張海生 陳明生 徐林 莊偉 寧旭

［摘 要］電磁兼容課程是一門交叉學科課程。針對生物醫(yī)學工程專業(yè)本科生的專業(yè)背景與知識結(jié)構(gòu)，電磁兼容課程教師應精選教學內(nèi)容，優(yōu)化教學設計，采用啟發(fā)式、參與式、討論式、問題式等教學方法調(diào)動學生的積極性。在教學實踐中，學生的課堂表現(xiàn)反映出其有較濃厚的學習興趣，考試成績反映出其學科知識掌握較好，無記名問卷調(diào)查反映出其進行電磁兼容性設計的信心需進一步加強。因此，教師在為生物醫(yī)學工程專業(yè)學生講授電磁兼容工科知識時，要采用優(yōu)化內(nèi)容、引導講授、分組討論等方法，以調(diào)動學生學習的積極性，提高理論和實踐教學效果。

［關鍵詞］生物醫(yī)學工程；電磁兼容；教材；教學內(nèi)容；教學方法

［中圖分類號］ G642 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）09-0058-04

引言

現(xiàn)代醫(yī)學中電子設備的應用越來越廣泛，這些設備有的主動輻射電磁波（如微波成像、微波熱療等設備），有的被動泄露電磁波（如心電圖機、監(jiān)護儀、除顫儀等設備）。這些電磁輻射會在醫(yī)療設備間形成相互干擾[1]，輕則導致設備性能下降，重則導致設備無法工作。如何增強醫(yī)療設備電磁兼容能力，是一個重要的研究方向。醫(yī)療設備電磁兼容技術的學習對于生物醫(yī)學工程專業(yè)學生從事科學研究、臨床診斷和疾病治療都有十分重要的意義。

電磁兼容是電子工程學科的一門專業(yè)性較強的課程，本課程講授電磁兼容的理論基礎、設計、防護以及測試技術，其特點是理論基礎廣、工程實踐性強、所需先導課程較多，屬于一門綜合性的課程[2]。

目前國內(nèi)高校多在電子工程專業(yè)研究生階段開設電磁兼容課程[3]。陸軍軍醫(yī)大學（以下簡稱我校）首次將電磁兼容課程提前到本科高年級開設，具有一定挑戰(zhàn)性。生物醫(yī)學工程專業(yè)與電子工程專業(yè)的課程體系有本質(zhì)上的不同，生物醫(yī)學工程專業(yè)雖然開設了電路分析、信號處理等部分先導課程，但相關課程的講授深度不足，且最關鍵的先導課程——電磁場原理學生未曾接觸，因此電磁兼容課程授課難度較大。

針對這一問題，我們合理選擇電磁兼容課程的知識章節(jié)，優(yōu)化教學內(nèi)容，側(cè)重醫(yī)療設備的電磁兼容防護，在概念理論、實例應用方面與醫(yī)療設備緊緊結(jié)合?？紤]到生物醫(yī)學工程專業(yè)的知識背景與知識運用，在授課中應避免復雜的公式推導算法設計，可采用仿真軟件完成相關內(nèi)容教學。針對生物醫(yī)學工程背景，我們優(yōu)化教學設計，采用研究式學習（Research?based Learning，RBL） 教學方法[4-5]，遵循“問題—理論—應用”的教學思路，幫助學生掌握課程內(nèi)容。

本文系統(tǒng)地介紹醫(yī)療設備電磁兼容技術課程設計及教學實施，總結(jié)教學過程的得失經(jīng)驗，希望能夠給國內(nèi)其他高校生物醫(yī)學工程專業(yè)開設此類課程提供參考。

一、課程設計

（一）課程目標與定位

為了適應生物醫(yī)學工程專業(yè)的學科發(fā)展方向，做好本科畢業(yè)生課程學習與工作實習之間的銜接，我校為生物醫(yī)學工程專業(yè)本科學生在大四上學期開設任職類專業(yè)課程——醫(yī)療設備電磁兼容技術。開設本課程的目的是讓學生學習電磁兼容技術、進行電磁兼容的科學訓練，系統(tǒng)地掌握電磁兼容的理論基礎和基本方法，為進一步開展醫(yī)療儀器電磁兼容領域的科學研究、從事醫(yī)療設備開發(fā)及電路板和微電子的設計、解決實際工程中的電磁兼容問題等打下堅實的理論和技能基礎。

（二）授課難點分析

我校生物醫(yī)學工程專業(yè)大四學生一般有25人，屬于典型的小班授課，師生課堂互動交流良好，教師可以更好地了解小班中的每位學生，便于進行有針對性的教學，學生也有較好的基礎和學習習慣，這些都有利于本課程的開展。授課難點在于：

1.先導課程開設不充分。先導課程包括電路原理、信號與系統(tǒng)、模擬電路、數(shù)字電路、天線、電磁場原理等，其中后兩門課程最重要但并未開設。學生僅在大學物理課程中學過電磁場理論相關內(nèi)容，學習深度達不到本課程的要求。

2.本課程開課時間定在大四上學期，此時大部分學生準備考研，部分學生甚至在課堂上進行考研復習，因此投入本課程的時間和精力有限。如何提高課堂吸引力并在有限時間內(nèi)取得良好的教學效果，這是一個挑戰(zhàn)。

3.沒有可以直接借鑒的同行課程，也沒有針對性的教材。國內(nèi)其他大學生物醫(yī)學工程專業(yè)尚未開設類似課程（不完全統(tǒng)計），因此只能就近借鑒電子工程專業(yè)的電磁兼容課程，在課程標準、教學大綱上需要針對生物醫(yī)學工程專業(yè)進行優(yōu)化設計。醫(yī)療設備電磁兼容技術屬于電磁兼容技術在生物醫(yī)學工程中的應用，是一門交叉學科課程。目前，電磁兼容課程的教材相對豐富，但針對醫(yī)療設備電磁兼容技術的教材幾乎沒有。因此在教材選擇與教學內(nèi)容的設計上，需要在多部教材中進行取舍。

（三）教材選擇與教學內(nèi)容設計

為了突出本課程交叉學科的特點，本課程選用高等學校工程創(chuàng)新型“十二五”規(guī)劃教材《電磁兼容基礎》（第2 版）[6]與《醫(yī)療設備電磁兼容測試技術及應用》[7]（見圖1）作為主要教材，其中電磁兼容基礎知識部分以前者為主，醫(yī)療設備電磁兼容部分以后者為主。實驗課程講義由課程教學組自編。除了中文教材，還增加了學生課外閱讀教材Electromagnetic Compatibility： Principles and Applications（Second Edition）[8]。這本教材兼顧理論性與實踐性，關注電磁兼容問題的解決措施、方法、經(jīng)驗等，受到許多知名大學的正式推薦。同時，這本書的中文譯本《電磁兼容原理與應用》[9]可以幫助學生更好地理解原書，有助于學生快速準確掌握本領域?qū)I(yè)英文詞匯，為今后獨立查閱文獻、開展科學研究打下基礎。

醫(yī)療設備電磁兼容技術課程的教學內(nèi)容與課時分布如表1所示。其中理論課程30個學時，包含基礎理論、工程方法、預測與測試三部分；實驗課程6個學時，包含2個典型電磁兼容測試實驗，使學生掌握頻譜儀與近場探頭的使用方法。

為了突出本課程交叉學科的特點，對電磁兼容測試部分的內(nèi)容采用案例教學法，引入了“多通道生理監(jiān)護儀電磁兼容測試”與“超聲影像設備電磁兼容測試”教學內(nèi)容。這兩種設備是醫(yī)院常見設備，學生在前期實習時對這兩種設備已有所接觸，對儀器的結(jié)構(gòu)原理已有所了解，這有助于他們快速掌握本課程內(nèi)容。相關章節(jié)能讓學生對電磁兼容測試的流程、方法、儀器、場地有深入的理解。

（四）教學案例分析

針對授課難點與學生特點，教師在教學過程中避免平鋪直敘、教師為主的教學方式，采用研究型教學模式，利用啟發(fā)與討論等教學方法調(diào)動學生的積極性。下面是具體教學案例。

1.屏蔽與接地是電磁兼容工程方法中的常見措施，學生在日常生活中對這兩個概念也有所接觸，但尚未進行科學提煉。針對這一情況，教師在課堂講授中不直接給出結(jié)論，而是引導學生參與分組討論，逐步深入，直至獲得最終結(jié)果。當學生在分析中遇到困難時，教師可以提供選擇與引導，讓學生在正確的方向上抽絲剝繭，通過分析學得知識。具體授課思路如圖2所示。

2.電磁兼容預測章節(jié)的專業(yè)性很強，存在大量計算電磁學的內(nèi)容，這對于生物醫(yī)學工程專業(yè)的本科生而言很有難度。教師在有限的授課時間內(nèi)，沒有將學生帶入復雜的公式推導中?？紤]到前期學生在第二課堂學習了CST電磁仿真軟件相關知識，教師通過一個仿真案例來展示電磁兼容預測過程。如電子醫(yī)療儀器在上市前必須滿足《醫(yī)用電氣設備 第1-2部分：安全通用要求 并列標準：電磁兼容? 要求和試驗》（YY 0505—2012）中的射頻輻射抗擾度要求[10]，因此產(chǎn)品在設計時必須考慮機箱的電磁屏蔽效能，這是一個典型的電磁兼容預測問題。如圖3、圖4、圖5（原圖為彩圖，本文僅作展示）所示，通過CST仿真軟件對心電圖機進行建模，給定電磁干擾源，觀察機箱內(nèi)電磁場特定位置的電磁強度與分布。這個仿真案例難度適宜，學生可以直接參與，學習與研究同步進行，充分調(diào)動了學生的積極性，同時對電磁兼容預測的全流程進行了一次實際演練，收到了較好的教學效果。

二、教學實施效果分析

（一）課程考試成績分析

課程總成績包含閉卷考試和實驗報告兩部分，二者權(quán)重比例分別為80%與20%。其中，試卷根據(jù)了解、掌握和綜合應用三個目標層次，按照10∶20∶70的比例，全面覆蓋了上課講授的6個章節(jié)的教學內(nèi)容。最終總成績?nèi)缦拢?5分以上人數(shù)為0；90～95分人數(shù)為4，占比16％；85～89分人數(shù)為12，占比48％；80～84分人數(shù)為5，占比20％；75～79分人數(shù)為4，占比16％；低于75分人數(shù)為0。25名學生的平均成績?yōu)?4.9分，最高分為92.5分，最低分為77分，標準差為4.56，接近正態(tài)分布。最終成績說明學生對本門課程內(nèi)容的掌握普遍較好，達到了本門課程的教學目的。

試卷題目由選擇題、填空題和問答題組成，三者分值比例為3∶3∶4。從統(tǒng)計分析來看，學生對選擇題和填空題完成得較好，這兩種題型注重考查學生對基本知識點的掌握和理解，學生普遍得分不錯。問答題的發(fā)散性和啟發(fā)性較強，尤其是問答題第8題設置得較為靈活，需要學生對知識進行拓展理解，因而學生得分偏低。這反映出大多數(shù)學生掌握了基本知識點，但掌握得不夠深、不夠透徹。教師在以后的教學中要鼓勵學生學深、學精，不能停留在基本知識點的表面，以達到更好的教學效果。

（二）問卷調(diào)查與思考

為了進一步發(fā)現(xiàn)教學中的問題，便于后續(xù)針對性地改進，課程教學組在學期末進行了問卷調(diào)查。調(diào)查問卷的主體內(nèi)容如表2所示，包含7個問題。問題1～3調(diào)查教學內(nèi)容是否具有針對性、有利于學生的后續(xù)工作與學習；問題4～6研究教學設計的合理性，為進一步改進教學方法提供參考。問題1～6均采用4級打分法。問題7是開放性問題，收集學生的補充建議。為了保證問卷調(diào)查的真實性，本次問卷調(diào)查采用無記名方式進行，填寫時間在考試成績公布之后。

調(diào)查結(jié)果顯示，針對問題1，學生普遍認可本課程對未來工作和學習有幫助，這與大部分學生準備讀研有關（部分學生甚至跨學科選擇電子工程專業(yè)），還有部分學生計劃進入醫(yī)院設備科工作。針對問題2～3，大部分學生認為自己較好掌握了本課程的知識點，但缺乏獨立進行電磁兼容設計的能力。針對問題4～5，學生對本課程的教學方法給予了較好的評價，這與本課程采用研究型教學模式密切相關。針對問題6，學生普遍認為需要增加6～9個學時，這反映出理論課學時總數(shù)過少，尤其是第三章節(jié)的教學內(nèi)容是本課程的重點，需要增加時間深入講解。針對問題7，部分學生建議將本課程提前至大三下學期開設，因為本課程的確與考研復習存在時間沖突。

本課程機遇與挑戰(zhàn)并存。生物醫(yī)學工程的學科發(fā)展趨勢與學生反饋均表明，生物醫(yī)學工程專業(yè)有必要開設醫(yī)療設備電磁兼容技術課程，但學生知識結(jié)構(gòu)的不足給本課程教學帶來了很大難度。增加課時數(shù)并調(diào)整開課時間是解決上述矛盾的方法之一。研究型教學模式調(diào)動了學生的學習積極性，提高了教學質(zhì)量，在后續(xù)教學中可進一步堅持并改進。學生對本門課程的基礎知識掌握得較好，但缺乏對知識的靈活運用，后續(xù)可增加設計性實驗，促進學生將知識融會貫通，加強基礎知識與實踐運用之間的銜接。

三、結(jié)語

2018年，教育部提出新醫(yī)科的本科教育改革，強調(diào)了多種交叉學科在醫(yī)學領域的應用[11]。在生物醫(yī)學工程專業(yè)本科階段開設一批有挑戰(zhàn)性的交叉學科課程，并將課程講好講精，是生物醫(yī)學工程專業(yè)的教育工作者不可推卸的責任。本文系統(tǒng)介紹了電磁兼容課程的設計思路、案例分析與教學經(jīng)驗。在教學內(nèi)容上，結(jié)合學生的專業(yè)知識背景，精選知識點，并與醫(yī)療設備緊密結(jié)合，使學生在本課程中做到“可學、應學、盡學”；在教學方法上，避免概念要點“滿堂灌”，采用研究型教學模式，讓學生積極主動參與課堂討論與互動；在教學實施上，避免復雜的公式推導，選擇更具針對性的工具軟件，讓學生體驗電磁兼容設計的流程，成為教學推進的主角。這種引導講授、分組討論、體驗教學的方法在調(diào)動學生積極性與提高教學效果方面具有重要作用。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 喬峰，官輝，黃煜，等. 電磁兼容整改對醫(yī)療器械電氣安全的影響[J]. 醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2019，40（10）：70-73.

[2] 譚康伯，路宏敏，蘇濤. 建設電磁專業(yè)核心課程的探索與實踐[J]. 電氣電子教學學報，2022，44（1）：87-92.

[3] 蘇麗媛，馬瑤，陳海林，等.軍校研究生電磁兼容課程教學模式研究[J].電氣電子教學學報，2019，41（1）：40-43.

[4] 于浩然，張柳蕙，劉威，等.RBL教學對臨床醫(yī)學本科生綜合能力培養(yǎng)的作用[J].中華醫(yī)學教育探索雜志，2016，15（10）：1034-1038.

[5] 谷超，苗緒紅，劉義，等.醫(yī)學本科專業(yè)遺傳學實驗中RBL教改研究[J].中華醫(yī)學教育探索雜志，2020，19（3）：296-299.

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[7] 宋盟春，李偉松. 醫(yī)療設備電磁兼容測試技術及應用[M]. 北京：清華大學出版社，2019.

[8] WESTON D A. Electromagnetic compatibility： principles and applications[M].2nd ed. New York：Marcel Dekker， 2001.

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[10] 國家食品藥品監(jiān)督管理局.醫(yī)用電氣設備 第1-2部分：安全通用要求 并列標準：電磁兼容? 要求和試驗：YY 0505—2012[S/OL].（2022-09-02）[2023-01-10]. https：//www.renrendoc.com/paper/219563808.html.

[11] 顧丹丹， 鈕曉音， 郭曉奎，等. “新醫(yī)科”內(nèi)涵建設及實施路徑的思考[J]. 中國高等醫(yī)學教育， 2018（8）：17-18.

［責任編輯：周侯辰］