來，在每次仿真調度開始時只需要簡單設置是任務的初始參數和執行任務的虛擬人。為了實現整個平臺的開放性，通過軟件設計方法，實現了軟件界面的動態生成，像仿真任務調度，任務初始化參數設置，仿真模型參數修改等軟件界面都是由XML配置文件生成，當界面需要增加新的參數時，只需修改界面配置文件，就可以實現軟件界面的更新，而不必重新修改和編譯軟件代碼。

2．2認知仿真軟件平臺采用了Cao等［8］提出的ACTR-QN認知體系架構建立了人腦手控交會對接認知模型。ACTR-QN認知體系結構由感知、認知和動作3個子網絡組成。感知子網絡包括視覺和聽覺模塊;認知子網絡包括產生式模塊、說明性知識模塊、目標模塊和各類緩沖器，產生式模塊與緩沖器進行信息交互，實現模塊間行為的調節和信息的處理;動作子網絡包括手動模塊和語言輸出模塊［9］。ACTR-QN認知建模就是將人的認知行為過程映射到ACTR-QN認知結構體系的各個模塊，實現人腦的認知行為過程仿真，一個個認知行為任務在QN-ACTR系統中循環執行，最終模擬完成整個認知行為。平臺在基于離散事件仿真工具軟件MicroSaintSharp(MSS)上構建了ACTR-QN認知網絡圖。認知結構包括視覺、聽覺、中央處理、記憶與運動組塊等，在各模塊中融合太空操作認知規律的仿真過程，通過觀察各認知模塊的運行狀態，實現認知過程的可視化。

2．3生物力學仿真軟件生物力學仿真軟件通過新鮮尸體骨力學性能測試實驗結果、CT掃描圖像數據、骨密度測試數據以及長期臥床試驗肌肉體積、肌電、最大肌力等測量數據，結合數學模型、數值模型與計算機軟件開發技術，建立包含骨肌系統運動學動力學仿真分析模塊、航天員典型動作的運動學動力學參數數據庫模塊、操作能力變化的預測模塊、骨骼肌肉應力分析和骨折風險預測模塊等，實現航天員長期在軌飛行肌肉骨骼工作能力變化規律的預測。

2．4融合通信系統融合通信系統根據平臺各模型間對數據的交換方式，支持同步集成和異步集成兩種方式。同步集成采用實時局域網網絡通信，實現上采用UDP組播通信，完成仿真參數配置、仿真流程控制、關鍵仿真數據及結果的實時交換及作業任務三維動畫驅動等功能;異步集成采用數據庫方式，使用Oracle11g數據庫，局域網絡連接方式，完成仿真輸入參數和仿真計算結果統一的管理和存儲，提供數據回放功能，支持仿真數據的離線績效顯示與分析。網絡接口軟件針對異構模型的并發處理特點，研究多模型交互融合系統的實時集成機制，開發了基于多通道組播的實時數據通信模塊，該模塊將平臺軟件之間的數據交換分為三層:應用層、數據層、通信層。應用層為上層軟件及模型，它只需依據數據名稱訪問和更新數據，不用關心數據的來源及復雜交換過程，數據層建立了數據池表及管理模塊，負責數據的建立、交換和維護;通信層只用負責在多個通道上傳送數據。通過XML可對模型之間數據交換的通道、數據報文、數據分組、數據名稱進行任意配置。即平臺中要增加一個新軟件、模型，或者模型生成一組新的數據，只要在配置中進行修改，整個平臺的上層軟件就都可以得到和訪問這些新加數據。

2．5負荷績效分析軟件平臺的負荷與績效數據來源于3個部分:外部模擬器系統、認知仿真軟件和生物力學仿真軟件［10］。平臺在MSS的Network下構建了ACTR-QN認知網絡圖［11］，通過對認知仿真過程中各組塊資源時間占有率的計算，實現對感知、認知和動作作業負荷預測，在仿真過程中通過對組塊工作狀態的顯示，實現認知占有率的實時顯示。而生物力學分析軟件仿真產生的運動學、動力學、肌肉力與骨應力等指標用于生物力學績效的分析。任務負荷績效分析預測軟件對這些仿真結果數據通過在線或離線的方式進行可視化分析，提供柱狀圖、折線圖、表格及動畫等多種形式實現績效預測結果的可視化，并通過對比負荷與績效指標，實現操作人員的個性化評價。

2．6三維可視化軟件通過對作業任務場景的三維建模工作，建立航天員、空間實驗室、軌道艙及返回艙等作業人物及環境模型，基于OGRE開源引擎開發了作業任務三維可視化軟件，構建并加載虛擬航天員和虛擬工作場景模型，實現航天員手控交會對接、開艙門和搬生物等作業的三維圖形可視化表現，而作業過程則由認知仿真軟件和生物力學仿真軟件實時驅動。

3實驗與驗證

3．1實驗設計本文選用太空飛行中人控交會對接任務作為用例［12］，該任務是一個典型的認知仿真任務。在人控交會對接任務中，航天員通過圖形、數字和靶標圖像等測量信息判斷追蹤飛行器與目標飛行器的相對位置、姿態等運動情況，并通過操作控制手柄，控制追蹤飛行器完成與目標飛行器的對接。目標航天器靶標圖像信息是航天員進行手控交會對接最主要的觀察信息，即通過電視攝像機將目標飛行器對接口下方的十字形靶標的圖案顯示在屏幕上，航天員據此信息確定追蹤飛行器與目標飛行器的相對位置和相對姿態，通過操縱手柄對追蹤飛行器進行姿態控制和平移控制，直至對接成功。試驗的框架如圖4所示，一體化平臺中的平臺調度管理軟件、認知仿真軟件和作業任務三維可視化等軟件與真實的便攜式手控交會對接模擬器連接起來，用開發的MSS插件實現認知模型對模擬器電視圖像的信息感知，并開發了控制手柄模擬程序，實現認知模型對模擬器手柄的控制，平臺模擬一個虛擬的航天員，進行人在回路外的手控交會對接任務。根據前面對ACTR-QN體系的描述，建立了手控交會對接認知行為模型，在模型中，手控交會對接任務是在不斷完成基本任務后而得以實現，這些基本任務包括觀測、決策和控制［13］。觀測任務是通過視覺模塊連續感知外部信息，通過視覺緩沖把收集信息送入產生式模塊;在產生式模塊中，經過查詢與過程性知識匹配的信息則觸發一條產生式;決策任務則通過觀測到的信息，查詢得到匹配并通過目標模塊的目標內容，觸發一條或多條產生式，將執行結果送入運動緩沖，通過操作模塊執行完成決策下達的任務。三類任務在QN-ACTR認知中央加工處理器中按順序執行，形成認知與行為過程的反復循環。

3．2實驗結果及分析任務過程三維可視化軟件運行時界面如圖5所示，構建并加載虛擬航天員和虛擬工作場景模型，實現航天員手控交會對接作業過程的三維圖形可視化表現，其中航天員手部操作動作與ACT-QN中動作模塊的輸出同步。認知仿真軟件運行時的界面見圖6，在仿真中通過對ACT-QN各個模塊的實時閃爍，觀察認知模塊的運行狀態，實現認知過程的可視化。在本文中通過任務完成時間、燃料消耗、位置和姿態等指標實現任務績效預測。實驗中基于ACTR-QN模型成功在訓練用模擬器上完成了兩軸控制的手控交會對接任務，能在各種初始條件下實現兩飛行器的成功對接。圖7是實驗中平臺軟件模擬的虛擬人與真實操作人員控制實現兩飛行器在20m距離對接過程的Y軸和Z軸偏差對比，其中虛線是平臺軟件控制的對接過程偏差曲線，實線是操作人員的實際操控曲線，通過對比可以看出，基于軟件模型的對接策略及認知仿真實現了與人基本一致的控制曲線及變化趨勢。本實驗針對太空飛行中人控交會對接任務進行了平臺的認知仿真試驗驗證，平臺與真實訓練模擬器的交互、對接任務的完成情況及認知仿真結果的分析都達到了預期的目標。通過實驗證明了平臺設計時基于離散事件仿真工具軟件上構建的ACTR-QN認知模型在運行效率、可擴展性和可視化能力都具有優勢，完全可實現與航天訓練用模擬器系統的實時協同仿真。實驗過程中融合通信系統配置靈活、簡便，在單機及聯網等各種情況實現了平臺各軟件間的數據交換需求，沒出現任務通信問題，穩定可靠，具有較強的多模型、多系統交互支撐能力。作業任務的三維可視化可實時直觀的監視任務進程，并可在前期用于認知模型中任務策略的調試和改進。任務仿真的結果數據分析也表明平臺通過認知仿真軟件的認知模型模擬的虛擬航天員可實現了與真實操作人員基本一致的控制曲線及變化趨勢，進一步證實了所建立平臺的實用性和有效性。

4結論

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［關鍵詞］生物醫學儀器分析；課程內容體系結構；實踐性教學

國內外的儀器分析課程是建立在物理和化學基礎上的儀器分析方法，主要針對化學、材料、藥學、環境、食品等專業的學生設置。而新興的生物醫學工程學科，其研究領域包括生物醫學、生物力學和力生物學、生物材料、組織工程等。基于生物樣品的特性，對生物醫學儀器的分析要求已深入到基因、蛋白、細胞等水平。傳統的儀器分析課程遠遠不能滿足學生進行生物醫學科研的要求。[1]在高校中已設置的儀器分析課程中的教學內容已經跟上生物醫學研究的發展。但隨著生命科學和醫學的迅猛發展，人們對生物醫學儀器的應用能力的要求也越來越高，迫切需要具有針對性、實用性和先進性的生物醫學儀器分析課程。[2][3]我們針對生物醫學工程專業的研究生開設了生物醫學儀器分析這門課程。我們在對課程內容體系結構及實踐性教學環節等方面不斷進行探討和改進，為本課程進一步特色化、系統化、前沿化的建設奠定了一定的基礎。

一、課程內容體系建設

傳統的儀器分析課程主要涵蓋色譜法、電化學分析法、光學分析法、質譜法等四大類儀器分析方法。生物醫學儀器分析課程內容建設區別于以往普通儀器分析課程的內容設置，重點突出“生物醫學”的特點，以滿足解決生物醫學科學與工程領域的科學問題的要求。課程內容設置既要服務于解決科學問題，避免課程設置和實踐應用脫節，又必須在掌握生物醫學領域經典的儀器和方法的同時，緊跟前沿領域的高端儀器和方法。因此本課程內容體系結構包括以下三個部分，如圖1所示，幫助學生通過儀器手段獲取不同層面生物樣本的定性、定量、形態及分布等信息從而解決生物醫學科學與工程領域的科學問題。

（一）第一部分：基因或蛋白層面的檢測儀器

該部分重點介紹基于基因或蛋白的生物樣品的半定量或定量的檢測儀器。基因水平的檢測儀器包括：經典儀器———聚合酶鏈式反應、RNA電泳和核酸印跡分析，前沿儀器——實時熒光定量PCR儀。蛋白水平的檢測儀器包括：經典儀器———熒光酶標儀、蛋白質印跡分析、酶聯免疫吸附測定分析，前沿技術——二維電泳。

（二）第二部分：組織或細胞層面的觀察或檢測儀器

該部分重點介紹基于組織或細胞的生物樣品的觀察或檢測儀器。組織或細胞層面的觀察儀器包括：經典儀器———倒置顯微鏡、相差顯微鏡、微分干涉顯微鏡、熒光顯微鏡，前沿儀器———激光共聚焦掃描顯微鏡。細胞層面的檢測儀器：前沿儀器———流式細胞儀。

（三）第三部分：有機大分子或活性物質層面的分析或分離儀器

該部分重點介紹基于有機大分子或活性物質的生物樣品的分析或分離儀器。蛋白質、核酸、氨基酸、多糖類等生物大分子的分離或分析儀器包括：經典儀器———高效液相色譜法、氣相色譜法，前沿儀器———超臨界流體色譜、毛細管色譜、高效薄層色譜等技術。這三部分的學習能讓學生掌握前沿生物醫學儀器分析手段，對生物樣品進行定量、定性分析，觀察樣品形態、分布，對樣品進行分離等，訓練學生解決科學問題的能力，使學生掌握必備的理論知識、科研思維和實踐技能，提高科研能力。

二、實踐性教學的建設

實踐性教學是理論教學的擴展和延深，對于增加學生對理論知識的理解和感性體會，培養學生的實踐能力和創新精神，具有十分重要的作用。[4]它可以彌補單純理論教學的不足，提高將所學知識轉化為實際應用的能力，與理論教學環節相得益彰。而現有的儀器分析課程所設立的實驗項目大多為驗證性實驗，實驗方法較為固定，實驗內容與學生專業和研究方向脫節，不能及時更新。因此，本課程提出了設計性、創新性和挑戰性三個層次的實踐環節。

（一）設計性實驗

設計性實驗是指給學生基于經典實驗的實驗項目，但不提供成熟的實驗步驟，由學生自主設計實驗計劃。設計性實驗不是簡單重復的驗證性實驗，不能機械地套用做過的實驗來解決問題，而是讓學生必須獨立思考，設計實驗方案，使其有發揮創造力的余地。要求學生在查閱文獻的基礎上，設計實驗方案，包括所用方法、原理、儀器和具體實驗步驟，經指導教師審閱后進行上機操作，完成整個實驗過程，記錄實驗結果，處理實驗數據，分析實驗結果，驗證實驗方案設計的可行性，最后寫出規范的實驗報告。舉例：采用高效液相色譜法測定柑橘種子中的檸檬苦素的含量，樣品來自教師的教育部產學研結合項目，但樣品的濃度未知。由學生來設計實驗方案，確定高效液相色譜參數，對樣品進行定量測試。

（二）創新性實驗

創新性實驗是指不限定實驗題目，給學生提供一個開放的實踐平臺，由學生自主提出感興趣的實驗題目，實驗選題要求具有創新性、綜合性。學生通過文獻查閱，選擇合理的儀器分析方法，設計具體的實驗方案，共同討論方案的可行性，在設計好具體的實驗方案后，上機操作，獲取實驗結果。注重利用本學院的前沿科學研究項目來引領學生的創新性實驗。教師可以根據自己負責或參與的科研項目，提供樣品或科學問題給學生，鼓勵學生研究自己導師的項目中的科學問題或是由項目引申出來的科學問題，緊跟學科前沿，并體現生物醫學研究應用的特色。通過引導學生自己設計創新性實驗，可以使學生更好地發現問題、提出問題和解決問題。舉例：宇航員在失重情況下會產生骨質疏松，那么在失重條件下成骨細胞會發生什么變化？這是由教師的自然科學基金項目引申出來的科學問題。學生可采用多種生物醫學儀器，如流式細胞儀、實時熒光定量PCR儀及激光共聚焦顯微鏡來研究成骨細胞的細胞周期、特異性基因及細胞形態等多方面的變化，綜合運用所掌握的儀器全面地探索細胞發生的變化，深入研究科學問題。

（三）挑戰性實驗

挑戰性實驗是指學生挑戰生物醫學研究前沿領域或是教師的前沿科研項目中還沒有解決的科學問題，通過生物醫學儀器手段探索這類沒有答案的、高難度的科學問題。挑戰性實驗給予學生沒有約束的思維空間，充分激發學生的潛能，為學生提供自由思索、探究的平臺，對于學生的超越性、創新性研究具有極大的推動作用，非常有利于培養學生勇于探索、敢于創新的科學精神。舉例：細胞結構的三維重建是一個前沿熱點問題，如何利用激光來重建細胞的三維結構更是沒有現成的方法可供參考。學生在理解激光共聚焦顯微鏡工作原理的基礎上，設計詳細的實驗方案來觀察細胞的亞顯微結構，并進行細胞三維重建。通過多層次的實踐教學，提高了學生學習的參與程度和主動性，取得了良好的教學效果。學生表示不僅僅掌握了實驗技能，更重要的是建立了獨立從事科研活動所必需的科研方法、科研思維和科研精神，對于以后課題的科研工作充滿了信心，并滿懷期望。本課程與國內許多高校類似課程相比，針對性強，具有鮮明的生物醫學特色，注意引入學科前沿的科學問題，與教師的科研項目有機結合，強調對學生創新實踐能力的培養，提升學生的學術研究水平，對儀器分析在生物醫學工程專業方面的教學具有很大的意義。

［注釋］

［1］王芳群，衛星，李天博．生物醫學工程專業“醫學儀器”課程教學方法分析［J］．中國電力教育，2010（184）：133－134．

［2］趙于前，湯井田，李凌云．從交叉學科角度談生物醫學工程教育改革［J］．醫療衛生裝備，2004（6）：239－240．

［3］王志遠，陳武凡，何明娥．生物醫學工程專業研究生培養的實踐與探索［J］．中國高等醫學教育，2006（4）：42－43．