临床问题导向型的生物医学工程教学改革研究

魏高峰，郭 强

（海军军医大学 海军医学系，上海 200433）

一、生物医学工程在临床医学中的作用与地位

生物医学工程是21世纪推动医学和生物学现代化发展的两大主导技术之一。它是一门整合物理、医学、力学、电子学、数学、材料学、信息科学、计算机等多种学科和工程技术，与生物学、医学形成的一个跨领域的新兴交叉学科，是医疗卫生装备和各种医疗器械以及临床诊疗装备的学科基础，深化生物医学工程专业教学改革对于我国医疗器械产业及临床医学的发展有着重要意义，对于建设“健康中国”有着基础性的支撑作用。生物医学工程是战伤急救、医疗器械、卫生装备的重要基础学科，与医疗卫生装备研究有着密切的关系，对于医疗卫生装备的研发，提高战场伤员的救治效率有着十分重要的意义。生物医学工程是医学、生物学与工程学的交叉结合，从学科属性来讲与传统的医学、生物学和工程学有所不同。

生物医学工程学通常是从工程学的角度出发，通过使用工程技术与现代自然科学的方法，研究以人体为主的生物体结构、功能及其他生命现象，研究用于防病、治病、人体功能辅助及卫生保健的人工材料、制品、装置和系统的工程原理的学科，是医疗器械、设备、非药物诊疗手段、康复器械等的学科基础。生物医学工程的成果主要通过医疗装备及相关非药物诊疗技术平台来体现。生物医学工程研究的主要特点是在技术上具有前瞻性、实用性，在学科上具有先导作用。生物医学工程综合运用现代自然科学理论与工程技术方法，从工程学角度深入研究探讨人体结构、功能及相互关系，以解决医学中有关问题，为医学及其相应基础研究提供了必要的技术、手段、方法、仪器和设备，而且也是医学研究成果产生实际诊疗效果的物质基础。例如，生物力学以理论力学作为基本原理，结合医学、生理学、生物学，从分子力学到系统力学的各个不同层面来研究生物体的力学问题，是研究人工材料和人工器官的基础，也是医疗装备研制过程中人机匹配设计的重要依据。生物系统建模与控制是医学智能仪器研制的重要基础，而生物医学信号检测也为各种医学检测仪器研制提供了技术依据。此外，人工器官也属于生物医学工程的范畴，是以人工材料制成的、模拟人体器官的机构和功能、可代替人体自身器官功能的装置，对于创伤救治、减少伤残、提高伤病员的生存质量具有重要意义。

生物医学工程是由工程技术与生物学、医学等多学科组成，它的天然属性就是多学科交叉，要求生源来自不同学科，只有这样才能促进学科发展，促进多学交叉。生物医学工程是推动人类医学发展的重要引擎，人类医学诊疗和健康维护只有两种途径，一种是通过药物，另一种就是通过生物医学工程技术和产品，比如各种医疗器械与设备，以及先进创新的治疗方法。然而，长久以来，我国临床医学教育体系忽略了生物医学工程的作用，临床医学专业的学生缺乏生物医学工程方面的知识和技能，造成了临床应用技能薄弱、医工交叉创新能力不足的现状。

习近平总书记在2021年5月召开的两院院士大会发表重要讲话，指出要重点发展高端医疗装备产业，而生物医学工程则是医疗装备产业发展的基础，动力和源泉。

二、面向临床应用的生物医学工程课程改革思路

临床医学专业的教育一直以来都是国家卫生健康事业的基石。自从党的十八大召开以来，我国临床医学教育发展不断加速，为国家卫生健康事业及相关行业领域内输送了大批高素质医学人才，保障了人民群众的健康。面对疫情带来的新挑战、实施健康中国战略的新任务、世界医学发展的新要求，我国临床医学教育未来发展过程中还存在着培养质量待提高、人才培养结构需优化、创新能力待提升的问题。

生物医学工程作为实现医疗服务的基础学科，是临床医学保障人民健康的技术基础和物质手段，在上述指导意见中着重强调了强力推进医科与多学科深度交叉融合，因此，在新医科建设的大背景下，急需开展面向临床医学专业的生物医学工程课程教学改革，使得临床医学专业的学生具备较好的生物医学工程基础知识，从而提高其诊疗水平和创新能力，为建设“健康中国”作出更大的贡献。

1.以新理念规划生物医学工程发展。将生物医学工程发展理念从临床医学的辅助提升为主流，让生物医学工程服务生命全周期、健康全过程。

2.以新定位推进生物医学工程教育发展。以“大国计、大民生、大学科、大专业”的新定位推进生物医学工程教育改革创新发展，服务健康中国建设和教育强国建设。

3.指导意见明确指出，到2025年，医学教育学科专业结构应更加优化，高水平的医学人才培养体系基本建立，培养质量进一步提升。

三、面向创新能力提升的问题导向型生物医学工程教学方法

本文所提出的面向创新能力提升的问题导向型生物医学工程教学方法，主要以引导的方式对基础知识点进行讲解，使学生更好地掌握学科基础知识，引导学生与临床实际应用相结合。在整个教学过程中，教师作为设计者和指导者，需要根据教学目标选择有临床典型应用的教学内容，并把握内容的总体，将理论知识与临床实际问题相结合，带领学生完成整个教学过程，从而掌握学科基本知识，使学生提高应用生物医学工程基本知识解决临床实际问题的能力。面向创新能力提升的问题导向型生物医学工程教学框架如表1所示。

表1 面向创新能力提升的问题导向型生物医学工程教学的基本框架

结合我校生物医学工程专业基础课“海军卫生装备器材概论”课程，面向创新能力提升的问题导向型生物医学工程教学开展的实施步骤如下。

（一）问题导向设计——生物医学工程的基础知识与临床问题相结合

课程中关于海上基本救治器材的教学实践活动，其中需要学生掌握除颤仪、多参数监护仪、心肺复苏仪、麻醉机、呼吸机等临床救治器材的基本原理、操作使用方法、维护保养方法等技能，并探讨这些海上基本救治器材在临床中的实际应用和适合解决的临床问题。在本章教学过程中，采用问题导向型的教学方式，师生共同实施一个或多个项目进行教学活动。以多参数监护仪为例，教师首先展示真实情景下利用多参数监护仪进行伤病员诊疗监护的图片和视频，课堂现场利用多参数监护仪进行模拟病人的实际监护操作。其次，引导学生讨论多参数监护仪的基本原理、组成结构、功能等教学内容，接着对多参数监护仪组成进行细分；最后，介绍本节重点内容多参数监护仪的生物医学工程设计原理和所能解决的临床问题。从实际情况分析，让学生感受到学习的实用性，从而进一步激发他们学习的积极性，以“实际问题—基本原理—具体方法—拓展应用”为主线，从特殊到一般，整个过程中以理论知识和临床问题的融合为线索进行，理论和实践相结合，完成教学的问题导向设计。

（二）讨论与协作

该部分重点在于通过讨论与协作，引导学生自己运用所学的生物医学工程基本原理和知识，协作解决临床问题。教师介绍完问题的背景和相应的知识点后，按问题主题将学生进行分组。在实施过程中需要根据学生的表现不断调整教学项目内容并制定切实可行的方法。例如，一开始就给学生讲解多参数监护仪的原理、技术指标、监测电路等，包括从临床疾病治疗的角度对多参数监护仪设计依据的讲解，引导学生思考每一项技术指标在临床问题解决中的作用，提示学生通过多种途径来理解多参数监护仪所运用的生物医学工程学知识，能解决哪些临床问题。每个小组可选择其中某一方面的问题进行解决方案的设计，小组内的分工由学生自行协调，可按照负责资料收集、信息整合、成果展示等进行分工。与传统的教学方法相比，教师在整个教学过程中仅作为学生的引导者与协作者。学生能够充分发挥主观能动性，积极查找资料，通过实操，培养学生运用所学的生物医学工程知识解决临床实际问题的能力，提高学生的参与度。使得生物医学工程学的教学过程不再是冷冰冰的书本上的原理与公式，而是“看得见、摸得着”的与临床紧密结合的解决临床问题的利器。

（三）实施过程——实践与虚拟仿真模拟结合

每组同学可通过所选择的临床问题来制定详细的实施方案，在实施过程中可以邀请临床医生参与，对每组同学所设计的临床问题及救治场景进行指导。例如，可以从不同环境发生的创伤、不同类型的创伤等多个角度进行设置，从而检验和加强学生对多参数监护仪的工作环境要求、适用创伤救治范围等基础知识的掌握、理解和在实践中的运用情况。实践课程上，可以引导每组学生进行临床问题的场景设计和搭建，充分运用模拟伤员技术、医学虚拟现实仿真技术，模拟逼真的临床救治场景。教师给每组学生配备一台多参数监护仪，在根据临床问题所搭建的虚拟仿真场景下，分组学生开始进行实际的多参数监护仪救治操作。也可结合海上创伤救治的特殊环境，模拟不同海况和灾害救援环境下的多参数监护仪救治操作。在整个课程的实施过程中，分组学生可通过图书馆资源、网络资源查阅相关的专业文献，来论证自己所提出的观点，通过实际临床问题场景的设计和搭建，以及实际的多参数监护仪救治操作，进一步思考目前的多参数监护仪所存在的不足和未来可能的创新改进方向。帮助学生加深对学习目标和内容的理解，学生也可以从不同的角度发现问题并进一步独立思考如何解决问题。

（四）评价与总结回顾

各小组委派一名代表，对小组完成临床问题实践操作的整个过程进行讲解，对本组的文献查阅、问题设计资料进行汇总整理，对本组解决所设计的临床问题的实施过程进行总结回顾和展示，使学生对自己所学知识更加了解，充分调动了学生的参与度和积极性，最后教师对整个课程进行总结和评价。

四、总结与展望

从整个课程管理来看，基于问题导向型生物医学工程教学方法需要教师很好地将理论与实际应用相结合，使得枯燥无趣的理论知识变得活灵活现，调动了学生的积极性。其核心在于将生物医学工程原理融合在了临床具体病例的实际诊疗过程中，通过问题引导式的实践教学，激发学生学习生物医学工程的积极性。从临床实际需求的角度，解释了生物医学工程的基本原理和知识点。

另一方面，基于问题导向型的生物医学工程教学方法区别于传统的授课方式。与传统式的学习方法相比具有自身的特点：教师的教学方法拓宽，使得单向传播变为沟通交流，有利于教师学生双向之间的交流；以传授知识为主变为以培养学生的创新实践能力为主，使得学生更好地发挥了主观能动性，加深了对基础知识的理解并锻炼了自学能力。与传统的教学方法相比，它能够更好地激发学生的学习兴趣，充分体现了以学生为本的教学理念。