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按照課程大綱的要求，在講授過程中，分別介紹了應變式、電容式、電感式、壓電式、霍爾式、光纖、CCD、溫度傳感器等一些經典傳感器的基本原理、特性、測量電路及其應用。各種傳感器章節相對獨立，可以適當地調整講授的順序。傳感器的講授基本遵循從組成結構、工作原理、分類、等效電路、特性參數到應用這一思路。另外結合較常見的被測量，教師適當地總結歸納常用的傳感器的使用要點及其選擇依據，如都是測量位移的傳感器，應變式傳感器、電容式傳感器或電感式傳感器在使用的時候區別在哪；又比如都是做開關，電容式傳感器和電感式傳感器在原理上是否有區別，等等。以前我校的教學模式是以課堂講授為主，根據教學內容開設少量的驗證性試驗。這種教學模式過于注重原理的分析，學生只是機械化地記住了傳感器的一些基本概念和工作原理，但是當要解決實際問題時卻感覺無從下手，缺乏對傳感器的直觀認識，甚至有學生體會不到傳感器的實際應用價值。鑒于此，我們有必要對傳統的教學模式進行探討，通過教學方法、教學模式的改革讓學生切身感受到將“傳感與檢測技術”的知識學以致用的快樂，實現傳統教學方法所未能達到的效果。

1.調動學生的積極性，激發學生學習的興趣。

教學方法改革的一個關鍵問題就是如何吸引學生的注意力，培養學生對課程的學習興趣。在《傳感器與檢測原理》課程的教學過程中，我們通過平時生活中比較常見的現象來引出相應的教學內容，如通過對吊扇和空調的對比，舉出溫度傳感器的作用；又如教室里的自動感應燈、審訊室的監聽設備、家用的電磁爐都是怎樣工作的；又如醫學上的進步：X照影技術、內窺鏡手術等如何實施；機器人如何識別周圍環境；最新研制的無人駕駛汽車怎么實現在高速路上的行駛；等等。通過分析吊扇和空調工作原理的區別，引出傳感器的重要性。這些實例大大激發了學生的學習興趣，使學生認識到了學習該課程的重要性，為學生學習該課程后續內容作了準備。

2.充分運用現代教學手段合理使用教具。

傳感與檢測技術課程的特點是原理多，公式復雜，推理較多。在傳統以往的教學中，教師在黑板畫原理圖或組成圖時，一方面圖形較為復雜占用很多時間，另一方面圖形缺乏立體感，無法形象地描述檢測過程，無法激發學生的學習熱情。因此在教學過程中，我們通過運用多媒體，讓傳感器參與的控制/檢測系統的過程和結果比較形象化、立體化，讓學生對其工作原理有了感性的認識；通過PPT，學生了解了各種不同類型傳感器的形狀，對傳感器有了比較直觀的印象。多媒體課件的引入充分激發了學生的學習興趣，活躍了課堂氣氛，使學生對檢測系統有了比較全面的認識。

3.教學與實驗相結合。

為加強學生的動手能力、創新意識并促進學生對課堂知識的消化吸收，我們設置了相應的實驗環節。通過實驗學生自己動手接觸各種不同類型傳感器并搭建其相應的檢測系統，一方面通過實驗來驗證原理，加強對基本定義的理解，另一方面增強了學生的測試技能、動手能力及實際問題的分析能力。

4.教學與科研相結合。

重視教學和科研的結合提高了學生的學習興趣并拓展了學生的知識面，比如在講霍爾傳感器時，結合實際科研，采用霍爾傳感器來定位，通過實際檢測系統，對霍爾傳感器的應用，包括霍爾元件的電路處理等進行介紹說明，加深學生對霍爾效應和對霍爾傳感器工作原理的理解。又比方說，要設計一個測溫系統，我們根據不同的測量溫度和精度要求會選用不同的溫度傳感器。又比方結合我校光學工程的特色，在他們比較熟悉的光學類的科研項目中，通過具體的項目介紹各種不同光電類傳感器的選取依據，包括不同類型的光源的選取。通過傳感與檢測原理知識在實際科研中的應用，學生可以更了解傳感與檢測原理課程學習的重要性。這種模式使學生認識到了傳感與檢測技術在科研中的重要性，并激發了學生學習的熱情。

5.教學與生活、社會需求相結合。

目前，部分同學缺乏對課程學習的興趣，不了解對本課程學習的意思，光學工程專業部分同學甚至認為跟他們以后的工作、研究方向沒有關系，缺乏上課的積極性，不能很好地集中注意力。再加上枯燥理論的學習讓他們很難集中精神聽課，因此，在課程的講授中最為重要的就是如何培養學生的學習興趣，激發他們對本課程的學習熱情。在知識點的講授過程中，根據專業方向的不同，要有側重點，通過一些熱門的話題或他們比較感興趣的話題引出知識點，如在介紹一種傳感器的時候，通過列舉一些現實生活中較常見的現象或者儀器，比如在介紹應變式傳感器的時候，首先向學生介紹他們較為熟悉的電子秤重計的工作原理等，在介紹電感式傳感器時可以先給大家介紹竊聽器、拾音器等他們比較感興趣的設備和比較感興趣的話題。讓學生比較直觀地了解不同傳感器的工作原理以及它的應用，讓學生認識到，傳感器在我們平時生活中隨處可見，提高其學習的積極性。

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4、一級學科博士學位授權點（10個）：心理學、中國語言文學、新聞傳播學、計算機科學與技術、建筑學、土木工程、生物醫學工程 [50] 、信息與通信工程、光學工程、理論經濟學。

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B003 高校應用數學學報

R037 高壓電器

C056 高壓物理學報

E005 高原氣象

V021 給水排水

N105 工程爆破

E360 工程地質學報

S712 工程管理學報

N049 工程機械

V030 工程勘察

V033 工程抗震與加固改造

C002 工程力學

C073 工程熱物理學報

N590 工程設計學報

B031 工程數學學報

T003 工程塑料應用

N064 工具技術

K018 工礦自動化

T563 工業催化

J057 工業工程

N110 工業工程與管理

P009 工業加熱

V010 工業建筑

P005 工業爐

Z013 工業水處理

F030 工業微生物

G025 工業衛生與職業病

N037 工業儀表與自動化裝置

Z032 工業用水與廢水

G207 公共衛生與預防醫學

X579 公路

X022 公路工程

X047 公路交通技術

N039 功能材料

M502 功能材料與器件學報

D503 功能高分子學報

E601 古地理學報

E304 古脊椎動物學報

E022 古生物學報

G478 骨科

R047 固體電子學研究與進展

Y013 固體火箭技術

C103 固體力學學報

W007 管理工程學報

W018 管理科學

W008 管理科學學報

W025 管理評論

W016 管理學報

H226 灌溉排水學報

R026 光電工程

R061 光電子•激光

R082 光電子技術

C091 光譜學與光譜分析

C097 光散射學報

R031 光通信技術

N015 光學技術

N033 光學精密工程

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測控專業主要實踐性環節：包括軍訓、金工、電工、電子實習，認識實習，生產實習，社會實踐，課程設計，畢業設計(論文)等。

測控專業就業方向 本專業畢業具備精密儀器設計制造以及測量與控制方面的基礎知識與應用能力，能在國民經濟各部門從事測量與控制領域內有關技術、儀器與系統的設計制造、科技開發、應用研究、運行管理。該專業既可以進入生產工程自動化企業從事自動控制、自動化檢測等方面的工作，也可以在科研單位進行儀器儀表的開發和設計，同時還可以在工程檢測領域、計算機應用領域找到適合本專業個人發展的空間。

測控專業培養要求 畢業生應獲得以下幾方面的知識和能力：

1. 具有較扎實的自然科學基礎，較好的人文、藝術和社會科學基礎及正確運用本國語言、文字的表達能力;

2. 較系統地掌握本專業領域寬廣的技術理論基礎知識，主要包括機械學、電工電子學、光學、傳感器技術、測量與控制、市場經濟及企業管理等基礎知識;

3. 掌握光、機、電、計算機相結合的當代測控技術和實驗研究能力，具有現代測控系統與儀器的設計、開發能力;

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主辦單位：深圳大學

出版周期：月刊

出版地址：廣東省深圳市

語

種：中文

開

本：大16開

國際刊號：1000-2618

國內刊號：44-1401/N

郵發代號：46-206

發行范圍：國內外統一發行

創刊時間：1984

期刊收錄：

CA 化學文摘(美)(2009)

SA 科學文摘(英)(2009)

Pж(AJ) 文摘雜志(俄)(2009)

EI 工程索引(美)(2009)

核心期刊：

中文核心期刊(2008)

中文核心期刊(2004)

期刊榮譽：

Caj-cd規范獲獎期刊

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一、精心組織授課內容，理清主線，突出重點。

光學設計課程囊括的知識點比較多，面向不同的教學對象，因為其本身知識積累就不同，而不同的教材組織方式，調強的知識重點也不盡相同，因此需要教師因人而異、不斷調整授課內容的組織方式。北京信息科技大學光信息科學與技術專業將該課程核定為32學時，在這么短的課時內，如何選擇講授的知識點來保證教學活動的完成，根據本專業的特點，我們精心組織了教學內容，主要為了理清思路，并突出重點。光學設計涉及到的內容可分為：高斯光學、像差理論、典型光學系統、計算機自動優化方法、光學系統公差分析及光學元件制圖等。高斯光學是光學系統分析的基礎，光學系統初始結構計算就是基于高斯光學理論的；像差理論是光學設計的重中之重，只有深刻了解了像差理論，才能夠自主、靈活的設計光學系統；典型光學系統包括放大鏡、顯微鏡、望遠鏡等系統，是了解實際光學系統的鑰匙，也是光學系統初始結構計算的理論基礎；而計算機自動優化方法、光學系統公差分析及光學元件制圖等是實踐性很強的內容，也是把上述理論知識與實際設計過程聯系的紐帶。只有理清了這些內容的知識體系，才能有的放矢，條理清楚的講授。我們經過探索，發現在授課時選擇一個實際的光學系統（如開普勒望遠鏡系統），從它的基本結構講起，引出物鏡和目鏡的各自特點，用高斯光學知識分析其放大率、視場角等參數，再引申到實際系統像差對像質的影響，最后講授怎樣設計這樣一個系統以及設計中應該注意的問題。這樣就能把所有要講授的內容串聯起來，學生就能更好地理清思路，知道哪部分內容的作用以及怎樣學習效率更高。另外，講解時不能一概而論，必須突出重點，每個知識模塊的學時要分配得當。比如像差理論是本課程的重點，需要占用較多的學時講解；而且像差理論這一部分應該把重點放在各種系統參數（比如，光闌大小、位置，材料折射率、相對色散等）對初級像差的影響上，因為這是一個優秀光學設計工程師必須練好的最重要的基本功。最后，處理好知識點與實際光學系統之間的關系。比如要提醒學生每一部分知識點都要結合與實際光學系統設計（包括加工、檢測）的關系來學習，做到有的放矢、思路清晰。

二、教學方法的改進

1．課堂教學與課外科技創新實踐相結合

學習基本原理知識的目的是為了更好地應用到實際生活中。我們積極鼓勵學生參加各種科技創新活動，堅持課堂教學與課外創新實踐活動相結合，強化實踐能力培養，提高學生的設計與綜合分析能力。比如，在學習了照相系統基本知識以后，我們鼓勵學生調研如今市場上的各種照相機（包括數碼相機、傳統相機、攝像機等），讓學生考察照相機的基本結構以及重要技術參數，并讓學生嘗試自己設計一臺照相機系統。這樣，學生的學習積極性得到大大提高，他們在設計過程中遇到很多問題，再重新回過頭在課堂找答案，被動接收變為主動學習，學習效率大大提高。

2．現代多媒體教學技術的使用

多媒體教學是以計算機為核心的教學手段，能交互的綜合處理文本、圖形、圖像、動畫、音頻及視頻等多種媒體信息，更豐富、更復雜的信息多媒體教學對全面提高教學質量，增進教學效果起著不可替代的推進作用?；诙嗝襟w的光學設計課程教學優勢包括：第一，圖文并茂，簡潔直觀，激發學生學習興趣，提高學生學習的主動性。比如在講授望遠系統時，我們把目前世界上的各種望遠系統圖片投影到黑板上，并列舉各系統的優缺點，使學生頓時產生了濃厚的學習興趣。第二，把教師從繁重的板書中解放出來，更有利于教師語言、人格魅力的發揮，學生可以在相同的時間內獲取更多的知識，提高課堂教學效率和教學質量。比如，在講授各種目鏡結構時，由于目鏡的種類很多，有惠更斯目鏡、冉斯登目鏡、凱涅爾目鏡、對稱式目鏡以及廣角目鏡等，一一板書這些目鏡結構和特點非常花時間，而且作用不大。使用多媒體就可以很快的展示各種目鏡結構以及特點，從而把更多時間放到講授目鏡選型以及設計中去。第三，教師為主導，學生為主體，二者相互有機結合，實現教與學的良性互動。比如，在學習球差與系統相對孔徑以及光闌的關系這部分內容時，我們讓學生自己提出各種參數，然后現場用多媒體計算光線軌跡并畫出光路圖、像差圖等，學生再根據像差圖提出新的修正結構，直到得出滿意的球差。在這個過程中，教師與學生不再是填鴨式的灌輸與接受知識，而是很好的互動，并激發了學生學習興趣。

3．光學設計軟件的應用

在光學設計課程教學中，為了演示光線追跡結果及光學系統在各種不同情況下、不同輸入光場時的輸出光場情況等，需要編制相應的模塊軟件。但由于編制這樣的模塊軟件工作量大、難度較高，往住使任課老師放棄在教學過程中演示復雜的光學現象，即使有人花大量時間和精力編制出一些，也因為功能不強、效果不佳而影響教學效果。我們將諸如ZEMAX、OSLO、CODE－V等功能強大的商業光學設計軟件引入光學設計課程的教學過程，可以減小設計工作量，并且使課程課件的深度得到加強，從而擴大學生的感性認知和視野，增強教學效果。

現有的成像光學分析與設計軟件主要有三種，分別為：美國Optical Research Association 公司的CODE－V軟件；Lambda Research Corporation公司的OSLO軟件；Focus Software Inc開發的ZEMAX軟件。其中ZEMAX軟件由于界面友好，容易上手，目前占據市場最大份額；我們在課堂教學中采用的也是ZEMAX軟件。該軟件可做光學組件設計與照明系統的照度分析，也可建立反射、折射、繞射等光學模型，并結合優化、公差等分析功能，是將實際光學系統的設計概念、優化、分析、公差以及報表集成在一起的一套綜合性的光學設計仿真軟件。課堂利用ZEMAX的計算與模擬功能，鼓勵學生通過自主探索，在掌握理論知識的前提下，讓學生建立相應的物理模型和數學模型，通過自己輸入參數去完成對光學系統的形象化和具體化，并對光學系統像差進行詳細了解，為進一步設計提供參考依據。例如，如果要給學生講授cook三片式透鏡組（入瞳10mm，全視場角40°）的結構以及性能，通過ZEMAX可以很形象地顯示。圖1所示，cook透鏡組的二維和三維結構圖都可以畫出，而且所選三個視場（0視場、10°視場、20°視場）的光線軌跡也可以準確畫出，這樣就使得學生有更形象、直觀的認識。如果要了解該透鏡組性能，就可以利用ZEMAX光線追跡程序快速計算出每一條光線的軌跡，并算出各種像差值。該cook透鏡組的幾種像差圖見圖2所示，這里只顯示了四種像差圖：點列圖、波像差圖、調制傳遞函數圖和場曲、像散及畸變圖。根據這些像差圖，學生可以對該系統的像差有個全面的認識，可以更進一步改進并優化結構參數。而計算實際像差利用傳統的手工計算花費時間是巨大的。 　總之，利用光學設計軟件，可以使光學設計課程授課效率更高，學生學習興趣更濃，學習效果更好。

三、課程考核方法的改革

考試已成為課程改革的一部分，與課程的實施方法相輔相成，從而更客觀地反映教與學的效果，達到拓展學生的個性，激發其學習能力和興趣的目的。傳統理工科課程通常以閉卷筆試加平時成績相結合的方式進行考核。針對《光學設計》的課程特點，我們采用了以考核綜合知識和能力為主導的考試方法。具體包括：①建立小課題，指導學生撰寫小論文。比如讓學生們調研目前流行的單反相機的原理并進行初步設計，學生通過查資料，深入調研，強化學生自己思考的過程，同時也能考察一個學生的綜合素質。②開展課堂討論，給予總結評價。這部分的考核主要是通過討論來考察學生對知識點的應用和具體解決問題的能力。③試卷考核。該部分主要考概念題和思考題，加深學生對理論基本知識的理解和掌握。

通過這三種方式來全面綜合地考察、評定學生對該門課程的學習掌握和理解程度，從而更好地反饋和指導教學。這樣的考核方法覆蓋指標更全面，考核的結果就會更客觀合理，能夠真實全面反映學生的學習情況與能力水平，有利于對學生的知識和能力進行綜合評價。

四、教師自身能力提高

教師是課程改革最直接、最關鍵的群體，因此教師的自身成長與課程的建設發展密切相關。教師的專業成長不僅僅是教學經歷和教學經驗的累積與豐富，更是教師由被動到主動參與課程決策、課程運作和課程評價，促進課程、教師和學生共同發展的過程。在不斷變革的社會大環境下，教師應樹立終身教育和終身學習的觀念，即“教育既是為了促進個人的終身全面發展，又是為了促進社會的持續發展和全面進步?！敝挥芯邆溥@樣的觀念，才能不斷解決教育中出現的各種問題，才能建構新課程條件下的目標、教學、評價體系。另外，很多人對于光學設計存在錯誤的認識，認為只要學好幾種光學設計軟件就可以進行光學設計。其實，光學設計是一種創造性的工作，它需要經驗也需要設計人員有正確的設計思想和設計理念，而軟件只是工具而已。光學設計總要從像差補償開始，如果沒有對基礎像差理論的深入、正確理解，只是按照已有參數按步就班地操作，光學設計則成了完全的技術工作，毫無思想性可言。對于這部分理論內容要有“板凳要坐十年冷”的準備，從復雜、枯燥的公式中理解設計的基礎，打好光學設計的基礎。光學設計是一門需要慢慢磨的手藝，作為教師的我們就更要負起責任，不斷提高自身水平，不浮躁、不圖快，踏踏實實的不斷學習，積極地參與科研，積累更多的光學設計經驗，這樣才能更好地講授好這門課。

五、結束語

隨著科學技術的發展，光學系統的作用越來越被重視，迫切需要光學設計的專業人才，為此高校肩負著培養具有良好光學設計人才的重任。本文對光學設計教學內容與課程設置的安排、教學方式的優化改革以及考核方式多樣化等問題進行了研究與討論，為學生更好地掌握光學設計知識、將來更好地服務于社會打下良好的基礎。

參考文獻

1 王之江.光學設計理論基礎［M］.北京：科學出版社，1985

2 李 林.計算機輔助光學設計的理論與應用［M］.北京：國防工業出版社，2002

3 黃一帆、李 林.光學設計教程［M］.北京：北京理工大學出版社，2009

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Optical Engineering Professional Practice Teaching

System Construction and Exploration

XIAO Yanshan， WANG Fei， HE Huiling

（College of Science， China Three Gorges University， Yichang， Hubei 443002）

Abstract According to Optical Engineering expertise structural characteristics and social requirements， combined with our school practice for Optical Engineering practice teaching system optimization， raised my school Optical Engineering Professional Practice teaching training objectives， build professional practice teaching content， build professional practice teaching hierarchical， multi-module， the system architecture to further improve students 'knowledge， cultivate students' innovative spirit and practical ability， so that students can better serve the photovoltaic industry and the local economic and social development.

Key words optical; practice teaching; laboratory construction

0 引言

按照國家專業目錄的指導思想，我校光電信息工程專業的培養目標為：培養既具有扎實的數理基礎，又熟練掌握光電技術、光學工程、信號處理、計算機應用與控制方面的知識和各種實驗測試技能，了解有關光學工程、光纖通信技術、電子技術、光電圖像處理等方面的基礎知識，能在光電系統與信息處理、光纖通信與傳感及其相關領域從事科研教學、科技開發、工程技術及生產管理的綜合型人才。①與機械、電氣、電子、材料等專業相比，光電信息工程專業具有非常鮮明的特點，就是其知識的廣泛交叉性。②③本專業學生不僅在光電信息的獲取、傳遞、處理及應用等方面具有堅實的理論基礎，同時還需在光電信息處理、光電系統設計、光電技術及其應用等專業領域具有扎實的專業知識和熟練的實踐技能。④

針對本專業實踐教學中普遍存在的實驗課課時數不足、學生開展自主創新實驗機會不多、學生實驗動手能力不強以及實驗教學內容明顯落后于技術發展等問題，本文提出以行業和社會需求為導向、鼓勵學生自主探究和創新、專業實驗與專業實踐環節相結合的實踐教學理念，構建科學的實踐教學內容，建立分層次、多模塊、系統的實踐教學環節，進一步優化和完善學生知識結構體系，培養學生的創新精神和實踐能力。

1 實踐教學體系的設計

1.1 實踐教學層次設計

根據本專業實踐教學的要求、功能及特點，實驗教學內容可由基礎演示型、應用提高型、綜合設計型以及研究創新型等四個不同層次的實驗組成。

基礎演示型實驗：實驗教學內容與光電專業基礎理論課內容相對應，進行基本的專業技能訓練。通過開展這類實驗項目，幫助學生加深對所學專業課程內容的理解與掌握，并使學生有機會學習正確使用本學科領域的常用儀表和設備。

應用提高型實驗：它是基礎演示型實驗的提高和拓展，根據本專業發展方向和實驗室特點，主要實驗內容應包括光纖通信與傳感技術、光電檢測技術以及激光技術等。通過開展這類實驗項目幫助學生了解光電專業知識在實際生產生活中的應用領域、光電技術的應用原理和測量方法，提高學生解決實際問題的能力，增強學生的就業競爭能力。⑤

綜合設計型實驗：它涉及的專業知識內容較廣泛，包括光電檢測與傳感的部分實驗，光纖通信的部分實驗以及激光技術的部分實驗。這類實驗內容比較豐富，實驗儀器比較復雜，開展這類實驗可以培養學生利用所學專業知識解決復雜問題的能力。實驗可在老師指導下，由學生自行設計實驗方案、實驗步驟，并由學生自行實施完成。

通過以上三個層次實驗課程的學習，學生學習如何做好實驗，掌握研究光電規律和分析光電實驗現象的思想和方法，學會分析和評價實驗結果，達到激發學習熱情、變被動學習為主動學習的目的。由以前教師安排好實驗、準備好實驗儀器、學生來做實驗的狀態，過渡到學生在老師的指導下，自己設計實驗，自己準備實驗儀器完成實驗，從而培養和提高學生的綜合思維和創造能力。

研究創新型實驗：主要安排融合各分支學科和交叉學科的綜合創新性實驗。特別是突出光電技術與計算機技術、信息前沿科學發展的融合。部分實驗項目采用項目式管理模式，題目由學生自由選擇，實驗時間不受限制，實驗室對學生實行全方位開放。由學生自己查閱資料、設計實驗方案、選擇實驗儀器、獨立完成實驗、撰寫總結報告并口頭交流，注重創新意識和創新能力的培養，為學生提供發展個性和施展才能的機會。

1.2 實踐教學模塊設計

本專業的實踐教學模塊可分為四類，如表1 所示。第一類是基礎實驗，主要開設在大一、大二學年。這一環節的實驗內容主要有計算機語言程序設計、物理實驗、數電模電實驗以及工程基礎訓練。這一實驗模塊主要是學生自己動手進行實物制作，從而提高動手能力。第二類是專業課程設計，包括光電檢測與信號處理課程設計、電子線路設計與PCB、光學軟件設計、光電子系統課程設計等。課程設計內容與專業理論課知識相銜接，使學生將理論課中學到的知識應用到實踐中去。大三年級以后，每學期都開設有專業課程設計環節，而且課程設計的內容逐步與生產實踐相結合。第三類是專業綜合類實驗，包括學科基礎實驗、光電子學專業實驗、畢業設計等。通過這類專業綜合實驗，來系統訓練學生的光電信息專業知識，提升學生的光電信息專業素養。第四類是社會生產實踐，包括生產實踐、畢業實習等。這類實驗包括大學生光電設計競賽、大學生電子設計大賽、大學生數學建模大賽、寒暑期勤工儉學、畢業實習等。通過統籌安排這些實踐內容，使學生盡快了解、認識社會、企業對光電信息專業的實際需求，真正理解專業學習目的，以增加學生畢業后的就業競爭力。

表1 光電信息工程專業實踐教學模塊

2 實踐教學內容的實施

2.1 基礎實驗

在大二年級之前完成全部基礎類實踐教學環節，主要是關于儀器、儀表的使用、基本量測量、基本實驗技能的訓練和基本測量方法等，設計物理、電子學以及計算機技術實驗的一些基本實驗技能和基本知識點，培養學生的觀察能力、分析能力和判斷能力。除了傳統的演示實驗，還包含學生自己動手操作完成的實驗，讓學生在實驗中通過探索獲取知識和經驗。

通過該實踐教學環節，可以使學生具備基本實驗技能，學會基本測量儀器的使用，掌握基本的實驗方法和經驗，為下一階段的學習打下良好的基礎。⑥

2.2 課程設計

課程設計是實踐教學體系的重要環節，是理論課程的互補，理論課程中抽象的理論知識可以在課程設計中直觀地反映。指導老師根據所學專業課內容給出多個設計題目，學生選擇后自己查閱相關資料對所選題目做出課程設計報告。課程設計分布在第2學年與第3學年，這一階段學生已經有了一定的理論基礎及實踐基礎，可以完成相關課程設計要求。

通過課程設計這一實踐教學環節，可以提升學生的思維能力，尤其是鍛煉學生應用理論知識解決實際問題的能力。

2.3 專業實驗

充分利用現有實驗室設備設計專業實驗，可將專業實驗劃分到多個實驗室，指導教師在固定實驗室指導，學生分組完成規定的實驗，有效地克服了實驗設備臺數不足的問題。畢業設計是教學過程中最重要的實踐性教學環節，是本專業學生畢業前的一個重要的綜合性實踐環節。該實踐環節的任務是，通過指導教師對學生有針對性的指導，讓學生系統完成選題、文獻檢索、文獻綜述、開題、實證研究、論文撰寫、論文修改、答辯等各個具體環節，深入探討專業知識，綜合運用專業技能，學會選用合適的研究方法，從而完成畢業論文。畢業設計的目的在于通過這些環節，使學生鞏固所學的光電專業知識和各項技能，對培養學生開拓務實的工作學習作風、拓寬專業視野、鍛煉專業技能有很好的幫助作用。

2.4 社會實踐

社會實踐是本專業教學計劃中非常重要的實踐性教學環節之一，實踐形式包括校內實踐和校外實踐。通過社會實踐讓學生真正接觸、了解社會實際。一方面讓學生認識到光電信息專業在社會經濟建設中的地位和作用，了解光電信息技術的發展前沿;同時增加學生對光電信息專業的認識和理解，通過本專業知識在實際生產中的應用來鞏固所學習的理論知識，培養學生分析和解決工程實際問題的能力;最后通過社會實踐讓學生熟悉工程技術人員的工作職責和工作程序，學習組織和管理生產的初步知識，培養學生嚴謹認真的科學態度和嚴謹求實的工作作風。

3 結束語

根據光電信息工程專業知識結構特點和社會對本專業學生的要求，結合我校實際對光電信息工程專業實踐教學體系進行優化，在拓展學生專業知識面的同時，更加注重現代光電信息領域的高、新、尖技術，并且充分利用校內外教學資源，提高學生的綜合素質，促進教學改革、科研和產業的發展。

基金項目：三峽大學教研項目（J2014069）

注釋

① 中華人民共和國教育部高等教育司.中國普通高等學校本科專業設置大全[M].北京：高等教育出版社，2003：201-202.

② 郁道銀，蔡懷宇，葛寶臻，李清，陳曉冬.光電信息工程專業建設的探索與實踐[J].光學技術，2007（S1）：293-294.

③ 劉向東，劉旭，劉玉玲.從高等教育的發展到光學工程類專業研究型人才培養方案再調整的思考[J].光學技術，2007（S1）：276-277，279.

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二、電動力學課程教學現狀及課程特點

電動力學課程內容，對大多數學生來說感覺到比較難學。原因是知識點較多，抽象難懂。數學推導復雜，要求有較強的數理基礎。雖然有些電動力學問題接近實際，比如波導問題、天線問題，但學生要理解和解決這些問題，需要一定的過程，由于上述問題的存在，使初學者常常感到電動力學課枯燥無味、難以入門；上課聽講似懂非懂，下課做題無從下手。并且,由于招生數量的增加,極大降低了師生比,降低了學生與老師交流的幾率。同時，現代大學生與80年代大學生比，缺乏主動思考意識和能力，都嚴重影響電動力學課程的教學效果。

三、教學改革設想及實施

篇9

    生物醫學工程在國際上做為一個學科出現,始于20世紀50年代,特別是隨著宇航技術的進步、人類實現了登月計劃以來,生物醫學工程有了快速的發展。在我國,生物醫學工程做為一個專門學科起步于20世紀70年代,中國醫學科學院、中國協和醫科大學原院校長、我國著名的醫學家黃家駟院士是我國生物醫學工程學科最早的倡導者。1977年中國協和醫科大學生物 醫學工程專業的創建、1980年中國生物醫學工程學會的成立,有力地推進了我國生物醫學工程的發展。目前,我國許多高?？蒲袉挝痪O有生物醫學工程機構,從事著生物醫學的科研 教學工作,在我國生物醫學工程科學事業的發展中發揮著重要作用。

    一、顯微鏡的發明

    “解剖”一詞由希臘語“anatomia”轉譯而來,其意思是用刀剖割,肉眼觀察研究人體結構。17世紀lee wenhock發明了光學顯微鏡,推動了解剖學向微觀層次發展,使人們不但可以了解人體大體解剖的變化,而且可以進一步觀察研究其細胞 形態結構的變化。隨著光學顯微鏡的出現,醫學領域相繼誕生了細胞學、組織學、細胞病理 學,從而將醫學研究提高到細胞形態學水平。

    普通光學顯微鏡的分辨能力只能達到微米(μm)級水平,難以分辨病毒及細胞的超微細結構、核結構、dna等大分子結構。而20世紀60年代出現的電子顯微鏡,使人們能觀察到納米(nm)級的微小個體,研究細胞的超微結構。光學顯微鏡和電子顯微鏡的發明都是醫學工程研究的成果,它們對推動醫學的發展起了重要作用。

    二、影像學診斷飛躍進步

    影像學診斷是20世紀醫學診斷最重要發展最快的領域之一。

    50年代x光透視和攝片是臨床最常用的影像學診斷方法,而今天由于x線ct技術的出現和應用,使影像學診斷水平發生了飛躍,從而極大地提高了臨床診斷水平。即計算機體斷層 攝影(computed tomography ct),即是利用計算機技術處理人體組織器官的切面顯像。x線ct片提供給醫生的信息量,遠遠大于普通x線照片觀察所得的信息。目前,螺旋ct(spiral ct 或helicalet ct)已經問世,能快速掃描和重建圖像,在臨床應用中取代了多數傳統的ct,提高了診斷準確率。

    醫學工程研究利用生物組織中氫、磷等原子的核磁共振原理。研制成功了核磁共振計算機斷層成像系統(mri),它不僅 可分辨病理解剖結構形態的變化,還能做到早期識別組織生化功能變化的信息,顯示某些疾病在早期價段的改變,有利于臨床早期診斷?？梢哉J為mri工程的進步,促進了醫學診斷學向功能與形態相結合的方向發展,向超快速成像、準實時動態mri、mra、fmri、mrs發展。根據核醫學示蹤,利用正電子發射核素(18f,11c,13n)的原理,創造 的正電子發射體層攝影(pet),是目前最先進的影像診斷技術。美國新聞媒體把pet列為十大醫學生物技術的榜首。pet問世不過30年歷史,但它已顯示出對腫瘤學、心臟病學、神經病學、器官移植,新藥開發等研究領域的重要價值。影像學診斷水平的不斷提高,與20世紀生物醫學工程技術的發展密切相關。

    三、介入醫學問世

    介入醫學是一種微創傷的診療技術。dotter和judkin(1964 年)是最早使用介入技術治療疾病的創始人,他們用導管對下肢動脈阻塞性病變進行擴張治療取得成功。1967年margulis首先使用過介入放射學,這是醫學文獻出現“介入”一詞的最早記載。1977年 gruenzing成功地進行了首例冠狀動脈球囊擴張術獲得成功以后,介入性診療技術由于其創傷小、患者痛苦少,安全有效而倍受臨床歡迎。20世紀80年代隨著生物醫學工程的發展,高精度計算機化影像診查儀器、數字減影血管造 影(dsa)、射頻消融技術以及高分子(high-polymer)新材料制成的介入技術用的各種導管相繼問世,使介入性診療技術發生了飛速進步,臨床應用范圍不斷擴大,從心血管、腦血管、非血管管腔器官到某些惡性腫瘤等都具有使用介入診療的適應證,并使診療效果明顯提高,患者可減免許多大手術之苦。有人把介入診療技術視為與藥物診療、手術診療并列的臨床三大診療技術之一,也有人把介入診療技術稱之為20世紀發展起來的臨床醫學新領域--介入醫學。

    四、人工器官的應用

    當人體器官因病傷已不能用常規方法救治時,現代臨床醫療技術有可能使用一種人工制造的裝置來替代病損器官或補償其生理功能,人們稱這種裝置為人工器官(artificial organ)。如20世紀50年代以前,風濕性心臟瓣膜病的治療,除了應用抗風濕藥物、強心藥物對癥治療外,對病損的瓣膜很難修復改善,不少患者因心功能衰竭死亡。而今天可以應用人工心肺機體外循環技術,在心臟停跳狀態下切開心臟,進行更換人工瓣膜或進行房、室間隔缺損的修補,使心臟瓣膜病、先天性心臟病患者恢復健康。心外科之所以能達到今天這樣的水平,主要是由于人工心肺機的問世和使用了人工心臟瓣膜、人工血管等新材料、新技術的結果。

    腎功能衰竭、尿毒癥患者愈后不良,而人工腎血液透析技術已挽救了大量腎病晚期患者的生命,腎病治療學也因此有了很大進步。

    現代生物醫學工程中人工器官的發展也非常迅速,除上述人工器官外,人工關節、人工心臟起搏器、人工心臟、人工肝、人工肺等在臨床都得到應用,使千千萬萬的患者恢復了健康?？梢哉f,人體各種器官除大腦不能用人工器官代替外,其余各器官都存在用人工器官替代的可能性。

    此外,放射醫學、超聲醫學、激光醫學、核醫學、醫用電子技術、計算機遠程醫療技術等先進的醫療技術和儀器設備都是現代醫學工程研究開發的成果,綜上可見,20世紀生物醫學工程的發展,顯著提高了醫學診斷和治療水平,有力地推動著醫學科學的進步。

    五、生物醫學工程展望

    縱觀醫學新技術誕生和發展的 歷史,從倫琴發現x線到今天x射線診療技術的發展,從朗茲萬發現超聲波到今天b超診斷的廣泛應用,從布洛赫和伯塞爾發現核磁共振到今天mri的問世,從赫斯費爾德發明ct到今天ct成像系統的應用,都是以物理學工程技術為基礎、醫學需求為前提發展起來的醫學新技術。

    (一)各種診療儀器、實驗裝置趨向計算機化、智能化,遠程醫療信息網絡化,診療用機器人將被廣泛應用。

    (二)介入性微創,無創診療技術在臨床醫療中占有越來越重要的地位。激光技術,納米技術和植入型超微機器人將在醫療各領域里發揮重要作用。

    (三)醫療實踐發現單一形態影像診查儀器不能滿足疾病早期診斷的需要。隨著pet的問世和應用,形態和功能相結合的新型檢測系統將有大發展。非影像增顯劑型心血管、腦血管影像診查系統將在21世紀問世。

    (四)生物材料和組織工程將有較大發展,生物機械結合型、生物型人工器官將有新突破,人工器官將在臨床醫療中廣泛應用。

篇10

林艷柳，2012年“國家優秀自費留學生獎學金”獲得者。1980年出生，2004年獲華南理工大學城市規劃與設計專業學士學位，2005年獲比利時魯汶大學人居專業碩士學位，2011年獲荷蘭埃因霍芬理工大學城市規劃與設計方向博士學位。2012年9月于荷蘭烏得勒支大學城市規劃系進行博士后研究和教學。博士期間，在Urban Studies、Habitat International等知名學術期刊發表多篇學術論文，多次參加該領域國際會議和競賽，是多種刊物和會議的委員會委員及審稿人。

萬里求學路，十載礪劍心。能獲此殊榮，我非常感動。這不僅僅是一份獎勵，而是一個國家和民族對知識的尊重，對知識分子的厚愛。衷心感謝祖國的養育、導師的培養，以及親友們無私的扶持。我一定會再接再厲、激流勇進，以期將來能為祖國的發展與進步貢獻自己的綿薄之力。——黃斌

篇11

蔡繼業教授1944年出生于上海市崇明縣廟鎮一個農民家庭，小時候生活相當貧困，在地處廟鎮的崇西中學讀書期間，每天放學回家要幫家里干活，晚上只能在黃豆大煤油燈光下學習，每年的寒暑假加上農忙假，有四個月的時間全天干農活，在這樣艱苦的條件下，蔡繼業于1962年考上北京大學物理系。父母咬緊牙關跟周圍鄰居七拼八湊借了錢，他才能坐上68小時的慢車去北京。那是他第一次出遠門，不會說普通話，因沒錢買鞋而經常打赤腳，學習上也面臨著聽不懂普通話、與來自全國重點中學的尖子生有相當大的差距，一直到二年級下學期才翻過身來。

1968年，蔡繼業畢業，他同屆的畢業生幾乎都上山下鄉，他也被發配至黑龍江第四建筑公司，種過菜、燒過磚，當過混凝土工、鋼筋工等。一年后，他成為了一名電焊技術員，兩年后當了工長。起早貪黑的勞作并沒有磨損蔡繼業的科學精神，他設計制作了十噸龍門吊車，帶領170多名工人，完成了在當時堪稱亞洲最大的大慶化肥廠的60×120平方米落地拱鋼機構工程。

1978年，當年上山下鄉的人們終于歸隊，蔡繼業也調進了中國科學院安徽光機所，開始做科研工作。1982年，他通過了競爭激烈的EPT考試，獲得了到美國哥倫比亞大學化學系公費留學2年的機會。

經年科研結碩果

蔡繼業到哥倫比亞大學后，進入哥倫比亞輻射實驗室（Columbia Radiation Laboratory）做研究工作，該實驗室先后出過7個諾貝爾獎獲得者，這里也是發明激光的地方。蔡繼業的導師是該實驗室的主任喬治?弗林（George Flynn），當時的科研任務是用二極管激光探測法研究CO2分子內振動能量轉移，蔡繼業與吉姆奧尼爾用快速H原子碰撞CO2分子，首次得到了三原子分子的振動、轉動分辨的結果。從此，蔡繼業教授開始了他從激光化學到生物納米技術的漫漫科研路。

在斯坦福大學化學系作為高級訪問學者工作期間，斯坦福大學化學實驗室負責人理查德?澤爾教授（Richard Zare曾任美國科學委員會主席）安排蔡繼業與考斯塔斯一起做碰撞參量對化學反應影響的實驗，該實驗用交叉分子束加上兩個激光器，來選擇激發和探測不同平動速度和不同碰撞參量碰撞后，Ba和HI的態-態反應。兩個激光器采用了光學-光學雙共振加上選擇探測激光誘導熒光的方法，才能得到碰撞參量與反應幾率的關系。該實驗被美國著名報紙《基督教科學箴言報》（The Christian Science Monitor）稱為物化領域“有史以來最復雜的實驗”，每次實驗都要連續工作36個小時，還要保持清醒的頭腦做正確的測量，這對人的神經是一個不小的挑戰。

迄今，蔡繼業與同事已在國際、國內的刊物和學術會議上發表了200多篇論文，五項專利和一本專著（《激光與化學動力學》）。并應邀在斯坦福大學、哥倫比亞大學、UWO大學、香港大學、北京大學、復旦大學、中國科技大學等十多所國內外大學作學術報告。在SCI上已查到他的六篇論文被哥倫比亞大學、西北大學、康奈爾大學、阿崗國家實驗室等幾十個研究單位在《Science》、《J.Chem.Phys》、《J.Phys.Chem》等國際核心刊物上引用了86次，作為激光化學前沿的重要成果或理論計算的依據被引用。

在生物納米技術方面，蔡繼業教授和他的團隊研究了標記的免疫分子的結構與自組裝，紅細胞對抗體的識別，干細胞的定向分化，首次實現了用量子點標記的細胞表面特異性分子的原位單分子探測等。近5年來，蔡繼業教授在國內外刊物上90多篇，已授權發明專利3項，已申報發明專利4項。蔡繼業教授目前還負責國家973重大項目子課題――抗體抗原復合物的分子分布特征及功能識別基礎，也主持過多個國家自然科學基金項目和一些省部級以上的項目。

春雨潤物細無聲

目前，暨南大學為蔡繼業教授配置了價值25萬美元的近場光學顯微鏡和原子力顯微鏡，提供了300平方米的實驗室，包括3名教授，4名副教授，1名在站博士后和10多名博士碩士生。他正在利用近場光學顯微鏡和原子力顯微鏡等先進儀器，進行單個分子的探測和單個細胞的超微結構的研究。同時，他也用他的研究成果回報學校，用他嚴謹的科學精神和多年的科研經驗，擔起了培養下一代科學人才的重任。

多年來，蔡繼業教授還擔任暨南大學生命科學技術學院的從本科到博士教學工作，曾任生科院副院長。他不僅在生物納米技術的研究工作中取得了可喜成績，還投入了大量的時間和精力在培養青年學科人才的教育工作上。他兢兢業業，進取創新，發表過多篇本科教育論文。他在論文中表明了自己對本科教育的獨到見解，對教學方式也有自己的研究。

篇12

一切物品的制造都離不開材料?！安牧衔锢怼本褪菑碾?、光、熱、聲、磁、力等物理性能角度出發，研究各種材料的成分、結構、性能特點以及制備合成、加工應用。

比如家中安裝的寬帶網絡、數字電視，都依靠光纖傳播信號。光纖的全名是光導纖維，是根據光的全反射原理制成的。一根光導纖維由高折射率的內芯和低折射率的外套兩層組成，光由一端進入，在內芯和外套的界面上經多次全反射，從另一端射出。用特殊的接收儀器，就能接收光纖傳遞的信號。

又比如很多人家中使用的白光LED燈，也是利用光學原理研發的。眾所周知，在可見光的光譜中是沒有白光的，因為白光不是單色光，它是由至少兩種單色光混合得到的，白色的太陽光甚至是由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種單色光合成的。白光LED燈的發光芯片一般發藍光，在燈內壁涂抹發黃光的熒光層，藍光照射出來的時候部分被吸收，另一部分則與黃光混合得到白光。

你看，材料物理就是這樣一門實用的學科。從光導纖維內外芯材料的研發制造，到白光LED燈芯片和熒光層的設計，甚至是用于航空航天、國防科技項目的新型合金、高分子復合材料……可以說社會需要什么，我們就研究什么。

即使在本科學習階段，你也要盡可能地去創新。

研究出新材料，或者找到材料的新性質和新應用，是材料物理研究的終極目標。正因如此，學校非常鼓勵學生參與創新創業訓練項目。老師們會一些材料學研究的前沿問題，有的偏重理論計算，有的側重實驗，大家可以根據自己的興趣自由選擇課題和相關導師。我就在大二學年末申請參與了“光學超晶格中的非對易效應的理論研究”項目。

上過物理課就會知道，當光線入射到某一均勻材料時，會產生折射現象。我們希望有這樣一種材料，可以按照人們的需求控制光線入射后產生的折射光的強度。這有什么用呢？舉個例子，在光纖通信中，在光源和光導纖維的銜接處設置這種材料，從光導纖維端面反射回來的光通過這種材料時，折射光強度被減弱，就能有效地抑制它對光源的影響，信號也就更清晰。我參與的研究項目就是要設計這種理想中的材料。

從物理學角度說，同樣的元素組成，只是內部原子排列方式的不同，也可以形成具有不同性質的材料。把不同材料一層一層有序地疊加起來，或者把某一種材料的內部原子結構重新排列，就可能得到控制光線折射強度的“光學超晶格”材料。

經過大量的研究和計算，對于想要得到多大強度的折射光，相應的光學超晶格材料的結構應該是怎樣的，我們最終給出了具體的數學解析表達式。實驗、生產中需要產生多少光強偏差的材料，參考解析式給出的結構參數直接制作就可以了。

科研之路非常難走，物理、數學基礎要打好。

科研之路本來就是困難重重的，更別提像我們這樣剛起步的本科生了。接手“光學超晶格中的非對易效應的理論研究”項目之初，我們甚至都不知道從哪里著手研究。大學里雖然有物理學方面的課程，從牛頓力學、熱學、電磁學、光學到電動力學、量子力學都不缺；我們也會學習材料科學方面的知識，包括材料的成分、組織結構、性能特點、加工的工藝技術，但這些都只是入門課，是打基礎用的。對超晶格材料，我們只有一些基礎概念，到底哪些材料的內部結構經過人工處理可以讓光的折射強度產生偏差、哪些材料不適合這樣做、推算偏差程度能用哪些公式……根本就是一頭霧水啊！

好在前人已經有了一些研究成果。在項目進行之初，我們先花了一段日子閱讀大量論文，從中找尋適合的材料。在整個研究過程中，遇到任何問題我們都會先到文獻中尋找是否有可以借鑒的解決方案。

做科研還必須具備很強的數學能力。入射與折射本身是一個光學現象，角度和光強計算需要用到數學知識；材料內部的原子排列順序更要通過數學建模與計算得出。雖然大一、大二學了高等數學、微積分、線性代數等課程，但看到那些動不動就占一兩行的復雜公式還是讓人傻眼。要解決這個問題，只能不斷請教導師，認真看《數學手冊》學習公式秘籍。

通過計算得出了解析式，還要由計算機來模擬折射過程，驗證解析式是否正確，這時就需要用上MATLAB語言編寫程序。這就需要我們熟悉程序語言，所以一有空我們就會上網找編程例子，反復練習。

功夫不負有心人，經過兩年的努力，大四那年我們終于提出了自己的研究方案和實驗方法，在國際期刊《Optics Communications》上發表了研究成果，我還是這篇論文的第一作者！

轉變眼光看事物，抽象思維研究微觀世界。

在眾多參與創新項目的本科生中，我是幸運的。有些項目因為實驗設備不齊全導致實驗結果不理想，有些則因為參與者能力不足等原因夭折了。但不管結果如何，這都是大學里難得的科研經歷。并且通過科研，我們慢慢地開始具備一個材料物理人的專業素養。

這首先反映在看事物的眼光改變了，我們能站在材料科學的角度認識生活中隨處可見的事物。比如路上開過一輛跑車，過去我們會更關注它的外觀：“哇，這車真拉風！”現在，我們關注的是這輛跑車輪胎是什么橡膠材料做的、車身的鋼材中會添加哪些金屬元素、擋風玻璃用什么材料制成……因為材料的選擇對汽車的美觀、耐用和安全性能有很大影響。比如，輪胎大多用合成橡膠或天然橡膠制作，在制作中，必須加入各種化學添加劑，其中一種很重要的添加劑叫炭黑，主要用來提高輪胎的硬度、強度和耐磨性。

另外，我們開始建立強大的抽象思維和空間想象能力，透過物質表面，研究微觀結構和性能。

比如，你知道激光是如何形成的嗎？一個原子中的電子有很多能級，當電子從高能級向低能級躍遷時，電子的能量就減少了。這些減少的能量轉變成光子發射出去，大量的這種光子就形成激光。那么在躍遷的前后，電子處于什么樣的能量狀態？重量是多少？運動軌跡是怎么樣的？……這可比看得見的橡膠、塑料難懂得多。研究這些存在于微觀世界里我們看不見摸不著的物質，離不開各類數據的曲線圖、各種模型圖像。要在腦子里建立起它們的結構圖像，理解它們的性能和變化，不得不佩服自己“腦洞”還挺大呢！

學成之后……

經過四年辛苦的學習，也有了一定的科研經驗和成果，難免憧憬未來之路怎么走。

篇13

生物醫學工程在國際上做為一個學科出現，始于20世紀50年代，特別是隨著宇

航技術的進步、人類實現了登月計劃以來，生物醫學工程有了快速的發展。在我

國，生物醫學工程做為一個專門學科起步于20世紀70年代，中國醫學科學院、中

國協和醫科大學原院校長、我國著名的醫學家黃家駟院士是我國生物醫學工程學

科最早的倡導者。1977年中國協和醫科大學生物醫學工程專業的創建、1980年中

國生物醫學工程學會的成立，有力地推進了我國生物醫學工程的發展。目前，我

國許多高校科研單位均設有生物醫學工程機構，從事著生物醫學的科研教學工作

，在我國生物醫學工程科學事業的發展中發揮著重要作用。

顯微鏡的發明“解剖”一詞由希臘語“Anatomia”轉譯而來，其意思是用

刀剖割，肉眼觀察研究人體結構。17世紀LeeWenhock發明了光學顯微

鏡，推動了

解剖學向微觀層次發展，使人們不但可以了解人體大體解剖的變化，而且可以進

一步觀察研究其細胞形態結構的變化。隨著光學顯微鏡的出現，醫學領域相繼誕

生了細胞學、組織學、細胞病理學，從而將醫學研究提高到細胞形態學水平。

普通光學顯微鏡的分辨能力只能達到微米(μm)級水平，難以分辨病毒及細胞

的超微細結構、核結構、DNA等大分子結構。而20世紀60年代出現的電子顯微鏡，

使人們能觀察到納米(nm)級的微小個體，研究細胞的超微結構。光學顯微鏡和電

子顯微鏡的發明都是醫學工程研究的成果，它們對推動醫學的發展起了重要作用

。

影像學診斷飛躍進步影像學診斷是20世紀醫學診斷最重要發展最快的領域

之一。50年代X光****和攝片是臨床最常用的影像學診斷方法，而今天由于X線CT技

術的出現和應用，使影像學診斷水平發生了飛躍，從而極大地提高了臨床診斷水

平。即計算機體斷層攝影(computedtomographyCT),即是利用計算機技術處理人

體組織器官的切面顯像。X線CT片提供給醫生的信息量，遠遠大于普通X線照片觀

察所得的信息。目前，螺旋CT(spiralCT或helicaletCT)已經問世，能快速掃描

和重建圖像，在臨床應用中取代了多數傳統的CT，提高了診斷準確率［1］。醫學

工程研究利用生物組織中氫、磷等原子的核磁共振(nuclearmagneticresonanc

e)原理。研制成功了核磁共振計算機斷層成像系統(MRI)，它不僅可分辨病理解剖

結構形態的變化，還能做到早期識別組織生化功能變化的信息，顯示某些疾病在

早期價段的改變，有利于臨床早期診斷。可以認為MRI工程的進步，促進了醫學診

斷學向功能與形態相結合的方向發展，向超快速成像、準實時動態M

RI、MRS發展。根據核醫學示蹤，利用正電子發射核素(18F，11C，13N)的原理，

創造的正電子發射體層攝影(PET)，是目前最先進的影像診斷技術。美國新聞媒體

把PET列為十大醫學生物技術的榜首。PET問世不過30年歷史，但它已顯示出對腫

瘤學、心臟病學、神經病學、器官移植，新藥開發等研究領域的重要價值［2］。

影像學診斷水平的不斷提高，與20世紀生物醫學

工程技術的發展密切相關。

介入醫學問世介入醫學是一種微創傷的診療技術。Dotter和Judkin(1964年

)是最早使用介入技術治療疾病的創始人，他們用導管對下肢動脈阻塞性病變進行

擴張治療取得成功。1967年Margulis首先使用過介入放射學(InterventionalRa

diology)，這是醫學文獻出現“介入”一詞的最早記載。1977年Gruenzing成功

地進行了首例冠狀動脈球囊擴張術獲得成功以后，介入性診療技術由于其創傷小

、患者痛苦少，安全有效而倍受臨床歡迎。20世紀80年代隨著生物醫學工程的發

展，高精度計算機化影像診查儀器、數字減影血管造影(DSA)、射頻消融技術以及

高分子(high-polymer)新材料制成的介入技術用的各種導管相繼問世，使介入性

診療技術發生了飛速進步，臨床應用范圍不斷擴大，從心血管、腦血管、非血管

管腔器官到某些惡性腫瘤等都具有使用介入診療的適應證，并使診療效果明顯提高

，患者可減免許多大手術之苦。有人把介入診療技術視為與藥物診療、手術診療

并列的臨床三大診療技術之一，也有人把介入診療技術稱之為20世紀發展起來的

臨床醫學新領域--介入醫學［3，4］。

人工器官的應用當人體器官因病傷已不能用常規方法救治時，現代臨床醫

療技術有可能使用一種人工制造的裝置來替代病損器官或補償其生理功能，人們

稱這種裝置為人工器官(artificialorgan)。如20世紀50年代以前，風濕性心臟

瓣膜病的治療，除了應用抗風濕藥物、強心藥物對癥治療外，對病損的瓣膜很難

修復改善，不少患者因心功能衰竭死亡。而今天可以應用人工心肺機體外循環技

術，在心臟停跳狀態下切開心臟，進行更換人工瓣膜或進行房、室間隔缺損的修

補，使心臟瓣膜病、先天性心臟病患者恢復健康。心外科之所以能達到今天這樣

的水平，主要是由于人工心肺機的問世和使用了人工心臟瓣膜、人工血管等新材

料、新技術的結果［5］。

腎功能衰竭、尿毒癥患者愈后不良，而人工腎血液透析技術已挽救了大量腎病

晚期患者的生命，腎病治療學也因此有了很大進步。

現代生物醫學工程中人工器官的發展也非常迅速，除上述人工器官外，人工關

節、人工心臟起搏器、人工心臟、人工肝、人工肺等在臨床都得到應用，使千千

萬萬的患者恢復了健康。可以說，人體各種器官除大腦不能用人工器官代替外，

其余各器官都存在用人工器官替代的可能性。

此外，放射醫學、超聲醫學、激光

醫學、核醫學、醫用電子技術、計算機遠程

醫療技術等先進的醫療技術和儀器設備都是現代醫學工程研究開發的成果，綜上

可見，20世紀生物醫學工程的發展，顯著提高了醫學診斷和治療水平，有力地推

動著醫學科學的進步。

21世紀生物醫學工程展望縱觀醫學新技術誕生和發展的歷史，從倫琴發現

X線到今天X射線診療技術的發展，從朗茲萬發現超聲波到今天B超診斷的廣泛應用

，從布洛赫和伯塞爾發現核磁共振到今天MRI的問世，從赫斯費爾德發明CT到今天

CT成像系統的應用，都是以物理學工程技術為基礎、醫學需求為前提發展起來的

醫學新技術。循著20世紀醫學發展的軌跡，我們有理由預測21世紀新的醫學診療

技術可能在以下10個方面有重大突破和創新：

(1)各種診療儀器、實驗裝置趨向計算機化、智能化，遠程醫療信息網絡化，

診療用機器人將被廣泛應用。［6］

(2)介入性微創，無

創診療技術在臨床醫療中占有越來越重要的地位。激光技

術，納米技術和植入型超微機器人將在醫療各領域里發揮重要作用。

(3)醫療實踐發現單一形態影像診查儀器不能滿足疾病早期診斷的需要。隨著

PET的問世和應用，形態和功能相結合的新型檢測系統將有大發展。非影像增顯劑

型心血管、腦血管影像診查系統將在21世紀問世。

(4)生物材料和組織工程將有較大發展，生物機械結合型、生物型人工器官將

有新突破，人工器官將在臨床醫療中廣泛應用。

(5)材料和藥物相結合的新型給藥技術和裝置將有很大發展，植入型藥物長效

緩釋材料，藥物貼覆透入材料，促上皮、組織生長可降解材料，可逆抗生育絕育

材料、生物止血材料將有新突破。

(6)未來醫療將由治療型為主向預防保健型醫療模式轉變。為此，用于社區、

家庭、個人醫療保健診療儀器，康復保健裝置，以及微型健康自我監測醫療器械

和用品將有廣泛需求和應用。

(7)除繼續努力加強生

物源性疾病防治外，對精神、心理、社會源性疾病的防

治診療技術和相應儀器設備的研制受到越來越多的重視與開發，研制精神分析、

心理安撫、生物反饋型診療技術和設備將是生物醫學工程的新起點。

(8)創傷是造成青年人群死亡的主要原因，研制新型創傷防護裝置、生命急救

系統是未來生物醫學工程的重要課題。論文幫

(9)即將迎來的21世紀是分子生物學時代，有關分子生物學的診療新技術將快

速發展，遺傳、疾病基因診療技術，生物技術和微電子技術相結合的DNA芯片、雪

白芯片和診療系統將被廣泛應用。

(10)空氣污染、環境污染嚴重危害著人類健康，研究和開發勞動保護、家庭保

健、個人防護用的人工氣候微環境是未來不能忽視的問題。

1997年我國了關于衛生工作改革與發展的決定，提出了奮斗目標：“到2

000年，基本實現人人享有初級衛生保健”，到2010年國民健康的主要指標在經濟

發達地區達到或接近世界中等發達國家水平，在欠發達地區達到發展中國家的先

進水平。1999年國家科技部召開了“發展生物醫學工程技術戰略研討會”，國家

工程院開展了有關發展我國醫療器械工業戰略研究等，對推動生物醫學工程產業

發展、落實創新工程戰略布置起著重要作用。20世紀人類與疾病做斗爭，在醫學

診療技術上取得了重大成就；但面向21世紀的巨大挑戰，我們要動員起來，調整

政策，制定規劃，改革醫學研究教學的舊模式，發揮現代科學多學科交叉合作的優

勢，創建全新的生物醫學，為人民造福。

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