杜妍辰，林俊文

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

0 引言

生物醫(yī)學(xué)工程是工程學(xué)、醫(yī)學(xué)與生命科學(xué)共同組成的交叉學(xué)科，具有醫(yī)學(xué)與工程學(xué)高度融合的特點(diǎn)。其核心理念是將工程技術(shù)運(yùn)用到生命醫(yī)療領(lǐng)域，用生命工程設(shè)備診斷并治療病患以解決健康領(lǐng)域的重要問題。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)是目前國(guó)內(nèi)外發(fā)展極為迅速的交叉邊緣學(xué)科。在《國(guó)家教育事業(yè)發(fā)展“十一五”規(guī)劃綱要》中指出，要進(jìn)一步推進(jìn)高水平大學(xué)和重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)， 重視發(fā)展前沿新興學(xué)科和交叉學(xué)科［1］。中央文件在 2018 年 8 月 24 日對(duì)“新醫(yī)科”的發(fā)展內(nèi)涵給出了解釋，文件中提出了從治療為主到兼具預(yù)防治療、康養(yǎng)的生命健康全周期醫(yī)學(xué)的新理念，確定開設(shè)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)、轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)、智能醫(yī)學(xué)等新專業(yè)，在人工智能、大數(shù)據(jù)為代表的新一輪科技革命撲面而來的新背景下，對(duì)原有的專業(yè)提出了醫(yī)工理文融通的新要求［1］。

我國(guó)由上世紀(jì)七十年代初次開設(shè)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)以來已為該領(lǐng)域培養(yǎng)了大量?jī)?yōu)秀人才，培養(yǎng)計(jì)劃也從原先解決臨床工程人才缺口轉(zhuǎn)向針對(duì)生物醫(yī)學(xué)工程高端研發(fā)人才以及臨床工程高級(jí)技術(shù)人員方向。但當(dāng)前階段我國(guó)正處于醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)轉(zhuǎn)型時(shí)期，如人工智能、大數(shù)據(jù)、信息技術(shù)等一系列蓬勃發(fā)展的新型工程技術(shù)使生物工程領(lǐng)域進(jìn)入了全新的發(fā)展領(lǐng)域。

這一系列的變化也給高校的教學(xué)帶來新的挑戰(zhàn)，生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)由其本身的特性廣泛涉及了數(shù)學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、物理學(xué)、材料學(xué)、化學(xué)、機(jī)械、通信等領(lǐng)域，由各類領(lǐng)域?qū)W科的深入研究成果為例如生物影像學(xué)、生物信息學(xué)、生物力學(xué)、生物醫(yī)學(xué)材料和生物醫(yī)學(xué)儀器等等細(xì)分領(lǐng)域帶來更多研究條件［2］。但即使如此，作為生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科快速發(fā)展的現(xiàn)狀卻不容樂觀，學(xué)科高端人才無法滿足行業(yè)需要、科研創(chuàng)新能力不足以跟上發(fā)展現(xiàn)狀以及高校培養(yǎng)體系的滯后都制約了生物醫(yī)學(xué)工程產(chǎn)業(yè)更新迭代的速度。因此, 秉持著將舊學(xué)科進(jìn)行升級(jí)轉(zhuǎn)型和不同學(xué)科領(lǐng)域交叉融合的“ 新工科”理念，對(duì)傳統(tǒng)單一、灌輸式的高校人才培養(yǎng)模式進(jìn)行改革，由PBL 模式出發(fā)使用以解決問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法，實(shí)打?qū)嵉米屌囵B(yǎng)對(duì)象使用各學(xué)科最新研究成果解決問題顯得極為迫切。

1 基于PBL 教學(xué)模式的學(xué)科教學(xué)改革

以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法（Problem-based learning）強(qiáng)調(diào)以問題為核心，以解答問題為驅(qū)動(dòng)力，通過協(xié)作學(xué)習(xí)掌握前沿科研成果，運(yùn)用至自身領(lǐng)域協(xié)同處理各分支問題的手段，激勵(lì)培養(yǎng)對(duì)象自主探究學(xué)習(xí)方法，提高解決實(shí)際問題的能力以此培養(yǎng)如今日益重要的創(chuàng)新思維能力［3］。在此PBL 教學(xué)模式下，學(xué)生由聽教者轉(zhuǎn)為自主探究者，而教師則由傳道受業(yè)解惑的角色轉(zhuǎn)換為引導(dǎo)和督促的角色。PBL 模式以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方式更傾向于“新工科”課程注重實(shí)踐的教學(xué)目標(biāo)，此種自主探尋解決方法的方式，能更好地強(qiáng)化學(xué)生專業(yè)應(yīng)用能力并培養(yǎng)出如今緊缺的創(chuàng)新性思維。

基于PBL 教學(xué)方法的三個(gè)核心基本點(diǎn)：?jiǎn)栴}設(shè)計(jì)、自主探究協(xié)作學(xué)習(xí)和教學(xué)評(píng)價(jià)三個(gè)方面來闡述生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科中如何應(yīng)用PBL 教學(xué)模式。

1.1 問題設(shè)計(jì)

PBL 作為以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方式，合理并具有導(dǎo)向性的問題是教學(xué)活動(dòng)的基石，其問題設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)直接決定了PBL 教學(xué)過程能否成功。在生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科中選擇設(shè)計(jì)問題時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：（1）所設(shè)計(jì)問題應(yīng)涵蓋本課教學(xué)目標(biāo)和核心概念并且其導(dǎo)向于課程所需的知識(shí)。以機(jī)械外骨骼為例，為使學(xué)生自主學(xué)習(xí)機(jī)械外骨骼所需人體結(jié)構(gòu)和機(jī)械自由度等知識(shí)，應(yīng)針對(duì)設(shè)計(jì)合理性要求提出問題。（2）所設(shè)計(jì)問題優(yōu)先選擇基于真實(shí)情況的案例，如康復(fù)輪椅平臺(tái)設(shè)計(jì)、手術(shù)止血鉗改進(jìn)等，由此可以使學(xué)生在現(xiàn)有設(shè)備中尋找經(jīng)驗(yàn)、發(fā)揮創(chuàng)新思維。并且有別于傳統(tǒng)教學(xué)重理論輕實(shí)踐的教學(xué)方法，由真實(shí)情況出發(fā)的案例可使學(xué)生依托校方設(shè)備進(jìn)行實(shí)踐操作，強(qiáng)化學(xué)生實(shí)干能力的培養(yǎng)。（3）所設(shè)計(jì)問題應(yīng)擺脫陳舊教材幾十年不變的已解決問題，應(yīng)結(jié)合前沿科研成果提出具有可創(chuàng)新發(fā)揮空間的問題，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力，加強(qiáng)“ 新工科” 理念建設(shè)。

1.2 自主探究協(xié)作學(xué)習(xí)

當(dāng)問題選擇完畢后，應(yīng)安排學(xué)生以小組形式協(xié)同解決問題，首先應(yīng)引導(dǎo)小組成員以合理的方式認(rèn)識(shí)問題，加以交流討論相互形成基本共識(shí)?；趯?duì)問題的初步認(rèn)識(shí)，各小組應(yīng)形成初步假設(shè)，預(yù)先判斷解決問題需要掌握如機(jī)械、電子、生物或計(jì)算機(jī)等方面的知識(shí)。在課堂的交流討論里學(xué)生的認(rèn)識(shí)和判斷都是基于老師引導(dǎo)的初步認(rèn)知，而更全面的認(rèn)識(shí)必然需要學(xué)生查閱更多的資料，自主探究的意義便是在此。初次接觸科研領(lǐng)域的本科學(xué)生對(duì)資料查閱方式的認(rèn)識(shí)多數(shù)還只停留在圖書館或各類搜索引擎上，這些途徑雖能查到相當(dāng)一部分資料卻多數(shù)年代過于久遠(yuǎn)。所以給予學(xué)生自主探究能力的關(guān)鍵在于知識(shí)獲取途徑上，將知網(wǎng)、谷歌學(xué)術(shù)、EI 檢索等查閱文獻(xiàn)的方法教授給學(xué)生，讓學(xué)生能接觸到各學(xué)術(shù)領(lǐng)域最新的科研成果，由各學(xué)科頂尖實(shí)驗(yàn)室得到的各類前沿科研結(jié)論給予學(xué)生更廣闊的視野，這會(huì)給學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力帶來莫大幫助。在各成員自主學(xué)習(xí)并對(duì)問題有了更深刻認(rèn)知后，再由各自組內(nèi)協(xié)調(diào)明確各自負(fù)責(zé)方向，在此期間鼓勵(lì)學(xué)生資源共享和信息互通，促使各組成員協(xié)作完成問題解答。在解決問題的過程中，各成員要實(shí)時(shí)評(píng)估自己和他人的信息質(zhì)量，共同篩選并整合所有信息以期更完善地研究問題本質(zhì)。在學(xué)習(xí)的過程中，除了了解本學(xué)科內(nèi)的知識(shí)和概念，在交叉學(xué)科中更重要的是以自主學(xué)習(xí)的方式掌握其他學(xué)科的核心內(nèi)容，由團(tuán)隊(duì)協(xié)作的方式各成員發(fā)揮所長(zhǎng)分析問題，并找到解決問題的方案。在工程類專業(yè)的課堂中找到解決方案還不夠，更重要的是用實(shí)踐操作取驗(yàn)證方案的可行性，而學(xué)生實(shí)踐操作的條件需要教師及校方單位及時(shí)保證。如此，各小組成員在一系列的解決過程中足以加深對(duì)新學(xué)習(xí)知識(shí)的理解、更清晰認(rèn)識(shí)知識(shí)框架、掌握自主學(xué)習(xí)和信息獲取的方法并且鍛煉了實(shí)踐操作能力。最后，小組成員應(yīng)利用報(bào)告和PPT 等形式展現(xiàn)成果，這既能讓教師充分了解學(xué)生對(duì)問題的解答程度又能向別的組分享成果和經(jīng)驗(yàn)。

1.3 教學(xué)評(píng)價(jià)

PBL 教學(xué)模式除了對(duì)最后成果展示進(jìn)行評(píng)價(jià)外，更注重對(duì)學(xué)習(xí)和解決問題過程的評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)內(nèi)容應(yīng)包括：信息收集、資料篩選和使用、團(tuán)隊(duì)整合情況、學(xué)習(xí)態(tài)度和負(fù)責(zé)部分的結(jié)果這五個(gè)方面。首先應(yīng)包含老師對(duì)團(tuán)隊(duì)各成員資料查找的完善程度給出評(píng)價(jià)；其次應(yīng)對(duì)資料中對(duì)解答問題較為重要的知識(shí)點(diǎn)使用情況做出評(píng)價(jià)；最后應(yīng)對(duì)最終成果的完善程度程度評(píng)價(jià)。在各類評(píng)價(jià)過后還需對(duì)一系列的不足之處給與分析歸納和總結(jié)，在充分肯定學(xué)生已有成果的基礎(chǔ)上給予客觀的評(píng)價(jià)，這一系列流程是學(xué)生能找到自己身不足得到改正方向的關(guān)鍵。所以，教師的歸納總結(jié)對(duì)學(xué)生把握知識(shí)的系統(tǒng)性幫助很大，正確的引導(dǎo)也能引發(fā)學(xué)生更高層次的創(chuàng)新思維能力。

2 結(jié)語

在“新工科”理念推行下的培養(yǎng)單位應(yīng)更注重對(duì)工程學(xué)科傳統(tǒng)教學(xué)方式的革新，轉(zhuǎn)變單一灌輸式的教學(xué)理念。在PBL 教學(xué)模式導(dǎo)向下的生物醫(yī)學(xué)工程課程教學(xué)改革是通過生物工程領(lǐng)域?qū)嶋H問題為核心，引導(dǎo)學(xué)生更加注重自主學(xué)習(xí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的方式以及工科學(xué)生必不可少的實(shí)踐操作能力，在生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)應(yīng)更積極主動(dòng)地把握前沿科研成果融會(huì)貫通至當(dāng)前學(xué)科以解決實(shí)際問題，以此圍繞解決問題的方式獲得并鞏固所需的綜合性知識(shí)技能，構(gòu)架并完善自身的能力以及知識(shí)體系，達(dá)到提升培養(yǎng)對(duì)象解決實(shí)際問題的能力。