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20世纪60年代,美国一些著名大学先后开启了生物医学工程学科的建设,相继启动了生物医学工程专业人才的培养。美国的生物医学工程教育特点是在技术产业化需求驱动建立起来的具有其自身特性,且反映了生物医学工程学科建设与发展的前沿特征。各个学校的本科教育课程虽然具有自己的特色,但在课程设置上大致可以分为科学基础课程、专业核心课程、关注领域课程、设计课程、人文与社会科学课程、专业选修课程及其他选修课程等六类。不同学校本科课程的主要差异体现在专业选修课程及其他选修课程的设置上,各个学校根据自身的生物医学工程领域的研究方向和研究水平特点开设一些相应的选修课程,并培养学生在相应方向上的研究探索实践能力。这是美国生物医学工程本科教育的基本特点。
我国生物医学工程专业教育起步于20世纪80年代,主要发源于著名工科院校的信息技术类专业和力学专业,进而逐渐形成的生物医学工程专业教育,后来,一些医学院校在医学物理和医用计算机技术的基础上相继开展了生物医学工程专业教育,于是在我国基本上形成了这样两种类型的生物医学工程学科。上述两类院校的生物医学工程学科建设发展模式各具侧重,遵循了共同的学科基础,在培养生物医学工程专业人才的应用层面上有显著特点。相对来说,工科院校的生物医学工程培养模式注重工程技术的开发和功能拓展,医科院校则注重医学与工程结合、工程技术在医学中的综合应用。
1.中国生物医学工程学科发展思路
生物医学工程是一种交叉学科,交叉的学科基础及其融合的紧密程度决定了生物医学工程学科的发展水平,交叉的学科发展推动着生物医学工程学科的发展,并且使得生物医学工程学科研究领域变得十分广泛,而且处在不断发展之中。
1.1 学科发展轨迹
在中国,基于电子信息工程发展而来的生物医学工程学科,主要包括生物医学仪器、生物医学信号检测与处理、生物医学信息计算分析、生物医学成像及图像处理分析、生物医学系统建模与仿真、临床治疗与康复的工程优化方法、手术规划图像仿真以及图像导引手术及放疗优化等;有基于力学发展而来的生物医学工程学科,主要包括生物流体力学、生物固体力学、运动生物力学、计算生物力学和微观尺度的细胞生物力学等;基于化学材料工程发展而来的生物医学工程学科,主要包括生物材料学、组织工程与人工器官、物理因子的生物化学效应等。
1.2 学科发展特点
作为交叉学科的生物医学工程学科,其发展的关键在于交叉学科间的交叉融合。构建一种良好的交叉结构,对推动交叉学科的发展具有至关重要的作用。约翰霍普金斯大学对于生物医学工程这样的交叉学科的描述有一个形象的说法:交叉学科如同在不同学科之间建立起连接桥梁,如果在河两岸没有坚实的基础,桥是无法建立好的,对于生物医学工程这样一座建立在两个不同学科之间的桥来说,它的发展要求具有坚实的交叉学科基础和交叉学科紧密融合深度。那么在生物医学工程学科构建良好的交叉结构,需要选取具有理论支撑和技术支撑的主干学科进行交叉,凝练学科方向,不能大而全,过于宽泛。
目前,医学仪器和医学成像技术具有良好的应用和发展前景,应该成为生物医学工程学科的重点发展方向。医学仪器和医学成像设备能有力推动医疗产业的发展。医疗仪器和医学成像设备是现代医疗器械产业中的主流产品,在产业发展中起着主导和引领作用。其发展水平已成为一个国家综合经济技术实力与水平的重要标志之一。产业化驱动也是学科发展的一种动力,也为学生未来职业发展奠定良好的基础。基于医疗卫生健康事业的需求和生命科学发展的大趋势,生物医学工程学科应大力促进医学仪器和医学成像方法的学科建设,从而提升整个学科的发展水平。
生物医学工程学科的建设离不开一流的学术研究和学术成果的应用。一流的学术研究不但能提升学科的发展水平,而且能开拓学科纵深发展,产生良好的经济效益和社会效益,进而增强学科服务社会发展的能力。学术研究的前瞻性和创新性将确保学科建设的发展动力和趋势以及学科发展的活力。
交叉学科往往具有不同程度的可替代性。可替代性程度越高,交叉学科存在的必要性就越小。如何减小生物医学工程学科可替代性的程度是需要深入思考的,是需要提升学科的特异性的。生物医学工程学的学术研究主要包括应用理论研究和理论应用研究,应用理论研究主要涉及生物医学工程领域所需要解决的科学问题,开展新理论、新方法的研究。理论应用研究主要涉及生物医学工程领域所需要解决的科学和技术问题,借助理工科的相关理论和方法开展应用基础研究和应用研究。应用理论研究是理论驱动型的学术研究,理论应用研究是应用驱动型的学术研究。理论驱动型和应用驱动型是生物医学工程学科学术研究的两种主要模式。理工科大学具有良好的理论创新基础和强大的交叉的学科背景,开展理论驱动型研究具有自身优势。医学院校具有丰富的医学资源,面临着大量需要应用理工知识解决的医学问题,开展应用驱动型研究,将很好地实现与医学的应用融合,具有较好的临床应用价值,有力推进医学的进步与发展。各自的学术优势将有利于生物医学工程学科特色发展,从而增强其不可替代的程度,实现学科可持续创新发展。
1.3 学科体系
作为一级学科的生物医学工程,包含学科的理论体系和技术体系,且该体系离不开所交叉的学科的理论体系和技术体系的支撑,此外生物医学工程学科理论体系和技术体系既要有学科自身的特色,又要具有可持续发展和一定程度上的不可替代性,这样学科才会有旺盛的生命力。要面向医疗卫生、生物科学所涉及的重大、重要技术理论问题及基础应用开展学术研究。实现良好的学术研究定位,形成自己的理论体系和技术体系。
2.大数据时代的生物医学工程学科发展
守正创新是生物医学工程学科发展的必由之路,人类已进入大数据时代,所谓大数据(bigdata),或称海量数据,是指由于数据容量太庞大和数据来源过于复杂,无法在一定时间内用常规工具软件对其内容进行获取、管理、存储、检索、共享、传输、挖掘和分析处理的数据集。大数据具有“4V”特征:①数据容量(volume)大;②数据种类(variety)多,常常具有不同的数据类型和数据来源;③动态变化快,如各种动态数据,非平稳数据,时效性要求高;④科学价值(value)大,尽管目前利用率低,却常常蕴藏着新知识和重要特征价值或具有重要预测价值。大数据是需要新的分析处理模式才能挖掘分析出其蕴藏的重要特征信息[6。
人体生老病死的生命过程就是一个不断涌现的生物医学大数据发生源,这种源源不断的生物医学大数据的检测、处理与分析,将给生物医学工程学科的建设与发展带来新的机遇和挑战。模式识别、人工智能、数据挖掘和机器学习的发展将带动大数据处理技术的进步。生物医学大数据广泛涉及人类医疗卫生健康相关的各个领域:临床医疗、基础医学、公共卫生、医药研发、临床工程、心里、行为与情绪、人类遗传学与组学、基因和蛋白质组学、远程医疗、健康网络信息等,可谓包罗万象,纷繁复杂。生物医学大数据中蕴藏了种种有科学价值的信息,研究有效的大数据挖掘的新理论、新技术和新方法,对生物医学大数据进行关联和融合计算分析,充分挖掘生物医学大数据中的信息关联和特征关联和数据空间映射关联,既能为疾病的预防、发生发展、诊断和治疗康复提供系统化的全新的认识,有利于深入疾病机理研究分析,开展个性化诊疗。还可以通过整合系统生物学与临床数据,更准确地预测个体患病风险和预后,有针对性地实施预防和治疗。
生物医学工程学科所面临的生物医学大数据主要包括多模态医学影像数据、多种类医学信号数据以及基因和蛋白质组学的生物信息数据。生物医学大数据在生物医学工程学科领域内有着广泛深远的应用前景,从三个方面应用将推动生物医学工程学科的发展。
(1)开展多模态影像大数据计算分析。医学影像学科的发展从早期看得到,到看得清,目前的看得准,未来的趋势是看得早。只有看得准和看得早才有利于临床早期干预,提高治疗预期。医学影像大数据计算分析在影像诊断、手术计划、图像导引、远程医疗和病程跟踪将发挥越来越大的作用。
建立新的医学影像大数据计算分析模型和数值计算方法,挖掘多模态影像数据的特征数据和特征关联,将会提供强有力的影像诊断分析手段,极大地推动影像技术的发展,具有重要的临床应用价值和科学价值。
(2)开展多种类医学信号大数据计算分析。医学信号大多直接产生于生理和病理过程中的信号,能在不同层面上表达生理和病理相关机制特征。融合多种医学信号的大数据计算分析,能对生理病理过程进行更好更全面的阐释,不仅能深入了解生理病理的状态特征和过程特征,而且能实现个体健康监测和管理。可以很好地开展回顾性研究和前瞻性研究,推进系统化的医学应用研究。实现强大的多种医学信号数据的特征挖掘及特征关联计算分析。大数据挖掘能够增加准确度和发现弱关联的能力,能更好地认识生理病理现象和本质。
(3)开展基因和蛋白质组学的生物信息大数据计算分析。基因组学、蛋白质组学、系统生物学和比较基因组学的不断发展涌现了海量的需要计算分析的生物信息数据,已进入计算系统生物学的时代。开展生物信息大数据计算分析,可以拓展组学研究及不同组学间的关联研究。从环境交互、个体生活方式、心里行为等暴露组学,至细胞分子水平上的基因组学、表观组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、基因蛋白质调控网络,再到人类健康和疾病状态的表型组学等不同层面不同方向上实现大规模的关联计算分析,可以全面阐述生命过程机制,挖掘生命过程特征及关联特征。
3.结论
英文名称:Beijing Biomedical Engineering
主管单位:卫生局
主办单位:北京生物医学工程学会;北京心肺血管疾病研究所
出版周期:双月刊
出版地址:北京市
语
种:中文
开
本:16开
国际刊号:1002-3208
国内刊号:11-2261/R
邮发代号:
发行范围:国内外统一发行
创刊时间:1981
期刊收录:
核心期刊:
中文核心期刊(1992)
期刊荣誉:
联系方式
科交叉的边缘科学,它是用现代科学技术的理论和方法,研究新材料、新技术、新
仪器设备 ,用于防病、治病、保护人民健康,提高医学水平的一门新兴学科。
生物医学工程在国际上做为一个学科出现,始于20世纪50年代,特别是随着宇
航技术的进步 、人类实现了登月计划以来,生物医学工程有了快速的发展。在我
国,生物医学工程做为一 个专门学科起步于20世纪70年代,中国医学科学院、中
国协和医科大学原院校长、我国著名 的医学家黄家驷院士是我国生物医学工程学
科最早的倡导者。1977年中国协和医科大学生物 医学工程专业的创建、1980年中
国生物医学工程学会的成立,有力地推进了我国生物医学工 程的发展。目前,我
国许多高校科研单位均设有生物医学工程机构,从事着生物医学的科研 教学工作
,在我国生物医学工程科学事业的发展中发挥着重要作用。
显微镜的发明 “解剖”一词由希腊语“Anatomia”转译而来,其意思是用
刀剖割,肉眼观察研究人体结构。17世纪Lee Wenhock发明了光学显微镜,推动了
解剖学向 微观层次发展,使人们不但可以了解人体大体解剖的变化,而且可以进
一步观察研究其细胞 形态结构的变化。随着光学显微镜的出现,医学领域相继诞
生了细胞学、组织学、细胞病理 学,从而将医学研究提高到细胞形态学水平。
普通光学显微镜的分辨能力只能达到微米(μm)级水平,难以分辨病毒及细胞
的超微细结构 、核结构、DNA等大分子结构。而20世纪60年代出现的电子显微镜,
使人们能观察到纳米(nm )级的微小个体,研究细胞的超微结构。光学显微镜和电
子显微镜的发明都是医学工程研究 的成果,它们对推动医学的发展起了重要作用
。
影像学诊断飞跃进步 影像学诊断是20世纪医学诊断最重要发展最快的领域
之一。50年代X光透视和摄片是临床最常用的影像学诊断方法,而今天由于X线CT技
术的出现 和应用,使影像学诊断水平发生了飞跃,从而极大地提高了临床诊断水
平。即计算机体断层 摄影(computed tomography CT),即是利用计算机技术处理人
体组织器官的切面显像。X线CT 片提供给医生的信息量,远远大于普通X线照片观
察所得的信息。目前,螺旋CT(spiral CT 或helicalet CT)已经问世,能快速扫描
和重建图像,在临床应用中取代了多数传统的CT, 提高了诊断准确率[1]。医学
工程研究利用生物组织中氢、磷等原子的核磁共振(nu clear magnetic resonanc
e)原理。研制成功了核磁共振计算机断层成像系统(MRI),它不仅 可分辨病理解剖
结构形态的变化,还能做到早期识别组织生化功能变化的信息,显示某些疾 病在
早期价段的改变,有利于临床早期诊断。可以认为MRI工程的进步,促进了医学诊
断学 向功能与形态相结合的方向发展,向超快速成像、准实时动态MRI、MRA、FM
RI、MRS发展。 根据核医学示踪,利用正电子发射核素(18F,11C,13N)的原理,
创造 的正电子发射体层摄影(PET),是目前最先进的影像诊断技术。美国新闻媒体
把PET列为十大 医学生物技术的榜首。PET问世不过30年历史,但它已显示出对肿
瘤学、心脏病学、神经病 学、器官移植,新药开发等研究领域的重要价值[2]。
影像学诊断水平的不断提高 ,与20世纪生物医学工程技术的发展密切相关。
介入医学问世 介入医学是一种微创伤的诊疗技术。Dotter和Judkin(1964 年
)是最早使用介入技术治疗疾病的创始人,他们用导管对下肢动脉阻塞性病变进行
扩张治 疗取得成功。1967年Margulis首先使用过介入放射学(Interventional Ra
diology),这是医 学文献出现“介入”一词的最早记载。1977年 Gruenzing成功
地进行了首例冠状动脉球囊扩 张术获得成功以后,介入性诊疗技术由于其创伤小
、患者痛苦少,安全有效而倍受临床欢迎 。20世纪80年代随着生物医学工程的发
展,高精度计算机化影像诊查仪器、数字减影血管造 影(DSA)、射频消融技术以及转贴于
高分子(high-polymer)新材料制成的介入技术用的各种导管相 继问世,使介入性
诊疗技术发生了飞速进步,临床应用范围不断扩大,从心血管、脑血管、 非血管
管腔器官到某些恶性肿瘤等都具有使用介入诊疗的适应证,并使诊疗效果明显提高
,患者可减免许多大手术之苦。有人把介入诊疗技术视 为与药物诊疗、手术诊疗
并列的临床三大诊疗技术之一,也有人把介入诊疗技术称之为20世 纪发展起来的
临床医学新领域--介入医学[3,4]。
人工器官的应用 当人体器官因病伤已不能用常规方法救治时,现代临床医
疗技术有可能使用一种人工制造的装置来替代病损器官或补偿其生理功能,人们
称这种装置 为人工器官(artificial organ)。如20世纪50年代以前,风湿性心脏
瓣膜病的治疗,除了应 用抗风湿药物、强心药物对症治疗外,对病损的瓣膜很难
修复改善,不少患者因心功能衰竭 死亡。而今天可以应用人工心肺机体外循环技
术,在心脏停跳状态下切开心脏,进行更换人 工瓣膜或进行房、室间隔缺损的修
补,使心脏瓣膜病、先天性心脏病患者恢复健康。心外科 之所以能达到今天这样
的水平,主要是由于人工心肺机的问世和使用了人工心脏瓣膜、人工 血管等新材
料、新技术的结果[5]。
肾功能衰竭、尿毒症患者愈后不良,而人工肾血液透析技术已挽救了大量肾病
晚期患者的生 命,肾病治疗学也因此有了很大进步。
现代生物医学工程中人工器官的发展也非常迅速,除上述人工器官外,人工关
节、人工心脏 起搏器、人工心脏、人工肝、人工肺等在临床都得到应用,使千千
万万的患者恢复了健康。 可以说,人体各种器官除大脑不能用人工器官代替外,
其余各器官都存在用人工器官替代的 可能性。
此外,放射医学、超声医学、激光医学、核医学、医用电子技术、计算机远程
医疗技术等先 进的医疗技术和仪器设备都是现代医学工程研究开发的成果,综上
可见,20世纪生物医学工 程的发展,显著提高了医学诊断和治疗水平,有力地推
动着医学科学的进步。
21世纪生物医学工程展望 纵观医学新技术诞生和发展的 历史,从伦琴发现
X线到今天X射线诊疗技术的发展,从朗兹万发现超声波到今天B超诊断的 广泛应用
,从布洛赫和伯塞尔发现核磁共振到今天MRI的问世,从赫斯费尔德发明CT到今天
C T成像系统的应用,都是以物理学工程技术为基础、医学需求为前提发展起来的
医学新技术 。循着20世纪医学发展的轨迹,我们有理由预测21世纪新的医学诊疗
技术可能在以下10个方 面有重大突破和创新:
(1)各种诊疗仪器、实验装置趋向计算机化、智能化,远程医疗信 息网络化,
诊疗用机器人将被广泛应用。[6]
(2)介入性微创,无创诊疗技术在临床医疗中占有越来越重要的地位。激光技
术,纳米技术 和植入型超微机器人将在医疗各领域里发挥重要作用。
(3)医疗实践发现单一形态影像诊查仪器不能满足疾病早期诊断的需要。随着
PET的问世和应 用,形态和功能相结合的新型检测系统将有大发展。非影像增显剂
型心血管、脑血管影像诊 查系统将在21世纪问世。
(4)生物材料和组织工程将有较大发展,生物机械结合型、生物型人工器官将
有新突破,人 工器官将在临床医疗中广泛应用。
(5)材料和药物相结合的新型给药技术和装置将有很大发展,植入型药物长效
缓释材料,药 物贴覆透入材料,促上皮、组织生长可降解材料,可逆抗生育绝育
材料、生物止血材料将有 新突破。
(6)未来医疗将由治疗型为主向预防保健型医疗模式转变。为此,用于社区、
家庭、个人医 疗保健诊疗仪器,康复保健装置,以及微型健康自我监测医疗器械
和用品将有广泛需求和应 用。
(7)除继续努力加强生物源性疾病防治外,对精神、心理、社会源性疾病的防
治诊疗技术和 相应仪器设备的研制受到越来越多的重视与开发,研制精神分析、
心理安抚、生物反馈型诊 疗技术和设备将是生物医学工程的新起点。
(8)创伤是造成青年人群死亡的主要原因,研制新型创伤防护装置、生命急救
系统是未来生 物医学工程的重要课题。
(9)即将迎来的21世纪是分子生物学时代,有关分子生物学的诊疗新技术将快
速发展,遗传 、疾病基因诊疗技术,生物技术和微电子技术相结合的DNA芯片、雪
白芯片和诊疗系统将被 广泛应用。
(10)空气污染、环境污染严重危害着人类健康,研究和开发劳动保护、家庭保
健、个人防护 用的人工气候微环境是未来不能忽视的问题。
1997年我国了关于卫生工作改革与发展的决定,提出了奋斗目标:“到2
000年,基本实 现人人享有初级卫生保健”,到2010年国民健康的主要指标在经济
发达地区达到或接近世界 中等发达国家水平,在欠发达地区达到发展中国家的先
进水平。1999年国家科技部召开了“ 发展生物医学工程技术战略研讨会”,国家
工程院开展了有关发展我国医疗器械工业战略研 究等,对推动生物医学工程产业
发展、落实创新工程战略布置起着重要作用。20世纪人类与 疾病做斗争,在医学
诊疗技术上取得了重大成就;但面向21世纪的巨大挑战,我们要动员起 来,调整
政策,制定规划,改革医学研究教学的旧模式,发挥现代科学多学科交叉合作的优
势,创建全新的生物医学,为人民造福。
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【关键词】生物医学工程 人才培养模式 研究与实践
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810(2014)33-0001-02
生物医学工程是一门理工医相结合的交叉学科,主要是应用计算机和工程技术等现代先进的技术手段,研究医学中防病治病的方法,从而保障人民健康的一门新兴学科。它是从工程学角度运用高科技手段解决生物学与医学基础理论及临床应用问题的综合性专业。本文结合我校生物医学工程专业十几年的教学实践,围绕专业特色,以社会需求为导向,以人才培养为根本,以突出实践型、应用型、创新型人才的培养为目标,根据学生的学习状况和社会需求,在培养方案、课程体系、师资队伍建设、实践教学环节、课外科技竞赛活动和校企合作等方面对生物医学工程专业人才培养模式进行探索和研究。
一 中国高校生物医学工程专业人才培养的现状分析
随着人民生活水平的提高,群众对医疗保健的需求日益增长。作为医疗卫生事业的重要支柱的生物医学工程产业,已成为中国生命健康产业中最具成长性的组成部分和国民经济发展的重要增长点。根据生物医学工程学科的特点开设的高等院校主要包括两大类:(1)理工类大学;(2)医学院校。理工学校注重工程技术的培养,其学生有较强的物理电子计算机知识,但对影像设备在临床运用中的管理、操作、维修和开发能力欠缺;医学院校则相反,注重医学知识的培养却忽略工程技术理论的学习,工程技术基础相对薄弱。在当前社会形势下,要求培养出一批具备医学与工程技术相结合的科学研究能力,能够在生物医学工程领域对医疗仪器研究、开发、运行管理、维护的高级工程技术人才。
二 当前中国生物医学工程专业人才培养模式存在的问题
目前,中国有一百多所高等院校开设了生物医学工程本科专业。由于生物医学工程是一门交叉性很强的学科,需要学生掌握丰富的理论知识并且具有很强的专业技能、实践动手能力和创新能力,传统的生物医学工程专业的人才培养模式不能真正培养学生的创新思维和创新能力,不能满足市场经济下用人单位的需求,主要问题表现在:
1.专业培养目标和人才培养方案与社会需求存在一定程度的脱节
开设生物医学工程专业的高校在专业设置及培养目标上没有及时修订和完善人才培养方案,没有以社会需求为导向,没有紧密结合生产和科技发展变化的需要而及时调整课程设置、更新课程内容和教学方法,未能使学生尽快地接受新技术与信息,不能很好地了解当前生物医学工程领域发展的最新状况和趋势,不利于多学科交叉的生物医学工程专业复合应用型人才的培养。
2.专业课程体系设置不够合理,工程与医学的有机结合还不够紧密
生物医学工程是一门理、工、医融合在一起的交叉型学科,部分高校或缺乏工程技术背景,或缺乏医学背景,教师的知识结构很难融合多学科的知识,由于学科专业划分过细、专业口径狭窄,过分讲究专业对口,使专业课程设置被局限在一个狭小的范围,缺乏多样性和适应性,这种现象严重阻碍了科学技术的发展,使得培养出的人才知识面狭隘,缺乏创新思路。
3.实践性教学环节中理论知识与实践脱节严重
由于专业建设的资金投入和实验场所的限制而偏重理论教学,忽视了科学研究能力和实际操作能力。所开设的实验绝大部分属验证性的实验,很难培养学生的动手能力、创新思维和创新能力;实践性环节不足,主要以医院见习为主,不能充分调动学生的学习积极性和激发学生的求知欲望。没有做到理论与实践相结合,学生的应用能力、适应社会能力普遍偏低。
4.学生课外科技活动少,学生的动手能力和创新能力差
目前大学生以学习理论知识为主,课外科研活动少,科研活动的参与率较低,科研能力、动手能力和工程实践能力较差,科研成果少,导致创新思维和创新能力较弱。
5.师资力量薄弱,“双师型”教师队伍的建设有待加强
教师在教学和科研中起主导作用,业务素质的高低将直接影响教学质量、教学水平及学生创新能力的培养。目前普遍存在生物医学工程专业教师层次结构不合理,教师队伍的综合素质不高,单一的教学型教师已不能满足当前生物医学工程专业人才培养的需要。
6.学生自身的市场竞争力不强,校外实践教学基地建设有待加强
生物医学工程是一门医学与各种工程理论相结合的新兴学科。当前在人才培养方面,大部分高校与相关企业之间的联系不够紧密,使得学生很难到相关企业开展工程实践活动,从而导致学生运用工程技术方法来解决医学中实际问题的能力较差,在人才市场竞争中处于弱势。
三 医学院校生物医学工程专业人才培养模式的探索
江西中医药大学生物医学工程专业隶属于计算机学院,创办于2003年,同年开始招收本科生,于2010年获批江西省特色专业。按照学校“建设以中医药教育为主体,多学科协调发展,产学研结合,特色鲜明的中医药大学”的办学理念,密切联系经济发展的实际,立足江西省医疗仪器行业需要,确立以医疗器械、设备的开发、应用、管理为主,医院信息管理、生物信息处理为辅的发展方向,突出计算机与中医药、生物医学的交叉融合,构建了特色鲜明的生物医学工程专业复合应用型人才培养结构体系。这些改革举措有效地解决了当前生物医学工程本科专业教学中普遍存在的诸多问题,为医学院校生物医学工程人才的培养提供了新思路。
1.明确专业培养目标,凝练专业发展方向
面向市场对生物医学工程专业人才的需求,总结我校专业建设经验,制定专业培养目标。坚持工程技术与中医药技术相结合的教学研究方向,突出计算机与中医药、生物医学的交叉融合,培养具备生命科学、电子技术、影像技术、计算机技术及信息科学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研究能力,能在生物医学工程领域,医学仪器以及其他电子技术、计算机技术、信息产业等部门从事研究、开发、制造、应用、维护及管理的复合型高级工程技术人才。
2.修订和完善人才培养方案,提升就业竞争力
秉承培养“实践型、创新型、创业型”人才的办学目标,与时俱进地转变人才培养模式,充分体现“厚基础,宽口径,强实践”的特点,注重课内与课外、校内与校外相结合,设计结构合理的人才培养体系。“早科研、重实践”是我校生物医学工程专业人才培养的特色。在多年的教学过程中,形成了大一打基础、大二熟技术、大三搞科研、大四出作品的学习模式,培养了师兄带师弟、参加电子大赛同学带其他同学的良好风气。大三时相当部分的同学进入实验室跟随教师搞科研,在实际的科研工作中检验所学的知识,在实践中成长提高,部分同学甚至在大二时就跟随教师搞科研。大四时,所有的学生都要设计软件作品或电子作品才能进行毕业答辩。因此,在四年的学习中,对学生的实践动手能力培养一直没有间断,有效地提高了学生的动手能力,提升了就业竞争力。
3.优化课程体系,深化教学改革,提高人才培养质量
坚持“以学生为主体”的先进教学理念,注重学生素质能力的培养,改进教学内容,深化教学改革;加强基础性与综合性,重视多样性与前瞻性,强化实践性与应用性;课程结构做到平整、模块清晰;课程内容和设置服从培养目标要求,实现知识结构、课程体系的优化;鼓励教师们结合专业特点,努力寻找生物医学工程专业与中医药的最佳切入点,立足地方当前和未来发展需要,结合国家改善民生相关工程的实施,加强生物医学工程技术在医疗健康等领域的应用;通过课程结构和课程体系的整体优化,使培养方案在质量和可操作性上得到提高。
4.强化实验、实践教学环节,培养学生的创新能力
实验、实践教学是课程学习的重要教学环节,也是学生展示聪明才智的舞台。分阶段设置不同层次的基础实验、专业实验,构建由验证性实验、设计性实验和探究性实验组成的系列化实验体系,形成“启发式教学、个性化培养、系列化实验、开放式管理”的实验教学管理体系;通过第一课堂和第二课堂的结合,设计实践教学内容(如征集生物医学工程、中医药领域的大学生科技创新项目,开展完整的项目实训),制订和完善大学期间全过程的实践培养计划,突出对学生创新思维和创新能力的培养。
5.组建教学科研团队,加强“双师型”教师队伍建设
坚持把师资队伍建设放在优先发展的战略地位,有计划地引进一批既有教师职务,又有实践背景的教师,以进一步改善和提高教师队伍中“双师型”教师的比例。为进一步凸显中医药院校生物医学工程专业特色,发挥学科组、教学团队的优势,全面提高教师队伍的综合素质,使教师由单一的教学型向教学、科研、生产实践一体化的“双师型”目标转变。
6.校企双方共建专业,深化校外实践教学基地建设
为了更好地探索生物医学工程专业人才培养模式,学校于2012年9月与江西天越科技股份有限公司签约合作办学,启动了“生物医学工程专业卓越工程师计划”,通过校企合作方式订单式培养学生。校企双方在社会调查、课程设计、实践教学、毕业实习等实践教学环节已开展了相应的合作。通过建立校外实践基地,给学生提供良好的实践环境,为学生提供实习就业平台,提高了学生的动手实践能力,增强了他们参与社会竞争的能力。
四 结束语
本文就利用学校医学资源的优势,结合当今医疗卫生事业现代化建设的需求,进一步完善生物医学工程专业的课程设置,对医学院校生物医学工程专业人才培养模式进行探索与研究。经过十多年的教学实践,形成了适合社会需要、深受学生欢迎、具有中医药院校特色的生物医学工程专业人才培养新模式,即致力于培养具有良好的职业道德,掌握扎实的基础知识,具备一定的医学知识,并学会运用工程技术方法来解决医学中的实际问题,能推动生物医学工程在人类健康、医疗仪器研究领域的迅速发展,达到“医为工用,工为医服务”的创新型应用人才。
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生物医学工程是现代工程技术与医学相结合形成的一门综合叉学科,其利用生物学、医学和工程的原理和方法,从事生命科学的理论与实践研究,研究领域极其广泛,实践性很强。生物医学工程专业教学实验平台以科学教育理论为指导,以人为本,科学设置实验项目,合理配置,资源共享,从而培养具有较强的实践能力和创新思维能力、具有医学背景的医学工程技术人才。以医学院校生物医学工程省级特色专业建设项目为基础,以体制和机制创新为保障,做好实验室建设规划,不断优化实验室建设布局,规范和加强实验室的管理,把实验室建设成为培养具有创新能力的高水平生物医学工程人才的重要培养基地。
1实验室建设理念与改革思路
为了培养学生熟练的实验操作能力和良好的实验设计能力,我校确立“三模式(基础实验教学、基本技能实验教学和专业提高实验教学模式),一体化,三层次(基础性实验、综合性实验和设计创新性实验)”的实验教学体系。现已开设的基础实验有数字电路系列实验,医学电子学基础系列实验,模拟电子技术系列实验,Matlab仿真实验等;综合性实验有DSP系列实验,THDGP-2单片机系列实验,THQC-1传感器特性综合实验等;创新性实验有医学仪器设计系列实验,超声设备设计及故障排除系列实验等。以学生为本,进一步强化实验技能的训练,加强启发式、互动式、研究式的实验教学方法。适当加大综合性、设计性实验的比例,进一步提高综合性实验的质量,进一步强化学生的实验教学与科研实践环节的联系,形成具有医、工特色的创新型实验教学模式。在实验进行中,充分发挥学生的主观能动性,培养学生分析实验中出现的各种现象,自己解决实验过程中遇到的具体问题,评价实验结果的可靠性。
2实验教学特色、成果
2.1建立体现生物医学工程特色的实验室
我校依据工程学、生物学和医学学科相互渗透、支撑的专业建设理念,共建有医学信号及图像处理、普通医疗仪器、医学传感器与信号测量等5个专业实验室和1个医学图像处理研究室,拥有的仪器设备价值约200万元。正在建立基于虚拟仪器的医疗仪器设计实验室、医学传感器实验室、医学信号分析实验室、影像设备实验室、医学物理实验室,建成的实验室为我校生物医学工程专业及其他相关专业的学生增加动手实践能力提供良好的实验平台。
2.2优化生物医学工程实验课的内容,构建医工特色的课程体系
目前大多数综合性院校生物医学工程专业的毕业生缺少医学知识,不能很好地满足医学领域技术要求。依据医学院校生物医学工程专业特点,结合我校学生实际情况和实验室现有条件,自编一系列具有医工结合特色,符合医学院校生物医学工程专业学生特点的实验教材,如《医学仪器原理实验指导》《医学超声技术学实验指导书》《医用传感器实验指导书》等与生物医学工程专业密切相关的综合性实验和研究性实验的学生用书,培养学生的实践能力和创新能力,为开设综合性和研究性实验提供重要资料。
2.3加强实验技术队伍建设
培养理工医结合的复合型人才,必须有一支与培养任务相适应的高素质教师队伍。我们采取的措施是双向融合。在师资队伍整体建设上,实现理工医的整体规划。目前由医学背景,工学背景的混合结构组成的教师队伍,保证了实验教学与理论教学相互促进、共同发展,提高了实验教学与管理的水平,促进了实验教学的改革,有效地提高了实验教学资源的使用效率。生物医学工程专业现有专任实验教师9名,其中省学术与技术带头人、省优秀教师、省教学标兵1人。教授1人、副教授1人,高级职称教师比例占33.3%,具有硕、博士学位者6人,占教师总数的67.7%。本专业全部师资可以按照学历教育背景划分为:医学类师资,如影像诊断、放疗医师等;理工基础类师资,如生物医学工程基础课教师等;理工医结合类师资,如影像设备学专业教师、影像技术专业教师、放疗技术专业教师等。由这些教师组成复合型师资队伍群体,来完成复合人才的培养任务。融合的原则是:脱产培养与在职培养相结合、短期培训与长期培养相结合、国内培养与国外深造相结合、岗位培养与人才引进相结合。鼓励青年教师跨专业考研、考博。对理工毕业的中青年教师,制定制度、实施医学再教育。根据专业需要,安排理工类教师和临床教师共同参加科研课题研究。我系与护理学院临床专业长期建立合作关系,共同研发了基于Labview的分娩机制系统,静脉注射速度控制仪等。通过这些双向融合过程,培养一批达到理工医知识融会贯通、具有复合型知识结构的优秀师资。
2.4建立4个多媒体实验室
为满足现代化、信息化实验教学的需求,建立多媒体实验室可以较好地演示实验教学信息,把微观的知识形象地展示在屏幕上,形象生动,学生便于理解。在实验室内配备投影仪,教师可以方便地使用各种多媒体设备进行现场演示,使讲课、参观、演示、实验等均在实验室内进行,形象化的教学既激发了学生的学习兴趣,又为教师授课提供了方便。目前,实验室运用红蜘蛛软件,在局域网上实现多媒体信息的教学广播,集同步教学、控制、管理、音视频广播、网络考试等功能于一体,并同时实现屏幕监视和远程控制等网络管理的目的,提高了教学效果。