產學研深度融合的生物醫(yī)學工程本科教育模式探索研究

程和偉 李章勇 王偉 田銀 趙德春 冉鵬 劉潔

摘? 要 通過分析生物醫(yī)學工程的學科特點，總結我國生物醫(yī)學工程本科教育的發(fā)展現(xiàn)狀，同時借鑒美國高校的經驗，提出以產學研深度融合的方式推動我國生物醫(yī)學工程本科教育發(fā)展的若干建議。

關鍵詞 生物醫(yī)學工程;本科教育;產學研;大學生科研訓練計劃;實驗教學

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）18-0060-04

1 引言

我國生物醫(yī)學工程本科教育始于20世紀70年代，經過近40年的發(fā)展，取得了較大成績，但是與美國相比，仍然存在一定差距。生物醫(yī)學工程是交叉融合物理學、化學、數(shù)學等理學學科以及電學、光學、材料學、計算機科學、信息科學等工程學科原理，研究生物學、醫(yī)學、行為學以及健康學的綜合性學科[1-4]，所有將上述學科原理用于解決人類健康問題的研究和應用，都屬于生物醫(yī)學工程學科范疇[5]。因此，生物醫(yī)學工程是一個學術研究和應用研究并重的學科，要求培養(yǎng)的學生不僅具有研究能力，而且具有解決醫(yī)學等人類健康問題的實踐能力。適應這種要求的人才培養(yǎng)目標需要高校、醫(yī)院、企業(yè)、科研機構和政府等單位之間相互緊密合作來實現(xiàn)，通過政府制定產學研合作相關政策來協(xié)調各合作單位之間的關系，明確各自職能，以產學研深度融合的教育模式不斷提高生物醫(yī)學工程學科高端人才的培養(yǎng)質量[6]，為我國生物醫(yī)學工程相關高校、醫(yī)院、企業(yè)和科研機構等單位輸送所需的高端人才。

本科教育是高等教育中的基礎性教育，為研究生教育培養(yǎng)具有寬厚基礎的高端人才奠定堅實的基礎[7]。本文結合產學研相結合的教育模式、生物醫(yī)學工程學科的相關特點，以及我國生物醫(yī)學工程本科教育的發(fā)展現(xiàn)狀，提出推動我國生物醫(yī)學工程本科教育發(fā)展的一些思考。

2 生物醫(yī)學工程的主要學科特點

多學科交叉的綜合性? 生物醫(yī)學工程通過交叉融合理學、醫(yī)學以及工程學的原理與方法，研究和揭示人體的生命現(xiàn)象，并從工程應用角度解決醫(yī)學等人類健康相關問題，屬于多學科交叉的綜合性學科[2]。

研究方向的多樣性? 生物醫(yī)學工程學科的研究方向包括生物電子學、生物材料學、生物力學、酶動力學、解剖學、生理學、組織工程學、生物醫(yī)學傳感器、生物醫(yī)學成像、生物醫(yī)學信號以及生物醫(yī)學影像等[3，8]。因此，該學科的研究方向具有涉及不同分支的多樣性特點。

研究問題的高起點性? 為解決人類健康問題的科學研究是建立在理學、醫(yī)學以及工程學等學科交叉融合的基礎上進行的[1，2，4]，要求研究者具備寬厚的多學科基礎知識。因此，生物醫(yī)學工程學科的研究問題具有高起點性的特點。

服務人類健康的實踐性? 以解決人類健康問題為目的而進行的科學研究[1，2，4，8]，以及為實現(xiàn)醫(yī)療健康系統(tǒng)現(xiàn)代化而進行的臨床應用研究[8]，決定了生物醫(yī)學工程學科具有較強的實踐性。

人才培養(yǎng)的多元性? 生物醫(yī)學工程屬于多學科交叉的綜合性學科，學科涉及的研究方向廣泛。因此，生物醫(yī)學工程高等教育的人才培養(yǎng)是多元化的，如服務于生物醫(yī)學工程領域的研究型人才、應用型人才以及管理型人才等。

3 我國生物醫(yī)學工程本科教育發(fā)展現(xiàn)狀

培養(yǎng)目標和社會需求結合不緊密? 我國生物醫(yī)學工程本科教育始于1977年，較美國晚了10年左右[2，5]。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2017年底，我國設立生物醫(yī)學工程本科教育的高校已超過100所[3，9，10]，而美國具有生物醫(yī)學工程學士學位授予權的高校也在100所左右[11]。與起步較早、教學和科學研究處于世界前沿的美國相比，我國雖然在設立生物醫(yī)學工程本科教育的高校數(shù)量方面具有一定的后發(fā)優(yōu)勢，但是培養(yǎng)目標和社會需求的不充分對接，在一定程度上阻礙了我國生物醫(yī)學工程本科教育的發(fā)展[2，5，9]。生物醫(yī)學工程相關高校、醫(yī)院、企業(yè)和科研機構在發(fā)展過程中需要如研究、應用和管理等多種類型的人才，而我國生物醫(yī)學工程本科教育注重培養(yǎng)學生的具體專業(yè)技能[9]，導致培養(yǎng)的學生知識面狹窄，不能有效滿足社會對生物醫(yī)學工程人才的上述需求。

師資力量配置不均衡? 我國高校生物醫(yī)學工程本科教育的師資力量配置存在不均衡的現(xiàn)象[2，5，9，12]，主要表現(xiàn)在兩個方面。

一方面，師資力量分配不均衡，不能有效滿足生物醫(yī)學工程交叉融合的綜合性學科要求。我國很多高校的生物醫(yī)學工程本科教育是依托自身的優(yōu)勢，同時結合其他有關學科而發(fā)展起來的[5，9]，這是導致師資力量不均衡的主要原因之一。這種不均衡表現(xiàn)在：

1）理工類大學的生物醫(yī)學工程，理工科方面的師資力量雄厚，而醫(yī)學方面的師資力量薄弱[13];

2）醫(yī)科類大學的生物醫(yī)學工程師資力量配置與理工類大學正好相反，醫(yī)學方面的師資力量雄厚，而理工科方面的師資力量薄弱[12];

3）綜合類大學的生物醫(yī)學工程，師資力量配置情況與理工類大學情況比較相似，雖然部分綜合類大學有醫(yī)學院，但是醫(yī)學院的教師資源并沒有充分有效地配置到學校的生物醫(yī)學工程本科教育中。

另一方面，教師自身的知識結構不均衡，不能充分體現(xiàn)生物醫(yī)學工程交叉融合的學科特點[9，12]。如理工科專業(yè)畢業(yè)的教師缺乏醫(yī)學知識，而醫(yī)學專業(yè)畢業(yè)的教師對理工科知識掌握甚少[14]。

我國生物醫(yī)學工程本科教育的發(fā)展在一定程度上受到上述兩方面師資力量配置不均衡的制約和影響。

課程設置不均衡? 美國高校的生物醫(yī)學工程本科教育注重通識化和職業(yè)化的課程設置，其主要課程包括以下五個方面[2，5，9，15]：

第一方面為學科基本知識，如數(shù)學、物理、化學等課程;

第二方面為工程類核心課程，類似于國內的專業(yè)基礎課程，如計算機編程、信號與系統(tǒng)等;

第三方面為生物醫(yī)學類核心課程;

第四方面為人文與社會科學課程;

第五方面為工程類選修課程，類似于國內的專業(yè)課程。

這樣的課程體系設置注重學生綜合能力的培養(yǎng)、知識背景的拓寬、自身職業(yè)的發(fā)展以及人文和社會科學方面的教育，為學生在廣泛領域的多元化發(fā)展創(chuàng)造了條件[2，5，9]。對比來看，我國高校生物醫(yī)學工程本科教育的課程設置存在不均衡的現(xiàn)象，如突出專業(yè)化和技術化的課程設置，而弱化通識化和職業(yè)化的課程設置，不重視人文和社會科學方面的課程設置[2，5，9]。我國生物醫(yī)學工程本科教育由于課程設置不均衡，在一定程度上影響了人才培養(yǎng)的質量和多元化。

學生的科研能力培養(yǎng)有待加強? 美國從20世紀60年代開始對本科生進行科研能力培養(yǎng)，是世界上最早提出并實施本科生科研能力培養(yǎng)的國家，也是迄今為止培養(yǎng)本科生科研能力最為廣泛和成功的國家[16]。美國高校將培養(yǎng)本科生的科研能力作為教學內容的一部分，學生通過參加本科生科研項目可以取得學分[17-18]。

借鑒美國的經驗，1995年，清華大學首先在我國推出本科生科研能力培養(yǎng)的項目計劃，即本科生研究訓練計劃（Student Research Training，簡稱SRT）[16-17，19]。隨后，許多高校（如北京大學、復旦大學以及華中科技大學等）為培養(yǎng)本科生的科研能力紛紛設立相關基金項目、學術研究資助計劃以及科技創(chuàng)新組織[17]。2006年，政府出臺國家大學生創(chuàng)新訓練計劃，清華大學、北京大學、復旦大學以及華中科技大學等成為首批計劃高校，為本科生參加科研訓練提供了更多機會[17]。

由此可見，我國政府和高校越來越重視培養(yǎng)本科生的科研能力，并且已經做出一些有益嘗試，但是與美國相比仍然存在一定差距[17，19]，如學生參與科研項目的制度還不完善[16-18]，這一差距同樣存在于生物醫(yī)學工程本科教育中[20]。

對于生物醫(yī)學工程本科教育，近年來我國高校開始嘗試通過設置培養(yǎng)學生科研能力的課程，實行由教師帶領學生參加科研實踐的導師制度，以及實施大學生科研訓練計劃（Student Research Training Program，簡稱SRTP）等途徑，培養(yǎng)本科生的科研能力[20-23]。然而美國高校的生物醫(yī)學工程本科教育卻已將學生科研能力培養(yǎng)作為教學的組成部分并以制度的形式確定下來[2，5，9，15]。因此，我國高校生物醫(yī)學工程本科教育的科研能力培養(yǎng)制度仍有待完善。

實踐教學環(huán)節(jié)較薄弱? 實踐教學大體可分為校內實驗教學和校外實習，我國生物醫(yī)學工程本科教育在這兩個實踐教學方面均較為薄弱。

1）在校內實驗教學方面，我國高校生物醫(yī)學工程專業(yè)的實驗課學時占總學時的比例較小，遠低于美國高校的水平[2，9，24]。

2）在校外實習方面，我國高校通過與校外企業(yè)合作，使得生物醫(yī)學工程本科生獲得進入企業(yè)實習的機會[23，25];但是與美國相比，我國高校與企業(yè)的合作機制以及聯(lián)合培養(yǎng)實習計劃還不夠完善[5，9，15]。

4 以產學研深度融合的方式推動我國生物醫(yī)學工程本科教育發(fā)展的若干建議

合理定位學科研究方向? 由于生物醫(yī)學工程屬于多學科交叉的綜合性學科，該學科的研究方向具有多樣性，因此，高校需要緊密結合社會需求，立足自身學科優(yōu)勢以及社會環(huán)境優(yōu)勢，合理定位學科研究方向，通過充分利用優(yōu)勢資源增強培養(yǎng)綜合性學科復合型人才的實力，逐步提高我國生物醫(yī)學工程本科教育質量，并不斷促進我國生物醫(yī)學工程相關高校、醫(yī)院、企業(yè)和科研機構又好又快地發(fā)展。

美國當代著名教育家德里克·博克指出，本科教育的目標是要通過培養(yǎng)學生多方面的素養(yǎng)，如道德、全球化以及職業(yè)能力等素養(yǎng)，使其更好地適應現(xiàn)代社會，滿足現(xiàn)代社會的需要[26，27]。也就是說，本科教育除了要培養(yǎng)高素養(yǎng)人才之外，還需要滿足社會的需求。這一理論同樣適用于生物醫(yī)學工程本科教育。因此，高校在確定生物醫(yī)學工程本科教育的學科研究方向時，不僅要考慮學科研究方向的多樣性選擇問題、高校自身學科優(yōu)勢以及社會環(huán)境優(yōu)勢問題，而且需要考慮社會需求問題。

不同類型高校的優(yōu)勢學科具有差異性，如理工類大學的工科實力雄厚，醫(yī)科大學的醫(yī)學實力突出，而綜合性大學的自然科學和工科實力較強。因此，高校在緊密結合社會需求的前提下，需要根據(jù)自身的學科優(yōu)勢、社會環(huán)境優(yōu)勢合理確定生物醫(yī)學工程學科的研究方向，充分利用社會資源滿足綜合性學科對人才培養(yǎng)的需要。如聯(lián)合其他高校的優(yōu)勢學科資源或者醫(yī)院的豐富臨床資源，采取與企業(yè)合作辦學以及尋求與科研機構合作，以產學研深度融合的方式不斷提高我國生物醫(yī)學工程本科教育質量。高校最終具有培養(yǎng)生物醫(yī)學工程高端人才的能力，并能夠滿足生物醫(yī)學工程相關高校、醫(yī)院、企業(yè)和科研機構對人才的需求，從而實現(xiàn)與其他高校、醫(yī)院、企業(yè)和科研機構之間的良性互動和協(xié)同發(fā)展。

加強師資隊伍建設? 由于我國高校生物醫(yī)學工程本科教育的師資力量存在配置不均衡的現(xiàn)象，因此，加強師資隊伍建設顯得尤為重要。首先，多學科交叉的生物醫(yī)學工程本科教育需要理學、工學以及醫(yī)學等學科領域的教師共同承擔，僅由生物醫(yī)學工程的專任教師做好人才培養(yǎng)存在較大困難[28]。借鑒美國高校如約翰·霍普金斯大學生物醫(yī)學工程的辦學經驗，高?？梢酝ㄟ^聘用其他高校的優(yōu)秀教師、醫(yī)術精湛的醫(yī)生、企業(yè)的優(yōu)秀人才以及科研機構的研究人員擔任生物醫(yī)學工程的教師[28]，緩解師資力量在交叉學科間配置不均衡的問題，以產學研深度融合的方式加強師資隊伍建設。

此外，我國生物醫(yī)學工程本科教育的師資力量配置不均衡還表現(xiàn)在教師自身的知識結構方面，同時具備理學、工學和醫(yī)學等多學科知識背景的教師比較少，這種師資力量的不均衡在一定程度上制約了教育質量的提高。因此，高校除了以產學研合作的方式聘用國內高校和研究機構等單位培養(yǎng)的生物醫(yī)學工程復合型高端人才以外，還需要加大對海外復合型高端人才的引進力度，進一步加強生物醫(yī)學工程本科教育的師資隊伍建設。

加強課程體系建設? 實現(xiàn)多元化、復合型高端人才的培養(yǎng)目標是生物醫(yī)學工程具有多學科交叉的綜合性學科特點的必然要求，而我國高校生物醫(yī)學工程本科教育的課程設置不均衡，則無法實現(xiàn)上述培養(yǎng)目標，因此，高校加強課程體系建設刻不容緩。依據(jù)高校自身對生物醫(yī)學工程學科研究方向的定位，要以厚基礎、寬口徑的復合型高端人才培養(yǎng)為目標，均衡合理地設置生物醫(yī)學工程本科教育的課程，加強課程體系建設。

美國高校生物醫(yī)學工程本科教育除了注重專業(yè)課程設置，同時突出通識化和職業(yè)化的課程設置，并且重視人文和社會科學方面的課程設置[2，5， 9]。美國高校的經驗值得我國高校借鑒和學習，以此來改變我國生物醫(yī)學工程本科教育只注重專業(yè)化和技術化課程設置的現(xiàn)狀[2，5，9]。為了實現(xiàn)多元化、復合型高端人才的培養(yǎng)目標，高校在充分利用自身教育資源的基礎上，還需要以產學研合作的方式充分利用其他高校、醫(yī)院、企業(yè)以及科研機構的教育資源，加強課程體系建設，使得生物醫(yī)學工程本科教育的課程設置更加合理化和均衡化。

加強學生的科研能力培養(yǎng)? 研究問題需具有高起點性的學科特點決定了加強生物醫(yī)學工程本科生科研能力培養(yǎng)的重要性。我國高校生物醫(yī)學工程本科教育在培養(yǎng)學生科研能力的制度規(guī)范和實驗條件等方面亟待完善[2，5，9，15]。

首先，我國高校應借鑒美國高校生物醫(yī)學工程本科教育的經驗[2，5，9，15]，除了鼓勵學生參加大學生科研訓練計劃（SRTP）外[21，23]，還應設置培養(yǎng)學生科研能力的相關課程，學生可以取得相應課程的學分[22];

其次，積極引導高年級本科生在教師指導下參加科研項目，實行導師制[21];

最后，進一步完善學生科研能力培養(yǎng)的制度規(guī)范。

此外，由于我國高校的生物醫(yī)學工程本科教育資源不能有效滿足學生科研能力培養(yǎng)的實驗和師資等條件，可以通過產學研合作的方式充分利用其他高校、醫(yī)院、企業(yè)以及科研機構的相關資源，進一步改善學生科研能力培養(yǎng)的條件。

加強實踐教學? 生物醫(yī)學工程具有較強實踐性的學科特點，說明了重視該學科本科教育實踐教學的必要性，而我國高校對生物醫(yī)學工程本科教育在實驗課程和企業(yè)實習等方面的實踐教學還不夠重視[2，5，9，15]，實踐教學需進一步加強。在實驗課程設置方面，我國高校需要適當增加實驗課學時的比重[2，9]，進一步加強生物醫(yī)學工程本科生的校內實驗教學。在企業(yè)實習方面，雖然我國部分高校與企業(yè)等校外單位進行了積極合作，為生物醫(yī)學工程的本科生提供了實習機會[23]，但是與美國相比，我國高校的校企聯(lián)合培養(yǎng)實習計劃還需要不斷完善[5，9，15]，應通過產學研深度融合的方式與其他高校、醫(yī)院、企業(yè)以及科研機構進行積極合作，逐步完善生物醫(yī)學工程本科生在校外實習的合作機制，進一步加強校外實踐教學。

5 結語

本文針對我國生物醫(yī)學工程本科教育的發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題，結合生物醫(yī)學工程的學科特點，同時借鑒美國高校生物醫(yī)學工程本科教育的經驗，提出以產學研深度融合的方式，充分利用高校自身和其他高校、醫(yī)院、企業(yè)以及科研機構等單位的優(yōu)勢資源，推動我國生物醫(yī)學工程本科教育發(fā)展的若干建議。

參考文獻

[1]董秀珍，鄒慧玲，楊國勝.對生物醫(yī)學工程學科的幾點再認識[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2003，24（3）：3-5.

[2]董旭，張曉玲.中美生物醫(yī)學工程本科人才培養(yǎng)模式之比較[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2013，34（10）：126-127.

[3]國家自然科學基金委員會生命科學部.未來10年中國學科發(fā)展戰(zhàn)略：生物醫(yī)學工程學[M].北京：科學出版社，2012.

[4]Jaron D，魯勇軍.生物醫(yī)學工程在美國的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].國外醫(yī)學：生物醫(yī)學工程分冊，1999，22（6）：373-377.

[5]鄒慧玲，董秀珍，趙瑞剛.中美生物醫(yī)學工程本科教育的比較及啟示[J].醫(yī)療設備信息，2004，19（4）：1-4.

[6]全繼剛.美國高校產學研合作創(chuàng)新實踐及其啟示[J].中國高?？萍?，2015（6）：66-67.

[7]李碩豪.試論本科教育的基礎性[J].高等教育研究，2009（7）：66-70.

[8]Enderle J， Bronzino J. Introduction to biomedical engineering[M].San Diego， United States： Academic Press，2012.

[9]宮照軍，顧寧，梅漢成.中美生物醫(yī)學工程專業(yè)本科教育的比較與啟示[J].現(xiàn)代教育科學：高教研究，2011（5）：132-136.

[10]蔡占秀，邱召運，高香紅，等.生物醫(yī)學工程專業(yè)本科培養(yǎng)模式探索研究[J].中國教育技術裝備，2016（20）：87-89.

[11]A2Z List of Schools， Colleges， Universities & Institutes offering Biomedical Engineering majors in?USA[EB/OL].http：//www.a2zcolleges.com/Majors/Biome

dical_Engineering.html.

[12]李曉寒，鄭成兵，李懿.醫(yī)科院校生物醫(yī)學工程本科生教育現(xiàn)狀分析與對策初探[J].中國高等醫(yī)學教育，2012（3）：14-15.

[13]熊冬生，吳效明.理工院校生物醫(yī)學工程專業(yè)基礎醫(yī)學知識的教學模式探討[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2006，27（11）：71-73.

[14]鮑艷，李義兵.生物醫(yī)學工程學科特點與師資隊伍建設[J].醫(yī)療設備信息，2007，22（11）：58-60.

[15]鄒慧玲，董秀珍，王松俊，等.美國優(yōu)秀生物醫(yī)學工程教育模式探討[J].生物醫(yī)學工程學雜志，2004，21（3）：456-459.

[16]李正，林鳳，盧開聰.美國本科生科研及對我國的啟示[J].高等工程教育研究，2009（3）：79-85.

[17]喬連全，黃月華.中美研究型大學本科生科研的比較與反思[J].高教探索，2009（4）：63-70.

[18]盧曉東.本科教育的重要組成部分：伯克利加州大學本科生科研[J].高等理科教育，2000（5）：67-74.

[19]楊慧，俞安平，恢光平，等.國內外本科生科研訓練比較研究[J].高等工程教育研究，2003（5）：65-68.

[20]何密，李永勤，陳碧華，等.生物醫(yī)學工程專業(yè)本科生科研能力培養(yǎng)探究[J].西北醫(yī)學教育，2014，22（4）：660-663.

[21]茅麗蓉，劉清君，黃海，等.生物醫(yī)學工程專業(yè)學生科研訓練計劃的實踐[J].教育教學論壇，2012（31）：227-229.

[22]田心，鄭旭媛，劉婷，等.生物醫(yī)學工程本科研究型教學模式探索與實踐[J].西北醫(yī)學教育，2007，15（5）：899.

[23]郭圣文，吳效明.理工類院校生物醫(yī)學工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式探索與實踐[J].中國醫(yī)學物理學雜志，2013，30（2）：4084-4088.

[24]張陽德，王毅，任力鋒.生物醫(yī)學工程教育模式和人才培養(yǎng)途徑的探討[J].中國醫(yī)學工程，2004，12（3）：106-107.

[25]李永生，董祥梅，朱險鋒，等.生物醫(yī)學工程專業(yè)學生能力培養(yǎng)的教學研究[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2017，38（9）：151-152.

[26]潘金林.在學生發(fā)展和社會需求之間把握高等教育的價值：德里克·博克的本科教育目標解讀[J].高等教育研究，2010（3）：94-98.

[27]劉春華.學術原則與社會責任的平衡：德里克·博克《走出象牙塔：現(xiàn)代大學的社會責任》解讀[J].高校教育管理，2009，3（6）：61-65.

[28]汪溪，黃寧平，孫嘯，等.東南大學與美國大學生物醫(yī)學工程專業(yè)的對比分析[J].生物醫(yī)學工程學雜志，2011，28（3）：567-572.