“理醫工”課程實踐平臺在培養跨學科應用型醫工人才上的探索*

李 田 胡慧嫻 李佳曌

(1皖南醫學院醫學影像學院醫學工程學教研室；2皖南醫學院科研處 安徽蕪湖 241002)

根據十九大提出的健康中國發展戰略，以“新工科”為指導思想，在地方醫科院校建設生物醫學工程專業，將能有力促進基礎及臨床醫學的發展[1、2]。要實現這個目的，就要進一步和基礎以及臨床醫學結合。

該課題提出了“理、醫、工結合”的電工電子類課程工程實踐能力培養模式，對跨學科應用型醫工人才培養進行了系統性探索，簡述如下。

1 “理、醫、工”電工電子類課程現狀分析

1.1生物醫學工程專業急需“醫工”交叉的電工電子類基礎課程

大多醫科院校生物醫學工程專業課主要是傳統電類課程(例如電工學、數字電子技術基礎、信號與系統等)，輔以部分生物醫學類課程等。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備類課程是醫學信息類專業和臨床醫學類專業的公共基礎課。教學大綱明確要求學生應當熟悉一些醫療設備的相關電子學理論和實踐操作技能，為醫學專業課打下基礎。

但由于電子類課程對物理和數學的要求高、難度大、抽象難懂，學生們學習積極性差、成績不理想，醫學生們更是難以理解開設這門課程的意義。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”醫學設備將有助于提高學生對電子電工類課程的學習興趣，有助于引導學生尋求醫學和工學、理學學科之間的聯系，有助于快速進入專業主干課程。

1.2理論脫離醫學儀器的實踐情況

很多醫科院校生物醫學工程專業、醫學信息類專業和臨床醫學類專業中原有的電工電子類課程脫離傳統工學的課程體系，缺乏與醫學儀器、技術的密切聯系，缺乏醫科特色。雖然實踐很多，但是缺乏醫學相關性，對面向實際的生物醫學問題缺乏敏感性。隨著近些年“理醫工結合”“新工科”發展形式的擴展與完善，越來越多的生物醫學工程專業與臨床醫學專業的教師察覺到需對原來的課程實踐教學具有針對的變革，促使其更符合當前人才培養的需求。[4、5]

1.3學生的實踐學習缺乏“打開”設備的機會

電工電子類課程實踐在大部分醫科院校生物醫學工程專業和臨床醫學專業沒有開設或僅僅停留在驗證實驗層面，學生缺乏“打開”醫學儀器的機會，更沒有動手搭建醫學儀器內部仿真電路模型的機會，與臨床醫學儀器設備脫節嚴重。不利于學生對電工電子類課程核心知識結構的掌握。

2初步探索

課題組結合教師教學后的概括與學生的意見反饋，發現目前的課程實踐安排和“理醫工相結合、服務臨床”的課程發展方向存在一定錯位。本課題組提出了理醫工結合的電工電子類課程工程實踐能力培養，引入更多的醫學導向性實踐平臺的建設，從而深化學生對概念的理解，強化動手能力，新增面向生物醫學應用的系統性探索性實踐，以期提高學生對醫學儀器和設備內部電路的理解和動手解決實際問題的能力。

為完成“理醫工融合”的高質量人才培養的目標，使電工電子類課程實踐教學跟上“新工科”教學改革的步伐，本課題組提出了鞏固現有成果、深化課程實踐改革、強化內涵建設、提高人才培養質量、力爭可持續發展的工作目標。在加強電工電子類課程實踐教學內涵建設的基礎上，營造基于臨床實際的實踐教學氛圍，培養學生強烈的求知欲望和創新思想。

2.1電工電子理論與實踐并重的三級教學體系

理論與實踐教學并重、“理醫工融合”是課題組在生物醫學工程專業培養人才過程一直堅守的教學理念。實施這一理念的管理教學體系，建立電工電子類課程是實踐教學平臺的主要問題。根據多年的實踐管理教學經驗，該課題組組建了電工電子類理論和實踐結合的三級教學管理體系，如圖1所示。

圖1 三級教學管理體系

課程系列的負責人是“雙肩挑”的管理者，不但需要對理論教學負責，還要對教學實踐進行負責，把實踐教學工作的改革放入課程建設，分化管理層的功能與課程建設的責任，落實理論和實踐教學相并的課程管理和建設目標。

系列課程教學負責人負責一系列課程的教學改革和建設，包括任命和指導課程負責人和系列課程實踐教學負責人。課程教學負責人由系列課程教學負責人任命，負責單一課程的教學管理和建設。系列課程實踐教學負責人由系列課程負責人任命，負責系列課程實踐的教學管理。在課程負責人的指導下，他們將實施和改進實踐項目內容，執行課程負責人提交的實踐教學計劃，負責制定學生選課、實踐教學日歷，并落實系列實踐課的準備和過程保障組織工作。

2.2電工電子類課程實踐教學內涵建設

基于“以人為本”現代教育理念與生物醫學工程交叉學科的特點，搭建電工電子類課程“理醫工”結合培養實踐平臺。理醫工融合培養策略示意圖如圖2所示。

圖2 理醫工融合實踐培養策略示意圖

在電工電子系列課程負責人和醫學導師及理學導師充分溝通與協調的基礎上，找到臨床設備和技術中重要的電工電子問題，形成大家都關心的電工電子類課程實踐培養內容，交予系列課程負責人。

細化課程實踐內容分為項目管理、軟件設計和硬件設計，學生和課程教師們實行雙向選擇，商量好每個學生的實踐分工和任務。根據項目的進度安排，定時開展進度匯報會，對學生的工作展開指導，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、工三方專家導師學術交流，強強聯合，開展產學研合作，真正實現理、醫、工融合，優勢互補。

2.3實踐保障體系

實踐保障體系指實踐教學開展之前、之中、之后所必要的準備、維護修理、登記記錄等工作內容。各課題組導師確定各個學生的實踐內容，商量實施方法和實踐設備，并上報課程實踐負責人登記。課程實踐負責人和教師們準備實踐設備及工具。在使用過程中，學生自我管理設備和工具，需要維修及時登記上報給課程實踐負責人。

2.4綜合實踐成績評價體系

合理的科學成績評價體系是實踐學生學習能力的標準，也是鼓勵學生積極參與課程實踐的關鍵方法之一。根據電工電子類實踐課程的教學，課題組選定綜合實踐成績評價過程。在這個體系中學生的實踐成績由文獻查找、實踐設計報告、實踐過程、實踐結果與分析、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、工三方專家導師聯合制定電工電子類實踐課程CT設備的學習內容。

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法(visiting teaching method)和講授式(lecture-based learning，LBL)教學法，帶學生參觀真實CT設備的運行，學生各自收集CT設備的相關參數等。課下學生總結近幾年國內外關于CT設備的研究成果，并撰寫文獻綜述。

3-4課時多采用講授式(lecture-based learning，LBL)教學法教授需要準確、連貫、系統掌握的CT基本內容，比如《醫學物理學》中的光電效應和康普頓效應、《電工學》中的基爾霍夫定律、《模擬電子學》中的放大電路、《數字電子技術基礎》中的AD和DA轉換、《信號與系統》中的信號預處理。

5-8課時采用團隊(team-based learning，TBL)教學法，根據學生和課程教師商定的分組原則，5人為一組，每個團隊可參與學習CT設備的軟件、硬件和項目管理的一個方向。組織實踐學生“打開”報廢的舊CT，學習CT內部的硬件電路、軟件程序、人機界面、軟硬鏈接等要點。引導實踐學生利用仿真軟件根據本組的學習內容，綜合理論課程的學習，自行設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)教學法，引導和組織學生結合自身的研究成果，提出問題，團隊之間互相交流，學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合點。課下學生完成實踐報告，并分析實踐結果。當學生問題不能很好的在課程中解決，提請理醫工三方專家導師討論。

課題組通過反復多次讓學生掌握CT設備軟硬件的具體細節，引導學生搜集與之緊密相關的前后知識與技能，最終實現讓學生對CT有關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”！后續對于在課程中發現的好設計，鼓勵學生參加大學生創新創業計劃、大學生計算機設計大賽、大學生挑戰杯等課外比賽。研究成果可以提請理、醫、工三方專家審定，申請產學研項目。

3.2 CT實例教學效果分析

如上所述，學生的學習目標是為掌握基礎醫學課程、臨床醫學課程以及電工電子學等多學科知識，并將其融入到醫療設備的運用中。這種能力最直接體現就是畢業生能否根據某個特定患者的CT病例來設置合適的CT參數。自項目開展以來，每年都有62名醫學影像學專業的同學參與到CT教學新模式的教學中，并在大四下學期在指定的教學醫院實習之前都需要參加CT影診報告書寫專項技能考核?？己说慕y計結果如表4。

表4 CT 典型病例核心參數設置教學模式三種教學效果比較

表4顯示，2017屆學生采用了傳統的工科教學模式，而2021屆學生是第一屆在CT相關電工電子類課程中全面采用新教學方式的學生。數據表明，學生CT核心參數設置專項技能的優秀率逐年顯著提高，而不合格率則逐年顯著降低。特別是畢業學生的優秀率從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 屆混合教學模式比較，每年選取一個班(為對照組)采用傳統的模式教學，另一個班使用全新的模式教學。表中可以看出采用新教學模式的優秀率總體高于傳統教學模式，且不及格率大幅減少由14.19%降為1.97%。

表5 傳統教學與新教學模式教學效果比較

在長達五年的實際教學實踐中，能夠明顯感覺到，這種教學模式的組織方式能夠激發學生的學習興趣和積極性，使他們更加主動地參與到CT教學新模式中來。按要求學生僅需完成所在小組布置的主題任務，試行新模式教學后，很多學生會再選擇1～2 個主題任務來參加討論。學生參與活動的過程能夠完全發揮團隊的分工協作精神以科學嚴肅的心態為就業后的科研工作打下堅實的基礎[6]。同時，顯著提升學生參與CT教學新模式的積極性，有助于培養學生的自主學習能力和自我管理能力，批判性思維和創新能力，從而達到教學相長的良好循環。

4結論

隨著科技的飛速發展，醫學領域也在不斷地突破傳統限制，與人工智能、大數據等高端智能技術相互結合。為了更好地培養適應社會需求的跨學科應用型醫工人才，該課題旨在構建一個實踐平臺，通過理論和實際臨床情況相結合、管理和保障相結合、評價和過程相結合、創新精神培養和知識傳播相結合的方式，引導學生理解醫學和工學、理學學科之間的聯系，幫助他們快速進入專業主干課程。實踐平臺的構建，有效地提高學生的專業創新實踐能力，為他們未來從事醫學領域的工作打下堅實的基礎。同時，有助于推動醫學領域的技術創新和發展，為我國醫療事業的進步做出貢獻。