王靜，陳仲本

（中山大學(xué)a.新華學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系，廣東廣州510520；b.生物醫(yī)學(xué)工程系，廣東廣州510080）

生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理課程應(yīng)用型教學(xué)的探索與實(shí)踐

王靜a，陳仲本b

（中山大學(xué)a.新華學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系，廣東廣州510520；b.生物醫(yī)學(xué)工程系，廣東廣州510080）

生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的一門核心課程。本文結(jié)合獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生特點(diǎn)、現(xiàn)狀和應(yīng)用型人才的培養(yǎng)定位，結(jié)合生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)人才培養(yǎng)要求，從教學(xué)內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)方法的拓展以及課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)等方面對(duì)生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理課程的教學(xué)進(jìn)行探索與實(shí)踐。

生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理；應(yīng)用型教學(xué)；M at l ab軟件；獨(dú)立學(xué)院

一、前言

生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的重要核心課程之一，其目的就是培養(yǎng)學(xué)生掌握醫(yī)學(xué)信號(hào)處理的基本原理、方法和發(fā)展趨勢(shì)，使學(xué)生具備提取、處理和解釋生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的能力[1-2]，但醫(yī)學(xué)信號(hào)處理課程涉及面廣、數(shù)學(xué)公式多、理論概念抽象、學(xué)習(xí)難度大，教學(xué)過(guò)程面臨學(xué)生沒(méi)興趣、教學(xué)效果不明顯等問(wèn)題，很難達(dá)到真正培養(yǎng)應(yīng)用型人才和創(chuàng)新型人才的目的。

獨(dú)立學(xué)院作為一種新的辦學(xué)模式，近幾年得到迅速發(fā)展，但其人才培養(yǎng)方式、教學(xué)內(nèi)容設(shè)置等方面基本上還是模仿原母體學(xué)校衍生出來(lái)。原有的教學(xué)模式將不利于獨(dú)立學(xué)院培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標(biāo)定位，本論文根據(jù)獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生特點(diǎn)、現(xiàn)狀和應(yīng)用型人才的培養(yǎng)定位，結(jié)合生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)人才培養(yǎng)要求，嘗試從教學(xué)內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)方法的拓展以及課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)等方面對(duì)生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理課程進(jìn)行探索與實(shí)踐。

二、在生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理課程中加入實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

現(xiàn)行的教學(xué)計(jì)劃《生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理》這門課只有54學(xué)時(shí)的理論課，而實(shí)際上，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)是理論教學(xué)實(shí)現(xiàn)和檢驗(yàn)的重要手段。所以，課程組將在實(shí)際的課程安排中，加上至少18學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，一次實(shí)驗(yàn)課3學(xué)時(shí)，主要包括M at l ab信號(hào)處理基礎(chǔ)及隨機(jī)信號(hào)分析、基于AR模型的腦電信號(hào)處理、自適應(yīng)濾波器算法等基礎(chǔ)應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)。

三、課程討論式教學(xué)

由于《生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理》這門課與前期的《數(shù)字信號(hào)處理》緊密相連，而且《生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理》的教材中也編寫有數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)這一章，所以，在講到這一章時(shí)，采用課程討論、引導(dǎo)學(xué)生回顧式教學(xué)能夠激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，讓學(xué)生分組做課件，圍繞上學(xué)期學(xué)過(guò)的《數(shù)字信號(hào)處理》這門課的內(nèi)容，以組為單位派代表上臺(tái)講解自己印象最深或最感興趣的知識(shí)點(diǎn)，然后臺(tái)下的學(xué)生進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和討論。獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生相對(duì)其他研究性大學(xué)而言，學(xué)生的主動(dòng)性欠缺，采用這種課程討論式教學(xué)能夠很好的引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)學(xué)習(xí)。

四、加強(qiáng)M at l ab軟件與醫(yī)學(xué)信號(hào)處理教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方法

圖1 功率譜分析

M at l ab軟件是當(dāng)今科研領(lǐng)域最尖端的科學(xué)計(jì)算應(yīng)用軟件之一，具有豐富的函數(shù)和工具箱，可處理各種類型的信號(hào)，在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域具有較廣泛的應(yīng)用[3]。由于醫(yī)學(xué)信號(hào)處理這門課涉及很多的算法，如果在課堂上僅僅講解算法的數(shù)學(xué)公式、理論推導(dǎo)，學(xué)生感覺(jué)特別枯燥，而且對(duì)于獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生來(lái)說(shuō)，純粹的數(shù)學(xué)公式更是讓他們失去對(duì)這門課程的學(xué)習(xí)興趣，將M at l ab仿真教學(xué)手段引入課堂，能幫助學(xué)生更好的理解算法的意義以及在實(shí)際的信號(hào)處理中的應(yīng)用。

目前，課程組基本實(shí)現(xiàn)了功率譜分析、數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)、統(tǒng)計(jì)分析、相關(guān)技術(shù)、維納濾波和自適應(yīng)濾波算法、AR參數(shù)建模算法的M at l ab課堂演示。圖1和圖2分別是功率譜分析和濾波器設(shè)計(jì)的演示結(jié)果顯示。

圖2 切比雪夫低通濾波器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

五、論文案例式教學(xué)

在相關(guān)章節(jié)的教學(xué)過(guò)程中，選擇一部分科研題目或論文進(jìn)行講解，使學(xué)生通過(guò)研究論文案例，能夠運(yùn)用所學(xué)內(nèi)容重現(xiàn)科研論文計(jì)算結(jié)果，得出合理結(jié)論，提高學(xué)生解決醫(yī)學(xué)信號(hào)處理中遇到的實(shí)際問(wèn)題的能力，并對(duì)學(xué)有余力的學(xué)生，鼓勵(lì)他們嘗試論文的寫作并以課題組項(xiàng)目的名義發(fā)表?？紤]到目前我們實(shí)驗(yàn)室的條件，課程組的現(xiàn)行案例有：

1.講解到維納濾波和卡爾曼濾波時(shí)，讓學(xué)生基于M at l ab軟件分別利用這兩種算法進(jìn)行誘發(fā)腦電信號(hào)的提取，大腦誘發(fā)電位（EP）信號(hào)十分微弱，且EP的頻譜與自發(fā)腦電頻譜完全重疊。通過(guò)實(shí)際例子說(shuō)明如何用維納濾波方法和卡爾曼濾波進(jìn)行誘發(fā)電位的提取，學(xué)生能比較清楚的了解這兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，在進(jìn)行對(duì)照比較的過(guò)程中，學(xué)生可以進(jìn)行一定程度的創(chuàng)新，并嘗試自己寫論文發(fā)表。

2.講解到自適應(yīng)濾波器時(shí)，讓學(xué)生自行在中國(guó)知網(wǎng)下載一篇有關(guān)自適應(yīng)噪聲抵消器的文章，然后在M at l ab軟件上進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，同時(shí)用實(shí)驗(yàn)室已有的m i ndray的監(jiān)護(hù)儀設(shè)備，采集ECG信號(hào)，用設(shè)計(jì)出的自適應(yīng)噪聲抵消器進(jìn)行增強(qiáng)。通過(guò)論文和實(shí)例研究，學(xué)生能更好地掌握算法原理，并對(duì)如何運(yùn)用學(xué)到的算法原理有了切身的體會(huì)。

六、課程結(jié)束，加入課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

在課程結(jié)束后，留給學(xué)生兩周的時(shí)間進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)題目圍繞生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理自擬。這個(gè)課程設(shè)計(jì)可以作為本課程的加分項(xiàng)，特別優(yōu)秀的可以免于期末的閉卷考試。這個(gè)環(huán)節(jié)可以增加學(xué)生的動(dòng)手能力，加深學(xué)生對(duì)本課程的理解，真正讓學(xué)生學(xué)以致用，而且可以作為大四畢業(yè)設(shè)計(jì)的前期部分。

七、結(jié)束語(yǔ)

作為一門重要的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)課，醫(yī)學(xué)信號(hào)處理隨著科技的高速發(fā)展也在不斷的變化和發(fā)展，因此作為以培養(yǎng)應(yīng)用型人才的獨(dú)立學(xué)院，必須注重教學(xué)方法的改進(jìn)，不能完全照搬重點(diǎn)院校的教學(xué)方法。本文針對(duì)獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生特點(diǎn)，辦學(xué)目標(biāo)，對(duì)生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理課程的教學(xué)方法進(jìn)行了初步的探索和實(shí)踐，學(xué)生反應(yīng)這種多樣化的教學(xué)方法很好的提高了他們的學(xué)習(xí)興趣，避免了抽象的理論難以理解等情形，從需求的角度去應(yīng)用書中的理論，獲得了較好的教學(xué)效果。除此之外，課程組非常注重課后同學(xué)生的交流，采取面對(duì)面訪談、網(wǎng)上交流等形式，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和學(xué)習(xí)需求，動(dòng)態(tài)的調(diào)整教學(xué)進(jìn)度和教學(xué)方法，積累經(jīng)驗(yàn)，以生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理這門課程為教學(xué)改革的起點(diǎn)，爭(zhēng)取建立一套比較完整的適合于應(yīng)用型教學(xué)的具有專業(yè)特色的課程體系。

[1]饒妮妮，杜曉川，等.生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理課程研究性教學(xué)探索與實(shí)踐[J].高教論壇，2011，（8）.

[2]Li ng l i，N i niR ao，D ehong Y ao.D i s cus s i onson“Bi om edi cal Si gnalProces s i ng“C ont ent，t eachi ng and t rai nni n[C].27t h Annual Int ernat i on C onf erence of t he IEEEEngi neeri ng i n M edi ci ne and Bi ol ogy Soci et y，Shanghai，C hi na：Sept，2005，（1-4）.

[3]李凌，蔣曉平，等.《生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理》實(shí)驗(yàn)演示軟件開發(fā)[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志，2007，（1）.

Expl orat i on and Pract i ce on Appl i ed Teachi ng ofBi om edi calSi gnalProcessi ng

W ANG Ji ng1，CH ENG Zhong-ben2
1.Depart m ent of Bi om edi cal Engneeri ng，Xi nhua Col l ege，Sun Yat-Sen Uni versi t y，Guangzhou Guangdong 510520，Chi na 2.Depart m entofBi om edi calEngneeri ng，Sun Yat-Sen Uni versi t y，Guangzhou Guangdong 510080

Bi om edi cal si gnal processi ng i s a core course i n bi om edi cal engi neeri ng di sci pl i ne.The paper expl ore and pract i ce t he new course desi gn of bi om edi cal si gnal processi ng f romt eachi ng cont ent s，t eachi ng m et hods and course desi gn accordi ng t o t he speci al t y，currentst at us and appl i cat i on of i ndependentcol l ege，wi t h t he requi rem ent s ofBi om edi calEngi neeri ng di sci pl i ne。

bi om edi calsi gnalprocessi ng；appl i ed t eachi ng；m at l ab sof t ware；i ndependentcol l ege

G 642.0文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1674-9324（2014）50-0164-02

2013年中山大學(xué)新華學(xué)院教學(xué)改革研究項(xiàng)目（2013J010）

王靜（1985-），女，碩士，講師，中山大學(xué)新華學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系。