中国生物医学工程学科发展探究

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［摘要］随着“一带一路”、《中国制造2025》等强国战略的不断推出，中国生物医学工程（生医）学科发展也逐渐形成了自己的特色。尤其在人才培养方面，各高校逐渐探索出适应中国实际国情的人才培养体系。为探究生医学科发展的真实现状，课题组以东北大学医学与生物信息工程学院为对象进行调查研究，并以主成分分析（PCA）的数学方法对调查结果进行建模分析。研究表明，在中国，生医学科虽然是新型交叉学科，但已经受到了社会、学生和家长的广泛认可，具备了一定的社会影响力。在此基础上，高校应更加注重树立学生的专业自信，培养学生的职业素养，提高学生的实践创新能力，借强国战略的东风，进一步促进中国生物医学学科的长远发展。

［关键词］生物医学工程；专业发展；强国战略；人才培养

一、新战略格局下的生物医学工程学科发展概况

生物医学工程（生医）是一门新兴的交叉学科，自1987年国家科委成立了生物医学工程专业组开始，该学科在中国已经发展了40余年。从专注于科学研究的早期发展到专业细化发展，生物医学工程在中国的专业发展水平稳步提升；再从“一带一路”到《中国制造2025》，生物医学工程有了更为广阔的市场发展空间。

（一）““一带一路”倡议与生医学科。“一带一路”是中国国家主席习于2013年提出的跨时代、跨地区、惠及亚欧非三洲的宏大战略目标，是“丝绸之路经济带”和“21世纪海上丝绸之路”的共同简称，也是从最初的发展愿景到如今新时代中国特色社会主义中必不可缺的一部分。在响应“一带一路”倡议的60多个国家中，包含约44亿的总人口数量及21万亿美元的经济总量，“一带一路”使这些国家和地区拥有了广阔的发展空间和潜力。但是，在“一带一路”沿线的国家和地区中，仍有经济、服务，尤其是医疗技术事业发展有着明显欠缺的区域[1]。例如，处于亚洲南部地区的印度，医疗技术发展水平落后，缺乏相关辅助的医疗设备。在这种情况下，“一带一路”为该国带来了巨大利好。大量医疗设备通过“一带一路”以低利润方式输入至该国，为该国改善医疗条件、提高民生水平做出了有益的贡献。据统计，我国在2017年向印度出口医疗器械的出口额为5.56亿美元，占同年出口额总比的12.4%，远高于“一带一路”沿线其他国家。进一步，我国众多的医疗相关企业也携带大量资源，通过“一带一路”途径进入沿线国家，为改善当地落后的医疗水平做出了实际贡献。例如，在肯尼亚项目中，东软医疗作为肯尼亚政府“全民健康覆盖计划”的核心合作伙伴，为全国37个郡提供高端医学影像设备、影像云服务及临床应用培训等一站式集成解决方案，解决了当地居民的看病难问题，展示了“中国制造”的理念和态度，深化了“一带一路”战略的主题[2]。

（二）《中国制造2025》计划与生医学科。《中国制造2025》是国务院于2015年5月印发的部署全面推进实施制造强国的战略文件，是中国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。制造业是衡量一个国家经济发展、综合国力的标准。改革开放以来，制造业持续快速发展，极大提高了综合国力，是国家安全的重要保障。目前，中国制造业较之世界先进水平仍有差距，《中国制造2025》计划将引导中国由制造业大国向制造业强国转变，提高医疗器械的创新能力和产业化水平，重点发展影像设备、医用机器人等高性能诊疗设备和新技术的突破和应用[3]。

（三）““一带一路”与《中国制造2025》的关系。如果说，“一带一路”是“走出去，交朋友”的外交战略，那么《中国制造2025》就是“待在家，练本领”的内政纲领，二者相辅相成，互相促进，彼此补充。“一带一路”可以让中国与沿线国家更好地进行先进科技和优秀文化的互融互通、取长补短，提高《中国制造2025》实现的速度；《中国制造2025》可以更好地提高中国的综合实力，既有助于吸引更多“一带一路”沿线国家到中国进行投资和贸易，又有助于中国输出更高品质的技术与资本到沿线国家。可见，“一带一路”与《中国制造2025》都是利国利民的大政方针，都是有助于生医学科发展的重要指导性政策。

二、大时代背景下生医人才的培养与发展

中国在20世纪70年代末创立了生医本科专业[3-4]。经过40余年的发展，我国的生医技术水平有了明显提升。纵观其发展历程可以发现，1.我国的生医学科教育的培养目标更注重专业性；学生更适合社会生产需要，通识性教育和职业素养较差；培养过程过分强调专业性技术人才，却降低了生医学科的弹性。2.中国生医学科主要在医学类院校和理工类院校中开展。在实际学习中，医学类院校较了解医院工作人员和患者的实际临床问题，但是在工程实践领域却相对薄弱。与之相反，理工科院校有着巨大的工程技术实践优势，但却脱离临床，无法从根源处了解需求。生医学科是综合性很强的交叉学科，加强医、工融合，这对加快生医学科的健康有序发展有着至关重要的作用。针对以上薄弱环节，生医人才培养必须不断结合临床实际需求，加大医工相互交流力度。生医学科作为新时代新工科的一员，具备跨学科、跨行业这一特征。新工科大环境下的生医学科人才培养体系建设应该充分体现学科特点，注重实际应用，学科与生产实践、产业及行业融合，紧跟时展要求，既要引领学科发展、促进技术进步，又要促进学科与产业融合，为生产及科研服务。这就要求培养的学生具有一定的技术能力以及参与工程项目解决实际问题的能力[5]。以东北大学医学与生物信息工程学院（医工学院）为例，其不仅具有行业一流的企业公司（包括东软集团和皇家飞利浦电子等）提供的产业平台，而且具有与中国医科大学的长期合作关系，这些协同资源从学科、产业、科研各方面给了医工学院生医专业巨大支持。而在实践探索的过程中，医工学院形成了独特的生医“产、学、研、医”高度融合良性互动的生态环境，为学生的进一步发展提供了良好的资源[6]。生医的人才培养为“一带一路”、《中国制造2025》等战略提供了不可或缺的医疗技术人才。国家的发展需要人才，科技的振兴需要人才。高等院校是人才培养的主要场所，承担着教育、培养、训练学生的责任。生医的人才培养为国家医疗领域建设提供了优质的医疗人才。生医相关人才发展符合社会的发展需求，与国家的发展趋势相吻合。《中国制造2025》将高性能医疗器械列为重点发展的领域，这加快了我国由医疗器械制造向医疗器械创造的进程，医疗器械产业也将由数量向质量蜕变，打造医疗器械产业的中国“芯”。强国政策下的生医学科发展应具有创新性。党的报告指出，中国需要加快建设创新型国家，倡导创新文化，强化知识产权创造、保护、运用。生医学科所研究的结果也应从医院的框架中跳出来，走进人们的日常生活。实施健康中国战略，应坚持以预防为主，倡导健康文明的生活方式，预防控制重大疾病。当前我国处于大数据、云计算、人工智能等前沿技术蓬勃发展的信息化时代，“互联网+”正在与各行各业深度融合，伴随“十三五”规划建议落地，“健康中国”正式升级至国家战略，“互联网+”信息化也将成为深化医改、推进健康中国建设的重要技术手段[7]。“互联网+”时代的到来为生医学科的发展增添了更多的可能性。以互联网为载体，线上线下互动操作，加快了生医领域面向互联网医疗的发展，为医护工作人员和病患提供了一种更为舒适、便捷的治病方案。

三、问卷调查及分析

（一）问卷调查与统计分析。在“一带一路”、《中国制造2025》等强国战略下，生医学科获得了前所未有的发展空间。下面以东北大学生医学科为例，对四个年级的600名本科生进行了有关生医学科发展的问卷调查，共回收问卷322份，问卷回收率达到53.7%，超过发放问卷数量的50%，统计有效。问卷内容及统计结果见表1。由表1可见，332名本科生中的大多数人对生医学科的未来发展有着稳定的预期，主要表现在三方面：1.对于个人所在专业的认可程度较高（题目1、2、9、12）；2.对于个人所在专业的就业自信心较强（题目5、6、11）；3.对于自己能力水平及努力程度评价比较客观（题目3、4、8、10、）。其中，第7题，月生活费开销水平，该题反映出该学科学生的家庭经济条件总体稳定，较少出现因家庭经济贫困而导致的学困情况。综上，东大医工学院的本科生体现出的思维及行为水平，与国内大多数高校同类专业的学生处于相同阶段，具有较强代表性。可见，该问卷的统计结果可以作为相关研究的有效参考数据。进一步，本课题根据生源地省份对问卷结果进行了更加详细的统计分析，统计结果见图1、图2。由图1、图2可以知，本课题从322名学生的生源地入手，探究生医学科在不同地区的普及和发展预期情况，聚焦问卷中体现的两个关键点，即“对生医学科的了解程度”“对生医学科的发展前景预期”绘制两图。从整体上来看，学生对生医学科的了解度和认可度是普遍的、广泛的。从中可以发现，在经济发展速度较快的地区，学生对生医学科的认可程度和发展预期越强，这体现出经济水平与科技进步水平相辅相成的特点。

（二）主成分分析法。为了对问卷调查的数据进行进一步的数学建模分析，本课题通过主成分分析法（PCA），将最具有影响力的变量筛选出来，从而达到减少相关参数变量，排除弱相关影响因素，给原始数据降维的目的。通过PCA可得到多个主成分，在对每一个主成分进行分析时会根据每个主成分的累计贡献率来选取重要主成分。贡献率越大，证明这个主成分特征值所占的比重越大，所包含的信息量越多。通常在进行PCA时，通过累计贡献率一般达到85%以上，以此来确定选取主成分的个数，做出科学评价[8]。问卷中采用PCA就生医发展前景一问题进行研究，相关变量分别为性别、生医学科的了解程度、参加相关活动频率、有无交流经验、就业行情了解情况、未来就业地区、月生活费、实训意愿、实训能力提升、挂科经历、未来薪水、专业自信12个变量。所调查的目标省份为辽宁省、山东省、河北省、广东省、黑龙江省、湖南省、山西省、安徽省、吉林省、河南省、内蒙古自治区11个省份（自治区）。通过PCA法计算出特征值排名前5的5个主成分。排名前5的主成分的覆盖率为90.5%，从而由12个维度降低到5个维度，简化了问题的复杂程度，且5个维度的覆盖率达到90%以上，所损失的数据量也是少量的。第一主成分中专业自信、就业行情了解情况、实训意愿占主要部分，第二主成分中参加活动频率、男女性别、有无交流经验占主要部分，第三主成分中实训能力、程提出了更高的要求。为此，安徽农业大学经济管理学院通过组建“大统计”课程组来实现统计教学资源合理利用、教学内容与时俱进、教学体系不断完善、教学案例与专业紧密结合。本文对先行改革课程应用统计学的改革做出总结，并通过学生学后反馈数据资料得出：该课程的改革效果良好，但也存在着推断统计偏于薄弱、统计课程体系尚不健全、统计知识体系仍不完备、实验教学尚不能满足要求等问题。为此，课程组建议增加推断统计案例教学和实践教学，继续完成课程组内其他统计课程的改革，通过增设统计学理论与实战课程以形成“基础统计—计量经济学—大数据分析—专业统计”的完备统计课程体系，让应用统计学实验真正起到统计理论学习的“润滑剂”和“促进剂”作用。此次改革是我学院课程改革的一次有力尝试，目前各项改革工作仍在有条不紊地进行，课程组正在为统计学教学的现代化和特色化不断努力。本篇仅为阶段性成果，以期为兄弟院校提供借鉴。

作者:李晨 刘子妤 程俊龙 赵越 单位:东北大学医学与生物信息工程学院