醫(yī)工交叉類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程建設(shè)的探索與實(shí)踐

孫安強(qiáng)， 康紅艷， 蒲 放， 李德玉， 鄧小燕， 樊瑜波

(北京航空航天大學(xué) 生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，北京 100083)

一、問(wèn)題的提出

隨著中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人類(lèi)健康需求增加，人口老齡化加劇，醫(yī)療健康模式也正在發(fā)生巨大變化。2016年10月，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)《“健康中國(guó)2030”規(guī)劃綱要》，把健康納入國(guó)民教育體系[1]。2017年10月，黨的十九大報(bào)告明確提出“實(shí)施健康中國(guó)戰(zhàn)略”[2]。2020年初，新冠肺炎疫情暴發(fā)。同年2月14日，習(xí)近平在中央全面深化改革委員會(huì)第十二次 會(huì)議上發(fā)表重要講話，指出“把生物安全納入國(guó)家安全體系”[3]。這都為工程科學(xué)更加全面地介入醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、更加深入地開(kāi)展醫(yī)工交叉研究，解決國(guó)家在醫(yī)療健康領(lǐng)域的重大問(wèn)題提出了更高的要求。同時(shí)，探索新興健康領(lǐng)域的工程科學(xué)問(wèn)題，也是工程科學(xué)自身發(fā)展的內(nèi)在需求和驅(qū)動(dòng)。

在上述背景下，近年來(lái)中國(guó)許多一流大學(xué)紛紛將醫(yī)工交叉型人才培養(yǎng)作為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的重點(diǎn)方向[4-5]。希望為“健康中國(guó)”戰(zhàn)略培養(yǎng)儲(chǔ)備更多優(yōu)秀專(zhuān)業(yè)人才。但是，由于醫(yī)工交叉涉及領(lǐng)域很廣，且發(fā)展迅速，在很多研究方向上缺乏成熟的醫(yī)工交叉類(lèi)課程，難以滿(mǎn)足當(dāng)前快速增長(zhǎng)的高層次醫(yī)工交叉型人才培養(yǎng)的需求。尤其是在教育部大力推進(jìn)“新工科”建設(shè)和“金課”建設(shè)、進(jìn)一步提高本科生人才培養(yǎng)質(zhì)量的背景下，探索適合中國(guó)當(dāng)前和未來(lái)發(fā)展階段人才培養(yǎng)需求的醫(yī)工交叉類(lèi)優(yōu)質(zhì)專(zhuān)業(yè)課程建設(shè)的實(shí)踐十分必要[6]。

筆者以北京航空航天大學(xué)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“北航”)生物醫(yī)學(xué)工程專(zhuān)業(yè)本科生專(zhuān)業(yè)課程《血流動(dòng)力學(xué)》《生物力學(xué)》《循環(huán)系統(tǒng)醫(yī)學(xué)與工程》等的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)為例，介紹在“新工科”建設(shè)背景下，醫(yī)工交叉類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程建設(shè)的探索與實(shí)踐。

二、課程基本情況介紹

《血流動(dòng)力學(xué)》《生物力學(xué)》《循環(huán)系統(tǒng)醫(yī)學(xué)與工程》三門(mén)課程均是面向北航生物醫(yī)學(xué)工程專(zhuān)業(yè)三年級(jí)本科生開(kāi)設(shè)的專(zhuān)業(yè)核心課程。這些課程中的心血管生物力學(xué)部分主要介紹人體血液循環(huán)系統(tǒng)流動(dòng)的力學(xué)規(guī)律、心血管疾病的力學(xué)機(jī)理、心血管疾病檢測(cè)治療相關(guān)的生物力學(xué)問(wèn)題以及血流動(dòng)力學(xué)常用研究方法等。重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生利用血流動(dòng)力學(xué)原理分析、凝練、解決相關(guān)醫(yī)學(xué)問(wèn)題的醫(yī)工交叉型思維方式和科研能力，為今后從事該領(lǐng)域的科學(xué)研究或工程實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。這些課程與當(dāng)前醫(yī)學(xué)、工程學(xué)術(shù)前沿以及醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)發(fā)展密切相關(guān)，為典型的心血管醫(yī)學(xué)與力學(xué)工程結(jié)合的醫(yī)工交叉類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程。

三、醫(yī)工交叉類(lèi)課程建設(shè)中的問(wèn)題與挑戰(zhàn)

(一)如何培養(yǎng)學(xué)生醫(yī)工交叉型思維方式

醫(yī)學(xué)診療中十分看重經(jīng)驗(yàn)積累，工科研究更加追求明確理論基礎(chǔ)上的定量化和精準(zhǔn)化。在醫(yī)學(xué)與工程交叉的生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，工程最優(yōu)解并不一定是醫(yī)學(xué)最優(yōu)解。而解決醫(yī)工交叉領(lǐng)域的問(wèn)題則必須具備在“醫(yī)”“工”兩種思維方式間自由切換的醫(yī)工交叉型思維方式。這種思維方式在傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)、工學(xué)課程教學(xué)中很少訓(xùn)練，在生物醫(yī)學(xué)工程專(zhuān)業(yè)課程中也經(jīng)常訓(xùn)練不足。醫(yī)工交叉型思維方式的缺乏容易造成學(xué)生畢業(yè)后從事醫(yī)工交叉性質(zhì)的工作時(shí)適應(yīng)較慢，創(chuàng)新能力不足，需要較長(zhǎng)時(shí)間去摸索與構(gòu)建這種思維方式。這一問(wèn)題在生物醫(yī)學(xué)工程專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)中亟待解決。

(二)如何學(xué)習(xí)借鑒國(guó)外同類(lèi)優(yōu)質(zhì)課程

國(guó)外許多一流高校經(jīng)過(guò)多年積累，已建成許多較為成熟的醫(yī)工交叉類(lèi)課程，值得廣泛學(xué)習(xí)和借鑒[7-9]。但是,國(guó)外高校成熟的醫(yī)工交叉類(lèi)課程都是根據(jù)各自學(xué)校的學(xué)科優(yōu)勢(shì)、人才培養(yǎng)定位的，以及根據(jù)各自國(guó)家社會(huì)發(fā)展階段和健康相關(guān)產(chǎn)業(yè)的人才需求特點(diǎn)而設(shè)置和建設(shè)的，換到其他學(xué)校往往不適用，直接轉(zhuǎn)移到中國(guó)的大學(xué)課堂則更加容易“水土不服”。因此，在學(xué)習(xí)和借鑒國(guó)外成熟的醫(yī)工交叉類(lèi)課程時(shí)必須對(duì)國(guó)外課程內(nèi)容進(jìn)行合理改造和重構(gòu),以滿(mǎn)足中國(guó)不同學(xué)校的人才培養(yǎng)需求。

(三)如何在醫(yī)工交叉類(lèi)課程中開(kāi)展“課程思政”

習(xí)近平在談高校思政建設(shè)時(shí)指出：“要用好課堂教學(xué)這個(gè)主渠道，思想政治理論課要堅(jiān)持在改進(jìn)中加強(qiáng)，提升思想政治教育親和力和針對(duì)性，滿(mǎn)足學(xué)生成長(zhǎng)發(fā)展需求和期待，其他各門(mén)課都要守好一段渠、種好責(zé)任田，使各類(lèi)課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)?！盵10]如何改變思想政治教育與專(zhuān)業(yè)課程教育溝通較少的現(xiàn)狀，將立德樹(shù)人貫徹到高校教學(xué)全過(guò)程、全方位、全員之中，推動(dòng)思政課程與“課程思政”協(xié)同前行、相得益彰，構(gòu)筑育人大格局，是新時(shí)代中國(guó)高校面臨的重要任務(wù)之一[11-12]。生物醫(yī)學(xué)工程專(zhuān)業(yè)與“健康中國(guó)”戰(zhàn)略、國(guó)家生物安全息息相關(guān)，蘊(yùn)含著非常豐富的思政題材，醫(yī)工交叉類(lèi)專(zhuān)業(yè)課堂應(yīng)該成為開(kāi)展“課程思政”的重要陣地。因此，如何在醫(yī)工交叉類(lèi)課程中有效開(kāi)展課程思政成為課程建設(shè)的重要內(nèi)容之一。

四、教學(xué)改革創(chuàng)新與實(shí)踐

(一) 醫(yī)工交叉型思維方式訓(xùn)練

以真正的臨床問(wèn)題為中心，打破原有的臨床背景和工程內(nèi)容章節(jié)分明的講授順序，如圖1所示，按照“臨床背景—數(shù)理問(wèn)題—工程問(wèn)題—工程解決方案—臨床問(wèn)題解決方案”的講授路線開(kāi)展研究型教學(xué)。在反復(fù)“醫(yī)”“工”切換中訓(xùn)練醫(yī)工交叉型思維方式，讓學(xué)生體會(huì)“工程最優(yōu)解并不一定是醫(yī)學(xué)最優(yōu)解”。課程教學(xué)中選定的典型醫(yī)學(xué)問(wèn)題及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)(示例)如表1所示。

圖1 以臨床問(wèn)題為中心的醫(yī)工交叉型思維方式

表1 典型醫(yī)學(xué)問(wèn)題及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)(示例)

(二)對(duì)國(guó)外優(yōu)質(zhì)課程進(jìn)行吸收與重構(gòu)

以北航《血流動(dòng)力學(xué)》課程為例，該課程學(xué)習(xí)和借鑒了英國(guó)帝國(guó)理工大學(xué)和美國(guó)佐治亞理工大學(xué)等開(kāi)設(shè)的同類(lèi)課程。但是國(guó)外課程內(nèi)容設(shè)置與各校的科研方向、各國(guó)的醫(yī)工產(chǎn)業(yè)發(fā)展優(yōu)勢(shì)和人才需求密切相關(guān)，無(wú)法照搬。筆者所在教學(xué)團(tuán)隊(duì)按照“金課”標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合當(dāng)前中國(guó)醫(yī)工產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，以及循環(huán)系統(tǒng)典型疾病診斷與治療領(lǐng)域醫(yī)工交叉型復(fù)合型人才緊缺的現(xiàn)狀，提高對(duì)應(yīng)內(nèi)容比重。同時(shí)，圍繞動(dòng)脈粥樣硬化、腦中風(fēng)等重大疾病設(shè)計(jì)高難度醫(yī)工交叉類(lèi)課程設(shè)計(jì)題目，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注臨床醫(yī)學(xué)問(wèn)題，提高分析、解決復(fù)雜醫(yī)工問(wèn)題的能力。具體的重構(gòu)內(nèi)容包括：

第一，在課程計(jì)劃中增加流體力學(xué)知識(shí)講解部分，重點(diǎn)介紹與血液循環(huán)系統(tǒng)有關(guān)的流體力學(xué)概念和理論，特別是與課程后續(xù)內(nèi)容相關(guān)的流體力學(xué)知識(shí)，為后續(xù)課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)筑牢力學(xué)基礎(chǔ)。

第二，針對(duì)后續(xù)其他專(zhuān)業(yè)課程中學(xué)生可能選擇的航空航天醫(yī)學(xué)工程、康復(fù)工程等特色優(yōu)勢(shì)方向，在課程內(nèi)容中增加航空航天和康復(fù)領(lǐng)域的血流動(dòng)力學(xué)問(wèn)題等相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容。使之與北京航空航天大學(xué)人才培養(yǎng)特色以及生物醫(yī)學(xué)工程專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)結(jié)合更緊密。

第三，在課程設(shè)計(jì)和課程研討性實(shí)踐部分，充分與筆者所在教學(xué)團(tuán)隊(duì)的科研項(xiàng)目與成果、現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)條件相結(jié)合，將筆者所在教學(xué)團(tuán)隊(duì)多年來(lái)在生物力學(xué)領(lǐng)域的研究成果轉(zhuǎn)移到課堂講授和課程設(shè)計(jì)中，增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的前沿性，以及課程設(shè)計(jì)的綜合性與挑戰(zhàn)度。

(三)“課程思政”建設(shè)

充分挖掘中國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)對(duì)心血管系統(tǒng)的探索實(shí)踐，并結(jié)合“健康中國(guó)”等國(guó)家重大戰(zhàn)略規(guī)劃，以及新冠肺炎疫情等重大事件，介紹黨和國(guó)家對(duì)人民健康事業(yè)的高度重視。應(yīng)更加關(guān)注《血流動(dòng)力學(xué)》等課程在中國(guó)高端醫(yī)療器械行業(yè)中的應(yīng)用背景，引導(dǎo)學(xué)生正確看待當(dāng)前中國(guó)在高端醫(yī)療器械與醫(yī)療技術(shù)方面存在的短板，樹(shù)立為提高中國(guó)醫(yī)療器械自主研發(fā)水平、解決國(guó)家在醫(yī)療健康領(lǐng)域的重大戰(zhàn)略問(wèn)題而努力學(xué)習(xí)的遠(yuǎn)大目標(biāo)。做到結(jié)合專(zhuān)業(yè)，潤(rùn)物無(wú)聲。以《血流動(dòng)力學(xué)》課程講授中總結(jié)的“課程思政”部分知識(shí)點(diǎn)為例，如表2所示。

表2 《血流動(dòng)力學(xué)》“課程思政”知識(shí)點(diǎn)(示例)

五、改革成效

筆者所在教學(xué)團(tuán)隊(duì)通過(guò)不斷創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)醫(yī)工交叉類(lèi)課程內(nèi)容的掌握，提高了學(xué)生綜合運(yùn)用“醫(yī)”“工”知識(shí)分析和解決醫(yī)工交叉綜合性、復(fù)雜性問(wèn)題的能力。課程設(shè)計(jì)中學(xué)生自主查閱資料、分析凝練科學(xué)問(wèn)題，并提出可行性研究方案，以2019—2020秋季學(xué)期的部分題目為例，如表3所示。多名學(xué)生以課堂討論和課程設(shè)計(jì)為起點(diǎn)，在課程結(jié)束后繼續(xù)開(kāi)展科研探索項(xiàng)目，在國(guó)際知名的專(zhuān)業(yè)學(xué)術(shù)期刊上以第一作者身份發(fā)表論文[13]、申請(qǐng)醫(yī)療器械創(chuàng)新專(zhuān)利、獲得北航科技競(jìng)賽獎(jiǎng)項(xiàng)等。

表3 學(xué)生自主提出的課程設(shè)計(jì)題目(示例)

《血流動(dòng)力學(xué)》課程的建設(shè)成果還推廣到北航生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院多門(mén)其他專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)中，如《植介入體設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)》《高級(jí)生物力學(xué)》等，取得了良好的教學(xué)效果。

此外，《血流動(dòng)力學(xué)》課程還受到醫(yī)科院校臨床醫(yī)學(xué)專(zhuān)業(yè)及醫(yī)院臨床科室教學(xué)團(tuán)隊(duì)的關(guān)注，筆者所在教學(xué)團(tuán)隊(duì)成員受邀為中國(guó)部分醫(yī)科大學(xué)臨床本科生以及臨床醫(yī)院的醫(yī)生授課，實(shí)現(xiàn)了課程建設(shè)成果向中國(guó)一流醫(yī)科院校的推廣輻射。

六、結(jié)語(yǔ)

在開(kāi)展的五輪次《血流動(dòng)力學(xué)》課程教學(xué)過(guò)程中，筆者所在教學(xué)團(tuán)隊(duì)結(jié)合《生物力學(xué)》《循環(huán)系統(tǒng)醫(yī)學(xué)與工程》等課程實(shí)踐，不斷修正和調(diào)整課程設(shè)置，歸納總結(jié)出醫(yī)工交叉類(lèi)課程建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，可為其他同類(lèi)課程的建設(shè)提供參考。

第一，醫(yī)工交叉類(lèi)課程建設(shè)中，重點(diǎn)和難點(diǎn)是如何將兩方面知識(shí)有機(jī)“融合”，培養(yǎng)學(xué)生醫(yī)工交叉型思維方式。筆者所在教學(xué)團(tuán)隊(duì)在實(shí)踐中開(kāi)展的以典型臨床問(wèn)題為中心、按照“臨床背景—數(shù)理問(wèn)題—工程問(wèn)題—工程解決方案—臨床問(wèn)題解決方案”的講授路線開(kāi)展研究型教學(xué)，取得了良好的教學(xué)效果。

第二，在學(xué)習(xí)借鑒國(guó)外優(yōu)秀課程時(shí)，要充分考慮中外課程體系和培養(yǎng)方案的差別，以及中國(guó)相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與人才需求特點(diǎn)。同時(shí)，要充分考慮中國(guó)高校授課團(tuán)隊(duì)和平臺(tái)的研究實(shí)力和科研專(zhuān)長(zhǎng)，更好地利用科研成果與條件來(lái)支持教學(xué)。這對(duì)研究型大學(xué)醫(yī)工交叉類(lèi)專(zhuān)業(yè)類(lèi)課程建設(shè)尤其重要。

第三，要充分考慮中國(guó)高校的人才培養(yǎng)目標(biāo)和定位，牢記為黨育人、為國(guó)育才使命，扎實(shí)做好“課程思政”?？梢猿浞滞诰蚺c課程相關(guān)的中國(guó)傳統(tǒng)文化和科學(xué)發(fā)展史中的相關(guān)內(nèi)容，并與國(guó)內(nèi)生物醫(yī)學(xué)工程相關(guān)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展現(xiàn)狀相結(jié)合，增加學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)的認(rèn)同感，增強(qiáng)學(xué)生民族自豪感和歷史使命感。