李 田 胡慧嫻 李佳曌

(1皖南醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)影像學(xué)院醫(yī)學(xué)工程學(xué)教研室；2皖南醫(yī)學(xué)院科研處 安徽蕪湖 241002)

根據(jù)十九大提出的健康中國發(fā)展戰(zhàn)略，以“新工科”為指導(dǎo)思想，在地方醫(yī)科院校建設(shè)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)，將能有力促進(jìn)基礎(chǔ)及臨床醫(yī)學(xué)的發(fā)展[1、2]。要實現(xiàn)這個目的，就要進(jìn)一步和基礎(chǔ)以及臨床醫(yī)學(xué)結(jié)合。

該課題提出了“理、醫(yī)、工結(jié)合”的電工電子類課程工程實踐能力培養(yǎng)模式，對跨學(xué)科應(yīng)用型醫(yī)工人才培養(yǎng)進(jìn)行了系統(tǒng)性探索，簡述如下。

1 “理、醫(yī)、工”電工電子類課程現(xiàn)狀分析

1.1生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)急需“醫(yī)工”交叉的電工電子類基礎(chǔ)課程

大多醫(yī)科院校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)課主要是傳統(tǒng)電類課程(例如電工學(xué)、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)、信號與系統(tǒng)等)，輔以部分生物醫(yī)學(xué)類課程等。電工電子類課程的重要性不言而喻。[3]同時電工電子類課程和電子設(shè)備類課程是醫(yī)學(xué)信息類專業(yè)和臨床醫(yī)學(xué)類專業(yè)的公共基礎(chǔ)課。教學(xué)大綱明確要求學(xué)生應(yīng)當(dāng)熟悉一些醫(yī)療設(shè)備的相關(guān)電子學(xué)理論和實踐操作技能，為醫(yī)學(xué)專業(yè)課打下基礎(chǔ)。

但由于電子類課程對物理和數(shù)學(xué)的要求高、難度大、抽象難懂，學(xué)生們學(xué)習(xí)積極性差、成績不理想，醫(yī)學(xué)生們更是難以理解開設(shè)這門課程的意義。推動電工電子類課程實踐改革，有意識地在課程實踐中“打開”醫(yī)學(xué)設(shè)備將有助于提高學(xué)生對電子電工類課程的學(xué)習(xí)興趣，有助于引導(dǎo)學(xué)生尋求醫(yī)學(xué)和工學(xué)、理學(xué)學(xué)科之間的聯(lián)系，有助于快速進(jìn)入專業(yè)主干課程。

1.2理論脫離醫(yī)學(xué)儀器的實踐情況

很多醫(yī)科院校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)、醫(yī)學(xué)信息類專業(yè)和臨床醫(yī)學(xué)類專業(yè)中原有的電工電子類課程脫離傳統(tǒng)工學(xué)的課程體系，缺乏與醫(yī)學(xué)儀器、技術(shù)的密切聯(lián)系，缺乏醫(yī)科特色。雖然實踐很多，但是缺乏醫(yī)學(xué)相關(guān)性，對面向?qū)嶋H的生物醫(yī)學(xué)問題缺乏敏感性。隨著近些年“理醫(yī)工結(jié)合”“新工科”發(fā)展形式的擴(kuò)展與完善，越來越多的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)與臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)的教師察覺到需對原來的課程實踐教學(xué)具有針對的變革，促使其更符合當(dāng)前人才培養(yǎng)的需求。[4、5]

1.3學(xué)生的實踐學(xué)習(xí)缺乏“打開”設(shè)備的機(jī)會

電工電子類課程實踐在大部分醫(yī)科院校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)和臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)沒有開設(shè)或僅僅停留在驗證實驗層面，學(xué)生缺乏“打開”醫(yī)學(xué)儀器的機(jī)會，更沒有動手搭建醫(yī)學(xué)儀器內(nèi)部仿真電路模型的機(jī)會，與臨床醫(yī)學(xué)儀器設(shè)備脫節(jié)嚴(yán)重。不利于學(xué)生對電工電子類課程核心知識結(jié)構(gòu)的掌握。

2初步探索

課題組結(jié)合教師教學(xué)后的概括與學(xué)生的意見反饋，發(fā)現(xiàn)目前的課程實踐安排和“理醫(yī)工相結(jié)合、服務(wù)臨床”的課程發(fā)展方向存在一定錯位。本課題組提出了理醫(yī)工結(jié)合的電工電子類課程工程實踐能力培養(yǎng)，引入更多的醫(yī)學(xué)導(dǎo)向性實踐平臺的建設(shè)，從而深化學(xué)生對概念的理解，強(qiáng)化動手能力，新增面向生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的系統(tǒng)性探索性實踐，以期提高學(xué)生對醫(yī)學(xué)儀器和設(shè)備內(nèi)部電路的理解和動手解決實際問題的能力。

為完成“理醫(yī)工融合”的高質(zhì)量人才培養(yǎng)的目標(biāo)，使電工電子類課程實踐教學(xué)跟上“新工科”教學(xué)改革的步伐，本課題組提出了鞏固現(xiàn)有成果、深化課程實踐改革、強(qiáng)化內(nèi)涵建設(shè)、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量、力爭可持續(xù)發(fā)展的工作目標(biāo)。在加強(qiáng)電工電子類課程實踐教學(xué)內(nèi)涵建設(shè)的基礎(chǔ)上，營造基于臨床實際的實踐教學(xué)氛圍，培養(yǎng)學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲望和創(chuàng)新思想。

2.1電工電子理論與實踐并重的三級教學(xué)體系

理論與實踐教學(xué)并重、“理醫(yī)工融合”是課題組在生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)培養(yǎng)人才過程一直堅守的教學(xué)理念。實施這一理念的管理教學(xué)體系，建立電工電子類課程是實踐教學(xué)平臺的主要問題。根據(jù)多年的實踐管理教學(xué)經(jīng)驗，該課題組組建了電工電子類理論和實踐結(jié)合的三級教學(xué)管理體系，如圖1所示。

圖1 三級教學(xué)管理體系

課程系列的負(fù)責(zé)人是“雙肩挑”的管理者，不但需要對理論教學(xué)負(fù)責(zé)，還要對教學(xué)實踐進(jìn)行負(fù)責(zé)，把實踐教學(xué)工作的改革放入課程建設(shè)，分化管理層的功能與課程建設(shè)的責(zé)任，落實理論和實踐教學(xué)相并的課程管理和建設(shè)目標(biāo)。

系列課程教學(xué)負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)一系列課程的教學(xué)改革和建設(shè)，包括任命和指導(dǎo)課程負(fù)責(zé)人和系列課程實踐教學(xué)負(fù)責(zé)人。課程教學(xué)負(fù)責(zé)人由系列課程教學(xué)負(fù)責(zé)人任命，負(fù)責(zé)單一課程的教學(xué)管理和建設(shè)。系列課程實踐教學(xué)負(fù)責(zé)人由系列課程負(fù)責(zé)人任命，負(fù)責(zé)系列課程實踐的教學(xué)管理。在課程負(fù)責(zé)人的指導(dǎo)下，他們將實施和改進(jìn)實踐項目內(nèi)容，執(zhí)行課程負(fù)責(zé)人提交的實踐教學(xué)計劃，負(fù)責(zé)制定學(xué)生選課、實踐教學(xué)日歷，并落實系列實踐課的準(zhǔn)備和過程保障組織工作。

2.2電工電子類課程實踐教學(xué)內(nèi)涵建設(shè)

基于“以人為本”現(xiàn)代教育理念與生物醫(yī)學(xué)工程交叉學(xué)科的特點，搭建電工電子類課程“理醫(yī)工”結(jié)合培養(yǎng)實踐平臺。理醫(yī)工融合培養(yǎng)策略示意圖如圖2所示。

圖2 理醫(yī)工融合實踐培養(yǎng)策略示意圖

在電工電子系列課程負(fù)責(zé)人和醫(yī)學(xué)導(dǎo)師及理學(xué)導(dǎo)師充分溝通與協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上，找到臨床設(shè)備和技術(shù)中重要的電工電子問題，形成大家都關(guān)心的電工電子類課程實踐培養(yǎng)內(nèi)容，交予系列課程負(fù)責(zé)人。

細(xì)化課程實踐內(nèi)容分為項目管理、軟件設(shè)計和硬件設(shè)計，學(xué)生和課程教師們實行雙向選擇，商量好每個學(xué)生的實踐分工和任務(wù)。根據(jù)項目的進(jìn)度安排，定時開展進(jìn)度匯報會，對學(xué)生的工作展開指導(dǎo)，從而解決其碰到的問題。

形成初步研究成果后，再次開展理、醫(yī)、工三方專家導(dǎo)師學(xué)術(shù)交流，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，開展產(chǎn)學(xué)研合作，真正實現(xiàn)理、醫(yī)、工融合，優(yōu)勢互補(bǔ)。

2.3實踐保障體系

實踐保障體系指實踐教學(xué)開展之前、之中、之后所必要的準(zhǔn)備、維護(hù)修理、登記記錄等工作內(nèi)容。各課題組導(dǎo)師確定各個學(xué)生的實踐內(nèi)容，商量實施方法和實踐設(shè)備，并上報課程實踐負(fù)責(zé)人登記。課程實踐負(fù)責(zé)人和教師們準(zhǔn)備實踐設(shè)備及工具。在使用過程中，學(xué)生自我管理設(shè)備和工具，需要維修及時登記上報給課程實踐負(fù)責(zé)人。

2.4綜合實踐成績評價體系

合理的科學(xué)成績評價體系是實踐學(xué)生學(xué)習(xí)能力的標(biāo)準(zhǔn)，也是鼓勵學(xué)生積極參與課程實踐的關(guān)鍵方法之一。根據(jù)電工電子類實踐課程的教學(xué)，課題組選定綜合實踐成績評價過程。在這個體系中學(xué)生的實踐成績由文獻(xiàn)查找、實踐設(shè)計報告、實踐過程、實踐結(jié)果與分析、綜合實踐5部分組成(如圖3所示)。

圖3 電工電子類課程實踐成績評價體系

3教學(xué)效果

3.1以電工電子類課程實踐中的CT實踐課舉例：

CT實踐課程在上課前，由理、醫(yī)、工三方專家導(dǎo)師聯(lián)合制定電工電子類實踐課程CT設(shè)備的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

CT實踐總課時為10個課時，一般在1-2 課時該課題組多采用參觀教學(xué)法(visiting teaching method)和講授式(lecture-based learning，LBL)教學(xué)法，帶學(xué)生參觀真實CT設(shè)備的運(yùn)行，學(xué)生各自收集CT設(shè)備的相關(guān)參數(shù)等。課下學(xué)生總結(jié)近幾年國內(nèi)外關(guān)于CT設(shè)備的研究成果，并撰寫文獻(xiàn)綜述。

3-4課時多采用講授式(lecture-based learning，LBL)教學(xué)法教授需要準(zhǔn)確、連貫、系統(tǒng)掌握的CT基本內(nèi)容，比如《醫(yī)學(xué)物理學(xué)》中的光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)、《電工學(xué)》中的基爾霍夫定律、《模擬電子學(xué)》中的放大電路、《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》中的AD和DA轉(zhuǎn)換、《信號與系統(tǒng)》中的信號預(yù)處理。

5-8課時采用團(tuán)隊(team-based learning，TBL)教學(xué)法，根據(jù)學(xué)生和課程教師商定的分組原則，5人為一組，每個團(tuán)隊可參與學(xué)習(xí)CT設(shè)備的軟件、硬件和項目管理的一個方向。組織實踐學(xué)生“打開”報廢的舊CT，學(xué)習(xí)CT內(nèi)部的硬件電路、軟件程序、人機(jī)界面、軟硬鏈接等要點。引導(dǎo)實踐學(xué)生利用仿真軟件根據(jù)本組的學(xué)習(xí)內(nèi)容，綜合理論課程的學(xué)習(xí)，自行設(shè)計硬件電路或軟件程序等。

9-10課時課題組多采用案例(case study based learning，CBL)教學(xué)法，引導(dǎo)和組織學(xué)生結(jié)合自身的研究成果，提出問題，團(tuán)隊之間互相交流，學(xué)生和課程教師之間互相交流，以期能夠解決問題。并鼓勵不同組別的學(xué)生(軟件、硬件、項目管理分組不同)相互比對并討論研究成果的結(jié)合點。課下學(xué)生完成實踐報告，并分析實踐結(jié)果。當(dāng)學(xué)生問題不能很好的在課程中解決，提請理醫(yī)工三方專家導(dǎo)師討論。

課題組通過反復(fù)多次讓學(xué)生掌握CT設(shè)備軟硬件的具體細(xì)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生搜集與之緊密相關(guān)的前后知識與技能，最終實現(xiàn)讓學(xué)生對CT有關(guān)核心基本概念及其基本操作技能、維修技能，既能“知其然”，更能“知其所以然”！后續(xù)對于在課程中發(fā)現(xiàn)的好設(shè)計，鼓勵學(xué)生參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃、大學(xué)生計算機(jī)設(shè)計大賽、大學(xué)生挑戰(zhàn)杯等課外比賽。研究成果可以提請理、醫(yī)、工三方專家審定，申請產(chǎn)學(xué)研項目。

3.2 CT實例教學(xué)效果分析

如上所述，學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)是為掌握基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)課程、臨床醫(yī)學(xué)課程以及電工電子學(xué)等多學(xué)科知識，并將其融入到醫(yī)療設(shè)備的運(yùn)用中。這種能力最直接體現(xiàn)就是畢業(yè)生能否根據(jù)某個特定患者的CT病例來設(shè)置合適的CT參數(shù)。自項目開展以來，每年都有62名醫(yī)學(xué)影像學(xué)專業(yè)的同學(xué)參與到CT教學(xué)新模式的教學(xué)中，并在大四下學(xué)期在指定的教學(xué)醫(yī)院實習(xí)之前都需要參加CT影診報告書寫專項技能考核?？己说慕y(tǒng)計結(jié)果如表4。

表4 CT 典型病例核心參數(shù)設(shè)置教學(xué)模式三種教學(xué)效果比較

表4顯示，2017屆學(xué)生采用了傳統(tǒng)的工科教學(xué)模式，而2021屆學(xué)生是第一屆在CT相關(guān)電工電子類課程中全面采用新教學(xué)方式的學(xué)生。數(shù)據(jù)表明，學(xué)生CT核心參數(shù)設(shè)置專項技能的優(yōu)秀率逐年顯著提高，而不合格率則逐年顯著降低。特別是畢業(yè)學(xué)生的優(yōu)秀率從2017屆的4.92%提高到了2021屆的19.00%，不及格率則從2017屆的29.51%大幅降低到了2020屆的1.20%。

表5中2018屆、2019 屆、2020 屆混合教學(xué)模式比較，每年選取一個班(為對照組)采用傳統(tǒng)的模式教學(xué)，另一個班使用全新的模式教學(xué)。表中可以看出采用新教學(xué)模式的優(yōu)秀率總體高于傳統(tǒng)教學(xué)模式，且不及格率大幅減少由14.19%降為1.97%。

表5 傳統(tǒng)教學(xué)與新教學(xué)模式教學(xué)效果比較

在長達(dá)五年的實際教學(xué)實踐中，能夠明顯感覺到，這種教學(xué)模式的組織方式能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，使他們更加主動地參與到CT教學(xué)新模式中來。按要求學(xué)生僅需完成所在小組布置的主題任務(wù)，試行新模式教學(xué)后，很多學(xué)生會再選擇1～2 個主題任務(wù)來參加討論。學(xué)生參與活動的過程能夠完全發(fā)揮團(tuán)隊的分工協(xié)作精神以科學(xué)嚴(yán)肅的心態(tài)為就業(yè)后的科研工作打下堅實的基礎(chǔ)[6]。同時，顯著提升學(xué)生參與CT教學(xué)新模式的積極性，有助于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和自我管理能力，批判性思維和創(chuàng)新能力，從而達(dá)到教學(xué)相長的良好循環(huán)。

4結(jié)論

隨著科技的飛速發(fā)展，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也在不斷地突破傳統(tǒng)限制，與人工智能、大數(shù)據(jù)等高端智能技術(shù)相互結(jié)合。為了更好地培養(yǎng)適應(yīng)社會需求的跨學(xué)科應(yīng)用型醫(yī)工人才，該課題旨在構(gòu)建一個實踐平臺，通過理論和實際臨床情況相結(jié)合、管理和保障相結(jié)合、評價和過程相結(jié)合、創(chuàng)新精神培養(yǎng)和知識傳播相結(jié)合的方式，引導(dǎo)學(xué)生理解醫(yī)學(xué)和工學(xué)、理學(xué)學(xué)科之間的聯(lián)系，幫助他們快速進(jìn)入專業(yè)主干課程。實踐平臺的構(gòu)建，有效地提高學(xué)生的專業(yè)創(chuàng)新實踐能力，為他們未來從事醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的工作打下堅實的基礎(chǔ)。同時，有助于推動醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展，為我國醫(yī)療事業(yè)的進(jìn)步做出貢獻(xiàn)。