在医学信号处理中设计了心电图分析实验
2018-12-04 04:43
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生物医学工程专业是一门理、工、医结合的交叉型学科,这也就导致了学生们具有各自偏爱的专业领域和不同的专业特长(如软件编程、硬件和仪器设计、生命科学实验等)。因此,毕业设计的内容只有与学生的爱好和特长相吻合,才能充分调动学生的主观能动性。其次,在毕业设计的执行过程中,指导老师要根据学生自身的特点来设计和制订个性化的培养方案。对于能力较为突出的学生,则要充分调动学生的创造性,为其提供较大的自主空间;对于基础较为薄弱的学生,则要花费较大的精力进行指导,学生在科研中遇到困难时要帮助其分析和解决问题,使其在实践中提高自身的能力。

作为生物医学工程(ibomedicalengineeirng,简称bme)专业的主要方向之一,生物材料学在生命科学前沿研究中占据着极其重要的地位。生物材料学是目前涉及学科领域多且广泛位口医学、生物学、材料学、物理、化学、机电、信息等)的典型交叉学科代表,其研究与产业化在欧美日等发达国家已被视为战略性地位。我国“十二五”科学和技术发展规划中已明确指出生物材料是重要的技术领域l1]。据统计,我国生物材料及其应用产品(医疗器械)产值约占gdp的0.4%,而生物材料学在读本科生及研究生约仅占在读大学生总数的0.016%,显著低于该产业对gdp的贡献率,由此可见我国生物材料学专业人才非常医乏。因此,开设好生物材料这门课程不仅能为学生们打下良好基础以适应社会需求,还能拓宽bme专业学生的知识面,增加就业机会。然而,国内自上世纪60年代出现bme专业以来,大部分高校开设的bme专业课程仍主要集中在仪器电子学等方面,对生物材料学相关专业课程涉及较少。鉴于此,积极推动bme专业的生物材料课程教学改革以培养高素质复合型人才,具有重要的现实意义与潜在战略意义。以下是从教学实践中汲取的一些经验,供同行参考与探讨。

生物医学工程是综合生命科学和工程技术,理、工、医相结合的一门边缘交叉学科,是现代工程技术向生物、医学渗透并相互作用的结果.其涉及的学科面广,内容包含生物医学电子学、生物材料、生物力学和生物化学等多个领域,是一门科技含量高,学科范围广、交叉程度深、应用性很强的学科[1].生物医学工程专业主要培养复合型工程人才,强调培养学生自主学习能力、实践能力以及分析问题和解决问题的能力[2].因此,在培养训练中必须加强实践教学环节,引导学生在实践中学习,提高实际动手能力,全面提升综合素质[3].数字系统原理与设计课程对于生物医学工程专业的学生而言是非常重要的专业基础课程,它是所有相关后续专业课程的基础.由于该课程的工程特点,要求学生具备很强的实践动手能力.数字系统原理与设计课程设计就是在数字系统理论知识的基础上为学生开设的重要的实践性教学环节,对巩固学生所学的理论基础知识,培养学生自主学习能力、组织协调能力、动手解决问题能力,锻炼学生的创新精神,全面提高学生的综合素质起着重要作用.在课程设计过程中,如何结合专业特点培养学生的创新意识和科研能力是重要的教学研究课题.

生物医学工程专业是一门集理、工、医相结合的新兴交叉型学科,它是应用工程学的思想、技术和方法来研究和解决医学相关问题的学科[1-2]。生物医学工程近30a来在我国得到了飞速的发展,它作为工程学、生物科学和医学的桥梁和枢纽,已经对支撑现代生命科学高新技术的发展发挥着决定性的作用。我国迄今有百余所大学开设有生物医学工程学科,进行着生物医学工程专业本科生和研究生的人才培养。生物医学工程专业本科生的一般学制时间为4a,除开设电子技术、计算机技术与软件基础、医学图像、医学仪器等工程学相关主干课程外,还开设有解剖学、生理学、生物化学、临床医学基础等医学和生命科学相关的课程。相比于其他专业性更强的学科,生物医学工程专业要求本科生的知识涉猎更为宽泛,且更强调对实际动手能力的培养。因此,对于生物医学工程专业的本科生,在具备了扎实的专业理论知识的基础上,要努力提高运用专业知识进行工程化设计的能力,从而实现提升自身提出问题和解决问题的能力。本科毕业设计是生物医学工程专业学生完成4a本科教学计划的最后的、也是最重要的一个环节,它要求学生能够综合运用大学期间所学的理论知识及积累的实践技能来单独或合作完成一个完整的科学研究课题[3]。毕业设计不但可以巩固学生所学的基本理论知识,并可以通过这样一个完整的科学研究过程提高自身的创新能力和科研素质,同时还能培养学生人际交往及团队协作的能力。毕业设计的质量和水平不仅是一名生物医学工程专业的本科生个人综合素质的集中体现,也能够很好地反映指导教师的科研业务水平。因此,提高本科毕业设计的质量对于提高生物医学工程专业本科学生总体的教学质量和本科毕业生的竞争力具有十分重要的作用[4]。笔者根据自身作为生物医学工程本科生毕业设计指导教师的实践经验,总结了几点对于提高本专业本科生毕业设计质量的一些个人思考。

《国家中长期教育改革和发展规划纲要》提出,在未来十年,国家要培养一批拔尖创新人才[1-2]。通过实施“卓越人才培养计划”,主动为行业和地方经济建设培养一批高素质的专门人才和拔尖创新人才,提高学校办学声誉,引领高校人才培养模式改革,提升学校办学整体水平和人才培养质量[3-5]。2014年度,广州医科大学开展了“十二五”本科教学“质量工程”项目规划,将生物医学工程专业纳入本科教学质量工程教学改革范畴。生物医学工程卓越人才培养依托生物医学工程系、医学实验中心和校外科研项目合作单位,以培养工程应用型创新人才为目标。本文就生物医学工程卓越人才培养创新实验区开展实践和探索。

(1)培养具有医学电子、医学材料、医疗器件和现代医学基础知识和基本技能,能够从事生物医学工程、生物材料和医疗器件的研究、开发、设计、制造和应用的高级工程技术人才和管理人才;

(4)培养具有较强的工程技术表达交流能力、获得和利用本专业信息的能力、与他人合作共事和适应环境变化的能力。

卓越人才培养是一个复杂的系统工程,项目成功的关键取决于能否将校内理论知识传授和企业工程应用能力培养的有机结合培[8]。只有让企业主动参与实践教学环节,才能真正做到全方面培养学生的创新能力和工程应用能力[9]。在实践中,学校和企业目标可能有时难以完全达成一致,解决这个问题的主要思路是:首先,学校要充分发挥卓越人才培养的主动性,在教学过程中主动了解和调查企业需求;其次,联合培养教学模式必须要满足和适应企业的发展需求,为培养企业急需人才为宗旨,这样才能让企业全面参与卓越人才培养的全过程,为教学创造良好的工程应用和实践运用基地。为了达成这一目标,学校要树立为企业提供技术服务的理念,企业要通过联合培养寻找企业所需要的卓越技术人才和管理人才,教育主管部门应建立联合培养卓越人才的激励机制,共同营造学校、企业、政府和学生多方共赢的新局面。卓越人才校企联合培养机制的建立可为学校卓越人才培养奠定基础,为企业选拔优秀人才创造条件,为学生展示其才华提供机会。随着校企合作机制的不断健全,卓越人才培养的实践教学体系将会不断完善,培养和实施的效果才能越来越好。

生物医学工程学科涉及材料、物理、电子、化学、生物学与医学等交叉学科,该领域的技术创新、理论突破和生产实践需要大量应用型的技术人才和管理人才[6-7]。生物医学工程技术的产业化必须通过工程应用才能实现为医学、临床和人类服务的目的,产业化进程中的设计、开发、生产、管理、销售、售后服务等方面需要具备扎实理工基础和一定医学背景的复合型人才。我校生物医学工程卓越人才培养目标为:

为提高课程设计的教学质量,必须积极优化教学环境,改善实验技术.应积极关注现代工程、生产实践技术的时代背景,把先进的数字电子技术引入到数字系统原理与设计课程设计的教学环节,使学生把握电子技术领域国际、国内的最新发展动态和研究方向,开拓学生的视野.生物医学工程专业在数字系统原理与设计课程设计的教学中引入了eda设计软件quartusii,进行电路的设计仿真和测试,使得数字电路的设计变得较为容易.此外,生物电子学系已引入了美国国家仪器公司(ni,nationalinstrument)电子学教育平台,它是一个将硬件和软件组合成一体的完整的虚拟仪器实验教学套件,集成了多个实验室常有的通用仪器的功能,通过ni平台,学生可以高效、快速地进行电路分析和设计,并且方便地将测试结果和仿真结果加以比较.在数字系统原理与设计的课程设计中,也可以鼓励有能力的学生选学ni平台进行设计,实现多种实验方式的交叉验证,这不仅能培养学生的创新思维能力和动手能力,更能激发其对电子学实验的兴趣,进一步提高学生的电子电路设计、制作及创新综合能力.

生物医学工程专业的自身学科特点要求学生要具备较强的实践动手能力,这也是评估一名生物医学工程本科生专业素质是否过硬的重要依据之一。因此,要在学生日常学习中营造良好的科研氛围,鼓励低年级的学生在业余时间参与到课外科研中来,鼓励学生参加各项生物医学工程专业的设计竞赛。使学生认识到仅仅对本专业书本理论知识的学习是远远不够的,还必须能够合理应用书本所学知识并将其转化为实践技能。同时,在毕业设计过程中,要充分发挥实验室博士、硕士研究生的力量进行科研上的“传帮带”,不但可以营造良好的科研氛围,而且能够提高本科生的融入性和归属感,帮助其较快的进入科研状态。

摘要:基础医学课程在理工科院校生物医学工程专业领域中一直是一个相对薄弱的环节。理工科院校对学生的培养目标是以工程学为主,该文就如何在理工科院校将基础医学课程渗透到工程学当中,利用交叉学科的优势提高学生的整体学习水平进行了探讨。根据理工科院校培养生物医学工程专业学生的培养目标,结合自身优势学科特色,创新教学内容,改革教学的方式、方法和手段,使学生可以在有限的课时内构建一个完整的基础医学知识体系,从而可以更为高效、灵活的对生物医学工程专业的知识进行学习,为日后从事生物医学工程相关工作打下基础。

(3)以创新能力和应用技能培养为中心,培养具有工程应用能力、创新思维和创新能力的生物医学工程卓越人才。

开放性实验教学是高校素质教育深化改革的重要课题,开放性实验教学必须建立起一套“因地制宜”的创新人才培养模式,传统的教学模式已不能满足现代社会对学生综合解决实际问题能力、自主学习能力、创新和工程能力的要求。集成创新实验平台建设的目标在于利用实验平台实现学生自主创新性实验[5]。一方面,构建具有专业特色的开放实验体系,结合科研工作,由指导教师设计具有一定实用性、前沿性和探索性的集成创新实验课题,学生自由选择,形成课内课外的综合实验体系。另一方面,鼓励学生利用集成创新实验平台的硬件设备进行科技创新训练计划(stitp)项目,在指导教师的引导下自主设立课题,设计研究开发目标及实施方案,在教师指导下完成。

生物医学工程专业是一门以工程学为依托,以基础医学为平台的交叉学科。该学科的主要作用是利用工程学的原理及技术来解决基础医学中所遇到的问题。因此生物医学工程专业对于现代医学至关重要。但目前理工科院校的生物医学工程专业大多为近20年内所开设,其基础医学相关课程的教学并未形成一套系统的教学体系。其教师水平以及实验条件相对专业的医学院校更是差距明显。学生的实习基地通常距离学校较远且很难真正有机会动手参与基础医学的相关工作。在课程设置方面,理工科院校工程学方面的课程往往会侵占基础医学课程的课时,造成基础医学课程学习内容多、课时少的现状。因此如何在有限的条件下,短时间内使理工科院校生物医学工程专业的学生理解和掌握基础医学课程的相关知识,并且使基础医学课程能与生物医学工程专业的其它课程构成一个完整的知识体系,成为了摆在理工科院校教育工作者面前的难题。针对目前理工科院校面临的问题,该文对基础医学课程在理工科院校生物医学工程专业中的教学改革进行了深入探讨。

(2)研究和探索卓越人才的创新培养模式,包括创新能力训练模式、课外科技活动自主创新模式、毕业设计与科研融合模式、实践教学与科研合作相结合;

校外实践教学基地的建设是为了拓展实践教学的深度和广度,通过项目合作方式共享双方仪器设备资源,在工程应用研究和产业化过程中培养学生的创新和工程应用能力。卓越人才培养可建设的校外实践教学基地包括以下单位。广州健泽药业有限公司在生物基因工程、创新中药研发和医用高分子材料等关键领域形成了比较完整的产业链,建有现代化的gmp车间、完善的市场营销网络。公司技术部拥有gpc、气相色谱、液相色谱、红外光谱、荧光光谱等先进的分析设备,可开展可降解植入性医用材料的研究、开发和产业化等实践教学内容。广东波斯科技股份有限公司实践基地拥有双螺杆挤出生产线30条、实验线8条,年生产能力达3万吨。2012年投资新建食品医用级车间2个,主要用于食品医用级功能材料和色母粒生产。拥有注塑成型机、单螺杆挤出机、吹膜机、热变形仪、拉伸试验机、冲击试验机、硬度计、光学纤维、表面电阻仪和紫外老化箱等设备,可开展高分子生物医用材料的加工、改性等方面的科研和教学实践。广州纤维产品检测研究院实践属政府第三方纤维纺织品服饰专业检测机构,是全国首家集标准服务、技术创新、人才培养、信息服务、质量检测等为一体的综合性产业用纺织品行业质量检测中心,2013年5月经国家质检总局批准成为国家纺织品服装产品质量监督检验中心(广州)。该院技术力量雄厚,设备先进,拥有美国、英国、德国、瑞士、日本等国的电子拉力机、日晒牢度仪、马丁代尔耐磨仪、静水压仪、胀破仪、hvi大容量棉花测试仪、ust纱线强力仪、电感耦合等离子体质谱仪(icp-ms)、气相色谱—三重串联四极杆质谱仪、气相质谱联用仪、原子吸收分光光度仪、液质联用仪、紫外分光光度仪和扫描电镜等进口设备,可开展植入性可降解医用纤维的力学性能测试、微观形貌研究、热性能、生物相容性等方面的研究和教学实践。广医附属口腔医院拥有先进设备,如newtomcbct与三维立体打印机、nouvagmd20和frialit人工牙种植机、sirona全景曲面断层机、soredex牙科x光成像系统、牙颌模型3d扫描系统、leika及蔡司根管显微镜系统,可开展口腔医用材料、口腔修复工程等方面的研究和教学实践。广州海珥玛植物油脂有限公司是全世界最大的植物油脂生产企业。该公司目前以大豆油为基础,经过充分醇解、酯化、乙酰化,生成乙酰单油酸甘油酯,再环氧化生成二乙酰环氧植物油酸甘油酯,其中hm-828是针对医用pvc输液材料研究和开发的一种绿色环保型增塑剂。本人承担了该公司委托研究hm-828在医用输液材料中的应用和细胞毒性研究,为后续的卓越人才培养奠定基础。

数字系统原理与设计课程设计作为一门重要的实践课程,必须与专业教学密切相关,其内容应该配合专业发展而设置,应能够适应专业的发展.在选题方面,原有的课程设计选题仅有5个题目,过于单一,为激发学生的学习兴趣,可以结合生物医学工程的专业特点拓展题目范围,如增加数字温度计、智能呼救系统等与生物医学专业领域密切相关的题目供学生选择,也可以添加一些富有趣味性和实用性的电路,如打地鼠、打砖头和猜数字等游戏电路,调动学生的积极性[4].并且,为鼓励学生的创新思维,也可以在一部分学生中开展自主命题,由学生自己选题,设计实验方案,经指导教师审核通过后再进行电路设计及仿真测试[5],这将极大地锻炼学生的电路设计能力以及分析问题和解决问题的能力.

生物材料是一门分量较重的专业课程,主要通过学习生物医用金属材料、陶瓷材料与高分子材料的组成结构、物理化学性能以及生物相容性评价等,使学生对现代生物材料的基本原理、应用与发展趋势形成较为全面的认识l2]。通过借鉴国内外相关教材可以发现,较为完整的生物材料课程知识体系一般包括材料学与生物学层面的内容l3]。其中从材料学角度出发,生物材料课程需要讲授的内容有生物材料的类型、性质、化学结构、物理性能、力学性能、降解、加工工艺、表面特性等。这些将为学生们打造良好的材料学基础。从生物学层面来看,生物材料课程需要讲授的内容有蛋白质、细胞与生物材料的相互作用、生物材料植人体引起的人体急性炎症、血栓、免疫反应、感染、肿瘤和钙化反应等。特别对于传统的以仪器电子学为主要专业课的bme学生,由于较少接触化学、医学等基础课程,可在生物材料课程里增授一些大学化学、生物化学、医学免疫学等有关的基础知识,以帮助学生更好的学习生物材料的基本知识。构建完整的生物材料课程知识体系具有重要意义,能让bme专业学生报考国内外生物材料学方向的研究生时拥有更多的选择空间。

成绩考核是对课程设计实践教学成效的基本认定,同时也是调动学生积极性的重要手段.考核不单纯是课程设计报告的书面成绩考核,更是理论与技能的综合考评.因此,指导教师必须全面了解学生在整个课程设计过程中的表现,从单纯的课程设计报告延伸到整个实践过程.要随时掌握学生的实践情况,在记录学生平时成绩时,不仅看其实验结果,还要注重督导基本操作技能,鼓励他们多思考、多总结.在课程设计过程中增加与学生的互动交流,全面了解学生的综合能力.目前,在实验结果考核方面,电路的仿真测试是课程设计考核的主要内容,这样的考核方式只关注软件的仿真结果,而没有涉及到实际电路的制作,制约了学生实践动手能力的发挥.因此,可以考虑引入仿真与实物电路制作并行的考核方式.对于电路规模较小、制作较为容易的,可以要求增加实物制作;而电路原理较为复杂,制作可预见性较难的,可以只采用仿真的形式.

依托我校医学优势,从教育理念层次探讨卓越人才培养模式思路,研究和探索生物医学工程卓越人才培养体系,建设可实施的、具有我校特色的生物医学工程卓越人才培养创新实验区。

在理论教学中,改变以高校教师为主导的授课模式,利用多媒体等教学手段,丰富课堂的内容,扩展学生的思路,设置与学生对等的研讨式教学方式,激发学生的学习兴趣。结合生物医学工程专业特点,将临床医学融入基础医学的教学之中,在理论知识的讲授中结合临床医学实例,并以实例为基础设置问题,从而增强学生对知识点的理解,从而达到提高教学质量的效果。以长春理工大学为例,学校在讲授心脏有关知识时,在详细讲述心脏形状、功能的同时,主动结合医疗实际,将心脏相关的心电监测等设备给与学生演示,并邀请学生当场实际操作,并一同分析实验设备所获得的实验数据。再以该数据对比教课书上经典的影像学图片及超声图片,以此来分析心脏病变所引起的相关变化[7]。通过在课堂上与学生的探讨,加深学生对相关知识点的印象。该方法在调动学生学习积极性的同时,也建立起了一种全新的师生间的沟通模式。在实验教学中,在学生掌握相关仪器设备基本操作的基础上,在完成教学大纲规定的相关实验的同时,也鼓励学生对相关实验提出自己的想法并付诸实践,以此来培养学生的创新思维模式[8]。以长春理工大学为例,在解剖学实验中,教师允许学生在教学大纲要求的范围之内自行选题、自行设计操作方案,并且在实验之后在教师的帮助下自行总结。这就使得学生在实验中不仅可以掌握基础医学实验的基础知识和仪器设备的使用,而且培养了学生独立思考问题和独立解决问题的能力。在实践教学中,将科研项目、实践基地与课堂教学紧密联系起来。以长春理工大学为例,学校与吉林省前卫医院、长春生物制品所、迪瑞医疗等单位形成了战略联盟,将其作为自己的教学实践基地,并将这些实践基地作为自己的第二课堂,使学生在实践基地可以充分的了解各种前沿的医疗仪器设备的原理及使用情况。与此同时,高校利用自身的理论创新优势与实践基地紧密结合,开展各种科研项目合作。使学生有机会了解生物医学工程领域的发展现状与需求,并可以利用自己的理论知识在教师的指导下为相关企业解决实际困难,从而促进生物医学工程领域进一步向前发展。

(2)培养的人才具有良好职业道德和合格公民的责任意识和道德素养;

理工科院校在工程学课程方面往往具有自身的优势,比如光电特色或机械自动化特色等等,这就要求在理工科院校的生物医学工程专业培养目标的制定上必须要结合学校自身的特色。以长春理工大学为例,该校为王大珩院士一手创办,以光电为学校的主要特色,所以在生物医学工程专业的整体课程规划上,长春理工大学以光电特色为切入点,选择与基础医学密切相关的x射线为重点培养方向,使学生充分了解和掌握x射线的波粒二象性等光学特性,并以此为基础开展ct、螺旋ct、核磁共振等光电医疗仪器相关知识的学习,并配合以解剖学、工程生理学、病理学、临床医学等基础医学知识,使得生物光学的概念与仪器设备的原理相结合,便于学生学习与理解[1-4]。

创新人才培养模式是教育部“新世纪高等教育教学改革工程”项目的核心内容之一。实验教学是学生巩固和深化理论知识的重要途径,也是培养学生基本技能、发现和解决实际问题能力、自主学习能力、创新和工程能力的重要途径,有利于学生自身个性化发展和全面发展。近年来,教育部提出的国家大学生创新性实验计划是高等学校本科教学“质量工程”的重要组成部分,该计划的启动和实施,旨在探索并建立以问题和课题为核心的教学模式,倡导以本科学生为主体的创新性实验改革,调动学生的主动性、积极性和创造性,激发学生的创新思维和创新意识,在校园内形成创新教育氛围,建设创新教育文化,全面提升学生的创新实验能力。在创新性实验和研究性教学内涵及理念的指导下,为满足生物医学工程特色专业建设的需求,我们在生物医学工程专业本科实践教学中,通过集成创新实验平台的建设,整合专业课程课内实验、开放实验以及科技创新训练计划,形成创新性实验体系,以推动研究性学习和个性化培养的教学方式,形成创新教育的氛围,建设创新文化[1,2]。

(1)改革单纯传授知识的传统教学模式,建立以人才培养为本,以能力培养为目标的教学模式和人才培养理念;

集成创新实验平台相关的生物医学传感器、微机原理、医学仪器原理与医学信号处理几门专业课程是生物医学工程专业的专业核心课程[2~4],其共同特点是知识点多、综合性强,同时也是实践性很强的课程。这一系列课程的目的是使学生理解和掌握生物医学传感器、基于微机的虚拟仪器、各类电子医学仪器,以及医学信号处理的基本理论与设计方法。而目前由于理论课内容较多,实验课时配置少,相应的实验内容也较为简单,综合性不强,实验的设计也是沿袭单一课程的实验教学方式,前后知识体系的联系没有很好的建立,很难达到原定的课程教学目标,也很难体现出专业特色。针对这些问题,我们对专业课程课内实验进行了统一规划设计,提高实验的综合性,并注重前后知识体系的衔接。例如,在微机原理课程中,针对实验课时少,以及理论教学与实验环节脱节的问题,我们将教学场所从教室改到实验室,并且在每次理论课教学中都加入了短时间的随堂上机实验,将实验融入到理论课程中,学生通过实际操作对所学的理论加深理解;另一方面,学生在理论课学习过程中得到了基本的实验训练,在专门的实验课时中,我们即可设计一些综合性的实验内容,如生理信号采集系统的设计实验。另外,在前述课程的实验设计中加强前后知识体系的衔接。如我们以心电图信号为线索,在生物医学传感器课程中设计了心电传感器实验,在微机原理课程中设计了心电信号采集系统实验,在医学仪器原理课程中设计了心电放大器设计实验,在医学信号处理中设计了心电图分析实验。学生通过这样一系列的理论与实验课程学习,不仅能够更深刻理解各门课程的理论内容,并且能够掌握电子医疗仪器设备较为完整的实际开发过程。

南通大学于2010年开始招收并承担工程类生物医学工程专业本科学生的教育任务,由于专业成立时间短,教学体系还不完善,尚缺乏足够的教学经验.目前,在生物医学工程专业数字系统原理与设计课程设计的教学方面,参照电子信息类专业在该课程设计的教学中采用的教学模式和方法.数字系统原理与设计课程设计共2周时间,是在理论和实验课后开设的实践环节,时间安排在期末,这就造成了与前期安排的期末考试时间有所重叠,因此学生往往忙于复习考试,而不能全身心地投入到课程设计中,造成设计质量下降.整个课程设计的教学过程一般分为4个阶段:布置课程设计任务、学生查阅资料并进行电路设计、电路仿真与下载测试及撰写课程设计报告.在设计任务方面,共提供5个题目供学生选择:简易电子琴、数字式秒表、数字式竞赛抢答器、交通信号灯控制器和简易数字频率计.这些设计题目都属于经典的小规模数字系统设计,有利于学生理解和应用理论知识,通过设计可以使学生初步具备数字系统设计的能力.但由于选题相对单一,设计思想基本一致,学生大多使用较固定的几款芯片,极大地限制了学生创造性的发挥,造成学生设计方案雷同,缺乏灵活性,在一定程度上影响了学生学习的积极性,使课程设计教学模式处于被动教学的困境,也与生物医学工程专业的教学需求有所差异.在设计过程中,学生一人一组,独立完成整个课程设计.这种实施方法对于学生掌握整个数字系统设计的流程,培养独立思考能力是有利的,但限制了学生间的交流合作.课程设计采用电子线路计算机辅助设计eda手段,让学生掌握运用eda设计软件quartusii,进行电子线路的设计、仿真分析和下载调试,具体步骤为:先根据选题内容画电路图或编写veriloghdl程序,并进行仿真,然后参照eda实验箱gw48的使用说明进行管脚锁定,最后下载调试,进行验证.这种使用eda软件结合实验箱来完成设计验证的优点在于可以免去硬件电路的制作和调试等步骤,直接进行软件设计.然而这样的实验方式也存在缺点,即学生在做完设计后只是掌握了软件设计和调试的技巧,对实际硬件电路的设计和调试方法完全没有了解.这种教学方式在一定程度上限制了学生实践动手能力的培养.由此可见,生物医学工程专业数字系统原理与设计课程设计在当前的教学上有一定的优势,但也存在着一些局限.因此,需要迫切改革课程设计教学模式以提高课程设计质量,培养学生数字电路设计的实践能力.

目前教育部鼓励在大学课堂积极开展双语教学活动,培养学生能够熟练运用外语从事专业工作、学术交流的能力。适当引人双语教学环节对于正处生命科学前沿领域研究热点中的生物材料学意义更为重大。这不仅能及时向学生们介绍最新的研究进展,还能帮助学生们掌握生物材料的专业词汇。这有利于学生们独立阅读外文资料或文献,从而在潜移默化中锻炼出独立思考、探究的能力。这些是未来高素质复合型人才区别于普通人才的基本标志。当然,适当引人双语教学环节也对授课教师也提出了更高的要求。笔者认为高水平的课堂不仅能熏陶出高素质的人才,还能更快地提升教师自身的授课、科研水平。

生物材料学是一门实用性强的课程la],在这几年的授课经验中发现如果将学生们带到研究实验室、医院、企业观摩学习将极大激发学生对生物材料的关注与深人学习的愿望。具体来说,在这些精心设计的实践环节中学生们可以接触到许多高尖新设备,如x射线衍射仪(xr)d、扫描电子显微镜(se卜)、透射电子显微镜(te卜)等,通过观摩学习能提高学生们对生物材料表征分析技术的理解,从而加深其理论知识。在临床医院或企业调研学习各类医疗材料器械)的具体应用、生产加工,能让学生了解不同生物材料在应用或生产中的优缺点、以及医院、企业及对人才的需求。这些都将驱使学生更为积极主动的回到课堂学习生物材料基础知识,为自己今后的择业及人生规划打下良好基础。总之,生物材料是保障人类健康的重要必须品,现已成为各国政府优先支持研究开发的热点。特别对于我国,生物材料不仅是解决看病难、看病贵以及建设小康社会的重要物质基础,还将作为典型的低能耗、低环境污染、高技术附加值的新兴产业,成为未来国民经济中新的增长点。在生物材料课程的教学改革中施行上述办法,将有效培养和锻炼学生们的创新思维与综合能力,能为培养更多优秀人才建设国家做出贡献。

(3)善于了解和把握本学科发展前沿,具有较好技术创新和工程应用能力;

目前理工科院校生物医学工程专业的教材多是采用医学院校所使用的教材。但医学院校所使用的教材多是针对五年制的医学专业学生所编写,而理工科院校均为四年制,且医学类院校因为课程的课时较多,所以教材编写的非常详细,知识深度较深,而理工科院校生物医学工程专业的基础医学课程所分配的课时较少,而且理工科院校的学生没有基础医学的相关基础,使得学习医学类院校教材时比较吃力[5-6]。因此,选用医学院校所使用的教材作为理工科院校生物医学工程专业学生使用教材是不合时宜的。但是目前国内还没有相关组织来编写一套适合于理工科院校教学的基础医学教材。这就要求理工类院校根据自身特点组织相关教师编写若干部适合自己院校的基础医学相关教材。以长春理工大学为例,该学校以自身的光电特色为培养目标,以目前国内外生物医学工程专业的发展方向为指导,组织学校教师联合医学院校以及市内三甲医院著名专家,对基础医学课程的相关书籍进行了重新编写。针对理工科院校对基础医学相关课程的需求,对若干门课程进行了整合。比如长春理工大学组织相关人员编写了《生理学》教材,增加了眼底角膜光学特性等光电方面的内容,突出了学校的光电特色。并且将临床医学、工程技术等有机的融合在一起,使得一个知识点的学习可以融会若干本教材的内容,既可以突出授课的重点,又可以延伸出若干相关内容,从而促进学生的发散性思维。使教学的内容可以真正体现思想性、前沿性、科学性和实用性。

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