張敏燕，王殊軼，趙改平，周穎，趙展

上海理工大學(xué) 醫(yī)療器械與食品學(xué)院(上海，200093)

0 引言

案例教學(xué)法源于哈佛大學(xué)，是指通過一個(gè)具體教育情景的描述，從而引導(dǎo)學(xué)生對這些特殊情景進(jìn)行討論的一種教學(xué)方法[1]?！秶抑虚L期教育改革與發(fā)展綱要(2010-2020)》中明確指出，鼓勵實(shí)行工學(xué)結(jié)合、校企合作、頂崗實(shí)習(xí)的人才培養(yǎng)模式[2-3]。將案例教學(xué)運(yùn)用到醫(yī)療器械綜合設(shè)計(jì)課程中，正是最大限度地模擬實(shí)際現(xiàn)場，將課堂交給學(xué)生，以培養(yǎng)他們運(yùn)用所學(xué)理論知識解決實(shí)際問題的能力，避免了理論知識與實(shí)踐環(huán)節(jié)之間的相互脫節(jié)，有助于實(shí)現(xiàn)高級實(shí)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

1 醫(yī)療器械綜合設(shè)計(jì)課程分析

醫(yī)療器械綜合設(shè)計(jì)是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的主干實(shí)踐課，該課程可以使學(xué)生建立醫(yī)療器械產(chǎn)品的一體化設(shè)計(jì)思想，把機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動控制技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，同時(shí)了解各項(xiàng)技術(shù)之間的接口關(guān)系，并且能運(yùn)用所學(xué)知識對醫(yī)療器械產(chǎn)品進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，使學(xué)生具備解決醫(yī)療器械生產(chǎn)過程中各種實(shí)際問題的初步能力。

這門課程注重學(xué)生的實(shí)際動手能力，因此非常適合運(yùn)用案例教學(xué)法。通過設(shè)計(jì)合適的教學(xué)案例及實(shí)訓(xùn)教學(xué)裝置來引導(dǎo)學(xué)生自主分析、理解案例中所包含的多學(xué)科問題和相關(guān)技術(shù)。采取即學(xué)即用、理論與實(shí)踐無縫對接的教學(xué)方法，形成一個(gè)為解決問題學(xué)習(xí)，帶著任務(wù)探索實(shí)踐的學(xué)習(xí)氛圍，最終達(dá)到教學(xué)目標(biāo)[4]。本文將通過多功能醫(yī)用護(hù)理床傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)教學(xué)案例，完成從機(jī)械本體設(shè)計(jì)、裝配、電控系統(tǒng)搭建、程序框圖及程序代碼編寫的全部過程，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)、調(diào)試及研發(fā)的能力，提高學(xué)生解決工程實(shí)踐問題的能力[3]。

2 多功能醫(yī)用護(hù)理床傳動機(jī)構(gòu)案例設(shè)置

2.1 案例內(nèi)容

多功能醫(yī)用護(hù)理床是針對危重病人和癱瘓病人的特殊需要而設(shè)計(jì)的醫(yī)用床類，要求能隨意調(diào)節(jié)床的背部和腳部的角度，可以讓患者輕松地在床上完成坐、躺、半躺、全躺、用餐包括上廁所在內(nèi)的各種需求。它適合各種偏癱、行動不便、臥床不起等各種不同情況，即使不能自理者，護(hù)理人員也可通過床邊的控制器進(jìn)行操作，減少照顧病、殘患者的勞動強(qiáng)度。

本案例以多功能醫(yī)用護(hù)理床傳動機(jī)構(gòu)為機(jī)械本體，結(jié)合單片機(jī)控制，讓學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)多功能護(hù)理床硬件及軟件開發(fā)的全過程，以便學(xué)生將來可在此基礎(chǔ)上開發(fā)一些更為復(fù)雜的控制系統(tǒng)。

2.2 案例分解

根據(jù)任務(wù)要求，將案例分解為以下三部分：機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)；控制程序開發(fā)。

(1)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括：床體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(包括頭板、護(hù)欄)；背板傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)(包括推桿/絲桿選型)；腿板傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)(包括推桿/絲桿選型)。

(2)伺服系統(tǒng)主要包括：單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、步進(jìn)電機(jī)與開關(guān)電源等。

(3)運(yùn)動控制程序開發(fā)要求，以Keil C51為開發(fā)系統(tǒng)編寫、調(diào)試運(yùn)動控制程序，實(shí)現(xiàn)多功能護(hù)理床的電動控制。

按照上述三部分內(nèi)容將學(xué)生分組，每組之間相互獨(dú)立又互相合作，最終完成總體設(shè)計(jì)任務(wù)，并按要求完成設(shè)計(jì)說明書。

2.3 考核方法

考核方式就可以分為出勤率、口試和案例設(shè)計(jì)書三個(gè)部分。其中，出勤率滿分20分，口試主要考核案例中理論知識，滿分20分，案例設(shè)計(jì)書滿分60分。

案例作業(yè)則需要完成以下內(nèi)容：(1)案例設(shè)計(jì)說明書1份；(2)機(jī)械結(jié)構(gòu)三維模型圖1張(電子版)，二維設(shè)計(jì)裝配圖1張及主要零件圖；(3)程序框圖及程序清單。其中，每項(xiàng)內(nèi)容占20分，案例作業(yè)總分?jǐn)?shù)為60分。

3 實(shí)施過程中應(yīng)注意的問題

3.1 激發(fā)學(xué)生的主動性

在設(shè)計(jì)開始之前，要充分地介紹這一案例的目的和特點(diǎn)，調(diào)動起學(xué)生的積極性和主動性，讓他們從思想上重視這次案例項(xiàng)目。

在案例實(shí)施過程中，在遇到問題時(shí)，教師要鼓勵學(xué)生自己查找答案，只在必要的時(shí)候，進(jìn)行一定的指導(dǎo)。在整個(gè)案例實(shí)施的全過程，教師要盡可能少地參與到其中，把主動權(quán)交給學(xué)生[3]。

3.2 培養(yǎng)學(xué)生之間的團(tuán)隊(duì)合作

在案例實(shí)施過程中，采取創(chuàng)新型小團(tuán)隊(duì)的教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力、想象能力及自學(xué)能力，并同時(shí)鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力[5]。出現(xiàn)共性問題時(shí)，在教師指導(dǎo)下，學(xué)生之間互相切磋更能提高學(xué)習(xí)的積極性和效率。建立了微信群，有問題都在群里商量討論，采取線上線下隨時(shí)溝通，收到了良好的學(xué)習(xí)效果。

3.3 培養(yǎng)學(xué)生精益求精的工匠精神

在設(shè)計(jì)過程中，結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，從醫(yī)療器械的安全性、有效性設(shè)計(jì)原則出發(fā)，通過講解醫(yī)用床類不良事件震撼學(xué)生，嚴(yán)格把關(guān)每個(gè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的驗(yàn)算，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、一絲不茍的工作態(tài)度，弘揚(yáng)精益求精的職業(yè)風(fēng)范和追求卓越的敬業(yè)精神[6]。

3.4 嚴(yán)格把關(guān)考核環(huán)節(jié)

在案例實(shí)施過程中，教師可以通過觀察、提問、讓學(xué)生演示等手段，了解到學(xué)生每個(gè)人的情況，杜絕團(tuán)隊(duì)合作中不勞而獲現(xiàn)象的出現(xiàn)。教師嚴(yán)格把關(guān)考核環(huán)節(jié)的最終目的是要讓每個(gè)學(xué)生都能有所收獲。

4 教學(xué)實(shí)踐

本次案例教學(xué)是在2016級生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本科生中進(jìn)行的，共有36名學(xué)生。根據(jù)案例分解將學(xué)生分為四組，每組9人，每組再分3個(gè)小組每個(gè)小組3人，分別負(fù)責(zé)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制程序開發(fā)。效果分析如下：

(1)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)。由3名學(xué)生分別負(fù)責(zé)床體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(包括頭板、護(hù)欄)；背板傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)(包括推桿/絲桿選型)；腿板傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)(包括推桿/絲桿選型)。參考實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有多功能護(hù)理床的結(jié)構(gòu)，完成設(shè)計(jì)計(jì)算及三維圖、二維圖、零件圖的繪制。

要求學(xué)生設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)符合YY 0571—2013醫(yī)用電氣設(shè)備第2部分：醫(yī)院電動床安全專用要求，并結(jié)合醫(yī)療器械人體工程學(xué)，床背與水平面夾角能從0～70°或更大可調(diào)，小腿板與水平面夾角能從0～20°或更大可調(diào)，接近人坐姿時(shí)生理角度且舒適。

該環(huán)節(jié)主要培養(yǎng)學(xué)生測繪機(jī)械本體、計(jì)算校核關(guān)鍵部件及機(jī)械制圖能力，并對醫(yī)療器械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有深刻理解，同時(shí)培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)、一絲不茍的科學(xué)態(tài)度。

(2)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)。在電氣元件選型這一環(huán)節(jié)，教師通過實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)物向?qū)W生講解電氣元件選型及使用過程中需要注意的事項(xiàng)。在這一環(huán)節(jié)，主要培養(yǎng)學(xué)生電路連線及硬件檢測的能力。

(3)程序開發(fā)和調(diào)試任務(wù)。通過教師講解案例和學(xué)生自學(xué)相結(jié)合，學(xué)習(xí)單片機(jī)Keil C編程，增強(qiáng)了自主學(xué)習(xí)的意識和能力。

5 教學(xué)成果分析

多功能護(hù)理床案例作為案例教學(xué)法中一個(gè)典型案例，以系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路作為主線，闡釋有關(guān)的基本概念、原理和方法，將各個(gè)知識點(diǎn)用此案例有機(jī)統(tǒng)一結(jié)合起來。教學(xué)過程先了解案例，使學(xué)生了解醫(yī)療器械系統(tǒng)總體的性能要求是要符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，尤其是要符合安全性、有效性要求，并考慮人機(jī)工程學(xué)。教學(xué)過程中，融入思政元素，通過分析醫(yī)用床類故障和不良事件，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的工匠精神、醫(yī)務(wù)工作者的生命責(zé)任感。

通過上述案例可以說明，將案例教學(xué)法引入醫(yī)療器械綜合設(shè)計(jì)這門課程是十分成功的。為進(jìn)一步提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和效果，計(jì)劃后期加入虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)模式，使學(xué)生更加直觀地沉浸在醫(yī)療器械臨床使用和設(shè)計(jì)流程中。