生物医学工程概念

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生物医学工程概念范文第1篇

结合军事生物医学工程学科的特点，从基本思路、实施方法、实施效果3个方面分别加以阐述。提出了军事生物医学工程专业的教学改革重点应放在实验教学上，需以新的考核模式牵引实验教学改革的新方法，解决了以往如何改进教学方法、提高教学质量的棘手问题。该模式使学生的学习兴趣、动手能力、综合素质和创新精神得到显著提高，取得了良好的效果。

[关键词]

军事生物医学工程；实验教学；考核模式

近年来，第四军医大学生物医学工程专业立足军事和医学的双特色背景，率先提出了军事生物医学工程专业的概念[1-2]。该专业以培养面向军队现代卫勤保障任务需求的复合型、创新性人才为目标，构建了以生物医学工程系列课程为基础，医学电子、医学计量、卫生装备及医学影像4个模块为专业方向的特色专业课程体系[3-5]。该课程体系中的“电路原理”“模拟电子技术”“信号与系统”等专业基础课程，起着联结理论知识与工程实践的桥梁作用，在军事生物医学工程人才培养过程中发挥着重要作用[5]。然而，第四军医大学军事生物医学工程专业学生的专业基础课程学时有限，与专业人才培养的高需求构成了矛盾。因此，如何改进教学方法、提高教学质量，是目前亟待解决的问题。军事生物医学工程专业基础课程兼具理论性和实践性，通过实验教学可有效巩固基本概念和方法，提高学员的动手能力、综合分析能力及创新能力[6-8]。为此，我们借鉴国内外教学改革的经验，结合军事生物医学工程学科的特点，将该专业教学改革的重点放在实验教学上，以新的考核模式牵引实验教学改革。

1基本思路

在现代教育理念中，过程管理是实验教学区别于理论教学的最大特点。通过这一环节能保证每个学生的实验效果，切实达到知识理论和实践操作相结合的目的[9-10]。因此，军事生物医学工程专业基础实验考核必须既看结果、更注重过程，将过程考核作为实验课程考核模式改革的重要内容。当前国内外生物医学工程学科呈现出日新月异的特点，大量新理论和新技术的涌现和成熟，要求生物医学工程人才必须主动学习、不断提升自身各方面的能力，以便适应学科发展的需要[11]。针对这一现状，国际上许多知名大学的生物医学工程专业均以学生为主体作为提高教学质量的核心要素，强调对学生主动学习能力的培养[4]。军事生物医学工程与普通生物医学工程具有相同的专业属性，因而其实验课程的考核也应体现这一特点，充分激发学生的发现性、体验性和探究性。军事生物医学工程专业人才面向的是军队特殊功能群体，以解决军队现代卫勤保障中生物医学工程问题为主要任务[3-4]。随着新时期我军卫勤保障的领域不断拓展，特别是复杂化、多样化非战争军事行动实践的凸显，要求卫勤保障人才具备知识、技能、责任为一体的综合能力素质，才能跨越军兵种、部门界限完成保障任务[12]。因此，军事生物医学工程专业基础实验课程的考核必须跳出以实验结果作为唯一指标的传统模式，要强调全面性评价观。

2实施方法

2.1分阶段考核，突出个别质疑实验过程考核具备实时性，课堂提问、查看预习报告和实验记录等传统方式能有效增强考核的真实性，但在启发学生思维、突出学生个性方面效果欠佳。为了有效地解决这一问题，我们根据军事生物医学工程专业特点设计相应的过程考核方案，主要在2个方面进行了探索和实践：一是考核过程的安排，二是特色考核方式的建立。（1）将专业基础实验课程的考核评价分为基础考核和综合考核2个阶段，体现对学生实验技能、态度、协作等情况的全程式评价。其中，基础考核主要对安排课时内进行的系列基础验证性实验进行考核评价，以实验报告为依据进行评价，记为平时成绩，占实验成绩的50%；综合考核主要对课外开展的综合设计性项目进行考核，以项目汇报的形式进行考核，记为期末成绩，占实验成绩的50%。（2）在分阶段考核的基础上，建立以个别质疑为核心的过程评价方式。研究和实践表明，教师对学生的一对一指导和质疑在众多过程考核方式中，最能体现考核评价的客观性，并且能够激励学生主动思考和探索[10]。军事生物医学工程专业在研究型军医大学内开设，专业规模小、学员人数少、师资力量强，因而特别适合采用这种方式。为此，我们在基础项目的实验报告中增加了拓展思考题并对其进行评定。这些思考题是教师针对每个学生的实验操作步骤提出的，因此题目和答案因人而异，从而杜绝了实验报告的抄袭，并体现出学生的个性和思考。

2.2开放考核资源，以问题为驱动自主学习模式倡导学生自主学习、把实验的主动权交给学生，使实验教学呈现出较强的开放性[11]。主要表现为不同学生个性和目标层次不同，导致实验内容、方法思路和结果结论存在差异。与之相对应，实验考核方案也应适应这一特点，并采取行之有效的措施。为此，我们主要对考核资源进行了分类设计和调整重组，主要从以下几个方面进行了实践：（1）考核题目开放。除教学大纲指定的基本项目外，综合考核题目由学生自主选择，实验任课教师只需根据教学大纲及实验条件明确实验教学情境，对实验内容、实验过程及实验要求等细节做具体规划、明确任务要求。近年来我校军事生物医学工程专业实施特色教学模式，大力推行教学与科研相结合、本科生导师制等，为专业基础课程实验考核提供了大量综合设计性题目。例如，实验课程任课教员承担的国家和军队教学或科研课题，经过加工、提炼后可用于考核；以本科生导师制为依托开展的本科生早期接触课外科研项目；军队和地方各种专业技能和创新大赛题目等。（2）指导教师开放。综合设计实验工程性强，学生能否在考核中取得好成绩，除了充分调动自身主观能动性以外，教师的科学指导也很重要。为了与开放化的考核题目相适应，我们允许学生自主选择指导教师。因而除了实验课程任课教师外，学生们还可以选择实验课对应的理论课程教师，以及自己本科阶段的导师。特别是采取最后一种形式，教师和学生相互了解程度深，教师能结合学生个性和特长，针对实验设计方案的可行性及结果提出预判，避免学生走弯路。（3）实验室开放。开放各种教学和科研资源，鼓励学生开展软硬件联调实验，将电路、模电、数电、信号等课程的实验内容结合起来，达到电子信息类专业知识和技能的融会贯通。为此，我们采用图书馆模式管理实验室，对电路、模电、数电、仿真等多个教学实验室实行全天开放，并且对相关实验仪器和消耗器材按需供应。除此之外，从查阅资料、选择元器件、构思实验方案，再到仿真、安装、调试电路，直到完成全部实验，学生均独立进行，教师只负责验收和考评，并对学习成绩优秀或有特长的学生开展个性化培养。（4）人员组织开放。团队协作是现代工程技术人才必须具备的能力素质，也是军事生物医学工程专业人才培养目标的重要方面[13]。因此，在综合设计项目的研究过程中，学生既可自主探究，也可以寻找合作伙伴组成1～3人的项目小组，充分发挥团队协作的优势。与之相对应，考核也要求以项目小组为单位考察实验操作和任务完成情况，并在此基础上对每组的同学进行个别质疑和考察，得出个人评价。

2.3创新考核方式，丰富评价指标军事生物医学工程专业要求培养高素质复合型现代卫勤保障人才，实验考核要体现这一目标就必须在考核方式上有所创新。为此，我们借鉴科研工作汇报的经验，在综合考核中采用以项目答辩为主要形式的考核方案。整个答辩过程以项目组为单位进行，分为3个环节：（1）口头汇报。以全面培养学生制作多媒体课件、口头表达及总结提炼的水平和能力，要求利用多媒体素材进行一次时间为5min的汇报。（2）成果演示。以培养学生熟练操作技能和良好实验习惯为目的，对提交的仿真程序或电子电路进行现场演示和测试。（3）提问互动。以培养学生沟通应变能力和考察项目组内各成员参与实验情况为目的，由评委根据汇报和演示情况随机选择学生提问。在上述考核方式的基础上，我们采用专家讨论和问卷调查的方式，建立了军事生物医学工程专业基础实验考核的评价指标体系及其指标权重。该指标体系涵盖了学生基础知识、实验技能、能力素质、情感态度和作风纪律5个I级指标，以及实验内容、实验仪器的熟练程度、答辩表达和课件制作等15个Ⅱ级指标，不仅对学员的理论基础和实践能力做出考核，而且对学生在工程实践过程中的思路、态度、协作、军人作风等多方面情况进行了全面评价。

3实施效果

上述考核模式已在2014年度秋季学期对第四军医大学2012级生物医学工程专业本科15名学员进行了试点实施。我们根据军事生物医学工程专业本科人才培养方案对实验教学的要求，对“信号与系统”实验课程进行了基础考核和综合考核，取得效果如下：（1）杜绝了实验不预习和准备不充分的现象，学员学习的自主性明显增强，部分同学在实验过程中能提出独到的设计思想，实验效果明显提高。（2）全面提升了学员多媒体课件制作、总结提炼、口头表达、文字组织、沟通交流和团队协作的水平和能力，为他们今后的科研工作打下了良好的基础。（3）充分展现了学员的兴趣、特长和作风纪律等非专业知识技能的情况，为在“信号与系统”理论教学中实施因材施教的个性化教学提供了信息。（4）重点培养了3~5名优秀学员的工程实践和科研创新能力，组织他们参加了第九届全国信息技术应用水平大赛，并取得了好成绩。

4结语

军事生物医学工程作为生物医学工程与军事医学交叉融合的产物，是以服务军队卫勤保障现代化为目标的特殊专业。我们围绕该专业基础课程实验教学的考核，研究了全程性、开放式、多样化的考核新模式并取得了良好效果。该研究进一步丰富了军事生物医学工程专业特色教学模式，对于提高军事生物医学工程专业人才培养质量具有重要的现实指导意义。我们将以此为起点，继续深化该专业实验教学改革，坚持教员为主导、学员为主体的教学理念，渗透全面教育观、精英教育观、创新教育观、开放教育观等现代教育思想，为培养现代化卫勤保障急需的高素质人才不懈努力。

[参考文献]

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生物医学工程概念范文第2篇

临床医学工程学科担负着医疗器械在医疗工作中的技术支持和供应保障的重任。学科需有完整的医学工程专业设置和人员匹配，形成从选型论证、质量控制、技术培训、风险管理，到维修维护、技术鉴定、资产管理的一整套完备的医学工程技术体系。然而目前学生对该学科没有一个明确的认识，因此也没有明确的课程兴趣点和就业意图，从而影响到学科的建设、教学质量以及学生将来就业方向的选择。经过调研生物医学工程专业学生对本专业情况的认识程度，我们发现62%的学生在报考专业时有盲目性，致使部分学生入学后发现专业与自己所期望的不符而产生迷茫和厌学的状况；50%以上的应届毕业生对医院在用的设备仅停留在了解一些或者只是听说过的程度上；80%的学生就业意向仍会选择与专业相关的公司或者医院，然而对职业生涯却没有明确的规划。为了提高临床医学工程专业学生对医疗设备相关课程的兴趣，认识到这些课程的重要性，明确就业方向，各大学和研究院根据自己的优势和特点，在课程设置和授课方向上做出调整，重点培养应用型人才。

2临床医学工程专业课程体系的调整

2.1医学院校临床医学工程应用型人才培养目标医学院校的临床医学工程应用型人才以医疗设备的全程技术管理、信息系统的维护、影像工程科等为主。通过4年专业学习，学生对于医疗仪器有比较深入的了解，侧重于理论的应用，能够对仪器进行基本的保养、维护和一般性维修；对于仪器的医学应用比较了解，在医生和仪器提供者之间起桥梁作用，承担部分仪器的高效使用、改造等任务。同时也可以成为医学仪器生产厂家的运行、维护、安装、研发等专业技术人才。

2.2专业课程以原理为基础，兼顾应用坚持“重人品，厚基础，强能力，宽适应”的人才培养模式，接受先进的理论和技术。专业课程设置可分以下几大类：医学仪器与图像处理类，包括电路、数字图像处理、传感器等；微机原理以及应用类，包括单片机、计算机原理及应用、医学信息系统等；医学基础类，包括系统解剖学、生理学等；生物医学工程专业课程，包括生物力学、生物材料、医学传感器等。教学以“学为主，教为导”的方法，采取启发式、讨论式教学。授课以原理为基础，不要求复杂的公式推导，但是要有定性的概念，例如超声探头高频低频的应用差别。由于设备更新换代很快，无需纠结于某个特定型号的设备并研究其具体功能，应概括性介绍医学设备的应用。开设理论教学与实地教学相结合，与医院合作，组织学生到医院参观学习，请相关业务人员介绍医疗仪器和系统的软件以及硬件设备，及其实际运行情况，使学生有更直观的认识。

2.3引入医疗器械风险管理的概念，加强学生医疗风险意识在基础专业课程教学的同时，引入医疗器械风险管理的概念。表1为制造商对某设备风险的可能性评估。表格左列为危险的可能性分类，首行为危险的严重性分类，阴影区是可用性测试工程师优先考虑的内容。风险分为R1、R2、R3、R4、R5、R6等6个等级。医疗器械的风险管理贯穿于产品的整个寿命周期，在设备的使用过程中仍可能存在，因此医疗工程人员需要具有医疗风险意识。在教学中，引入医疗器械风险管理的概念，让学生了解医疗环境下多种因素都有可能造成医疗设备的使用风险，同时让学生感到学习临床医学工程在医院工作“有用武之地”。2.4以研带教，直观认识医疗风险在理论学习的基础上兼顾研究和应用，培养学生科研能力的同时，加深学生对医疗风险的认识程度。例如，我们对RFID标签在高磁场下应用的安全性进行测评，通过实验发现，13.56M无源RFID标签作为患者标识，在1.5T磁场下持续使用对自身安全正确使用没有影响，但是其可能影响核磁成像的信号及噪声水平，形成伪影，见图1。由此可见，通过简单的研究发现临床环境中风险因素随时可能被引入。开展创新性研究实验，在培养学生思维逻辑能力、分析解决问题的能力以及科研实践能力的同时，提升学生对临床医学工程专业的兴趣，更有利于学生今后的择业意向。

3结语

生物医学工程概念范文第3篇

关键词：生物医学传感器；生物医学信号检测技术；生物医学工程；教学改革

作者简介：谢勤岚（1968-），男，湖北武汉人，中南民族大学生物医学工程学院，教授；李正义（1982-），男，湖北荆门人，中南民族大学生物医学工程学院，讲师。（湖北 武汉 430074）

基金项目：本文系湖北省教学研究项目“生物医学工程专业创新人才培养的课程体系改革研究与实践”（项目编号：JYS11003）的研究成果。

中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）03-0096-02

生物医学工程学是一门理工医相结合的交叉学科，它是应用工程技术的理论和方法，研究解决医学防病治病，保障人民健康的一门新兴的边缘科学。[1]“生物医学传感器与检测技术”课程是该专业人才培养体系中的核心课程。它既是一门知识面较宽的综合性理论课，也是一门实践性较强的技术课程。该课程主要讲授生物医学传感器的特性、原理，信号处理与接口电路，传感器在人体生理信号检测中的应用等内容。[2-4]要求学生理解和掌握生物医学传感器的换能原理、感测技术、主要技术指标，生物医学检测技术的原理、基本电路，生物医学传感器与检测技术的基本应用等。

近年来，随着电子技术、微机电技术、新材料和制造技术、信息处理技术的快速发展，各种新型生物医学传感器和生物医学信号检测技术不断涌现，传统的教学内容和教学方法已经不能满足人才培养的要求。为此依据“加强医工结合，注重工程实践教学，培养医疗仪器工程设计能力”的指导思想，对本课程教学内容和教学方法进行了若干改革探索。

一、改革课程体系和教学内容

长期以来，由于缺少相关的专业课程教材，“生物医学传感器与检测技术”课程的教材基本上是使用电子信息类、检测技术与仪表类、自动化类专业的传感器与检测技术教材，[5-7]教学内容也是对这些教材的教学内容进行相应的增删后形成的。这些内容主要讲授各种传统物理类传感器原理和测量电路，缺少与生物医学工程专业相关的有针对性的教学内容。根据生物医学专业的特点，结合近年来出版的几本相关教材，[2-4]对该课程的教学要求、教学内容进行了调整，将该课程内容划分成4个模块组织教学。

1.概述和传感器特性模块

概述和传感器特性模块对医用传感器的作用、分类、要求、发展等内容进行了概述性的介绍。针对生物医学信号的特点，介绍了传感器的基本特性，包括静态特性、动态特性、动态特性分析、传感器的误差、数据处理方法等重要内容。

2.传感器原理模块

传感器原理模块除了讲授应变式、压电式、磁电式、热电式和光电式等经典的物理类传感器的基本原理外，还增加了三类重要的传感器内容：化学传感器、医用电极和生物传感器。化学传感器和生物传感器融合了化学、生物学、医学、物理学和信息学等相关学科，已经发展成为生物医学传感器中两个活跃的研究领域。医用电极在医疗仪器和生物医学科学研究中得到了广泛的应用。生物传感器除了讲授生物传感器的基本概念和类型、生物敏感材料的固定化等基本内容外，主要讲授了若干应用广泛的生物传感器，另外还介绍了一部分新型的生物传感器，以及生物传感器近年来最新的研究成果。[2]

3.检测技术基础模块

检测技术基础模块讲授基本的测量与处理电路，包括传感器接口电路、信号放大电路、信号选择电路、信号运算电路、信号调理电路、信号变换电路、驱动电路等。另外，增加了测量方法、测量系统结构等内容。

4.传感器和检测技术应用模块

应用模块增加了生物医学信号的特点、生物医学测量系统的基本构成、生物医学测量中干扰和噪声的产生与抑制、人体生理信号检测的基本要求等教学内容。重点放在生物医学传感器在人体生理信号检测中的应用等内容上，如心音传感器和脉搏传感器、多普勒频移血流计、生物电放大基础，以及心电图测量、脑电图与肌电图测量、血压的测量、血氧饱和度和心输出量的无创伤测量方法等重要内容。而超声波成像系统和X-CT断层扫描系统原理、电刺激和心脏起搏等内容则可以考虑在后续课程中学习。

以上四个模块的教学内容和教学时间大致如表1所示。根据专业人才培养方案和教学实际，可以由一门课在一个学期完成，也可以分成2～3门课程在2个学期完成。目前按前一种方案组织教学。

新的教学内容具有如下特点：第一，注重基本理论与临床应用相结合。对每类传感器都介绍若干临床应用或医疗仪器部件作为实例，使学生对传感器的应用有全面的了解和认识。第二，注重培养学生分析实际问题的能力。针对不同的被测对象，不仅介绍选择什么类型的传感器，还介绍如何选择信号处理与接口电路，提高了学生对传感器和检测电路的正确选择能力。第三，注重培养学生的临床应用和工程设计能力。

二、改革教学模式和教学方法

相对于教学内容的改革，“生物医学传感器与检测技术”课程教学模式的改革有更重要的意义。因为除了数据处理等理论内容之外，该课程的大部分内容都是工程应用型的内容，学生理解这些内容相对容易，也容易自学没有讲授的内容。但由于内容繁杂，学生如何在短时间内掌握这些内容，并能熟练使用所学内容进行医疗仪器设计，则是仍然没有解决的问题。

1.采用“从系统到单元，以检测对象为中心”的教学模式

传统的课程教学模式对于“生物医学传感器与检测技术”这样的课程来说，确有不合适之处。学生学习完整个课程之后，不能建立传感器、检测电路、检测方法与医疗仪器之间的内在联系，更不用说用这些知识来设计医疗仪器的单元或模块。因为教学是以分散的元件或电路作为授课内容的，学生没有从系统的观点来学习和掌握这些基本内容，因而学习的知识是零散杂乱的。为此笔者在教学中提出了“从系统到单元，以检测对象为中心”的教学模式。

以血压测量为例。以某种无创血压模块为授课对象，在课堂上教师主要讲授血压测量模块的原理、电路框图、压力传感方式等系统级内容，要求学生将系统进行分解，直至每个单元和元器件。学生通过分解、分析，不仅了解了测量原理，还掌握了压力传感器、放大电路、接口电路、显示电路等主要内容。另外，学生通过思考、分析、比较，还可以进一步提出了若干改进措施。相对于传统的教学模式，这种教学模式有明显的效果。

2.结合使用多媒体教学与板书形式等多种授课形式

多媒体教学是一种现代教学方式，具有形象直观、信息量大等优势，但传统的板书教学方式有其固有的优点。两种教学方法的有机结合，可以很好地调动学生的学习积极性，集中学生的学习注意力，提高教学效果。采用多媒体教学和传统板书教学手段相结合的方式，例如对于传感器的外形、结构及生物医学应用等，通常采用多媒体的图片和动画展示，增加学生的感性认识；而对于传感器的测量原理、基本测量电路、设计公式的推导，往往采用传统板书的方式，有助于学生更好地理解和掌握。

3.加强实践教学

“生物医学传感器与检测技术”课程教学对实验和实践环节的要求较高。学生需要通过验证性实验教学来掌握传感器的原理和性能、测量电路的原理等基本知识；通过综合性和设计性实验教学来掌握传感器的使用方法、测量电路的设计和调试等基本工程技能。在教学过程中，根据课程教学内容和教学进度，穿插安排实验教学，保证每一个理论知识点都可以通过相应的实践教学来达到从理论知识到应用能力的转化。

在基础实验的基础上，增加了综合性、设计性实验等自主性实验内容。通过实践，学生锻炼了分析和解决问题的能力，提高了综合和总结的能力，加深了对所学理论知识的掌握程度。

此外，在课程设计教学中，还结合传感检测技术应用与医疗仪器设计的相关知识和能力要求，提出课程设计题目。学生通过自主设计，选择不同的传感器和测量电路来实现要求的任务，可以进一步提高学生提出问题、解决问题的能力，并进一步锻炼其工程设计能力。

三、结束语

对“生物医学传感器与检测技术”课程的教学内容和教学方法进行了若干改革，取得了一些有益的教学成果。补充教学内容拓宽了课程教学内容，分块调整教学内容完善了课程体系，使其更适合于生物医学工程专业的人才培养目标。“从系统到单元，以检测对象为中心”的教学模式、实验和课程设计相结合的教学方法提高了学生的专业感知度，锻炼了学生的医疗仪器工程设计能力。近3年的教学实践证明，这些改革提高了教学效果，有较好的推广价值。

参考文献：

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[5]陈杰，黄鸿.传感器与检测技术[M].北京：高等教育出版社，

2002.

生物医学工程概念范文第4篇

    我校自2003年开办生物医学工程专业以来,根据医科院校特点,以为医疗和医学研究服务为目的,培养能将医学与工程技术相结合,从事医学影像、医疗电子仪器和计算机技术的研发、操作和管理工作,并且能够开展生物医学工程学科研究的人才[1]。该专业主要学习生命科学、电子技术、计算机技术及信息图像传输、处理等有关的基础理论知识以及医学与工程技术相结合的科学知识,设置的主干课程有:“电路原理”“模拟电子技术”“数字电子技术”“微机原理”“生物医学传感器”“医疗仪器原理”“信号与系统”“数字信号处理”“生物医学信号检测与处理”“单片机原理与接口技术”等。另外凭借医学院校的优势还开设了一些医学方面的基础课,生理学、人体解剖等。为了提高教学质量,更好的达到教学效果,所开设的这些课程基本上都需要做实验演示,以增强形象性效果和形象性验证。实验教学在大学教育中是必要手段。几乎每门课的实验教学都需要用到各种各样的电子仪器,主要包括示波器、信号发生器等。在传统教学中基本上都是使用相对独立、功能固定的电子仪器,不能够随意更改它们的结构和功能。对于需要电子计算机之类的课程而言,一般都得配备几十套教学仪器来供教学使用,这些仪器设备还需要不断更新维护,教学成本比较高。另外,在医学院校对于和医学相关的专业课程很多实验实际操作比较困难,效果不理想。中国的医学教育资源本身很紧张,另外医院的设备多是大型设备,体积庞大,价格昂贵,操作使用复杂,临床使用要求高,一般院校很难满足大型医疗设备的教学使用需要。因此,在医学院校的教学中就出现很多问题,比如医学实验教学中的人体生理参数采集等演示效果不好,所以,传统的医疗仪器教学只能偏重于理论讲解,不够生动,即使有个别实验模具,其教学效果也不理想。在当前学校经费较少的情况下,如果大量增加常规仪器、仪表的配置,学校财力难以支付。这样容易造成实验教学效果不理想,对提高学生学习兴趣,培养创新及实践能力都有一定影响。随着现代测试功能和计算机技术的密切结合,出现的虚拟仪器技术可以帮助我们克服一些硬件上不能解决的难题,弥补传统仪器教学的不足。

    2虚拟仪器在课程中的应用

    2.1虚拟仪器简介

    虚拟仪器(VirtualInstrument,VI)是一种新兴的仪器,一种功能意义上的仪器,在以通用计算机为主的硬件基础上,由用户自己设计定义虚拟的操作面板,测试功能由软件来实现的一种计算机仪器系统[2]。其实质是以计算机为核心的仪器系统与电脑软件技术的密切结合,将仪器装入计算机。通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件融合,通过软件编程来实现传统仪器中的由硬件电路完成的功能,利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制端,利用计算机强大的软件功能来管理仪器系统,完成对信号数据的运算、分析处理等,可以多种形式输出结果,少量的硬件模块则为虚拟仪器的正常运行提供信号I/O接口设备来完成不同要求的测试。虚拟仪器具有传统仪器没有的性能高、扩展性强、开发时间短、开发成本低等优点,具有很强的灵活开放性。不同领域的科学家和工程师都借助虚拟仪器来解决工作与课题中的实际问题。所以,虚拟仪器自诞生以来就在测量、航空航天、自动化、远程教学和生物医学等世界范围的众多领域内得到了广泛应用[3]。LabVIEW是美国NI(NationalInstrument)公司推出的一种基于图形化编程的软件开发工具,将功能强大的图形化设计平台LabVIEW与相关硬件结合应用于教学上,能够使传统理论教学与实际有效结合,帮助学生完成从理论到实践的学习。LabVIEW软件平台结合数据采集卡等相关硬件可以开发出示波器、信号发生器等常用的电子仪器,不仅可以代替传统仪器且摆脱了传统电子仪器功能单一、更换维护麻烦等缺点[4]。将基于LabVIEW的虚拟仪器应用在教学中极大提高了教学效率,已经逐渐成为一种新的手段。

    2.2在医疗仪器教学中应用

    “医学仪器原理”是生物医学工程专业的一门专业必修课。该课程涉及了医学和电子学、计算机、信号处理、传感器技术等方面的知识,是一门实践性很强的科目。作为生物医学工程专业的学生,要掌握常见的医疗仪器的基本结构、工作原理,而且还要具有一定的创新思想和科研水平,有开发和设计高水平的医疗电子仪器的素质[5]。因此做好实验教学是学生提高学生实验水平和综合能力的关键。医学仪器原理实验主要将人体生理信号的检测及处理分析作为教学内容,包括了人体血压信号、心电、体温、呼吸、脉搏等生理参数的测量。生物医学信号由传感器转变成电信号,因为人体生理信号比较微弱要先经过信号的放大、滤波等预处理,再进入数据采集卡。信号通过数据采集卡采集到计算机上以后,利用LabVIEW的图像化语言进行编程,实现对数据的各种分析,包括数值分析、频谱分析等,再通过仪器软面板把结果显示在电脑上。我们以人体呼吸测量为例,这种设备一般只在医院常见,用于教学中的仪器基本上没有。因此讲过理论原理后,学生不能够真正透彻的明白,无法满足教学上的需要。我们利用少量硬件设计结合LabVIEW软件编程构建了一个人体呼吸测量系统,采用阻抗式呼吸测量原理,硬件电路主要涉及放大和滤波环节,限于篇幅就不详细说明了。图1为基于LabVIEW平台搭建的呼吸测量面板图,针对学生教学取得了很好的效果,同学们一致反映对呼吸测量的原理有了更透彻的认识,并且能学习新的软件技术,扩展知识面。在LabVIEW环境下进行实验教学只需要根据实际情况,比如是呼吸测量还是心电测量等,通过软件编程及很少的硬件连接便可完成实验任务,即节省了实验成本,又利于实验设备更新,让教师和学生脱离了传统教学仪器功能单一的框框,更重要的是可以充分提高学生积极性和发挥创造性,像搭积木一样,根据不同的测试需要,在计算机上构建一个基于虚拟仪器技术的测试测量装备,这样做还能够充分的节省高校技术资源[6]。

    2.3在信号处理类课程教学中应用

    生物医学工程专业设置的信号处理类课程主要有:“数字信号处理”“信号与系统”“生物医学信号检测与处理”等。这些课程中往往涉及大量抽象的概念、公式,老师上课的时候也只是讲解推导公式或证明算法,学生没有直观印象,无法把函数公式与实际波形相联系,理解起来非常困难,从而很大程度的影响了教学效果。我们以“数字信号处理”课程为例作一简单介绍。“数字信号处理”是一门理论性很强的,以算法为核心的科目。为了使学生深入理解教材上提到的理论算法,需要通过仿真实验来验证那些理论。LabVIEW软件平台的特点之一就是具有丰富的运算且灵活高效的信号处理功能,LabVIEW图形化信号处理平台由多个信号处理与数学函数库组成,包含小波变换、滤波器设计、时频分析、图像处理等工具包,将信号处理的各种功能转化为VI函数,给使用者提供了方便、简单的编程途径,从函数库调用这些现成的VI函数就可以迅速完成信号处理。学生能一目了然地看到程序的运行情况,也可以比较不同的参数对结果的影响。在数字信号处理教学中滤波器是重点知识,也是教学难点。在以往的教学中发现学生普遍对于滤波器的作用弄不明白,另外根据学习的理论知识怎样设计出有实际应用价值的数字滤波器也不清楚。在讲授滤波器时,在LabVIEW中信号处理函数面板中的滤波基本函数栏进行选择,在虚拟仪器前面板上放置多个图形显示控件,完成对滤波器的设计,还可以同时显示多个滤波器的滤波结果,这种学习方式简单明了,学生很容易理解抽象的概念从而掌握所学知识。另外LabVIEW图形化的编程语言有助于学生在比较短的时间内开发出相对复杂的数字信号处理程序,增加了同学们的自信,提高了其学习积极性。虚拟仪器技术强大的功能可以使其对学生开展形象、直观的教学方式,灵活的应用于教学中,不仅可以帮助学生深刻领会抽象的理论知识,扎实掌握所学知识,同时还可以提高他们的学习兴趣,达到最佳教学效果。

生物医学工程概念范文第5篇

生物医学工程专业的实验动物学教学中存在很多问题，主要表现在以下几个方面:

(1)本专业的学生基础课程设置跨度大，而且学了很多工程专业的基础课，不同于医学和生物专业的学生有医学背景和生物基础，他们不能够很快掌握很多实验动物的基本概念和词汇，因此给教学带来很多困难。

(2)应用传统的实验动物学的教材要讲58个学时的课，还有32学时的实验课，而本专业的学生，实验动物学课程设置只有32个学时，而且目前还没有设置实验课教学，因此课程的讲授内容需要做很大的调整和缩减，才能适应本专业的学生的教学要求。

(3)本专业的学生对实验动物学的兴趣不大，上课的时候，同学由于初次接触医学和生物类的课程，所以很多对这些不熟悉，也没什么兴趣。课堂效果不好，学生互动较少，因此这是教学中重要的教改内容。

(4)作为新开课程，教师授课时教学经验不足，不能充分调动学生的积极性，照本宣科地去讲课，不结合实际科研工作和应用去讲，讲课的幻灯做的也欠图文并茂，给教学带来很多问题。

(5)实验动物学是一门传统的基础研究课程，是一门以操作技术为主的学科，实验教学应是整个教学的重要组成部分，而我们的教学体系中没有设置实验课程，是我们教学改革的主要环节。

2实验动物教学改革的内容

鉴于本专业的交叉学科特点，我们采用如下方法进行教改实践:

(1)对本学科专业的26名学生进行无记名问卷调查，经统计发现76%的学生对本课程兴趣不浓厚，58%的学生讲到授课教师的教学经验不足，83%的学生对实验动物学中的疾病动物模型和动物实验设计方面的内容比较感兴趣，66%的同学希望以后开设实验动物学的实验课，提高自身的动手能力。

(2)采取责任教授引导，主讲教师讨论的方法，对实验动物学的教学内容进行规划，减少了很多与生物医学工程关系不大的授课内容，这样可以使得学生在短时间内有效地掌握相关知识。

(3)课堂讲授时，通过生动的幻灯和教学录像代替死板的文字，用实际的研究经验去代替书本的照本宣科，以诱发学生的学习兴趣，取得了很好的教学改革效果。

(4)在教学同时，让学生走进实验动物房，进行参观和实际动手操作训练，而且开展了本科生导师制，让学生跟着老师去掌握动物实验的基本操作。

(5)我们开展了学生展示，让学生自己在课堂上设计动物实验，把常见的一些疑难杂症带到课堂，学生对肿瘤、癌症等热点问题有很大的兴趣，亲自设计实验，课堂互动很好，取得很好的教学效果。

(6)在教材的选取上，以前的教材文字太多，图片太少，不太适合学生使用。因此，需要选用图片多的教材来激发学生的兴趣，更适合交叉学科的学生使用。

(7)加强了教师队伍的技能培训，主讲教师均参加了中国实验动物学会举办的实验动物从业人员培训，培训合格均获得实验动物从业人员上岗证书。通过培训，听到了教学经验丰富的专家们栩栩如生的实验动物教学，受益匪浅，并且把这些学到东西传授给学生时，取得很好的教学效果。

(8)开展了学生实地参观北京大学医学部实验动物中心，还有我们学院的实验动物房，让学生近距离接触实验动物，亲自抓鼠、注射等，大大提高了学生的兴趣。

3结语