信息時(shí)代《生物醫(yī)學(xué)傳感器》課程教改探索*

胡曉飛 , 曹正林 , 王 俊

(南京郵電大學(xué) 地理與生物信息學(xué)院, 江蘇 南京 210003)

《生物醫(yī)學(xué)傳感器》是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，屬于各種專業(yè)技術(shù)交叉的邊緣學(xué)科，是生物醫(yī)學(xué)技術(shù)與微電子技術(shù)結(jié)合的紐帶。課程要求學(xué)生了解各類生物醫(yī)學(xué)測(cè)量技術(shù)中常用的物理、化學(xué)和生物傳感器的構(gòu)成原理、性能特點(diǎn)等各種基礎(chǔ)知識(shí)，掌握各種傳感器在醫(yī)學(xué)上的各項(xiàng)應(yīng)用方法，為使學(xué)生將來(lái)在生物醫(yī)電領(lǐng)域設(shè)計(jì)、研究出更好的醫(yī)電產(chǎn)品打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)是南京郵電大學(xué)近年新設(shè)立的專業(yè)，專業(yè)課程的建設(shè)剛剛起步，而國(guó)內(nèi)外有些高校開(kāi)設(shè)的《生物醫(yī)學(xué)傳感器》課程已經(jīng)建設(shè)成為精品課程，而且建立了課程的教學(xué)網(wǎng)站，因此，南京郵電大學(xué)本課程的建設(shè)與國(guó)內(nèi)外其他開(kāi)設(shè)本專業(yè)的高校相比還存在一定的差距?，F(xiàn)階段，保證專業(yè)課的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平、體現(xiàn)課程的特色是教學(xué)的首要任務(wù)。

本文首先分析了南京郵電大學(xué)的特色和課程的特點(diǎn)，結(jié)合南京郵電大學(xué)開(kāi)拓信息學(xué)科的新領(lǐng)域的辦學(xué)思路，提出教學(xué)內(nèi)容的改革，在教學(xué)內(nèi)容上體現(xiàn)電子信息的特色；結(jié)合本專業(yè)在信息時(shí)代和信息環(huán)境下的發(fā)展背景，提出引導(dǎo)式教學(xué)方法。把上述方法應(yīng)用于2006級(jí)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)《生物醫(yī)學(xué)傳感器》課程的教學(xué)，取得了較好的效果。

一、課程建設(shè)的背景和現(xiàn)狀

南京郵電大學(xué)是信息類高校，信號(hào)與信息處理是南京郵電大學(xué)的強(qiáng)勢(shì)學(xué)科。在這樣的背景下開(kāi)設(shè)《生物醫(yī)學(xué)傳感器》課程結(jié)合了南京郵電大學(xué)在信息與電子技術(shù)的傳統(tǒng)，開(kāi)拓信息學(xué)科新領(lǐng)域的辦學(xué)思路。

課程授課總學(xué)時(shí)數(shù)為48學(xué)時(shí)，其中含6學(xué)時(shí)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)。本課程具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

首先，課程涉及到的基礎(chǔ)知識(shí)面寬廣，包括物理、化學(xué)、生物、電子電路等多方面的知識(shí)，需要在掌握電路基礎(chǔ)、模擬電子線路、數(shù)字電路、微機(jī)原理、數(shù)字信號(hào)處理、程序設(shè)計(jì)、工程生理學(xué)等課程知識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行學(xué)習(xí)。

其次，課程本身的內(nèi)容與南京郵電大學(xué)的強(qiáng)勢(shì)學(xué)科信號(hào)與信息處理的關(guān)系不是十分密切，而南郵是信息類的高校，專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)定位在“適應(yīng)生物醫(yī)學(xué)及信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要”，以及“開(kāi)拓信息學(xué)科的新領(lǐng)域”的辦學(xué)思路上，需要使課程的教學(xué)內(nèi)容及信號(hào)與信息處理學(xué)科的研究?jī)?nèi)容緊密結(jié)合。

再次，課程開(kāi)設(shè)的時(shí)間在大四上學(xué)期，此時(shí)學(xué)生的目標(biāo)更加明確，就是尋求更好的就業(yè)機(jī)會(huì)或深造機(jī)會(huì)，因此在教學(xué)中需要結(jié)合實(shí)際情況和學(xué)生的需求，適當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。

最后，本課程和工程應(yīng)用緊密結(jié)合，很多生物醫(yī)學(xué)傳感器產(chǎn)品已經(jīng)非常成熟，一批實(shí)力強(qiáng)勁的醫(yī)療儀器企業(yè)正在蓬勃發(fā)展，所以，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)與工程實(shí)際相結(jié)合，突出應(yīng)用性。

根據(jù)上述的課程特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法改革，在保證教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平的前提下，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、提高學(xué)生綜合能力和就業(yè)能力為重點(diǎn)，建立體現(xiàn)電子信息特色的《生物醫(yī)學(xué)傳感器》課程新的教學(xué)體系，力求課程質(zhì)量和教學(xué)質(zhì)量上一個(gè)新臺(tái)階。

二、信息類高校環(huán)境下本課程的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置

南京郵電大學(xué)是信息類高校，又處于信息時(shí)代，本專業(yè)大部分學(xué)生對(duì)通信和電子信息有著濃厚的興趣，在傳感器、電子信息、生物醫(yī)學(xué)工程之間建立聯(lián)系，既能夠拓寬學(xué)生的知識(shí)面，又能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。在教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置上，首先應(yīng)該保證教學(xué)大綱中制定的基本教學(xué)內(nèi)容，然后在此基礎(chǔ)上引入信號(hào)與信息處理學(xué)科相關(guān)的內(nèi)容作為知識(shí)講座，這部分內(nèi)容總的授課學(xué)時(shí)數(shù)不超過(guò)2學(xué)時(shí)，主要集中在無(wú)線體域網(wǎng)、生物識(shí)別與信息安全、生物芯片與生物信息學(xué)等幾個(gè)方面。

(一)生物醫(yī)學(xué)傳感器與無(wú)線體域網(wǎng)[1](P1-16)[2] (P33-34)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network, WSN)是當(dāng)今無(wú)線通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，無(wú)線體域網(wǎng)(Wireless Body Area Network, WBAN)就是以人體為中心，由和人體相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)元素(包括個(gè)人終端，分布在人身體上、衣物上、人體周圍一定距離范圍如2米內(nèi)、甚至人身體內(nèi)部的傳感器、組網(wǎng)設(shè)備)等組成的通信網(wǎng)絡(luò)，是一種特殊的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線體域網(wǎng)的一個(gè)重要應(yīng)用就是用于人體健康狀況的監(jiān)控，如監(jiān)測(cè)血壓、心律、體溫、運(yùn)動(dòng)速度等參數(shù)，測(cè)量這些參數(shù)所涉及的壓力傳感器、加速度傳感器、溫度傳感器等都是《生物醫(yī)學(xué)傳感器》課程的重要內(nèi)容，把這部分內(nèi)容作為知識(shí)講座可以拓寬學(xué)生的知識(shí)面，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)鞏固課程的理論知識(shí)起到積極的作用。

(二)生物醫(yī)學(xué)傳感器與生物識(shí)別技術(shù)[3](B20)

生物識(shí)別技術(shù)(Biometric Identification Technology)是指利用人體生物特征或行為特征進(jìn)行身份認(rèn)證的技術(shù)。生理特征有手形、指紋、臉形、虹膜、視網(wǎng)膜、脈搏、耳廓等，行為特征有簽字、聲音、按鍵力度、步態(tài)特征等。大部分的生物特征都是通過(guò)光學(xué)傳感器如CCD 或CMOS 形成圖像信號(hào)，例如人臉、指紋、虹膜、掌紋、手形、靜脈等(也有用半導(dǎo)體電容式傳感器獲得指紋圖像)，隨后進(jìn)行特征提取和分析比對(duì)，因此生物識(shí)別技術(shù)也是傳感器、信息處理與生物醫(yī)學(xué)工程的結(jié)合點(diǎn)之一。

(三)生物醫(yī)學(xué)傳感器與生物芯片、生物信息學(xué)[4](P209-213)

人類基因組計(jì)劃(Human Genome Project, HGP)是人類為了認(rèn)識(shí)自己而進(jìn)行的一項(xiàng)偉大而影響深遠(yuǎn)的研究計(jì)劃。目前的問(wèn)題是面對(duì)大量的基因或基因片斷序列如何研究其功能，只有知道其功能才能真正體現(xiàn)HGP計(jì)劃的價(jià)值--破譯人類基因這部天書。生物信息學(xué)將在其中扮演至關(guān)重要的角色。生物芯片技術(shù)就是為實(shí)現(xiàn)這一環(huán)節(jié)而建立的，生物芯片是生物傳感器的陣列和集成化，使對(duì)個(gè)體生物信息進(jìn)行高速、并行采集和分析成為可能，必將成為未來(lái)生物信息學(xué)研究中的一個(gè)重要信息采集和處理平臺(tái)，成為基因組信息學(xué)研究的主要技術(shù)支撐。簡(jiǎn)言之，生物芯片是生物信息學(xué)的主要技術(shù)支撐和操作平臺(tái)，而生物信息學(xué)的研究又與信息科學(xué)的研究領(lǐng)域息息相關(guān)，因此，把生物芯片和生物信息學(xué)作為《生物醫(yī)學(xué)傳感器》課程與電子信息領(lǐng)域的第三個(gè)結(jié)合點(diǎn)。

上述三個(gè)內(nèi)容就是本課程為體現(xiàn)“適應(yīng)生物醫(yī)學(xué)及信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要”的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，以及“開(kāi)拓信息學(xué)科的新領(lǐng)域”的辦學(xué)思路而設(shè)置的體現(xiàn)信息環(huán)境下本課程教學(xué)特色的教學(xué)內(nèi)容。

三、引導(dǎo)式教學(xué)方法的嘗試

授課對(duì)象是即將步入社會(huì)或繼續(xù)深造的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)生，雖然同樣是信息類高校的學(xué)生，他們的就業(yè)機(jī)會(huì)和出路遠(yuǎn)不如南京郵電大學(xué)的熱門專業(yè)，而且大學(xué)教育更強(qiáng)調(diào)的是素質(zhì)教育和創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)[5](P43-45)，因此尋求合適的教學(xué)方法顯得至關(guān)重要。

在教學(xué)過(guò)程中，除了采用目前普遍使用的現(xiàn)代化教學(xué)手段，如多媒體動(dòng)畫和網(wǎng)絡(luò)課件以外[6](P98-99)，在教學(xué)方法上嘗試采用引導(dǎo)式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生注重學(xué)習(xí)能力、綜合能力和就業(yè)能力的提高，引導(dǎo)學(xué)生注重創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生物醫(yī)學(xué)傳感器發(fā)展的前沿動(dòng)態(tài)。

(一)啟發(fā)學(xué)生注重學(xué)習(xí)能力的提高

授課對(duì)象是即將步入社會(huì)或繼續(xù)深造的學(xué)生，無(wú)論對(duì)于哪一類學(xué)生，學(xué)習(xí)能力都是至關(guān)重要的。在專業(yè)課的教學(xué)中普遍存在這樣一種現(xiàn)象，很多大學(xué)生認(rèn)為學(xué)校的課程設(shè)置有失水準(zhǔn)，課堂上所學(xué)的知識(shí)沒(méi)有用武之地，進(jìn)入工作崗位以后幾乎一切都要重新學(xué)習(xí)，教學(xué)與實(shí)際嚴(yán)重脫節(jié)。然而專業(yè)課的學(xué)習(xí)是一個(gè)打好理論基礎(chǔ)的階段，也是一個(gè)知識(shí)積累的階段，同時(shí)，通過(guò)教與學(xué)的過(guò)程，使學(xué)生在潛移默化中提高了自己獲取知識(shí)的能力，培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)習(xí)慣。正是知識(shí)積累程度和學(xué)習(xí)方法兩方面的差異造成了每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力各不相同，這也正是為什么有的學(xué)生能事半功倍，而有些學(xué)生卻事倍功半。

對(duì)于《生物醫(yī)學(xué)傳感器》課程，內(nèi)容龐雜，如各種物理傳感器的伏安特性、頻率響應(yīng)、溫度特性等，極易混淆，又如“壓電效應(yīng)”和“應(yīng)變效應(yīng)”，兩者既有區(qū)別，又有聯(lián)系，講授相關(guān)知識(shí)時(shí)要引導(dǎo)學(xué)生注意前后知識(shí)的融會(huì)貫通和分析比較。因此，在教學(xué)過(guò)程中不能只是照本宣科、強(qiáng)調(diào)應(yīng)試教育，更要啟發(fā)學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中找到合適的學(xué)習(xí)方法，提高學(xué)習(xí)效率，使自己在有限的時(shí)間內(nèi)獲取知識(shí)的精華。這個(gè)過(guò)程在大學(xué)教學(xué)中必不可少，有了扎實(shí)的理論知識(shí)和高效的學(xué)習(xí)方法，大學(xué)生在以后的學(xué)習(xí)和工作中將會(huì)事半功倍，獲益非淺。

(二)引導(dǎo)學(xué)生注重綜合能力、就業(yè)能力的提高

若干年前，大學(xué)生畢業(yè)后融入社會(huì)的時(shí)候，一紙文憑就能證明他的價(jià)值，學(xué)士學(xué)位、碩士學(xué)位、博士學(xué)位便把人分成了三六九等，那是一個(gè)憑著文憑就業(yè)的年代，那是一個(gè)以文憑的高低來(lái)衡量人能力高低的年代。而如今，大學(xué)生遍地都是，研究生也多如牛毛，文憑不再能一紙定乾坤，它只是塊“敲門磚”而已，有了它只是代表有了一個(gè)機(jī)會(huì)，能否把握住這個(gè)機(jī)會(huì)全憑個(gè)人能力，不僅要有過(guò)硬的專業(yè)技能、學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力，同時(shí)要有良好的心理素質(zhì)、身體素質(zhì)和組織能力、協(xié)調(diào)能力、社會(huì)活動(dòng)能力等適應(yīng)社會(huì)、適于生存的能力，這也就是所謂的綜合能力、現(xiàn)代社會(huì)中的生存能力。

筆者所接觸的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)生中也存在這樣的問(wèn)題，他們普遍反映所學(xué)的專業(yè)沒(méi)有用武之地，也不是自己感興趣的專業(yè)，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)的最終目標(biāo)就是掙夠?qū)W分、拿到文憑，他們還沒(méi)有意識(shí)到能力的重要性，這樣培養(yǎng)出的畢業(yè)生根本沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)性。

如何讓自己的學(xué)生在這種形勢(shì)下脫穎而出，成了高等學(xué)校與教師面臨的嚴(yán)峻的問(wèn)題。于是，在中國(guó)教育體制中占據(jù)多年的應(yīng)試教育逐漸退出歷史舞臺(tái)，取而代之的是素質(zhì)教育。在專業(yè)課的教學(xué)中寬基礎(chǔ)、淡專業(yè)，注意各個(gè)學(xué)科間的融會(huì)貫通，教師在其中充當(dāng)導(dǎo)學(xué)的角色，介紹課程的基本內(nèi)容、知識(shí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)、啟發(fā)性地提出問(wèn)題。培養(yǎng)學(xué)生獲取知識(shí)的能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，以及創(chuàng)造性的思維能力，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生注重自身綜合能力、就業(yè)能力的提高。

(三)引導(dǎo)學(xué)生注重創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)

目前大學(xué)生就業(yè)已經(jīng)完全市場(chǎng)化，而就業(yè)市場(chǎng)卻是“僧多粥少”，競(jìng)爭(zhēng)十分激烈。大學(xué)生轉(zhuǎn)變就業(yè)觀念是緩解就業(yè)緊張局勢(shì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。不要把觀念停留在“就業(yè)”上，尤其在南京郵電大學(xué)其他熱門專業(yè)行業(yè)收入不菲的情況下，不要只關(guān)注有限的高收入、高待遇的崗位，應(yīng)樹(shù)立艱苦“創(chuàng)業(yè)”的意識(shí)，不僅為自己解決就業(yè)問(wèn)題，也為更多的人提供就業(yè)機(jī)會(huì)。

從教學(xué)環(huán)節(jié)上講，引入現(xiàn)代化的教學(xué)方法和手段，廣泛運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)，把多媒體課堂教學(xué)和現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育逐步滲透到傳統(tǒng)的教育模式之中，改變教與學(xué)的關(guān)系，突出學(xué)生的主體地位，開(kāi)發(fā)學(xué)生的潛能，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)求知的欲望，給學(xué)生以充分自由發(fā)展的空間，使學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并積極獨(dú)立地尋找解決問(wèn)題的途徑，從而形成良好的思維習(xí)慣。另外，增加實(shí)踐教學(xué)的類型和模式，在教學(xué)過(guò)程中設(shè)計(jì)一些一題多解、綜合練習(xí)、設(shè)計(jì)一些簡(jiǎn)單的電路等，促使學(xué)生將所學(xué)的知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐運(yùn)用的能力，以提高在校大學(xué)生的創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力，有力地促進(jìn)了大學(xué)生綜合能力和綜合素質(zhì)的提高，從而提高了職業(yè)崗位的適應(yīng)能力。

(四)引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生物醫(yī)學(xué)傳感器發(fā)展的前沿動(dòng)態(tài)

作為一名優(yōu)秀的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)生應(yīng)該緊跟學(xué)科發(fā)展的前沿動(dòng)態(tài)，注重新理念的借鑒和匯通，使思維空間不斷得到拓展。課程教學(xué)中，除了基礎(chǔ)知識(shí)的講授外，更要注意引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注包括生物醫(yī)學(xué)傳感器相關(guān)的科學(xué)研究的前沿動(dòng)態(tài)、生物醫(yī)學(xué)傳感器生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展動(dòng)態(tài)等等。

《生物醫(yī)學(xué)傳感器》作為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，其內(nèi)容囊括了物理、化學(xué)、生物、電子電路等多方面的知識(shí)，在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上進(jìn)行了探索和實(shí)踐，建立了體現(xiàn)電子信息特色的課程教學(xué)體系，并采用引導(dǎo)式教學(xué)方法在2006級(jí)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)生中嘗試取得了良好的效果。今后，如何通過(guò)實(shí)踐教學(xué)提高學(xué)生的實(shí)踐能力，以及如何通過(guò)制定合理的考核方式反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況還有待進(jìn)行進(jìn)一步的探索和嘗試。

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