以创新能力为导向的医用电子仪器课程教学案例设计
摘 要 结合医用电子仪器课程性质、授课对象特点和专业培养目标，分析创新能力要素。针对教师主导和学生主体的教学要求，创新教育理念、重构教学内容和改进教学模式，形成项目化驱动教学模式、模块化教学内容和问题教学法的教学案例，解决能学什么、如何学和能做什么的问题，形成教师和学生教学相长的良性互动。
关键词 创新能力；医用电子仪器；教学案例；教学模式
中图分类号：G642.3 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2018）16-0060-03
1 前言
满足知识经济社会的快速发展对人才创新能力的要求是专业培养的基本目标之一。强化学习者创新能力素质培养是高等教育适应建设创新型国家的必然选择和历史任务。创新人才应构建合理的知识结构体系和培养扎实的理论基础、超前的创新思维、优良娴熟的实践操作技能、卓越的表达能力、良好的协同合作意识等能力要素[1]。医用电子仪器课程是医工融合类专业的主干课程之一。作为专业技术基础课，通过构建适应教师主导和学生主体新型教学关系的课程教学案例，培养学生创新能力素养，是实现课程创新教学改革和创新教育实践的关键[2]。
2 课程教学实践中存在的问题与分析
自2004年以来，泰山医学院主要针对生物医学工程、计算机科学与技术、电子信息科学与技术、信息工程、信息管理与信息系统、医学信息工程等医工融合专业高年级学生开设医用电子仪器课程。医用电子仪器课程是在相关医工融合专业学习物理学、计算机基础、电工学、电子技术基础、数学、医学传感器等基础课程后开设，以电信号的转换、处理和分析等理论组成的电路系统结构，以获取与生命信息相关的生物医学信号，为临床医学诊断、治疗、监护和康复提供依据，具有较强的专业技术性。同时，医用电子仪器课程也是进一步学习医学影像设备学、医疗器械原理与维修等专业课程的基础，具有较强的专业基础性。课程教学对培养学生形成专业基础理论、专业实践能力和专业思维方式等具有重要作用。随着经济社会的发展，创新成为社会变革和进步的原动力。培养具有创新精神和创新能力的高级专门人才成为高等教育的任务和社会教育的共识[2]。然而，以班级授课为基本组织形式的课程教学实践在实施创新素质培养上存在的问题越来越凸显。
创新知识基础明显不足 医用电子仪器课程教学内容涉及基础理论广泛，学科前沿知识发展快速；但课程教材建设明显不足，行业和国家级规划教材单一。同时，现有教材知识体系结构单一，教学内容和生产实践脱节，存在同质化现象。由于基础理论知识陈旧和单一，缺乏扎实的专业基础理论，创新能力培养如同无源之水。
创新思维滞后 医用电子仪器基础理论知识点多，学科交叉融合性强，学科发展迅速。高年级学生学习任务繁重，面临就业压力大，目的指向性强。采用传统班级授课和教材内容编排及讲授为主的教学模式，抑制了学生的主动性和积极性。知识的单向传递不利于培养学生对理论知识运用于实践的分析、综合、判断等创新思考。
沟通和合作能力培养有待进一步加强 班级授课形式注重讲授，学生之间、学生与教师之间沟通交流机会少。模式化的教学实践难以适应学生个体差异性，学生之间的团队合作意识和沟通意愿不足；难以适应创新型国家建设对劳动者团队精神、协作意识等创新能力的要求。
创新实践重视不够 实验操作时间分配相对偏少。同时，实验内容设计以基本操作和理论验证为主，轻视仪器的应用分析。格式化的实验操作方式，限制了学生独立动手解决问题的空间，导致学生独立思考时间少，实践动手能力弱[3]。没有熟练的实践技能，不能将理论和实践相结合，不能从解决应用中的实际问题出发思考解决问题，当然也无从进行创新实践和应用。
3 课程改革与典型教学案例设计
结合创新素质教育培养各要素要求和学校混合教学改革的意见，在分析医工融合专业对医用电子仪器课程培养目标、课程建设现状和实施过程性教学评价考核特点基础上，针对医用电子仪器课程教学实践中存在的问题与分析，教学小组充分研讨医用电子仪器课程性质、授课对象特点，基于课程知识体系重新构建教学内容，逐步探索改进教学模式，形成任务驱动的项目化教学模式、模块化的教学内容的课程教学案例设计[4]。
教学模式分析与设计 高年级学生专业知识结构和专业认同感开始初步建立。授课过程中，学生开始更多关心课程教学能学到什么、能解决什么问题、课程的性质是什么、对专业发展有什么用处等问题。与低年级学生和传统认识相比，现阶段学生对课程教学的专业贡献和专业能力培养的关注更加明确和强烈，学生的自我设计、自我学习能力等主体学习意识增强。由于学生学习基础和兴趣不同，传统班级授课教学模式下的单向讲授往往效果不好。课题小组基于学生反映和课堂实践效果调查，逐渐减少讲授时间。近几年的教学实践证明：传统班级授课方法和PBL教学法、案例式教学法、任务驱动教学法等研究型教学模式相结合，能充分调动学生学习兴趣，发挥学生学习主体和教师导学作用。
1）传统班级授课讲授教学设计。医用电子仪器基础理论知识部分内容系统性强，内容衔接紧密。作为学科知识体系基础，采用班级讲授方式，引导学生对问题的思考和理论扩展，指出学习重点和难点。同时，借助教学网络平台、教学视频等合作学习，讨论解决问题。在教师主导的同时，注重发挥学生学习的积极主动性。
2）任务驱动的项目化教学设计。医用电子仪器课程在一般理论叙述的基础上，从解决医学信号的获取、处理分析和特征提取等角度展开，在对生物医学信号的产生机制、表现形式和临床实践中应用形成典型结构。学生对临床实践中的需求、处理思路和问题解决方案有浓厚的兴趣。典型电子仪器结构教学采用学生主体学习的项目化任务驱动教学法。结合教学实践和生产实际，设置提出心电图机、脑电图机、肌电图机等电生理检测诊断仪器项目，血压计、体温计、血糖计等非电生理测试诊断仪器项目，心脏起搏器、除颤监护仪、电刀等治疗仪器项目，监护仪项目和医用电子仪器安全系统设计项目等。每个项目由学习小组自主或抽签等方式确定，从特定问题出发，以具体生物医学信息为对象，针对测试信号的生理机制讨论建立测试或治疗模型，选取信号获取方式和作用机制，论证信号预处理和特征处理方法。在这一过程中，教师由传统授课模式下的主体地位转化为主导者，学生充分发挥主體作用，从学习项目任务选题、问题讨论、问题解决全过程参与。
从实践出发，从工程角度尝试构建完整的信号获取、处理和分析检测控制系统。在教学实践中，基于能力培养的项目化教学设计充分发挥了学生参与的主体地位，教师讲授法也发挥了教师主导的作用长处。两种教学模式的有机结合过程，使课程教学成为一体化过程，提高了学生提出问题、分析问题和解决问题的能力，教学效果明显增强。
教学内容分析与设计 医用电子仪器课程主要研究生物医学信号的电信号处理系统，教学内容包括生物医学信号测试模型建立、信号预处理和信号处理、信号特征提取和典型医用电子仪器结构，专业实践性强。传统班级授课教学内容一般按照基础理论、典型电子仪器系统顺序组织讲解。为适应项目化教学法实施，教学组对教学内容深入分析和研究，以问题为中心重构教学内容。结合教学法分析与设计，班级授课内容大幅缩减，主要对课程研究内容、课程性质和知识体系要求进行总体讲授。基础理论做概念性讲述和引导。以项目化教学法为主导，组织教学内容。
1）班级授课内容组织。测试模型、信号预处理、信号处理与特征提取等内容涉及学科知识广泛、联系紧密，是各种电子仪器的设计、运行和维护基础。信号测试模型内容学习模块的建立，提出对心电、眼电、胃电、脑电、肌电等电生物医学信号，脉搏、血压、心音等非电生物医学信号进行具体研究。要求学生以小组形式，结合生理学、物理学、医用传感器技术、临床医学概论和电工电子技术等学科知識，探讨信号如何转化和量化测试。作为共性内容，引导小组讨论研究各种生物医学信号的生理机制、表现形式，进而讨论分析获取信号的方式。
2）项目化教学法教学内容组织。从工作原理和生产运作实践来说，典型医用电子仪器主要包括检测、诊断、监护、康复和治疗等电子仪器。从学习角度，各种仪器内容相对独立，对讲授顺序要求不高。以项目任务选择为基础，通过问题层层引入，将课程理论基础教学内容模块化。以电生理仪器项目任务实施为例，在心电图机、脑电图机和肌电图机等电路系统设计过程中，信号源的特点是仪器设计的基本问题。问题解决必须提出和分析心电、脑电和肌电的生理形成机制、表现形式和获取方案论证。在这一过程中通过知识联系，提出生物电形成机制、人体噪声形成、体表电位与细胞电位关系、体表电位表现与测试方案等一系列知识点和问题。生物医学信号形成机制和体表电位测试连接等信号获取方式两者共同决定了医用电线路的信号源特点。信号源的特点是医学仪器设计的第一步。同样，信号预处理模块的任务是获取真实可用的信号为信号处理和特征提取做准备。如何去除获取信号中无用信号，需要深入分析信号获取过程中无用信号的产生和表现形式。电磁干扰理论和噪声分析知识与问题需要相互联系和处理。以项目化任务驱动，组织引导学生围绕任务解决积极主动培养扎实的理论基础，能够提出问题并解决问题，强化创新意识。针对典型医用电子仪器模块提出问题和思路，学习小组分解任务，提出问题、解决问题，形成系统结构和实践操作。
4 结语
医用电子仪器教学案例的设计在优化课程知识结构的基础上，构建适应创新能力培养要素的知识体系和创新课堂教育教学模式载体。教学实践初步证明，专业技术课程中项目化教学法能解决学什么、如何学和能做什么的问题，从而形成教师和学生教学相长的良性互动，发挥学生主体学习意识，有利于培养学生创新能力和专业素养，适应创新型社会主义建设对高校教育教学的基本要求。
参考文献
[1]胡永江，马晓琳，等.以培养应用创新能力为目标的研究生课程教学改革探索：军队工科院校研究生数字信号处理课程改革实践[J].中国教育技术装备，2015（18）：116-118.
[2]魏永长，宋安齐，等.大学生科研创新能力培养的实践及效果分析[J].中国医学教育技术，2015（6）：686-689.
[3]范建丽.基于MOOC的大学生创新能力培养[J].湖北经济学院学报：人文社会科学版，2015（11）：140-141.
[4]钱裕禄.传感器技术及应用电路项目化教程[M].北京：北京大学出版社，2013.