生物医学工程专业电子类课程教学的调查报告
时间：2023-02-26 16:25:06 来源：千叶帆 本文已影响人
王静，谢国喜
(广州医科大学生物医学工程学院，广东 广州 511436)
生物医学工程学将“医工”深度融合，运用工程技术手段，综合生物学、医学和工程学的理论和方法，培养跨学科人才[1]。现实复杂问题的解决需要复合型跨学科人才打破学科分化、知识割裂的壁垒[2]。粤港澳大湾区是我国医疗设备行业的重要产业集群区域，对具有优秀工程素养与创新能力的医工交叉背景的复合型跨学科人才有强烈需求[3]。
生物医学工程专业课内容综合性强、跨度大、发展速度快，我国开设生物医学工程专业的院校教学资源差异很大，有很多的生物医学工程专业开设在传统工科院校，教学资源的差异造成该专业的本科教学各有特色，但是生物医学工程专业本科教学的共性问题是如何培养“交叉性复合人才”[4-5]。适应国家人才培养战略需要，结合我校生物医学工程专业建设的发展方向，我校2019年制定生物医学工程专业本科培养方案，重新设计更科学合理的电子信息类课程体系，以适应生物医学工程专业智能医疗电子人才培养需要。为此开设了电子信息方向专业课程，如：数字信号处理、信号与系统、医学图像处理、嵌入式微机系统、智能医学等。
为了更好把握生物医学工程专业电子方向本科教学的特点，我们对生物医学工程专业电子方向本科生开展了自制问卷调查对教学效果进行评估，更加准确地识别每个学生的真正需求，作为教师改进教学的依据，进行针对性教学[6]，同时也做为医学本科生教学改革的依据[7]。
为有的放矢改进教学，笔者选取生物医学工程电子类专业基础课，将本科生对该课程满意度做了调查，并对结果进行详细分析，在此基础上进一步提出生物医学工程电子类课程教学的具体建议。现将问卷调查的结果报道如下。
1.1 问卷调查的对象
生物医学工程电子方向大二、大三本科生，调查课程为生物医学工程专业本科生电子类专业基础课。具体包含：第4学期《现代通信技术》共32人、第6学期《数字信号处理》共51人、第6学期《医学图像处理》共51人。
1.2 调查方法和内容
调查工作由任课老师在课程间隙休息时间按照网络调查问卷进行。问卷采用无记名方式，由学生当场填写并当场得到调查结果。为了保证调查合理准确，每人有且仅有一次提交的机会。《现代通信技术》回收32份调查结果、《数字信号处理》回收51份调查结果、《医学图像处理》回收51份调查结果，三门课程共回收133份结果，有效问卷的回收率达到100%。
研究手段为结构性调查问卷，包括两大主题内容：影响教学质量的因素和线上线下教学的学习效果。具体调查了教学内容、教学方法、能力培养、学习成长帮助四个方面的指标[8]。表1中，Q1～Q4为教学内容，Q5～Q7为教学方法，Q8～Q9为能力培养，Q10为学习成长帮助。问卷题目采用单项选择形式，问卷内容包括两种问题：事实性问题和意见性问题。线上线下调查内容涉及生物医学工程专业学生对线上教学模式、线上授课内容、线上授课效果的满意度，以及混合模式教学方式的看法和建议，分为非常满意、满意、一般和不满意四个等级选项。
表1 教学质量影响因素调查问卷
由于调查样本基数太小，统计特性不明显。我们把调查结果超过25%的选项定为显著选项。图1表示教学质量调查显著选项的比例分布。
1.了解专业知识；
2.多讲实例；
3.考试绩点；
4.工程实践能力;5.拓宽知识面;6.考研知识点;7.补充重点，形成统一体系;8.内容过多;9.实际应用;10.重点讲解考试内容;11.系统化讲解知识点;12.调整基础知识和应用知识比重;13.学习资料少;14.工程研究方法;15.减少概念
学生太过于注重考试，比如考研知识和考试成绩。Q1的调查显示学习过程中看重考研知识点的同学占40%，而Q10的调查显示有高达51%的同学比较在意考试成绩。值得注意的是工程实践能力也是学生普遍在意的选项，仅次于考试成绩。在Q1和Q10这两项调查中，工程实践能力的比例分别达到42%和27%。调查过程中发现，随着学生的年级增高，注重工程实践能力的比例有所提升。Q1的调查中，大二学生工程实践选项的比例是26%，大三学生该选项的比例是52.6%；
Q10的调查中，大二学生工程实践选项的比例是13.8%，大三学生该选项的比例是36.8%；
教学过程中应结合工程应用实例，激发学生的学习兴趣。Q5的调查有57%的学生认为多讲实例可以提高学习兴趣，Q3的调查有38%的学生对所学知识感兴趣的原因是实际中能够接触到、用到。
教学过程中应更加注重知识的体系讲解，形成统一的体系结构。Q4的调查有39%的学生认为课程的内容应该补充相应的重点概念，形成统一的教学体系，把整个教材的前后概念知识点串联起来讲解更加有利于知识点的消化吸收。Q6的调查有28%的学生认为应增强知识的系统化讲解，同时有25%的学生认为应减少概念的讲解。Q7的调查有39%学生认为内容过多。
参考资料过少。Q7的调查有27%的学生认为课下可参考的资料过少。
通过学习电子类专业课，大部分的学生都有所收获。Q8和Q9的调查显示对知识面、专业研究方向、工程实际的问题的都有些认识提高。专业研究方向和工程实际问题提高的不显著，仅为22%和17%。
采用线上和线下混合教学，以线下教学为主，线上作为补充的方式更加受欢迎。72.73%的学生更加倾向于线上和线下混合教学模式，而单纯线上教学的比例仅为9.09%，这说明了我校生物医学工程电子方向，线上教学不能取代传统线下教学模式，这可能与知识点的难易相关。线下重点讲解关键理论知识点，与线上内容形成补充关系，并且线上线下混合教学使学习时间更灵活。
在有限的学时内很难系统全面地讲授较多课程知识点，内容全面覆盖就会导致无法把重难点讲透，只挑部分重难点讲解又会导致只学习了零碎的知识点，无法形成系统的概念[9]。实行线上线下混合教学可以有效解决该问题。线上线下混合教学模式满意度调查中，52.27%的学生对混合教学模式非常满意，47.73%的学生比较满意。
生物医学工程专业智能医疗电子方向和工科院校的电子信息工程专业互有联系又存在不同。两个专业都涉及信息、电子、通信等技术，研究对象是各类信号的采集、储存、传输和处理，各类电子设备与信息系统的研究、设计、制造、应用、开发和集成。两者的研究对象和应用领域存在较大区别，电子信息工程研究的是工业信号的处理，生物医学工程则更注重生理医学信号的处理。虽然研究对象有所区别，但是信息处理的方法相似[10]。生物医学工程专业是电子信息技术的外延，是其在新领域的运用和发展。
我校生物医学工程专业设置在医学院校，学生同时还要学习医学基础类课程，医学工程的研究实用性强，理工科学的研究兼具应用价值和内在理论的完整性。这些原因造就我校生物医学工程专业学生思维特点和学习模式不同于普通工科院校的学生，与电子信息专业相比，生物医学工程实例较多，理论较少。这些都决定了生物医学工程电子方向专业课的教学不同于普通工科院校的教学。
生物医学工程属于医-工结合的跨学科领域，需要学生对所学知识体系的整体框架，包括各知识点的作用、知识点间关联深入理解，充分发挥本学科在整个体系中的作用与优势，融合其它学科知识点，寻找解决实际问题的最优方案。整个过程老师要对学生有效引导，激发学生主动学习的兴趣，注重学生的创新能力、实践能力、沟通能力和协作能力的培养。我校目前生物医学工程专业电子方向相关课程之间缺少深层次联系，对每一门课程设置的学科地位缺少研究，专业课程的前后设置相关性[11]不强，学生重考试、轻能力和素质培养[9]。一方面我校的生物医学工程医电方向专业课程体系还需要进一步改善，另一方面提高任课教师专业技能，从教人员清楚本专业课程和其他专业课程之间的内在关联，以及本课程的内在知识体系。我系从各方面全力提高任课老师的教学水平，如“老带新”、“集体备课”、“课程授课专题培训讲座”、“授课竞赛”等措施。
生物医学工程专业的应用性较强，学生毕业后从事医疗仪器的开发等职业，要求对所学知识能够很好转化为实际应用。在上课过程将实际问题引入课堂，以实际问题为例将知识点分化讲解，有利于激发学习兴趣以及知识的消化吸收。我系任课教师和一线医院企业合作交流实现全覆盖，促进医-工结合。我校生物医学工程专业与多家医疗设备高新科技企业建立长期合作，和附属医院等公立三甲医院建立学科共建，形成“校-企-医-孵”协同育人模式。院企合作一方面促进学科知识的转化，一方面有利于课堂实例的引入讲解，使课堂教学更加生动活泼引人入胜。生物医学工程专业本科生可以选择院企导师合作，尽早接触工程实际应用，这将极大丰富学生的医学工程经验，从而提高学习创新能力。
建立目标引领，提高学习境界[12]。该问题是本科教育存在的共性问题，特别是对于比较难的课目，学生太过于注重绩点和考研知识点，学习目的性差，不利优良品格和素质的养成。培养过程中应加强实际应用能力的培养，在职业规划和实际问题解决方面加强引导。我系实行本科导师制，大一进校确定导师，使学生尽快进入科研及实践课题，并根据学生的发展水平针对性培养人才。
加强教材建设，扩大参考资料范围。学生反映参考资料少，一方面生物医学工程电子类课程延续电子信息工程专业教学，采用的教材是传统工科教材，里面缺乏医电类的实例，教材实例不符合生物医学工程专业学生认知的知识结构。另一方面，这和学生的学习主动性不强关系密切。学生的学习不应局限在课堂的时间，知识点的消化吸收需要课上听讲和课下复习相结合。引导学生拓宽学习视野、主动寻找学习资料，理解不同学科、课目间的内在知识结构耦合，优化解决实际问题的方案。在此过程中不断激发学生主观能动性，自发实现知识的整合，有效提升学习效率。国内医电教材普遍缺少，应加强自身教材、教学资料建设，丰富学习参考资料库。我系注重课程教材建设，根据我校实际情况编制适合我校生物医学工程专业的教材，包括实验教材和理论课教材，已经出版了《生物医学工程电子综合实验教程》，并且对每门专业课都有教材计划。
丰富我校的跨学科实践教学体系建设。跨学科实践教学体系的构建依托真实工程实例问题，将理论学习与项目实践结合起来[2]。学生通过参加实践项目，针对具体问题主动建构知识体系，不断提升知识整合能力、创新实践能力，全面提升开展科学研究的基本技能。在加强实践教学体系建设的过程中，针对具体问题针对性教学，关注行业发展需求，注重平台建设以及拓展[3]。在课程设置方面，增加实验课学时，减少理论课学时。空军军医大学将实验学时和理论学时比例提高到1:3[13]；
深圳大学探索出了TUBU教学模式，围绕实践教学设计一套完整的新型课程体系[14-15]；
第三军医大学单独开设综合性实验课程，培养学生的综合运用知识技能和动手能力[16]。我们对部分课程，如数字电子线路，设置了专门的实验课程，增加实验学时。开展电子竞赛活动以及综合实践项目的建设，目前每年学生参加的科研实践创新活动包括电子竞赛、蓝桥杯竞赛、数模竞赛、创新实践班等项目。
新医科的发展建设对生物医学工程专业的课程改革提出了新的要求，探索培养医工结合跨学科人才为目标。通过调查问卷对生物医学工程电子方向授课进行课堂评估，积极探索，从研究探索课程体系、工程实例引入和实践教学体系建设三个方面进行改革，引导学生主动学习、激发寻求实际问题的解决方案，提高学生学习效率。
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