以創(chuàng)新能力為導向的醫(yī)用電子儀器課程教學案例設計

程運福 張勇 李征

摘 要 結合醫(yī)用電子儀器課程性質(zhì)、授課對象特點和專業(yè)培養(yǎng)目標，分析創(chuàng)新能力要素。針對教師主導和學生主體的教學要求，創(chuàng)新教育理念、重構教學內(nèi)容和改進教學模式，形成項目化驅(qū)動教學模式、模塊化教學內(nèi)容和問題教學法的教學案例，解決能學什么、如何學和能做什么的問題，形成教師和學生教學相長的良性互動。

關鍵詞 創(chuàng)新能力；醫(yī)用電子儀器；教學案例；教學模式

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）16-0060-03

1 前言

滿足知識經(jīng)濟社會的快速發(fā)展對人才創(chuàng)新能力的要求是專業(yè)培養(yǎng)的基本目標之一。強化學習者創(chuàng)新能力素質(zhì)培養(yǎng)是高等教育適應建設創(chuàng)新型國家的必然選擇和歷史任務。創(chuàng)新人才應構建合理的知識結構體系和培養(yǎng)扎實的理論基礎、超前的創(chuàng)新思維、優(yōu)良嫻熟的實踐操作技能、卓越的表達能力、良好的協(xié)同合作意識等能力要素[1]。醫(yī)用電子儀器課程是醫(yī)工融合類專業(yè)的主干課程之一。作為專業(yè)技術基礎課，通過構建適應教師主導和學生主體新型教學關系的課程教學案例，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力素養(yǎng)，是實現(xiàn)課程創(chuàng)新教學改革和創(chuàng)新教育實踐的關鍵[2]。

2 課程教學實踐中存在的問題與分析

自2004年以來，泰山醫(yī)學院主要針對生物醫(yī)學工程、計算機科學與技術、電子信息科學與技術、信息工程、信息管理與信息系統(tǒng)、醫(yī)學信息工程等醫(yī)工融合專業(yè)高年級學生開設醫(yī)用電子儀器課程。醫(yī)用電子儀器課程是在相關醫(yī)工融合專業(yè)學習物理學、計算機基礎、電工學、電子技術基礎、數(shù)學、醫(yī)學傳感器等基礎課程后開設，以電信號的轉(zhuǎn)換、處理和分析等理論組成的電路系統(tǒng)結構，以獲取與生命信息相關的生物醫(yī)學信號，為臨床醫(yī)學診斷、治療、監(jiān)護和康復提供依據(jù)，具有較強的專業(yè)技術性。同時，醫(yī)用電子儀器課程也是進一步學習醫(yī)學影像設備學、醫(yī)療器械原理與維修等專業(yè)課程的基礎，具有較強的專業(yè)基礎性。課程教學對培養(yǎng)學生形成專業(yè)基礎理論、專業(yè)實踐能力和專業(yè)思維方式等具有重要作用。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，創(chuàng)新成為社會變革和進步的原動力。培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的高級專門人才成為高等教育的任務和社會教育的共識[2]。然而，以班級授課為基本組織形式的課程教學實踐在實施創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)上存在的問題越來越凸顯。

創(chuàng)新知識基礎明顯不足 醫(yī)用電子儀器課程教學內(nèi)容涉及基礎理論廣泛，學科前沿知識發(fā)展快速；但課程教材建設明顯不足，行業(yè)和國家級規(guī)劃教材單一。同時，現(xiàn)有教材知識體系結構單一，教學內(nèi)容和生產(chǎn)實踐脫節(jié)，存在同質(zhì)化現(xiàn)象。由于基礎理論知識陳舊和單一，缺乏扎實的專業(yè)基礎理論，創(chuàng)新能力培養(yǎng)如同無源之水。

創(chuàng)新思維滯后 醫(yī)用電子儀器基礎理論知識點多，學科交叉融合性強，學科發(fā)展迅速。高年級學生學習任務繁重，面臨就業(yè)壓力大，目的指向性強。采用傳統(tǒng)班級授課和教材內(nèi)容編排及講授為主的教學模式，抑制了學生的主動性和積極性。知識的單向傳遞不利于培養(yǎng)學生對理論知識運用于實踐的分析、綜合、判斷等創(chuàng)新思考。

溝通和合作能力培養(yǎng)有待進一步加強 班級授課形式注重講授，學生之間、學生與教師之間溝通交流機會少。模式化的教學實踐難以適應學生個體差異性，學生之間的團隊合作意識和溝通意愿不足；難以適應創(chuàng)新型國家建設對勞動者團隊精神、協(xié)作意識等創(chuàng)新能力的要求。

創(chuàng)新實踐重視不夠 實驗操作時間分配相對偏少。同時，實驗內(nèi)容設計以基本操作和理論驗證為主，輕視儀器的應用分析。格式化的實驗操作方式，限制了學生獨立動手解決問題的空間，導致學生獨立思考時間少，實踐動手能力弱[3]。沒有熟練的實踐技能，不能將理論和實踐相結合，不能從解決應用中的實際問題出發(fā)思考解決問題，當然也無從進行創(chuàng)新實踐和應用。

3 課程改革與典型教學案例設計

結合創(chuàng)新素質(zhì)教育培養(yǎng)各要素要求和學?；旌辖虒W改革的意見，在分析醫(yī)工融合專業(yè)對醫(yī)用電子儀器課程培養(yǎng)目標、課程建設現(xiàn)狀和實施過程性教學評價考核特點基礎上，針對醫(yī)用電子儀器課程教學實踐中存在的問題與分析，教學小組充分研討醫(yī)用電子儀器課程性質(zhì)、授課對象特點，基于課程知識體系重新構建教學內(nèi)容，逐步探索改進教學模式，形成任務驅(qū)動的項目化教學模式、模塊化的教學內(nèi)容的課程教學案例設計[4]。

教學模式分析與設計 高年級學生專業(yè)知識結構和專業(yè)認同感開始初步建立。授課過程中，學生開始更多關心課程教學能學到什么、能解決什么問題、課程的性質(zhì)是什么、對專業(yè)發(fā)展有什么用處等問題。與低年級學生和傳統(tǒng)認識相比，現(xiàn)階段學生對課程教學的專業(yè)貢獻和專業(yè)能力培養(yǎng)的關注更加明確和強烈，學生的自我設計、自我學習能力等主體學習意識增強。由于學生學習基礎和興趣不同，傳統(tǒng)班級授課教學模式下的單向講授往往效果不好。課題小組基于學生反映和課堂實踐效果調(diào)查，逐漸減少講授時間。近幾年的教學實踐證明：傳統(tǒng)班級授課方法和PBL教學法、案例式教學法、任務驅(qū)動教學法等研究型教學模式相結合，能充分調(diào)動學生學習興趣，發(fā)揮學生學習主體和教師導學作用。

1）傳統(tǒng)班級授課講授教學設計。醫(yī)用電子儀器基礎理論知識部分內(nèi)容系統(tǒng)性強，內(nèi)容銜接緊密。作為學科知識體系基礎，采用班級講授方式，引導學生對問題的思考和理論擴展，指出學習重點和難點。同時，借助教學網(wǎng)絡平臺、教學視頻等合作學習，討論解決問題。在教師主導的同時，注重發(fā)揮學生學習的積極主動性。

2）任務驅(qū)動的項目化教學設計。醫(yī)用電子儀器課程在一般理論敘述的基礎上，從解決醫(yī)學信號的獲取、處理分析和特征提取等角度展開，在對生物醫(yī)學信號的產(chǎn)生機制、表現(xiàn)形式和臨床實踐中應用形成典型結構。學生對臨床實踐中的需求、處理思路和問題解決方案有濃厚的興趣。典型電子儀器結構教學采用學生主體學習的項目化任務驅(qū)動教學法。結合教學實踐和生產(chǎn)實際，設置提出心電圖機、腦電圖機、肌電圖機等電生理檢測診斷儀器項目，血壓計、體溫計、血糖計等非電生理測試診斷儀器項目，心臟起搏器、除顫監(jiān)護儀、電刀等治療儀器項目，監(jiān)護儀項目和醫(yī)用電子儀器安全系統(tǒng)設計項目等。每個項目由學習小組自主或抽簽等方式確定，從特定問題出發(fā)，以具體生物醫(yī)學信息為對象，針對測試信號的生理機制討論建立測試或治療模型，選取信號獲取方式和作用機制，論證信號預處理和特征處理方法。在這一過程中，教師由傳統(tǒng)授課模式下的主體地位轉(zhuǎn)化為主導者，學生充分發(fā)揮主體作用，從學習項目任務選題、問題討論、問題解決全過程參與。

從實踐出發(fā)，從工程角度嘗試構建完整的信號獲取、處理和分析檢測控制系統(tǒng)。在教學實踐中，基于能力培養(yǎng)的項目化教學設計充分發(fā)揮了學生參與的主體地位，教師講授法也發(fā)揮了教師主導的作用長處。兩種教學模式的有機結合過程，使課程教學成為一體化過程，提高了學生提出問題、分析問題和解決問題的能力，教學效果明顯增強。

教學內(nèi)容分析與設計 醫(yī)用電子儀器課程主要研究生物醫(yī)學信號的電信號處理系統(tǒng)，教學內(nèi)容包括生物醫(yī)學信號測試模型建立、信號預處理和信號處理、信號特征提取和典型醫(yī)用電子儀器結構，專業(yè)實踐性強。傳統(tǒng)班級授課教學內(nèi)容一般按照基礎理論、典型電子儀器系統(tǒng)順序組織講解。為適應項目化教學法實施，教學組對教學內(nèi)容深入分析和研究，以問題為中心重構教學內(nèi)容。結合教學法分析與設計，班級授課內(nèi)容大幅縮減，主要對課程研究內(nèi)容、課程性質(zhì)和知識體系要求進行總體講授。基礎理論做概念性講述和引導。以項目化教學法為主導，組織教學內(nèi)容。

1）班級授課內(nèi)容組織。測試模型、信號預處理、信號處理與特征提取等內(nèi)容涉及學科知識廣泛、聯(lián)系緊密，是各種電子儀器的設計、運行和維護基礎。信號測試模型內(nèi)容學習模塊的建立，提出對心電、眼電、胃電、腦電、肌電等電生物醫(yī)學信號，脈搏、血壓、心音等非電生物醫(yī)學信號進行具體研究。要求學生以小組形式，結合生理學、物理學、醫(yī)用傳感器技術、臨床醫(yī)學概論和電工電子技術等學科知識，探討信號如何轉(zhuǎn)化和量化測試。作為共性內(nèi)容，引導小組討論研究各種生物醫(yī)學信號的生理機制、表現(xiàn)形式，進而討論分析獲取信號的方式。

2）項目化教學法教學內(nèi)容組織。從工作原理和生產(chǎn)運作實踐來說，典型醫(yī)用電子儀器主要包括檢測、診斷、監(jiān)護、康復和治療等電子儀器。從學習角度，各種儀器內(nèi)容相對獨立，對講授順序要求不高。以項目任務選擇為基礎，通過問題層層引入，將課程理論基礎教學內(nèi)容模塊化。以電生理儀器項目任務實施為例，在心電圖機、腦電圖機和肌電圖機等電路系統(tǒng)設計過程中，信號源的特點是儀器設計的基本問題。問題解決必須提出和分析心電、腦電和肌電的生理形成機制、表現(xiàn)形式和獲取方案論證。在這一過程中通過知識聯(lián)系，提出生物電形成機制、人體噪聲形成、體表電位與細胞電位關系、體表電位表現(xiàn)與測試方案等一系列知識點和問題。生物醫(yī)學信號形成機制和體表電位測試連接等信號獲取方式兩者共同決定了醫(yī)用電線路的信號源特點。信號源的特點是醫(yī)學儀器設計的第一步。同樣，信號預處理模塊的任務是獲取真實可用的信號為信號處理和特征提取做準備。如何去除獲取信號中無用信號，需要深入分析信號獲取過程中無用信號的產(chǎn)生和表現(xiàn)形式。電磁干擾理論和噪聲分析知識與問題需要相互聯(lián)系和處理。以項目化任務驅(qū)動，組織引導學生圍繞任務解決積極主動培養(yǎng)扎實的理論基礎，能夠提出問題并解決問題，強化創(chuàng)新意識。針對典型醫(yī)用電子儀器模塊提出問題和思路，學習小組分解任務，提出問題、解決問題，形成系統(tǒng)結構和實踐操作。

4 結語

醫(yī)用電子儀器教學案例的設計在優(yōu)化課程知識結構的基礎上，構建適應創(chuàng)新能力培養(yǎng)要素的知識體系和創(chuàng)新課堂教育教學模式載體。教學實踐初步證明，專業(yè)技術課程中項目化教學法能解決學什么、如何學和能做什么的問題，從而形成教師和學生教學相長的良性互動，發(fā)揮學生主體學習意識，有利于培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和專業(yè)素養(yǎng)，適應創(chuàng)新型社會主義建設對高校教育教學的基本要求。

參考文獻

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[4]錢裕祿.傳感器技術及應用電路項目化教程[M].北京：北京大學出版社，2013.