生物醫學工程人才能力培養思考

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1生物醫學工程專業創新型、實踐型人才培養模式現狀分析

目前，我國開設工科專業的本科高校有1003所，占本科高校總數的90%；高等工程教育的本科在校生達到371萬人，研究生47萬人[2]。但是，我國工程教育仍存在不少問題，主要體現在：人才培養模式單一，多樣性和適用性欠缺；工程性缺失和實踐教學薄弱問題長期未得到解決；評價體系導向重論文、輕設計、缺實踐；對學生的創新教育和創業訓練重視與投入不足；產學研合作不到位，企業不重視人才培養全過程的參與[3]。工科創新人才培養需要產學研合作教育。當前，我國工科大學生創新實踐能力從總體上看顯得比較低，表現在有些學生缺乏創新實踐的理念和愿望，缺少創新實踐能力的毅力與意志；有些學生有創新實踐意識但不能很好利用，有創新實踐熱情但創新實踐能力不夠；有些學生雖有創新實踐靈感但缺乏創新實踐技能等。每年畢業生招聘會上反饋的信息表明，有些畢業生專業技能、創新能力和實踐能力等與用人單位的要求還存在不少差距，企業很難招收到需要的高素質人才來承擔企業繼續發展的重任，出現了學生“就業難”和企業“人才荒”的兩難境地。工科院校應正視現狀、分析原因，從教育理念、課程體系、教師素質、實踐教育、課外科技實踐、社會實踐等多方面入手，構建有利于工科大學生創新實踐能力的培養模式［4］。生物醫學工程是一門實踐性很強的學科，動手與創新能力的培養對生物醫學工程專業人才培養來說顯得尤為重要。而生物醫學工程專業雖然已成長和發展了幾十年，但是，由于其本身“新興學科”與“交叉學科”的特點，并隨著科學技術的進步與發展，對生物醫學工程學科的認識及基本定義都還在不斷地創新、調整、補充和完善，特別是社會上對這個專業的認識和接受程度還不高，不大清楚這個學科的性質、作用和地位，相關的產業部門認識也較模糊。高等教育人才的培養，不僅要適應科學的進步，更要滿足社會對人才的需求。當前，數字化醫療技術正在蓬勃發展中，相關的醫療器械、醫療技術服務產業也在迅速壯大。珠江三角洲、長江三角洲及京津環渤海灣三大區域已成為本土三大醫療器械產業聚集區。據不完全統計，三大區域醫療器械總產值之和及其銷售額之和均占全國總量的80%以上。因此，如何結合學科的創新與發展，充分利用產業成長及壯大的時機，培養滿足社會需求的人才，是擺在生物醫學工程教育者面前的當務之急[5]。為了提高本科生的實踐和創新能力，在生物醫學工程專業中，實踐教學在培養學生的動手能力和創新能力方面是十分重要的，具有不可替代的作用。工程實踐能力與創新能力更是教學改革的核心目標。工程實踐能力和創新能力是知識經濟社會對優秀工程技術人員素質的要求，是現代企業應對全球經濟一體化、參與國際競爭的需要，也是企業可持續發展的需要，同時也是建設創新型國家與科教興國發展戰略的需要。實踐是實現、發展、創新知識的源泉，是檢驗真知的標準，也是深刻認識、理解、學習知識和技術的最好課堂與老師。人們根據經驗總結出一句格言：聽到的會忘掉，看到的能記住，只有親自做過的才會真正明白，并深深地刻在記憶中。只有親歷親為，才能深刻理解、掌握、運用事物的本質、原理、規律，并有新的發現和發展。過去高等學校培養的畢業生雖然掌握了一定的知識和技術，但與企業工程師相比，他們在綜合素質、實踐與創新能力方面存在著很大的差距。經驗告訴我們：知識≠能力，兩者之間有一個傳動的鏈條叫做實踐，即應用知識解決工程問題。因此要培養未來的卓越工程師，提高工程師教育質量，充分開發學生的實踐與創新能力就必須要按照其成長的特點和規律改革教育體系和教學模式，讓工程師教育回歸工程。

2引進荷蘭特色化教學模式DCL培養生物醫學工程專業學生實踐與創新能力

東北大學中荷生物醫學與信息工程學院在對生物醫學工程專業實施國際化教學的過程中，結合教學實踐，以培養滿足社會需求的、“用得上、留得住、干得好”的實用創新型生物醫學工程專業人才為目標，從培養模式、專業課程設置、實踐教學、本科生導師制等多個方面，深入開展了教學改革與嘗試，并成功探索出“以項目為中心的課程設計”本土化實踐教學方法，取得了較好的效果。“以項目為中心的課程設計”是一種開展“學習+研究”的教學模式，引進了合作方荷蘭埃因霍溫科技大學DesignCenteredLearning(DCL)教學模式，基于問題進行研究、面向實踐探索學習，在教學中研究、在研究中教學，把學生的科技能力培訓列入教學計劃，校企合作，發揮資源優勢。它是以學生為主體、教師為主導，以學為中心，采取學生分組合作、查閱資料、調查研究、討論、交流等方式學習設計方法的課程。以培養能力為宗旨，以項目為載體，基于問題研究，以課題研究和問題解決為核心，學思結合、知行合一的教學活動，注重方案設計、過程訓練，激發學生科學研究興趣，培養學生自主學習能力、團隊協作能力，以及提出問題、分析問題、解決問題的能力，讓學生提前了解企業運作機制，為學生就業乃至創業搭建一個良好的平臺。

3DCL在研究中教學，在教學中研究——以“老年人摔倒測試”案例教學過程為例

3.1案例的選擇和設計——整合各類知識、解決實際問題

“老年人摔倒檢測”是本科生第6學期進行的DCL項目。這個案例針對當今老齡化社會的熱點問題——獨居老人的健康智能監護，在生物醫學工程專業領域是非常有實際意義和研究價值的課題。當今獨居老人逐年增多，老人的健康問題已經成為一個社會問題。摔倒是威脅老年人健康的一個惡性殺手。如何利用生物醫學工程的專業知識，研發可以對老年人行為動作進行實時監控的儀器設備，設計有效的摔倒檢測的算法，能夠在老人發生摔倒危險的第一時間，通知家屬和社區醫院，從而最大程度的減輕傷害，正是這個課題需要解決的關鍵問題。而這個課題也是在學生已經學習了信號與系統和數字信號處理兩門前序課程的基礎上展開的，讓學生們能夠直接理論聯系實際，學以致用，對知識有更加感性的認識。總之，從案例的選擇和設計上，首先變以教為主為以學習研究為主[6]。教師根據教學和科研經驗，提煉出能夠涵蓋本課程主要知識內容的項目或研究設計課題。選擇提煉項目的原則是項目知識化、知識問題化、問題層次化。然后成立由中外教師和企業專家組成的教學小組，編寫該案例的教案、提煉項目、講授工程案例，選擇可以引導學生對此項目和問題開展自主學習、合作探索研究的問題作為主要教學任務和目標。

3.2案例進行過程中——提高團隊協作精神、自主學習能力

教師通過案例描述的形式提供給學生信息，通常是這樣的描述：介紹一些簡單的關鍵詞、主要目標（可以是簡單的建議），并給出案例方面的一些暗示。學生需要在小組里（最多不超過8人）完成這個案例。為此，他們需要在助教的協助下每周進行一次會議，每個案例持續10周。與傳統課程不同的是助教的職責是作為一名觀察者為學生提供改善方案的建議，而不是傳統意義上單純地傳授知識。在每次會議期間，學生需要確認自己欠缺的知識、明確自學作業中自己需要完成的任務。每個學生都需要做這些任務并且需要在下次會議中向整個小組匯報自己做的結果。除了專業知識部分的任務，學生還會討論到各自的進步，如由于在小組里擔任討論組長、會議記錄秘書和板書等角色而學會的相應技巧。總的來說，DCL主要是鼓勵學生自主學習，鼓勵組員之間進行團隊合作，鼓勵學生獨立思考如何組建實驗、如何做報告、如何開展一次有效的會議以及如何成為領導者[7]。

3.3案例完成效果考核方式——顛覆死記硬背的傳統方式、改善被動抄襲的學習態度

教學模式、目標改變了，成績考核方式也改變了——小組、教師評價學習研究成果。因此評價學生的學習研究成果時要用新的方法來評價。要從學習知識轉向學習能力轉變，從關注結果向過程與結果并重轉變。要重點考核自學能力、研究能力、實踐能力、創新能力、學習研究的態度和學習研究的成果。小組和教師要結合個人在項目中完成任務的情況、工作量的大小、難易程度、貢獻大小、自主學習與研究的態度、創新等情況給出該門課程的成績。值得注意的是教學觀念轉變的體現標準是：只要經過學習和研究學會了知識，收獲了能力，不看成果和貢獻大小，都在合格以上。考核評價方法的改革，就是要解放學生，讓其輕松快樂地學習，使學習成為一種有趣的研究活動。就“老年人摔倒檢測”這個案例來說，最終的考核結果來源于多個方面，包括指導教師根據平時學生的表現、每周的自學報告、會議記錄、會議日程完成的情況給定的分數，小組中期答辯的分數，期末答辯時評委根據小組儀器設備展示以及PPT講述情況給定的分數，其他小組評價的分數，組員之間互評的分數等多個方面，從不同維度對學生成績進行評估，使考核方式脫離傳統，更加科學合理，更有效地調動學生們的積極性[8]。實踐表明，這門課程很受學生喜愛，“老年人摔倒檢測”這個案例也取得了比預期更好的成效。學生們普遍反映，對前序的信號與系統和數字信號處理的課程理論知識的理解更加深入，而對怎么分工合作完成項目也有了初步的了解，對未來的工作或者繼續深造都有很多益處。

4實踐效果

經過多年的中外校企合作、學研產醫結合，利用教學資源和優勢，實施以項目為載體、基于問題的研究，學研一體，在研究中教學，在教學中研究的DCL教學改革，使教學得到了真正意義上的回歸，變以教為中心為以學為中心，學生回歸了學習的主體地位，教師變成了主導的角色。把學習和研究集合于項目之中，學習知識與收獲能力共生并進，用新的考核評價方式評價學生的學習，減輕了學生的學習負擔，使學習變成了一種積極快樂的研究活動。東北大學中荷生物醫學與信息工程學院本科生大學4年中除基本實驗實踐類課程外，主持并實際參與的項目案例達10余項，共計2400余學時，學生的英語能力、動手能力及創新能力得到顯著提高。幾年來本科生的就業率達到100%。在實習與實訓考核中，絕大多數學生被東軟集團一類的企業納入人才儲備庫。這種研究型的教學模式的優勢越來越凸顯，正在改變著教學的水平和質量，也在改變著教師的教學觀念，同時也改變著學生的學習觀。

5結語

東北大學中荷生物醫學與信息工程學院的教育教學改革仍在不斷深化，新的本科人才培養模式在中外合作、產學研合作辦學、集成優勢資源、通過教學培養人才、科研創造成果、成果孵化高新技術產業、高新技術產業推動人才培養和成果轉化、基礎研究與技術研發融合、產品生產、市場營銷、人才培養和創業培育有機結合等方面做了一些工作，這些成果有待在實踐中進一步完善。

作者：姜永生 王丹丹 鮑楠 王之瓊 工作單位：東北大學中荷生物醫學與信息工程學院