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篇1
主辦單位：山東生物醫學工程學會;山東省醫療器械研究所;山東省千佛山醫院
出版周期：季刊
出版地址：山東省濟南市
語
種：中文
開
本：大16開
國際刊號：37-1413/R
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發行范圍：
創刊時間：1982
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核心期刊：
期刊榮譽：
Caj-cd規范獲獎期刊
篇2
在學生掌握了常用的實驗儀器如數字電路實驗箱、萬用表、信號發生器等的使用方法,熟識了常用的集成電路芯片的基礎上,結合各實驗項目的要求及特點,采用多種實驗方式來完成實驗。驗證性實驗可只用數字電路實驗箱來實現,多個芯片同時在實驗箱上連接,連線方便,費時較短,一次實驗課中可以完成多個任務。較簡單設計性實驗采用分立元件連接來構建電路,既可以鍛煉學生動手能力,又可以在規定時間內完成實驗。綜合設計性實驗由于難度最高,可讓學生用軟件仿真出電路原理圖,然后制作PCB板,實現電路實物。課程開始時教師講授的時間不易超過15min,主要幫助學生完成對實驗的理解,思路的建立。實驗方案的設計、實驗電路的搭建及問題的排解,要有學生自主完成。在實驗進行中,教師和學生各自的定位要準確,教師主指導,注重培養學生的實驗興趣。在整堂實驗課中,要讓學生體現主動性,感受到“做中學”的樂趣。由于實驗內容大部分為設計性實驗,如果純粹依賴實驗指導書進行教學,較難達到培養學生電路設計能力的目的。因此在現階段,采用項目驅動法來開展實驗教學,具體做法為:開學初把數字電子技術實驗的所有實驗項目以電子文檔的形式發送給學生,每個設計性實驗只提供設計任務、設計要求和可供參考使用的芯片種類,設計方案和電路原理圖由學生自主完成。這樣既可以改善學生的懶惰思想,又可以實現課前預習、培養學生查閱參考文獻的和初步設計的能力。對于學時較長和難度較大的實驗項目,2～3名學生可組成小團隊,團隊成員在參閱大量參考文獻后進行小組討論,多次討論后確定設計方案。在電路構建及測試過程中,每個成員都必須積極參與,教師也給予一些必要性的指導。經過兩年的實踐發現,該實驗教學方法有效增強了學生的自主學習能力、分析問題及解決問題能力、自我管理能力、團隊合作能力和創新實踐能力。每次實驗完成之后,學生不僅對相關知識有了更深刻的理解,也獲得了滿足感,極大提高了學生參與實驗的興趣。
3實驗室教學管理改革
對于任何一個實驗項目,都允許并鼓勵學生之間相互交流,教師作為引導者雖不過多干預學生的實驗過程,但是也積極關注他們的實驗進度,認真聆聽他們的實驗想法,適時給出建議,甚至和學生進行熱烈討論,幫助他們構建更正確的實驗方案。當學生搭建的電路不能正常工作時,不過多責備,反而是啟發他們自己尋找問題的所在,鼓勵學生多思路分析問題。因此,實驗室的氛圍既嚴謹又活躍,絕大部分學生都非常專注的投入到實驗中,實驗效果理想率可達到95%以上,實驗數據抄襲的現象非常少。
4實驗考核方式改革
很多學生不重視數字電子技術實驗教學的原因之一就是其考核方式不太合理,實驗成績要么只占數字電路課程成績的百分之二十,要么只由實驗報告的成績和平時考勤成績組成,導致有些學生認為只要期末考試卷面成績高就行,實驗做不做問題不大,有些學生雖然每次實驗都出勤,但是在實驗室并不認真做實驗,實驗報告抄襲他人。基于這些現象,近兩年本院生物醫學工程專業開展的數字電子技術實驗考核方式做了如下改革。
(1)電子技術實驗單獨為一門課程。該課程成績中模擬電子技術實驗成績占50%,數字電子技術實驗成績占50%。就數字電子技術實驗成績而言,平時出勤率僅占10%,實驗過程中的表現占40%,系統設計實驗考核成績占30%,實驗報告成績占20%。因此,學生的實驗態度與實驗能力最大程度上決定了其課程成績。這就使得絕大部分學生能以正確、積極的態度來對待實驗課程,并盡量通過自主努力完成實驗。
(2)系統設計實驗項目考核時,分模塊考核。比如在《交通燈控制電路設計》實驗項目中,總分100分,完成時鐘信號源電路模塊,得10分;完成定時器模塊,得25分;完成控制器模塊,得40分;完成譯碼驅動器模塊,得15分;設計方案闡述和回答教師提問部分完成,得10分。這樣不僅避免由于電路硬件原因導致電路系統最終實驗效果不理想而得零分,打擊學生信心的情況出現,又可以讓學生在實驗過程中能逐級測試電路,保證最后的電路系統效果理想,且對學生的團隊合作能力和答辯能力進行了培養。
篇3
0 引言
生物醫學工程是一門將工程技術與醫學相結合，綜合運用工程學相關原理和方法，解決醫學問題的交叉學科。自上個世紀六十年代以來，生物醫學工程已逐步演變為全球發展最快的產業之一。
該專業的本科人才培養目標定位為：具備生命科學、電子技術、計算機與信息科學的基礎知識，具有將現代物理學、電子技術、計算機技術與醫學相結合的科研能力，并突出應用型特色；掌握開發設計、研究醫學儀器的基本方法和技能，畢業后能夠從事醫學儀器的應用、管理、維修、開發、研制等工作[1]。
按照培養應用型人才的要求和目標，生物醫學工程專業學生的電子設計、研發和計算機應用能力被認為是最重要的專業技能。高等學校的專業教育應該將培養學生的這些技能作為教學的重中之重。而學生實踐動手能力的培養是學生整體素質和能力提高的一個重要組成部分，也是培養適應社會經濟發展的復合型人才的根本需要[2]。
1 生物醫學工程專業實踐教學存在的問題及原因
實踐教學環節不僅僅可以驗證學生所掌握的理論知識，同時還可以訓練、培養學生的觀察能力、思維能力、實際操作能力和嚴謹的科學態度[3]。有效的實踐教學不僅僅是理論課教學的必要補充，而且學生的分析、解決實際問題能力和動手能力只有在實踐教學中才能夠得到根本提升。但是在目前實踐教學中存在的一些問題，影響了課程教學的最終實效，也抑制了學生創新能力的提升，主要表現在以下幾個方面。
⑴ 受傳統的“重學輕術”觀念的影響，長期重理論教學，輕實踐能力培養[4]。另外，擴招帶來的學校規模急劇增大，實踐教學設施建設滯后，加之“雙師型”教師嚴重匱乏，造成實踐教學、尤其是工程訓練嚴重不足。
⑵ 單科驗證性實驗內容多而綜合性自主設計實驗內容少。目前生工專業各門學科的實驗課程中，絕大多數實驗項目是針對單一課程某一理論教學內容的驗證性實驗，這種實驗是封閉式的，將學生的思維局限在某一門課程中[5]。而實際上，生物醫學工程專業各門課程，特別是其主干課程電子學各門課程之間有著緊密的聯系，學生缺少學科開放的實驗訓練，會導致知識的割裂，難以形成完整的知識體系。因此，當要求學生完成綜合性實驗項目或自行設計性實驗項目時，學生甚至不知道如何查閱資料、制定實驗方案、選擇實驗設備等。
⑶ 使用實驗箱協助實驗，學生僅僅需要進行簡單的線路連接就完成了實驗，實驗課成為了課堂教學內容正確性的驗證。這種實驗使得學生很少深究實驗原理，難以培養學生的鉆研精神和自主創新意識，久而久之，學生對實驗課也喪失了興趣。
⑷ 實踐教學基地建設滯后，校企聯合還遠遠不夠。這是制約實踐教學向著學以致用目標邁進的障礙之一。本科層次的生物醫學工程專業畢業生的直接去向之一就是企業，為培養企業用得上、留得住的人才，應該使得學生在實訓過程中始終保持與企業的密切聯系，才能使學生在生產實際操作中掌握職業崗位所需的技能及相關工作經驗，了解應用技術領域的前沿知識，完成由學校到生產崗位的過渡[6]。只有這樣，才能使得學生在學習中有明確的職場目標和方向，進而提高學習的主觀能動性。
2 建立生物醫學工程專業綜合實驗室的意義
有文獻顯示，通過對采樣數據的因子分析和回歸方程的計算，實踐教學在學生對教學質量滿意度的影響因素中位置顯著且影響程度最大[4]。
生物醫學工程專業除了機械設計和信號處理等課程之外，其核心課程包括電路分析、模擬電子技術、數字電子技術、微機原理與接口技術、單片機應用技術等電子學相關課程。這些課程的實踐教學環節在一定程度上相互滲透，且共同構筑了綜合性設計實驗的各個知識環節。因此，整合各學科實驗教學設備和實驗教學師資，構建綜合實驗室，可以有效提升設備利用率和實驗室利用率，對培養學生實驗設計、科研設計能力，提高學生主動學習意識，打造學生自主創新能力有著十分重要的意義。
⑴ 綜合實驗室作為生物醫學工程專業實驗教學平臺，可用于形成由單一到綜合，由相對獨立到科學融合的實踐教學體系[1]。這個體系，可以對學生的工程技術實踐能力進行強化訓練，以提高學生的科研素質和專業應用技能，提高學生分析問題和解決實際問題的能力，真正做到學以致用。
篇4
三維打印（Three Dimension Printing，簡稱3DP）屬于一種快速成型（Rapid Prototyping，簡稱RP）技術，它由計算機輔助設計（CAD）數據通過成型設備以材料逐層堆積的方式實現實體成型。“三維打印”在技術界也叫“增材制造”、“自由成形”、“快速成形”或“分層制造”等[1]。三維打印起源可追溯于上世紀八十年代，1984年查爾斯?赫爾發明了將數字資源打印成三維立體模型的技術，并于1986年成立了3D Systems公司，開發了第一臺商用立體光敏3D打印機，1988年，斯科特?克倫普發明了熔融沉積成型技術（FDM）并于1989年成立了Stratasys公司，隨后在2012年合并以色列3D打印公司Objet。3D Systems和Objet是目前世界上最大、最先進的兩家3D打印公司。我國清華大學顏永年教授于1988開始研究3D打印成型技術，華中科技大學王運贛教授以及西安交通大學盧秉恒院士等，紛紛于上世紀90年代起就開始涉足3D打印成型技術的研究。
1998年，清華大學的顏永年教授又將3D打印成型技術引入生命科學領域，提出生物制造工程學科概念和框架，并于2001年研制出用于生物材料快速成型的3D打印設備，為制造科學提出了一個新的發展方向--生物制造。生物制造的一個重要手段即是生物3D打印。生物三維打印是以活細胞（living cells）、生物活性因子（proteins and bio-molecules）及生物材料 （biomaterials）為基本成形單元，設計制造具有生物活性的人工器官、植入物或細胞三維結構，是制造科學與生物醫學交叉融合的新興學科，它是目前3D打印技術研究的最前沿領域，也是3D打印技術中最具活力和發展前景的方向[2，3]。
1 3D打印技術的分類
目前比較典型的3D打印快速成形技術主要分為三種[4]：
1.1 粉末粘結3D打印光固化材料3D打印與熔融材料3D打印
粉末粘結3D打印是目前應用最為廣泛的3D打印技術，其工藝過程如下：首先，在工作平臺上均勻鋪灑單位厚度的粉末材料；其次，依據實體模型離散層面的數字信息將粘結劑噴射到粉末材料上，使粉末材料粘結，形成單位實體截面層；再次，將工作臺下降一個單位層厚；最后，重復第一步至第三步，逐層堆砌，形成三維打印產品。其存在缺點是，通過粉末粘連成形的零件精度和強度偏低，一般需要后續工藝提高其強度，但后續處理工藝會導致零件體積收縮，變形嚴重。
1.2 光固化3D打印（光敏三維打印）
該技術使用液態光敏樹脂作為原料制作零件模型，光敏材料三維打印成形基于噴射成形技術和光固化成形技術，噴頭沿X方向往復運動，根據零件的截面形狀，選擇性噴射光固化實體材料和光固化支撐材料形成截面輪廓，在紫外光照射下光固化材料邊打印邊固化，層層堆積至制件成形完畢。但其應用于骨骼類產品打印的主要缺點是，當前具有生物活性的骨骼類材料如羥基磷灰石，生物玻璃等材料自身不是光敏性材料，需與光敏材料混合使用，因此影響產品的生物活性在打印后將受到很大影響。
1.3 熔融材料3D打印成形
熔融材料三維打印成形基于熔融涂覆成形（FDM）專利技術，分別加熱兩種絲狀熱塑性材料至熔融態，根據零件截面形狀，選擇性涂覆實體材料和支撐材料形成截面輪廓，并迅速冷卻固化，層層堆積至制件成形完畢，其原理與光敏材料3D打印成形類似 [16]。目前熔融材料三維打印成形，可采用由磷灰石和骨骼所需的有機鹽配置而成的骨水泥，不需要額外添加紫外光照射固化所需的光敏介質，有利于保證材料后續的生物相容性和生物活性。但由于擠壓式噴頭的噴嘴處壓力大，容易造成阻塞現象，因此對噴嘴和材料漿料的粒徑要求較高。
除三維打印外，應用比較廣泛的商業化快速成形工藝還包括立體光刻成形（SLA）、選擇性激光燒結成形（SLS）堆疊、實體制造（LOM）、熔融堆積成形（FDM）等，但這些工藝大多需要配備價格昂貴的激光輔助系統，且成型工藝實質上還是類似于上述三種材料疊加-固化技術。因此，三維打印技術被認為是最具生命力的快速成形技術，發展潛力巨大，在醫學中的應用前景廣闊，其推廣應用將對傳統的醫療產品生產模式帶來顛覆性的影響。
2 三維仿生重構建模技術的發展
基于醫學圖像的三維重構建模技術是生物3D打印技術的重要研究內容之一。3D打印生物構件的實現首先需要在計算機環境下有效重構和建模，生成可用于驅動打印噴頭的指令數據進而操控成型設備實現產品成型。隨著醫學影像技術的發展，人體組織的二維斷層圖像數據可以方便地獲取以進行醫學診斷和治療。但是，二維斷層圖像只是表達了某一截面的解剖信息，醫生可以憑經驗由多幅二維圖像去估計病灶的大小及形狀，“構思”病灶與其周圍組織的三維幾何關系，可三維打印設備卻無法根據這些斷點數據進行立體三維成型，因此，基于醫學圖像的三維重構建模技術是生物3D打印技術的重要前驅步驟。
由于CT或MRI等檢測設備掃描得到的二維圖像信息不能直接用于快速成型，只有通過專用軟件將二維斷層圖像序列重建為三維虛擬模型，并生成為快速成型機可以接受的STL（Stereo Lithography）格式圖形文件，才能最終制造出生物產品三維實體模型。近十多年來，歐美等發達國家的科研機構對于醫學圖像三維重建的研究十分活躍，其技術水平正從后處理向實時跟蹤和交互處理發展，并且已經將超級計算機、光纖高速網、高性能工作站和虛擬現實結合起來，代表著這一技術領域未來的發展方向。
在市場應用領域，國外已經研制了三維醫學影像處理的商品化系統，其中，比較典型的有比利時Materialise公司的Mimics、美國Able Software公司的3D.Doctor和VGstudio MAX。在國內，中國科學院自動化研究所醫學影像研究室自主開發的3D Med是基于普通微機的三維醫學影像處理與分析系統，系統能夠接收CT、MRI等主要醫療影像設備的圖像數據，具有數據獲取、數據管理、二維讀片、距離測量、圖像分割以及三維重建等功能。清華大學計算機系研發的人體斷面解剖圖像三維重構系統能給外科手術中的影像診斷提供一定的參考。中國科技大學在應用Delphi開發三維重構軟件的研究上取得了很好的成果。國內企業也研發了一些三維醫學影像處理系統。如西安盈谷科技有限公司“AccuRad TM pro 3D高級圖像處理軟件”于2005年4月投入市場。它能對二維醫學圖像進行快速的三維重建，并能對臨床影像的數據進行科學有效的可視化和智能化挖掘和處理，為臨床提供更多有價值的信息。但目前國外優秀軟件如Mimics、3D Doctor、VGStudio MaX等的價格非常昂貴，且其技術嚴格保密。國內的產品大多沒有自主知識產權和成熟的商業應用模式。
3 3D打印技術在生物醫學工程中的應用
3D打印技術在生物醫學工程中應用廣泛，其應用領域大致包括：體外器官模型、仿生模型制造；手術導板、假肢設計；個性化植入體制造；組織工程支架制造；生物活體器件構建以及器官打印；藥物篩選生物模型等。如圖1所示為3D打印在生物醫學工程中的各種應用情況[5-7]。
3.1 體外器官模型、仿生模型制造。該類應用主要用于醫療診斷和外科手術策劃，它能有效地提高診斷和手術水平，縮短時間、節省費用。便于醫生、患者之間的溝通，為診斷和治療提供了直觀、能觸摸的信息，從而使手術者之間、醫生和病人之間的交流更加方便。
3.2 手術導板、假肢設計。該類應用便于訂制精確的個性化假體，實現個性化醫療需求。根據患者缺損組織數據量身訂制的假肢，可提高假肢設計的精確性，提高手術精確度，確保患者的功能恢復，減少患者的痛苦。
3.3 個性化植入體制造。人體許多部位的受損組織，需要個性化定制。如人類面部頜骨（包括上下頜骨） 形態復雜， 極富個性特征， 形成了個體間千差萬別的面貌特點。人類的頭顱骨，需要準確與顱內大腦等軟組織精確匹配扣合，人體的下肢骨、脊柱骨等會嚴重影響患者今后的步態及功能恢復。因此這類修復體可通過3D打印技術實現個性化訂制和精確 “克隆”受損組織部位和形狀。
3.4 組織工程支架制造。如通過3D打印技術設計和制備具有與天然骨類似的材料組分和三維貫通微孔結構，使之高度仿生天然骨組織結構和形態學特征，賦予組織工程支架高度的生物活性和骨修復能力。
3.5 生物活體器件構建以及器官打印。此方面的應用大多涉及活體細胞的生物3D打印技術。細胞三維結構體的3D構建可以通過活細胞及其外基質材料的打印構建活體生物器件。如英國赫瑞瓦特大學和一家干細胞技術公司合作，首次將3D打印拓展到人類胚胎干細胞范圍。這一突破使得利用人類胚胎干細胞來“打造”移植用人體組織和器官成為可能。美國康奈爾大學研究人員最近在其發表的研究論文中稱，他們利用牛耳細胞在3D打印機中打印出人造耳朵，可以用于先天畸形兒童的器官移植。
3.6 藥物篩選生物模型。藥物篩選指的是采用適當的方法，對可能作為藥物使用的物質（采樣）進行生物活性、藥理作用及藥用價值的評估過程。作為篩選，需要對不同化合物的生理活性做大規模橫向比較，因此有研究人員指出通過3D打印技術，精確設計仿生組織藥物病理作用模型，可以使人們開在短時間內大規模高通量篩選新型高效藥物。最近，四川大學聯合加州大學圣地亞哥分校等科研機構，通過3D打印技術設計了一款肝組織仿生結構藥物解毒模型（如圖1-c），該研究成果發表在最近一期的Nature Communications上，受到3D打印研究領域的廣泛關注。
3D打印在生物醫學工程中應用：（a）3D打印磷酸鈣骨組織工程支架； （b）3D打印細胞、活體器官構件；（c）3D打印肝組織仿生結構藥物解毒模型。
4 結束語
三維打印技術正處在蓬勃興起的階段，3D打印技術在生物醫學工程中得到了廣泛的應用，其應用以及發展現狀表明：3D打印在體外器官模型、組織工程與再生醫學、個性化醫療以及新藥研發等方面展現出廣闊的應用前景。抓住生物材料及植入器械的三維打印技術新一輪發展浪潮，發展我國生物三維打印技術，對發展我國生物材料醫療器械產業步入國際先進水平具有十分重要的意義。
參考文獻
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篇5
0 前言
聚乙烯醇（PVA）是由醋酸乙烯酯經過醇解，水解或氨解而得到的水溶性高聚物。PVA水凝膠是線性高分子通過交聯形成三維網狀結構，再經過大量溶劑溶脹形成的一種膠態物質。PVA水凝膠由于具有低毒性，吸水量高，機械性能優良（高彈性模量和高機械強度）以及生物相容性[1]好等優點，在生物醫藥，食品工業，漁林業等方面備受矚目。本文簡述了PVA水凝膠的制備方法、改性研究及應用，同時詳細介紹了PVA水凝膠“反復冷凍解凍法”的機制、特點，與生物大分子明膠的共混改性及在生物醫藥方面的應用[2-7]。
1 PVA水凝膠的制備
PVA水凝膠的合成根據交聯機制可以分為物理交聯法，化學交聯法和輻射交聯法三種。物理交聯目前報導中使用最多的是“反復冷凍解凍法”[8-9]和“凍結部分脫水法”[10-11]通過物理交聯得到的水凝膠物理機械性能有很大的改善，交聯過程可逆，但是透光性不好。可通過改變溶劑類型或使用混合溶劑等方法來改善。日本Hyon[12]等人用水和DMSO有機溶劑，通過冷凍處理得到透光率高的PVA水凝膠。化學交聯主要采用化學交聯劑，通過共價鍵或配位鍵的作用使PVA分子鏈之間形成凝膠。通過化學交聯制得的水凝膠，保水性和某些力學強度有一定提高，但是透明性不好且含水量不高。輻射交聯主要是利用γ射線、電子束、X光及紫外線等直接輻射PVA水溶液，或輻射用物理交聯法制成的PVA水凝膠。經輻射制得的水凝膠因不需要添加任何添加劑，所以PVA純度高，光學透明性好，但力學強度不高，抗蠕變性差，同時強烈的反應條件常常造成某些優異性能的損失。將輻射交聯制得的PVA水凝膠經一定的物理處理過程可以使凝膠部分結晶化，從而提高了機械強度[13]。
2 “反復冷凍解凍法”PVA水凝膠成膠機制及性能特點
2.1 “反復冷凍解凍法”PVA水凝膠成膠機制
此法是將一定濃度的PVA水溶液澆鑄于模具中，在-10℃～-40℃的條件下冷凍成型。時間為一天左右。然后將試樣在室溫下放置1～2小時融化，上述冷凍，解凍過程反復數次（一般為三到五次），可以得到彈性好，具有一定的機械強度、不透明的水凝膠。
此法的成膠機制目前比較成熟的有以下兩點[14]：1）凝膠化是網絡形成的結果且在凝膠化初始階段形成高分子聚集區和非聚集區。2）凝膠在水溶液中形成首先是高分子氫鍵的作用。
這種物理交聯所制備的水凝膠是分子鏈間通過氫鍵和微晶區等物理交聯點形成的三維網絡結構。當PVA溶液冷凍處理時，分子鏈運動減弱，鏈之間的接觸時間變長，鏈之間的距離縮短，有利于分子鏈上的羥基間形成氫鍵締合，同時PVA在低溫下結晶作用，促使了物理網絡交聯點的形成，使形成了完善程度不一的結晶結構。柳明珠等認為當在室溫下解凍時，由于交聯點仍然穩定，所以該凝膠不會溶解。當反復冷凍處理后，少量可以活動的鏈段及未交聯的分子鏈進一步交聯，使得結晶結構不斷完善，進而形成不溶于水的凝膠。Willcox研究表明：鏈段中微晶的形成，多數由第一次的冷凍解凍中決定。編排鏈段成3～8納米的間距，被分隔與平均距離為30納米的不規則的網格中。
2.2 “反復冷凍解凍法”PVA水凝膠成型條件及特點
“反復冷凍解凍”法制備的水凝膠具有高強度高彈性，含水率也較高。凝膠的成型條件取決于PVA的分子量，濃度，冷凍條件、解凍條件及循環次數。潘育松等人研究表明：此方法制備的PVA水凝膠的拉伸強度和拉伸模量隨凝膠的濃度和冷凍解凍次數的增加而增大。最高拉伸強度可達2.27MPa。但當濃度大于20%時，溶液粘度較大，分子量較大時影響微晶的形成顯著。所以常用濃度在7%～15%之間。冷凍溫度不僅影響冷凍動力學而且影響界面間相平衡。冷凍溫度一般在低于-10℃下進行。我們實驗發現，15%的PVA溶液在-20℃下具有好的物理及力學性能，所以-20℃是常用的冷凍溫度。此方法制備的PVA水凝膠不使用有毒性的有機交聯劑，保持了良好的生物相容性，屬于可逆性水凝膠，隨著環境參數的變化，可以使物理交聯點改變，還可以被溶解。因為方法簡單，所制水凝膠與化學交聯無明顯差別，因此近年來備受親睞，在許多領域，極具開發潛力。
3 PVA水凝膠的改性方法及與明膠復合的研究
3.1 PVA水凝膠常用的改性方法
PVA水凝膠常用的改性方法有：1）化學改性法：通過接枝等化學方法，改變PVA分子鏈的化學結構，或把水凝膠接枝到具有一定強度的載體上。如將利用苯酐或琥珀酸酐與PVA酯化，可得到側鏈含有羧基的PVA。這種PVA還可以與雙官能團的化合物如芳香族二環氧甘油醚反應，得到交聯的PVA。這種立體網絡結構使PVA薄膜的化學穩定性和選擇性提高[19]。2）物理共混法：利用高分子鏈間分子間作用力形成分子聚集體，從而制備出性能優良的復合體系。但復合的材料要有良好的互溶性。例如董彥博[20]等以丙三醇為增塑劑，加入一定量的淀粉，對PVA膜進行了改性，研究表明，加入淀粉后薄膜的水溶性得到很大改善。3）與無機填料或有機小分子復合：其中無機填料包括生物活性陶瓷顆粒，如磷酸三鈣，生物活性玻璃等。不僅保持了生物活性，同時提高了力學性能。有機小分子經常用復合劑，來降低PVA水凝膠的摩擦系數，改善摩擦性能。4）與生物活性分子的復合：一般通過生物活性分子的水溶液或懸浮液同PVA溶液共混，制得成型凝膠或用生物活性分子的溶液淋洗水凝膠，讓生物活性分子擴散進去。常用的生物活性分子有膠原質，透明質酸鹽、纖維素、殼聚糖，海藻酸鹽等。
篇6
一、 引言
依據高等教育內外部環境的諸種變化，以及國家自主創新對于創新性人才培養的要求，在“卓越工程師”培養的教育理念指導下，通過對學生知識、能力與創新要素的綜合分析研究，本文提出構建一種以學生為中心，以滿足創新型人才培養的個性化需要，利于學生自主學習為目標的多模式開放型實驗教學體系。該種實驗教學體系對創新型人才培養的推動作用主要體現為實驗教學的多模式化組織以及綜合性開放式實驗考核評估2個方面。
生物醫學工程及相關儀器專業的學生在實驗技術上應培養具備生物醫學信息采集、傳輸、處理、分析新型生物醫療電子、信息與儀器等硬件知識、并具備較強的醫學應用軟件設計、開發的能力，能夠將信息技術與醫療管理、醫療服務有機結合的高級醫學信息技術人才。因此在課程內容安排上做到面和點的結合，既要保證知識面廣，同時要重點突出。但現狀是生物實驗與儀器等軟硬件平臺的掛鉤程度不夠。目前生物學實驗一方面主要涉及以細胞等微觀生物信息為主的實驗數據，主要以細胞生物學、遺傳學、解剖學為代表；另一方面涉及以人體生理信息為主的宏觀生理信號為主的實驗數據，主要以醫學儀器相關實驗為代表，均以單一化實驗結果作為實驗考核依據，限制了學生主動性和創造性的發揮。所以生物學實驗需要結合自身的教學經驗，對教學中存在的問題進行逐步改進。通過調整實驗內容、改革教學方法、完善考評體系等措施，對于生物實驗分析不能以短期實驗唯一結果論的定性認識為主，而應該強調以“長時程跟蹤的過程啟發式”為主的定量累積式分析，即在側重得到實驗結果的同時，鼓勵學生自主采用各種軟硬件儀器平臺知識，靈活選擇信號特征提取方法，加強對信號分析的能力和對結果的理性認識，發揮實驗課的實踐性優勢，得到多樣化的處理結果，最大程度地增強學生的自主性與參與性。
在以過程化為主的“一問多答”教學模式中，采用啟發式的教學方法。教師根據教學內容向學生提出問題，引起學生主動思考，從而變結果灌輸式的被動學習為過程啟發式的主動學習，加深學生對概念、理論的理解，發現問題，敢于提出問題，渴求解決問題。而課后的各種實驗數據處理結果可以直觀地了解教師教學內容安排是否合理，教學效果是否明顯，為教學改革提供依據，從而為創新性高素質人才的培養作出應有的貢獻[1]。
二、現有模式的現狀及改革途徑
（一）. 微觀生物實驗內容由于教學條件等因素的限制，多局限于顯微鏡使用、或細胞膜通透性等驗證性實驗，對于推動微觀細胞生物學快速發展的新技術新方法，缺少教學資料與手段；同時，人體生理信息等宏觀醫療儀器生物實驗的測試側重于對醫療儀器面板的操作和各種簡單生理信息的直接獲取。
（二）. 實驗教學模式單調，難以激發學生的積極性和主動性。現行的實驗教學基本都先由學生預習實驗指導書，實驗儀器設備及試劑都由實驗教師提前準備好，學生只要按照實驗步驟按部就班地做，最后寫出實驗報告。這種實驗教學模式難以很好地啟發學生創造性思維，不利于培養學生提出問題、分析問題和解決問題的能力。學生容易無精打采，注意力分散，反應遲滯，多數學生被動應付教師的要求，甚至投機取巧，如采用“配色”等方式快速完成生化實驗；有的課堂學生隨心所欲，各行其是，故意搗亂，師生處于一種對抗狀況。在這樣的課堂環境里，教學任務難以完成，傳授知識、培養素質的目標難以實現[2]。
（三）. 實驗教學缺乏綜合性、設計性，不利于學生綜合素質的培養。由于課時安排固定、實驗條件的限制，現行開設的實驗項目多為驗證性實驗，實驗過程及可能出現的問題基本固定，結果也基本已知，只要按照步驟去做，基本都能達到較好效果。這種模式限制了學生思維，難以達到學生綜合素質的培養[3]。
（四）. 實驗課成績評定方式需要進一步完善。實驗課程由于其性質的特殊性，往往難以確定完善的考核指標和體系，從而導致學生實驗報告書寫的工整和完整程度決定了最終成績，使得最終實驗課成績評定存在一定的隨意性，從某種程度上影響了學生學習的動力[4]。
在此評估基礎上，應實現的改革途徑主要包含以下兩個方面：
第一，生物學實驗教學鼓勵學生自主采用各種軟硬件儀器平臺，靈活選擇信號特征提取方法，加強對信號分析的能力和對結果的理性認識，發揮實驗課的實踐性優勢，得到多樣化的處理結果，最大程度地增強學生的自主性與參與性，培養學生理論聯系實際、獨立思考、團隊合作、自主創新的科學精神；
第二，通過施行開放式多結果的過程化實驗教學模式，注重實驗知識的延伸，創造和諧課堂、完善考核制度等改革措施，發揮實驗課的實踐性優勢，努力營造和諧課堂，最大程度地增強學生的自主性與參與性，培養社會需要的創新型、應用型、復合型、外向型人才。
三、實驗內容改革的模塊化設置
（一）修改完善教學大綱，科學合理設置實驗內容。
本專業實驗本著充分利用現有資源和儀器設備的原則，綜合考慮知識的難點和重點調整實驗教學內容，以“綜合課程設計”的2-3個相互銜接的短學期形式，對原有實驗內容進行篩選和整合，依照學生的實驗技能發展過程依次開設基本操作實驗、驗證性實驗、綜合性和創新設計性實驗。以微觀生物實驗為例，基本操作實驗包括顯微鏡的使用、顯微測量、細胞形態觀察等內容；設計驗證性實驗包括活體染色、細胞化學、核酸存在部位及檢測方法、細胞膜的滲透壓及細胞吞噬作用等內容；設計綜合性實驗需要在完成基本操作實驗和驗證性實驗的基礎上，指導學生查閱實驗資料及設計實驗方法，合理利用實驗室資源，充分利用實驗材料來完成實驗，如動物細胞的原代及傳代培養可作為設計綜合性實驗內容。相關生物實驗進行后，應著重加強特定生物信號與相應軟件處理的結合工作。可簡單概況為將專業軟件類課程打通，開設一門面向專業的軟件設計課程，如“生物醫學工程軟件設計”，或“電子信息技術及儀器軟件設計”課程，處理對象可定位為前期獲得的實驗數據。而以宏觀的動物生理數據為例，離體培養的小雞或蛙心肌細胞信號可通過相關動物實驗獲得，通過將測試的信號存儲成dap數據格式，輸入labVIEW軟件進行鎖相處理編程及特定濾波處理，實現對所弱信號的分析和相應數字信號處理工具的掌握，達到將感性數據上升到理性知識的目的。
（二）改革教學方法，變結果灌輸式為過程啟發引導式。
實驗過程中，既要發掘實驗背后的理論支持，又要培養技術意識，重視實驗技術和方法。同時，鼓勵師生交流，提倡師生間的問答，活躍課堂氣氛。教學過程中，教師在講清實驗目的和原理的前提下，鼓勵學生根據所學知識，自主設計實驗過程并完成實驗，實驗報告可考慮通過建立在各種實驗數據分析基礎上的論文形式完成。
（三）完善考評體系，激發學生對科學的求知欲和對本課程的興趣。
實驗考評體系應以過程累積式考核為主，擯棄傳統結果式考評。以細胞生物學實驗為例，其考核應以考查學生運用理論重視、運用實驗技術的能力為主要內容，可安排綜合性實驗要求學生利用所學的理論知識和實驗技術進行綜合分析、實際操作、做出實驗結果。對于實驗技術，以學生的直接操作作為考核方式，對于實驗理論的考核，通過閉卷方式完成，也可以通過學生對實驗數據的各信息化平臺分析來進行多結果式考核。另外，對于能夠自主設計完成實驗，積極申報完成開放性實驗的學生給予較大系數的鼓勵性加分。實驗具體路線圖如下。
四、實驗操作的關鍵性問題
（一）如何處理實驗室的開放問題。
在改革過程中，實驗設備資源的開放和教學方式的開放是該長期化銜接實驗的重要保障。其主要實現途徑為，結合生物學和儀器教學平臺，實施“具體生物弱信號案例教學法”，采用學期末“首尾相連”的兩個短學期和整個學期的“三明治”夾心時間實施整個實驗課程，并由相關實驗課的青年教師負責各實驗室的公共開放時間和相互協調。這樣能有效調動學生的主觀能動性，加強課程內容的實踐性，在知識的傳授過程中滲透工程技術的內容，使學生掌握工程設計、工程實踐的一般規律和基本方法，避免工科教學理科化、脫離實際的傾向。如圖2所示針對在體心電信號的測試及信號處理方法，可安排在微觀動物心肌細胞的培養及生物學方法觀察的細胞生物學實驗的短學期時間，同時合并進行在體式心肌細胞搏動的信號及噪聲分析，加強定性實驗及理性的定量分析實驗的融合，提高相關理論知識與動手能力的結合（圖2）。
（二）如何充分利用實驗室資源，引導學生設計綜合性實驗
第一，以生理儀器平臺為主的硬件實踐動手能力。
當完成基礎性生理實驗及相關軟硬件知識的授課后，以宏觀人體生理信息為主的醫學儀器實驗，應該以設計開發性實驗為主，鼓勵學生自己設計開發醫學儀器。同樣以心電信號為例，如心電監測儀實驗中，可要求根據在體式及離體式心電信號的特點（圖3（a）（b）），結合理論知識，設計電信號檢測原理圖，用布線軟件軟件畫出其原理圖，并制作電路板、布線和焊接電路，在單片機應用開發環境中編寫程序并調試。最后制作簡單心電監測儀，通過相關的虛擬儀器平臺，在示波器上顯示被測者心電圖。同時配合相關傳感器知識，還可制作體溫計、氣體檢測儀等醫學儀器。在此基礎上，還可設置網絡數據平臺，進行遠程控制。
第二，以微弱生物信號實驗數據分析為主的軟硬件結合能力。
信息技術的發展對生物醫學信號的檢測、處理以及數字信號處理幾個方面發揮著重要的作用。生物信號一般可以分成電信號和非電信號，如心電、肌電、腦電等屬于電信號；其它如體溫、血壓、呼吸、血流量、脈博、心音等屬于非電信號。如從處理的維數來看，可以分成一維信號和二維信號，如體溫、血壓、呼吸、血流量、脈博、心音等屬于一維信號；而腦電圖、心電圖、肌電圖、x光片、超聲圖片、CT圖片、核磁等則屬于二維信號。醫學儀器實驗采集到大量的以上一些宏觀的人體生理信號數據，應利用學生的相關生物醫學信號處理的知識，根據生物醫學信號的特點，對所采集到的生物醫學信號進行分析、解釋、分類、顯示、存貯和傳輸，其研究目的一是對生物體系結構與功能研究，二是協助對疾病進行診斷和治療。
本學院的相關教研室教師結合labview、DSP等編程工具的實驗教學案例，對于“虛擬儀器技術”及“數字信號處理”的綜合做了以下研究及整合。“虛擬儀器技術”及“數字信號處理”是一門應用性較強的技術課程。隨著信息化的發展，信息技術不斷地滲透到科學研究等各個領域中，發揮著越來越大的作用。科學實驗、測試信號的處理、工業生產中自動化生產線的測控等都以信號處理為基礎。我校“數字信號處理”實驗，以數字信號分析為基礎，以數字濾波為手段，以數字信號處理為目的，突出譜分析和濾波的應用，加大與信號與系統、自動控制原理，以及后繼的通信原理、計算機圖像處理等課程之間的銜接，使其與其他課程實驗融合為一個有機的整體。
以虛擬儀器中的相關控件調用為例，解決數字信號處理課程中的基本知識點“快速傅里葉變換（FFT） 數字濾波器”的實驗設置，對本文提出的“多模式過程啟發型實驗教學體系”進行具體闡述。
該知識點通常的實驗要求和目的為：①加強對labVIEW相關控件工具的使用及虛擬儀器技術編程能力的提高，加深對FFT基本原理和性質的理解；②學習利用FFT對連續或離散時間信號進行譜分析，了解可能出現問題及其原因，以便在實際應用中能夠正確使用FFT。
按照基本的實驗要求和目的，和多模式開放性原則，對該知識點的實驗設置如下：
第一，驗證性實驗內容。主要通過調用labVIEW“信號分析模塊”總的FFT函數，分析序列和其頻譜的特點，設計產生相應的虛擬生理信號及噪聲源，利用數字信號處理中各濾波器的特點去除噪聲，分析去噪后結果，并利用相關原理解釋其中的現象。實驗目的是通過形象和具體的內容，加深對理論知識的理解。該層面的實驗以直觀、具體和形象化為主要特點，避免復雜化。學生不會因為陷入繁雜的具體過程，而影響對理論知識的理解和掌握
第二，綜合、設計型實驗內容。數字信號處理與所采集到的實驗數據具有密切相關的聯系。生物醫學信號中的特點是微弱、噪聲大，所以濾波和靈敏度是生物醫學信號采集的關鍵。另外生物醫學信號的隨機性強，是隨機的且非平穩的。正是因為生物醫學信號的這些特點，以傅里葉理論為基礎的小波變換方法成為生物醫學信號分析的有力工具。利用小波變換能將原始心電信號分解為不同頻率的信號，然后對信號進行重建，此方法能很好地消除心電信號中的基線漂移，抑制工頻和肌電干擾，同時能獲得QT間期的精確值，是本專業學生的重要編程思想。
所以，在實際的推進環節中，涉及一個短期的課程推導實踐以及長期的過程啟發式環節。其中短期內容包括將短學期等實踐類課程，如“醫學軟件編程實習”和本門課程合并，其課時作為本門課程的實踐環節；長期內容則包括：①將畢業設計環節和課程合并，增加實踐課時；②將所有的硬件測試類課程和相關軟件分析生理信號內容合并。如“C程序設計”，“數據庫基礎”，“面向對象程序設計”等。此時授課教師不再為單個教師，而是整個課程群的全體教師；③學生畢業嚴格按照“寬進嚴出”的理念操作。總結后的某“過程啟發式”實驗具體操作實例如下：
創設情境，提出問題。可安排在微觀動物培養及生物學方法觀察后，同時協調進行在體式動物信號及噪聲分析，加強感性的定性實驗及理性的定量分析實驗的融合，提高相關理論知識與動手能力的結合：如細胞離體培養后的各種生物信號指標及各種混入的噪聲和分類，在此基礎上結合該案例講解相關濾波器的工作原理和基本設計方法，然后將生理信號提取的設計任務作為設計性作業布置給學生。
分組研討，設計方案。在布置設計任務后，教師組織學生分組研討。根據學生自主學習能力的強弱和自身特點合理分組，方便學生間相互協作，共同提高。學生利用電子資料庫檢索，查閱相關資料，獲取豐富的信息資源，通過對各種信息資源的分析研究，提出自己的解決方案。
成果展示，分析歸納。在各小組取得了初步的設計成果后，教師以課堂教學形式組織各小組的成果展示與評價。在課堂上通過虛擬實驗室系統和數字投影儀，展示各種解決方案所取得的生理信號濾波效果，分析它們的優缺點，引導學生分析歸納出解決此類問題的思路與方法，并共同探討最佳設計方案。
五、結語
“加強實驗教學和實驗環節，抓好綜合性和創新性實驗，大力培養學生實踐能力”是我國高校推進自主創新，落實“高等學校教學質量與教學改革工程”，培養創新人才所需采取的重要措施[4]。本文總的改革目標是“遵循以學生為本，注重以互動式教學為核心的教學觀念，構建有利于增強求知欲和創造力的課程教學模式”。本文提出的多模式開放性實驗教學體系擯棄短期實驗唯一結果論的定性實驗，強調以“長時程跟蹤的過程啟發式”為主的定量累積式綜合分析實驗，在整個學年中分階段構建以實驗教與學為中心的綜合型數字化實驗教學環境；鼓勵學生自主采用各種軟硬件儀器平臺，靈活選擇信號分析方法，加強對信號分析的能力和對結果的理性認識，發揮實驗課的實踐性優勢。通過施行開放式多結果的過程化實驗教學模式，注重實驗知識的延伸，完善考核制度等改革措施，最大程度地增強學生的自主性與參與性，積極響應國家“卓越工程師教育培養計劃”，培養出具有專業領域特色，能夠基本獨立完成初級軟硬件規模設計和開發工作的創新型、應用型、復合型、外向型的“卓越工程師”型儲備人才。
[參考文獻]
[1]張曉東.人才培養與產學研結合實踐中的問題及對策[J].沈陽航空工業學院學報，2009，26：41-44.
篇7
黑龍江八一農墾大學生物技術專業是在農業微生物實驗室的基礎上建立的，曾三次被評為黑龍江省普通高校重點建設專業。該專業經過多年發展，培養了大量社會所需的生物技術人才，與社會聯系廣泛，社會聲譽逐步提升，專業建設能密切聯系本地經濟社會發展，在與相關產業和領域的合作方面有良好的機制與途徑，畢業生廣泛受到用人單位的歡迎，歷年初次就業率就達到85%以上。
經過多年的建設，生物技術專業的培養體系已較為成熟，但生物技術的迅猛發展，新知識、新技術的不斷涌現，對生物技術人才培養的質量提出了更高的要求。因而，生物技術專業人才培養目標、思路及方案的制訂要充分考慮學校的優勢、就業需求和未來發展的需要，要站在學科前沿，緊盯生物技術專業的發展趨勢，適度超前，培養在幾年乃至若干年之后，仍為社會所需要的人才。[1]本文依托黑龍江省寒區農業廢棄物資源化綜合利用工程技術研發中心這一平臺，對生物技術專業的實踐教學模式進行初步探索、研究。
一、生物技術專業實踐教學存在的問題
我校生物技術專業的學生實踐能力的提高主要通過以下幾個層次進行：首先是基礎課實踐能力培養，主要是通過生物基礎、生物化學、分子生物學、細胞生物學、微生物學、免疫學和遺傳學課程的實驗與生物基礎課的野外實習得到初步的鍛煉；其次是在學習基因工程、發酵工程及設備、細胞工程、生物工程下游技術等專業課程中的實驗及實習得到進一步的訓練，主要涉及一些專業基本技術的培養；最后就是本科畢業論文的設計、研究及畢業實習。但在實踐能力培養過程逐漸發現存在諸多問題。
（一）實驗課內容陳舊重復
實驗教學是培養學生實踐能力的重要環節。生物技術是21世紀發展最快的學科，生物技術的研究內容、方法及設備日新月異。為了適應生物技術的發展，實驗教學要不斷地革新。而我校由于師資力量條件的限制，儀器設備年更新率不足5%，致使有些課程的實驗內容無法更新。比如，發酵工程及設備的實驗有3個：豆醬的生產、酸奶的發酵和固定化酵母細胞及酒精的生產，實驗內容仍舊停留在20年前的水平。而發酵工程及設備、酶工程兩門課程均有固定化細胞的實驗內容，基因工程、分子生物學也存在實驗內容重復的問題。實驗課內容的陳舊及重復，使培養的學生不能適應社會的發展，競爭力不強。
（二）課程實習實施效果良莠不齊
生物技術專業的課程實習主要涉及三門課，一是生物學基礎，在帽兒山進行為期1周的標本采集及鑒定實習，該課程的實習由學生直接參與，加之有豐富經驗的老教師帶隊，歷年實施效果較好，得到學生歡迎。另兩門是發酵工程及設備、生物工程下游技術專業課，也均有1周的課程實習，但該兩門課程的實習均是采用參觀實習的形式，由于該部分的實習均是參觀發酵車間，噪音大，學生聽不清楚，學生在實習過程中走馬觀花，預計的實習時間很難達到，存在著實習實際學時達不到理論學時及實習效果差的問題。另外，發酵車間均大同小異，選擇參觀好幾個發酵工廠，學習效果差異不大，學生通過實習學到的知識量少。
（三）畢業論文研究不能有效提高學生的動手和創新能力
學生是在指導教師的指導下進行畢業論文的設計、實施和撰寫，畢業論文的完成可以培養學生的創新能力和實踐能力。但目前存在著老師指導學生數量過多的現象，有的老師會指導10名左右本科生；同時需要老師填寫及督促、檢查學生完成的表格有選題執行情況統計表、指導教師情況統計表、教師工作總結、畢業論文執行情況檢查表、中期檢查表、工作進度表、教師指導記錄表、工作日志、學生工作總結和優秀論文推薦表等，這些均加重了老師的工作量，使老師平均指導每個學生的精力減少，不可避免地造成學生畢業論文完成質量不高的問題。
（四）畢業實習實施困難
教學計劃中安排學生在第八學期的1至15周進行畢業實習，是將四年所學的理論和實踐相結合的重要階段，可促進學生基本理論、基本知識、基本技能的融會貫通，提高學生運用知識解決問題的能力。而目前就業的嚴峻形勢、學校對就業率的要求使學生不能安心去實習，因為利用實習階段去找工作的學生較多，而學院為了完成就業的任務，也放松了對畢業實習的管理。另外，長期的教學實踐表明，由于學生的動手能力差，學生進入實習單位后不能很快適應角色，用人單位也不愿意接收實踐能力不強的學生。
二、工程中心建設的實踐條件
寒區農業廢棄物資源化綜合利用工程技術研發中心依托單位為黑龍江八一農墾大學，共建單位為哈爾濱世宏環保工程有限公司。中心目前擁有包括35L-500L-1000L發酵系統、厭氧操作臺、大型高速離心機、凝膠成像系統、高分辨率顯微鏡、蛋白質純化系統、高效液相色譜等儀器設備100多臺套，價值500多萬元。中心學術帶頭人王偉東教授目前為國家“十一五”科技支撐計劃項目首席專家、黑龍江省“十一五”重大科技攻關項目首席專家、黑龍江省普通高校新世紀優秀人才、黑龍江省杰出青年基金獲得者。研究團隊多年來在木質纖維素的微生物分解與轉化、畜禽糞便和秸稈資源化處理生產生物有機肥、沼氣發酵技術與工程和秸稈微生物發酵生產飼料技術等方面取得了眾多的研究成果。
共建企業哈爾濱世宏環保工程有限公司是一家環保工程設計及施工、農林廢棄物及污水處理的生物技術與生物質能源工程公司。公司涉及農業廢棄物處理、環境污染（水、氣、固體廢棄物）防治厭氧處理工程、大型沼氣發電工程、發酵料液制肥工程、環保設備集成、環保產品、環境工程等諸多方面。公司自成立以來，完成了雞西市梨樹區堿廠村、阿城濱圣養殖基地、通河龍口等多處大型沼氣工程。公司通過多起大型沼氣工程的建設，具備了豐富的建設經驗，能夠承擔大型沼氣工程的建設與機械設備的開發、安裝、調試等工作。公司不僅致力于沼氣工程的建設工作，還致力于先進技術的開發與利用，開展畜禽糞便堆肥化、生物質能源工藝技術及相關工程設備研發、技術熟化、成果轉化、技術服務等。
三、依托工程中心的實踐教學改革措施
（一）優化實驗課設置，整合實驗內容
針對實驗教學過程中存在的問題，參考國內高校生物技術專業課程實驗的設置進行實驗項目的整合，把重復的內容進行了歸類，開設新的實驗項目。每門課程的實驗內容、方法及目的均由授課教師進行開會論證，參與者為生物技術專業所有的授課教師及學院主管領導，特別邀請共建企業技術人員進行指導，對實驗課的開設實行嚴格的論證，并對有些課程的實驗進行了整合，形成一門課程：生物技術綜合大實驗課程，總學時為40學時，在第六學期開課；教學內容主要是融會貫通生物與分子生物學、微生物學、發酵培養的實驗技能，綜合考慮學校的教學條件及今后進入企業進行實習的要求開展實驗；教學方式采用學生自行查閱資料、設計方案，由指導老師對實驗方案修正后實施。
（二）調整專業課程實習為生產實習
鑒于專業課程實習與畢業實習存在的諸多問題，對生物技術的教學計劃進行修訂，保留了生物基礎課程實習，取消了專業課程實習，在第五學期的開學之初增加4周的生產實習，主要是進入發酵企業進行頂崗實習。為了讓學生能在實習單位盡快適應生產單位的條件，充分利用工程中心擁有的發酵設備條件，在工程中心進行1周的操作訓練后分散進入實習單位，如大慶志飛生物化工有限公司、肇東日成酶制劑廠、大慶華理能源生物技術有限公司等10多個企業，采用學校教師與企業技術人員共同指導負責制對學生的實習進行指導和管理。
（三）建設“多師結構”的實踐教師教學團隊
在培養理論與實踐兼備教師方面，我院進行了有益的探索。[5]為了進一步提高教師和學生的實踐能力，本科畢業論文的指導教師打破完全由教師承擔的制度，采用企業技術人員和教師共同指導方式。一方面減輕老師的工作量，另一方面研究的課題在一定程度上也解決了企業的一些問題，同時學生的綜合能力也得到了提高。
（四）鼓勵學生依據工程中心的條件申請創新訓練項目
為推進創新創業人才培養模式改革，強化學生創新創業能力訓練，進一步提升大學生的創新能力和創業能力，培養適應創新型國家發展戰略需要的高水平創新人才，我省及學校從2012年起設立創新訓練項目、創業訓練項目和創業實踐項目。獲批省級項目，學校支持8000元/項；獲批校級項目，學校支持5000元/項。鼓勵學生利用工程中心的條件進行創新訓練項目申請，申請成功后，工程中心將依據項目的內容提供實驗條件。
四、人才培養效果
實驗課程整合后，改變了以往以小的實驗為主，實驗內容簡單，僅僅為理論中某一知識點驗證的弊端，將有相關的知識內容有機地結合在一起，對學生系統掌握理論知識起到了很好的詮釋作用。生產實習的安排在解決了專業課程實習僅是參觀而得不到實際鍛煉的問題的同時，還為更好地開展畢業實習奠定了基礎，在此過程中工程中心起到了良好的銜接作用。“多師結構”的實踐教師教學團隊使學生的畢業論文質量得到了進一步提高，解決實際問題的選題內容比例增加。2009級畢業生選題中，針對實際問題的選題占32.4%，雖然比例還不是很高，但比2008級畢業生增加了近10%。2009級畢生中有15人參加到創新研究項目中，有5人次獲得優秀畢業論文，投稿論文3篇。
五、結語
生物技術專業結合校企共建工程中心進行了一些可提高學生實踐能力的教學改革，充分調用工程中心的各種資源，讓生物技術專業學生在工程中心中可以體驗不同的角色，獲得不同的經歷，接受多種熏陶，打造學術型和應用型人才培養并舉的育人平臺，將學生、指導教師團隊、工程中心、企業現場融入生物技術人才培養體系當中，構建“四位一體”的實踐教學模式。研究雖然取得了一定的效果，但阻礙實踐教學能力提高的因素還有很多，諸如限制實驗項目更新的儀器設備、畢業論文中流于形式的一些表格填寫、畢業實習與就業矛盾的解決等問題，還需要主管部門的認真思考，提出合理的解決方案。
[ 參 考 文 獻 ]
[1] 王彥杰，韓毅強，晏磊，等.生物技術專業“落地人才”培養模式的探索與實踐[J].安徽農學通報，2012（5）：150-151.
[2] 王洪振，于長春，郝錫聯，等.生物技術專業本科實踐教學的改革成實踐[J].吉林師范大學學報（自然科學版），2010（1）：113-115.
篇8
生物醫學工程學是理、工學科和生物醫學相結合而發展起來的交叉邊緣學科，涉及的領域十分廣泛，與其他諸如材料、信息、電子技術、計算機科學關系密切，并在不斷發展之中.根據學科具體內容可以分為:因為生物醫學工程學科具有其他學科所沒有的特點，我國僅設一級學科不設二級學科.
1.信息技術型生物醫學工程(InformationTeehno一osyBiomediealEngsneering:IT一明E.)其知識體系的組成特點是以電子技術、計算機技術、信.息處理技術的知識為主線，以生物醫學方面相應的領域為交叉、結合對象，對其中的問題進行研究.
2.材料技術型生物醫學x程伽aterialTeehnologyBiomedicalEngineering:盯一翎E)其知識體系包含材料科學、生物技術、力學、化學、生物化學、信息和計算機技術、醫學和生命科學的墓本知識，主要研究對象是生物材料和人工器官，包含新近發展起來的組織工程.
3.生物技術型生物醫學工程(BiologiealTeehnologyBiomedicalEngineering，BT一BME)在生物醫學工程發展的同時，由于分子生物學的發展產生了生物技術，使得生物醫學工程與生物技術交叉結合.美國實驗生理學學會聯合會(F^SEB)對未來醫學發展的分析是“分子醫學將在2020年成為人類健康的基礎.分子醫學的實踐將包括新的預防方法、新的診斷方法和新的治療方法，新的治療方法將直接針對造成疾病的分子、細胞或生理缺陷.這些新醫學方法的墓礎將是精確的和無創的成像及診斷技術，……”，這充分說明了在新的時期，生物醫學工程必然和分子水平的診療技術交叉結合，也就是說生物醫學工程必然和生物技術交叉結合，因此必然會產生生物技術型的生物醫學工程.其知識體系包含數學、計算機技術、信.息技術、生物學、分子生物學、遺傳學等等.
4.生物醫學研究型的生物醫學工程(BiologiealMediealstudyBi二。dicalEngineeringBMS一BME)由生物醫學工程的定義和它的研究內容知道，我們要為深入研究生命過程的規律，揭示生命的本質.因此這類學科的著眼點和落腳點不在于應用，而在于用目前的一切科學技術的理論、方法、技術以某一生命過程為研究對象.所需的是所有理工科、生物學、醫學、哲學知識的交叉融合.
5.醫療器械產業型的生物醫學工程伽ediealDevieesBIOfnedicalEngineering:MD一BME)生物醫學工程所有的研究的最終目的是以各種不同的產品服務于社會，在各種生物醫學工程產品中，醫療器械(含各種醫療儀器、醫療設備和耗材等)產品占有很大比t.要過渡到產品必須有由實驗室研究到產業化過度的研究階段，就會形成產業型的生物醫學工程.其知識體系包含電子技術、計算機技術、精密機械、生物醫學的基本知識、管理學、市場經營等.以往我國醫療界械產業化的發展較發達國家滯后，就是因為這方面的力t相對薄弱，因此一方面應該在醫療界械的公司強化這方面的建設，另一方面應加強高校、研究所與企業的交叉結合.科研成果的產品化研究在醫療界械行業顯得尤為重要。
6.在醫院中的生物醫學工程-----一臨床工程隨若科學技術和現代醫學的發展，生物醫學工程對促進醫學科學的發展起到了很重要的作用，尤其是在醫院的建設和發展中所起的作用更為重要，所居的地位更為明顯.醫療機構為了滿足社會的需求，在醫療市場的激烈競爭中求得生存與發展，就必須加快自身的現代化建設，在這一進程中，生物醫學工程的分支學科一一臨床工程已成為現代化醫院不可缺少的組成成份，將起到舉足輕重的作用.臨床工程師、醫生和護士共同構成現代化醫院的三大支柱川.臨床工程在醫院中的發展是一個值得關注問翅.臨床工程的定義:前面講過生物醫學工程學是一門新發展起來的交叉性學科，它研究內容非常廣泛，從縱向看，生物醫學工程學的組成除了研究開發以外還有一個重要的組成部分，就是在醫院中應用生物醫學工程的所有成果---一臨床工程，臨床工程則是為了利用現代科學和工程技術知識，將現代的生物醫學工程學的新技術和成果安全、可東地應用到臨床，以提高醫療水平為目的的一個生物醫學工程的學科分支.那么，什么是臨床工程呢?目前，一般認為在醫院中醫療設備的維修管理就是臨床工程，我們認為，在醫院中所有為了提高醫院醫療水平而應用現代工程技術的工作都應該屬于臨床工程的范疇.在醫院臨床工程墓本上由五大部分組成:一是以醫療設備的全程技術管理為主，解決醫院裝備現代化中技術、設備、質t保證和經濟管理方面的問題，包含了醫院中的設備工程和設備管理工程;二是醫療信息的現代化管理-一Hls(HospitalInfor.tionsystem)系統:使用計算機和通訊設備采集、存儲、處理、傳翰和翰出門診、住院息者醫護和管理信息，包括臨床輔助科室的信息，形成網絡系統，實現信息共享，提商醫院工作質t和效益;三是和影像存檔和通訊--一P^cS(Pict盯e^r。hi，ing.eo二unie。tson:system，):是醫院用于管理醫療設備如CT，MR等產生的醫學圖像的信息系統;四是遠程醫療網絡系統等:遠程醫療就是利用電子通訊網絡以電子信號來傳遞有關醫學診斷、治療、護理、咨詢及教育等的信息及數據，其即可以為偏遠地區的息者提供醫療服務，也可以作為醫生之間進行交流的有效工具;五是參與臨床的診斷與治療一線工作的工程技術:例如放射治療計劃的制定、虛擬手術、理療和康復等等.臨床工程與生物醫學工程研究開發是兩個緊密相連的必要環節，又具有各自的發展規律.因此，我們既要重視前者的發展，也要重視后者的發展，在醫院中更應將后者放在發展的重要的地位.
三.國內外生物醫學工程教育棍況
科學與學科有非常密切的關系.科學自身的規律決定學科的規律，科學發展決定學科的建設和發展，當然，學科的建設反過來形響科學的發展.隨若人們對健康的關心程度的增加，醫學上疾病分析、診斷、治療和康復等方面的儀器設備逐年增多.因此，在教學科研單位需要有研究人的生命的物理原理、控制過程和研究新的檢測、監測生理、生化物理指標的原理、方法、儀器設備;在工業部門，需有設計、制造適于醫護人員操作和人事科醫學要求的儀器設備的工程師.在醫院里，需有掌握醫學設備的均t和維修以及培訓使用這些設備的人員的工程師;這就要求有一個系統地培養生物醫學工程師的教育計劃.生物醫學工程師要用工程學的方法來解決生命科學上的難題，因此，要求有一些涉及生命科學和工程學的交叉訓練，使得學生既要性得工程原理，又要了解如何應用知識來解決生物學和醫學上的問題.二十世紀50年代，隨著生物醫學工程科學研究的發展，產生了生物醫學工程學科.由于科學研究的需要，在國外生物醫學工程學科發展的最初階段，是趨向于培養博士水平的高級人員.后來由于注意到實際應用，產生了碩士和學士水平的教學計劃.
1.國外高校生物醫學工程專業的情況
目前發達國家的很多大學都設有生物醫學工程系，僅美國就可在Inter網上查到近百所大學生物醫學工程系的主頁.《共國新聞》及《世界報道》兩媒體2002年聯合公布的生物工程/生物醫學工程領域最佳研究生院的排名(根據設施、人員、研究成果引用系數等)前十名的學校。.設有叫S方向與BT的較多.以研究生教育為主，本科為附在我國，涉及生物醫學工程專業最早的是中專教育、大專教育(1，60年成立的北京商學院就有醫療器械系)，真正的生物醫學工程學科開始于70年代未，19，8年國家科委成立了生物醫學工程學科專業組.從此生物醫學工程作為一門獨立的學科在我國很快地發展起來.經二十多年的發展，目前全國己有近幾十所高校建立有該專業，這些高校均系國內工科、理科、醫學的著名院校.我國生物醫學工程學科的墓本情況見表2從以上可以看出我國的生物醫學工程專業發展非常迅速，據不完全統計，52個院校設有生物醫學工程專業，其中有37個理工或綜合大學，15個醫科院校.
2.我國離校生物醫學工程專業的情況分析
(1).我國生物醫學工程專業與國外生物醫學工程專業的共同點①學科發展迅速國內外高校生物醫學工程專業發展十分迅速，國外從20世紀60年代起步，70年代、80年代迅速發展•國郎20世紀’0年代末，8。年代初僅有幾所高校建立生物醫學工程專業，短短二十年就發展到50個院校建立該專業.②從比較知名的重點院校開始形成輻射美國約翰霍普金斯大學、加利福尼亞大學、麻省理工學院、賓西法尼亞大學、華盛頓大學、密歇根大學等都是較早建立生物醫學工程專業的.我國清華大學、浙江大學、西安交通大學、上海交通大學、東南大學、中國科技大學等都是我國著名的科研水平很高的大學，也是我國首批建立生物醫學工程專業的高校.③生物醫學工程專業的學科以研究生教育為主在國外，很多大學招收研究生的數t超過本科生的數t，研究生的來源更強調從理工科或生物醫學專業中選拔.在我國50多個生物醫學工程專業中有17個博士學科(14個也收本科，3個僅招收碩士、博士)，6個博士后流動站，5個長江學者學科，11個招收本科、碩士，8個院校僅招收碩士，U個院校招收本科、2個招收大專.這充分說明生物醫學工程專業教學和科研相比，生物醫學工程科研占的比重更大.
3.我國高校生物醫學工程專業與國外的不同點(差距)
近年來我國生物醫學工程教育發展很快，如前所述建立本科教學的至少有35所院校，通過分析不難發現:①學科模式(研究方向)設!較少所有開設生物醫學工程本科專業的學校都是以電子、信.息、計算機應用與醫學結合為目標，只有個別學校在培養目標中增加生物材料和人工器官方面的內容.本科教育的專業設!面比較集中在IT一明E，沒有川S一SME，各院校的研究生培養(科研方向)基本以生物醫學信號的檢測處理、醫學成像、醫學圖象處理、醫學儀器研究為主，部分涉及到分子電子學、分子光子學、生物力學、生物醫學材料、人工器官、組織工程等方向，只有少數大學比較集中在納米材料、生物醫學材料及人工器官、生物醫學圖像處理.研究生培養的專業面比本科生的專面相對寬廣.與生物醫學工程專業搜蓋面相比顯得專業面過于窄.而國外的專業設t顯然比我們有優勢.從表1中可以看出有很多“生物移植、心血管電生理、脊健損傷研究、功能生物技術、心肺動脈、臨床整形外科研究、臨床整形外科研究、細胞影像、疼痛神經生理、分子及細胞生物、重組蛋白質表達、藥物傳輸、.生物界面現象、生物熱傳遞、麻擠研究、聽覺研究、神經肌肉研究、神經系統分析、視覺研究”一的研究方向，在我國，這些研究方向都被認為是生物醫學的研究內容，而不是生物醫學工程的研究內容.②以科研帶動學科的特點不如國外突出我國本科教育有進一步擴大的趨勢，有些沒有科研方向的學校紛紛設立生物醫學工程專業③沒有重視傳統中醫工程研究④生物醫學交叉結合的程度我們不如國外，我們的叫E沒有研究生命系統的就是個證明.
4.就業問題
生物醫學工程師的就業前景是廣闊的，主要就業單位是研究機構、公司和醫院.研究機構可以是研究所或大學里的研究中心，他們從事設計和研制醫院里所鑄的很專門的新設備，也有一部分作為外科或生理研究組的成員參與復雜電子系統的選擇使用，也可以研制新設備公司，可以是儀導及制藥公司，他們參與新的醫療儀器以及醫學及生物學研究用的儀器的研制和生產.他們能夠決定一種新的設計是否有藉要，有梢路，能否滿足各種要求并符合政府的法律規定，他們也可做為公司產品的推銷及售后服務工作.在醫院里，他們從事自動化、研制實驗室用計算機，病人一一計算機的接口以及有關計算機軟件.他們也可以在某一科室〔例如:內科、外科和臨床實驗室工作)，也可以在醫院里直接經管生物醫學工程部門的工作.他們是醫院中工程情報的主要提供者，負貴所有儀器的使用、維修和采購的任務，研究分析和處理數據的方法.生物醫學工程師亦參與許多國家研究計劃，如在空間計劃中設計遙測裝I，生命維持系統，人一一機接口設備以及參與空問醫學.他們也參與國防計劃，環境研究，也可做為環境開發及污染、醫院自動化方面的顧問等.
5.生物醫學工程專業的繼續教育
生物醫學工程專業的高等教育與國外相比起步較晚，但經過近20年的發展，現已形成較完菩的學科體系，開設了大專、本科、碩士和博士研究生教育層次.而我國生物醫學工程專業繼續教育發展較慢，在國家成人教育專業目錄中還沒有該專業.我校1，%年首次在全軍開展了生物醫學工程專業專科升本科的函授教育，現已招收7屆學員，深受全軍各醫療單位技術人員的歡迎，目前地方許多醫院有關技術人員也來信詢問要求學習.我們認為在新形勢下，生物醫學工程專業繼續教育有著廣泛的前景和開展空間.主要原因是:
(1).隨著科學技術和現代醫學的發展，醫院各種診療技術和設備越來越多，高新技術和自動化程度越來越高，如果沒有生物醫學工程專業技術人員的有效參與，現代化醫院不可能有現代化的管理和診療水平.
(2).從醫院實際看.醫院醫學工程科、信息科、放射科、放療科、超聲科和理療科的臨床工程技術人員是生物醫學工程專業專業本科畢業的為數不多，大都是本專業或相關專業大專畢業，知識結構和實際水平很難適應未來的發展需要，必然有一個知識更新、技術提高的問題.
(3).以現代科學技術為核心的、建立在知識和信息的生產、存儲、使用和消費之上的經濟稱為知識經濟時代，知識經濟時代的到來對現代化醫院的科技水平、人才綜合素質和創新能力有了更高的標準.開展生物醫學工程專業繼續教育，必須滿足實際，若眼未來，在教育觀念、人才培養目標、教學內容和教學方法等方面進行大膽探索.
6.在醫學院校內開設生物醫學工程專業的特點
生物醫學工程專業是一門工程科學，它要求有深厚工程墓礎知識，學生的大部分時問都是在學習工程知識，因此，很容易認為在工科院校開設此專業有優勢，在醫學院校開設這個專業有很大困難.經過幾年的實踐，我們認為在醫學院校辦生物醫學工程專業.開始時要建立起一整套的工程葵礎課教研室和實驗室，，這樣需要的經費、人員較多，起步比較困難，但只要具備了墓本條件，會有很多優勢.
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一旦提及醫學，讓人第一時間想到的就是疾病，醫院，健康，病人等等。現代生物醫學工程也不例外，作為一個多學科交叉的綜合性學科，現代生物醫學工程也在為人類的健康事業默默地奉獻著。
隨著社會水平的極大提高，人們把視角從生存轉移到生活上來，進而就是思考如何更好的生活。不言而喻，一個健康的身體是一切生活活動的前提和保證。如何健康的生活，如何準確及時地檢查出病人的疾病，如何將現有的醫療設備改進，如何開發出更具使用價值的醫療器械等等，都成為生物醫學工程所要考慮的問題。
生物醫學工程學是綜合生物學、醫學和工程學的理論和方法而發展起來的邊緣性學科，其基本任務是運用工程技術手段，研究和解決生物學和醫學中的有關問題。生物醫學工程學的研究是以應用基礎性研究為主，其領域十分廣泛，并在不斷擴展之中。就現階段而言，生物醫學工程學的研究主要涉及生物力學、生物材料學、人工器官、生物系統的建模與控制、物理因子的生物效應、生物系統的質量和能量傳遞、生物醫學信號的檢測與傳感器原理、生物醫學信號處理方法、醫學成像和圖像處理方法、治療與康復的工程方法等。
1.國內發展現狀
1.1發展還不完善
中國的現代生物醫學工程學科發展較晚，相對于國外一些發展較早的國家來說，我們對它的認識還很淺顯，跟國外一些技術先進國家的距離還很遠，很多人包括一些從事其研究的人對它都有或多或少負面的評價，他們普遍認為現代生物醫學工程是一個生物、醫學、工程學的交叉學科，但實際的培養計劃中生物、醫學學的很少，電子學得多些，學科廣而不專，就業不好。它尚未形成自己的獨立基礎理論與知識體系，以融合各交叉學科知識為自己的基礎 ，缺乏永恒的研究主題與固有的中心目標，隨交叉學科的發展和應用對象的需求而變化。很多學習現代生物醫學工程的人對自己的專業抱有消極的態度，對自己的前途感到渺茫，就業形勢不是很樂觀，這也反映了現代生物醫學工程發展不完善，沒有形成很好的體系，沒有在國內高校中產生普遍影響力。
1.2發展方向不夠全面
現代生物醫學工程就目前的情況來看，還主要將目光著眼于醫療器械的研發和使用，發展方向比較單一。僅僅著眼于醫療器械而不是全面的發展，就會產生很大的局限性。這也深深影響著在這一領域學習的學生，不能使他們從一開始就形成一種將自己的研究全面化的思想，使學生的學習變得保守，進而失去學習的動力，這樣就不利于生物醫學工程更好的發展。
1.3包含的學科多雜
我們知道，現代生物醫學工程是綜合了生命科學和工程技術，理、工、醫相結合的新興交叉學科，是一門多學科交融的邊緣學科，其中工程學又包括電子學，計算機科學，力學，材料科學，機械制造學等。生物醫學包括生物學，神經科學，內科學，外科學，矯形科學等。現代生物醫學工程學習的重點是生物醫學，但是在解決一些生物醫學問題的時候往往要借助于工程學的知識，掌握工程學的知識對于更好的掌握生物醫學又起著至關重要的指導意義。
1.4發展前景廣闊
正因為現代生物醫學工程在我國起步較晚，發展還不完善，他本身就有很多空白領域可以開拓。
21世紀是生命科學大發展的時代，工程技術與生命科學進一步地互相滲透結合，必將推動醫學跨入一個嶄新的時代。大家都知道看病治病離不開醫療器械，現在是，將來也是，但如何將未來的診療儀器實現智能化，檢查結果，治療程序均可實行人機對話都是我們所要研究的問題。另外中國目前大部分醫院設備陳舊，而且高端醫療設備更是幾乎全部進口，所以說市場是龐大的。更好地提高國內在生物醫學工程方面的研究水平和深度，增強人們尤其是大學生對生物醫學工程的了解程度，培養出一批在這方面的專業人才，具體來說就是能夠研發制造出屬于我們自己的高科技醫療器械也是有待發展的。
由于現代生物醫學工程是一門多學科交叉的學科，我們就很容易理解，各個學科的發展都將影響到生物醫學工程的發展。因此生物醫學工程并不是一個學科在發展，其他學科，其他領域的發展，產生得一些成果都可以為生物醫學工程服務。這就好比各個學科，各個分支都在無形中為生物醫學工程的發展默默貢獻力量。由此可見，生物醫學工程匯集了各個領域的尖端技術，這也就為生物醫學工程更好更快的發展奠定了良好的基礎。
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我國生物醫學工程專業教育起步于20世紀80 年代,主要發源于著名工科院校的信息技術類專業 和力學專業,進而逐漸形成的生物醫學工程專業教 育,后來，_些醫學院校在醫學物理和醫用計算機技 術的基礎上相繼開展了生物醫學工程專業教育，于 是在我國基本上形成了這樣兩種類型的生物醫學工 程學科[4_3。上述兩類院校的生物醫學工程學科建 設發展模式各具側重,遵循了共同的學科基礎,在培 養生物醫學工程專業人才的應用層面上有顯著特 點。相對來說,工科院校的生物醫學工程培養模式 注重工程技術的開發和功能拓展，醫科院校則注重 醫學與工程結合、工程技術在醫學中的綜合應用。
1 中國生物醫學工程學科發展思路
生物醫學工程是一種交叉學科，交叉的學科基 礎及其融合的緊密程度決定了生物醫學工程學科的 發展水平,交叉的學科發展推動著生物醫學工程學 科的發展,并且使得生物醫學工程學科研究領域變 得十分廣泛,而且處在不斷發展之中。
1.1學科發展軌跡在中國，基于電子信息工程發展而來的生物醫 學工程學科，主要包括生物醫學儀器、生物醫學信號 檢測與處理、生物醫學信息計算分析、生物醫學成像 及圖像處理分析、生物醫學系統建模與仿真、臨床治 療與康復的工程優化方法、手術規劃圖像仿真以及 圖像導引手術及放療優化等；有基于力學發展而來 的生物醫學工程學科，主要包括生物流體力學、生物 固體力學、運動生物力學、計算生物力學和微觀尺度 的細胞生物力學等；基于化學材料工程發展而來的 生物醫學工程學科，主要包括生物材料學、組織工程 與人工器官、物理因子的生物化學效應等。
1.2學科發展特點作為交叉學科的生物醫學工程學科，其發展的 關鍵在于交叉學科間的交叉融合。構建一種良好的 交叉結構,對推動交叉學科的發展具有至關重要的 作用。約翰霍普金斯大學對于生物醫學工程這樣的 交叉學科的描述有一個形象的說法：交叉學科如同 在不同學科之間建立起連接橋梁,如果在河兩岸沒 有堅實的基礎,橋是無法建立好的,對于生物醫學工 程這樣一座建立在兩個不同學科之間的橋來說,它的 發展要求具有堅實的交叉學科基礎和交叉學科緊密 融合深度。那么在生物醫學工程學科構建良好的交 叉結構,需要選取具有理論支撐和技術支撐的主干學科進行交叉,凝練學科方向,不能大而全,過于寬泛。
目前，醫學儀器和醫學成像技術具有良好的應 用和發展前景,應該成為生物醫學工程學科的重點 發展方向。醫學儀器和醫學成像設備能有力推動醫 療產業的發展。醫療儀器和醫學成像設備是現代醫 療器械產業中的主流產品，在產業發展中起著主導 和引領作用。其發展水平已成為一個國家綜合經濟 技術實力與水平的重要標志之一。產業化驅動也是 學科發展的一種動力，也為學生未來職業發展奠定 良好的基礎。基于醫療衛生健康事業的需求和生命 科學發展的大趨勢，生物醫學工程學科應大力促進 醫學儀器和醫學成像方法的學科建設,從而提升整 個學科的發展水平。
生物醫學工程學科的建設離不開一流的學術研 究和學術成果的應用。一流的學術研究不但能提升 學科的發展水平,而且能開拓學科縱深發展,產生良 好的經濟效益和社會效益，進而增強學科服務社會 發展的能力。學術研究的前瞻性和創新性將確保學 科建設的發展動力和趨勢以及學科發展的活力。
交叉學科往往具有不同程度的可替代性。可替 代性程度越高，交叉學科存在的必要性就越小。如 何減小生物醫學工程學科可替代性的程度是需要深 入思考的，是需要提升學科的特異性的。生物醫學 工程學的學術研究主要包括應用理論研究和理論應 用研究,應用理論研究主要涉及生物醫學工程領域 所需要解決的科學問題，開展新理論、新方法的研 究。 理論應用研究主要涉及生物醫學工程領域所需 要解決的科學和技術問題,借助理工科的相關理論 和方法開展應用基礎研究和應用研究。應用理論研 究是理論驅動型的學術研究，理論應用研究是應用 驅動型的學術研究。 理論驅動型和應用驅動型是生 物醫學工程學科學術研究的兩種主要模式。 理工科 大學具有良好的理論創新基礎和強大的交叉的學科 背景，開展理論驅動型研究具有自身優勢。醫學院 校具有豐富的醫學資源，面臨著大量需要應用理工 知識解決的醫學問題,開展應用驅動型研究,將很好 地實現與醫學的應用融合，具有較好的臨床應用價 值,有力推進醫學的進步與發展。各自的學術優勢 將有利于生物醫學工程學科特色發展,從而增強其 不可替代的程度，實現學科可持續創新發展。
1.3學科體系作為一級學科的生物醫學工程，包含學科的理 論體系和技術體系，且該體系離不開所交叉的學科 的理論體系和技術體系的支撐，此外生物醫學工程 學科理論體系和技術體系既要有學科自身的特色， 又要具有可持續發展和一定程度上的不可替代性， 這樣學科才會有旺盛的生命力。要面向醫療衛生、 生物科學所涉及的重大、重要技術理論問題及基礎 應用開展學術研究。實現良好的學術研究定位,形 成自己的理論體系和技術體系。
2 大數據時代的生物醫學工程學科發展
守正創新是生物醫學工程學科發展的必由之 路,人類已進入大數據時代,所謂大數據（big data), 或稱海量數據，是指由于數據容量太龐大和數據來 源過于復雜,無法在一定時間內用常規工具軟件對 其內容進行獲取、管理、存儲、檢索、共享、傳輸、挖掘 和分析處理的數據集。大數據具有“4V ”特征:①數 據容量（volume)大;②數據種類（variety)多，常常具 有不同的數據類型和數據來源；③動態變化 (velocity)快,如各種動態數據，非平穩數據，時效性 要求高;④科學價值(value)大,盡管目前利用率低, 卻常常蘊藏著新知識和重要特征價值或具有重要預 測價值。大數據是需要新的分析處理模式才能挖掘 分析出其蘊藏的重要特征信息[<3。
人體生老病死的生命過程就是一個不斷涌現的 生物醫學大數據發生源，這種源源不斷的生物醫學 大數據的檢測、處理與分析,將給生物醫學工程學科 的建設與發展帶來新的機遇和挑戰。模式識別、人 工智能、數據挖掘和機器學習的發展將帶動大數據 處理技術的進步。生物醫學大數據廣泛涉及人類醫 療衛生健康相關的各個領域：臨床醫療、基礎醫學、 公共衛生、醫藥研發、臨床工程、心里、行為與情緒、 人類遺傳學與組學、基因和蛋白質組學、遠程醫療、 健康網絡信息等，可謂包羅萬象,紛繁復雜。生物醫 學大數據中蘊藏了種種有科學價值的信息,研究有 效的大數據挖掘的新理論、新技術和新方法,對生物 醫學大數據進行關聯和融合計算分析，充分挖掘生 物醫學大數據中的信息關聯和特征關聯和數據空間 映射關聯,既能為疾病的預防、發生發展、診斷和治 療康復提供系統化的全新的認識，有利于深入疾病 機理研究分析，開展個性化診療。還可以通過整合 系統生物學與臨床數據，更準確地預測個體患病風 險和預后,有針對性地實施預防和治療。
生物醫學工程學科所面臨的生物醫學大數據主 要包括多模態醫學影像數據、多種類醫學信號數據 以及基因和蛋白質組學的生物信息數據。生物醫學 大數據在生物醫學工程學科領域內有著廣泛深遠的 應用前景,從三個方面應用將推動生物醫學工程學 科的發展。
(1) 開展多模態影像大數據計算分析。醫學影 像學科的發展從早期看得到，到看得清，目前的看得 準,未來的趨勢是看得早。只有看得準和看得早才 有利于臨床早期干預，提高治療預期。醫學影像大 數據計算分析在影像診斷、手術計劃、圖像導引、遠 程醫療和病程跟蹤將發揮越來越大的作用。
建立新的醫學影像大數據計算分析模型和數值 計算方法,挖掘多模態影像數據的特征數據和特征 關聯,將會提供強有力的影像診斷分析手段,極大地 推動影像技術的發展，具有重要的臨床應用價值和 科學價值。
(2) 開展多種類醫學信號大數據計算分析。醫 學信號大多直接產生于生理和病理過程中的信號， 能在不同層面上表達生理和病理相關機制特征。融 合多種醫學信號的大數據計算分析，能對生理病理 過程進行更好更全面的闡釋，不僅能深入了解生理 病理的狀態特征和過程特征，而且能實現個體健康 監測和管理。可以很好地開展回顧性研究和前瞻性 研究,推進系統化的醫學應用研究。實現強大的多 種醫學信號數據的特征挖掘及特征關聯計算分析。 大數據挖掘能夠增加準確度和發現弱關聯的能力， 能更好地認識生理病理現象和本質。
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培養要求
生物醫學工程專業學生主要學習生命科學、電子技術、計算機技術和信息科學的基本理論和基本知識，受到電子技術、信號檢測與處理、計算機技術在醫學中的應用的基本訓練，具有生物醫學工程領域中的研究和開發的基本能力。
生物醫學工程專業就業方向
本專業學生畢業后可可以在醫療儀器企業的研發機構、生物醫學工程及相關學科的科研單位、大型醫院的設備中心、高等院校等地方工作，也可以做國家公務員。相關行業(如IT，儀器儀表等)。
從事行業：
畢業后主要在醫療設備、護理、制藥等行業工作，大致如下：
1 醫療設備/器械;
2 醫療/護理/衛生;
3 制藥/生物工程;
4 新能源;
5 電子技術/半導體/集成電路;
6 其他行業;
7 計算機軟件;
8 儀器儀表/工業自動化。
從事崗位：
畢業后主要從事算法工程師、售后工程師、銷售工程師等工作，大致如下：
1 算法工程師;
2 售后工程師;
3 銷售工程師;
4 硬件工程師;
5 維修工程師;
6 注冊專員;
7 技術支持工程師;
8 產品經理。
生物醫學工程專業就業前景
生物醫學工程專業就業前景還挺好的。生物醫學工程專業這個名字大家一聽到就會以為是醫學專業，其實它是屬于計算機、電子、醫學交叉的一個專業，生物醫學工程不歸醫學類專業管轄，而是不折不扣的工科專業，畢業后授予的不是醫學學士，而是工學學士。
目前，生物醫學工程是綜合了生物學、醫學和工程學的理論而發展起來，由于是多學科的有機融合，它與生物學、醫學這些傳統的經典學科又有所不同，也有別于純粹的工程學科。
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1生物醫學工程專業內容特色概述
生物醫學工程是一門新興的邊緣學科，它綜合了工程學、生物學和醫學的理論和方法，在各層次上研究人體系統的狀態變化，并運用工程技術手段去控制這類變化。其學習內容包括以下幾個方面。生物醫學工程專業人才培養特色的探討敏楊禹陳國明劉盛平（重慶理工大學藥學與生物工程學院）
1.1醫學影像技術
即通過X射線、超聲、放射性核素、磁共振、紅外線等手段及相應設備進行成像的技術，現還有正在興起的阻抗成像技術等。
1.2醫用電子儀器裝備
分為診斷儀器和治療儀器兩大類。診斷儀器主要是用以采集、分析和處理人體生理信號，現在使用較多的是心腦電、肌電圖儀和多參數的監護儀等，而通過體液來了解人體內生物化學反應過程的生物化學檢驗儀器也已逐步完善并走向微量化和自動化。治療儀器設備則是采用X射線、γ射線、放射性核素、超聲、微波和紅外線等儀器設備，如X射線深部治療機、體外碎石機、人工呼吸機等。手術設備如γ刀、激光刀、呼吸麻醉機、監護儀、X射線電視等。現代化醫療技術中還將設備功能更加多樣化、復雜化。
1.3生物力學
主要是研究生物組織和器官的力學特性，人體力學特性和其功能的關系。其中包括生物流變學（血液流變學）、軟組織和骨骼力學、循環系統動力學和呼吸系統動力學等。
1.4生物材料
即人工器官、組織工程所需要的物質與材料，其大多數是需要植入人體，需要具備耐腐蝕、化學穩定性，需要具有與機體組織的相容性、血液相容性、無毒性。作為材料，根據所需還應滿足各種器官對材料的各項要求，包括強度、硬度、韌性、耐磨性、撓度及表面特性等各種物理、機械等性能。需要掌握的知識包括金屬、非金屬及復合材料、高分子材料的合成工藝條件和表征、成型制備、性能等。
1.5生物效應與生物控制
生物效應是指在醫療診斷和治療中，光、聲、電磁輻射和核輻射等能量在機體內的分布、變化等作用。而生物控制則是機體自身的調節控制現象。采用生物、化學的方法對這些情況加以認識。其他還有介入式診斷、治療等。生物醫學工程最為競爭激烈的領域在醫學成像技術上，其中以圖像處理、阻抗成像、磁共振成像、三維成像技術以及圖像存檔和通信系統為主。而對醫學信號的處理分析，包括心腦電、五官、語言、心音呼吸等信號和圖形的處理與分析，以及神經網絡的研究處理也是目前世界各國研究與學習的熱點。作為生物醫學工程專業的本科學生，將從業于該領域的研究、設備研發及制造、使用、維修養護等。所具備的知識體系是從物理化學基礎、工程學到醫學，十分廣泛，僅四年內進行如此龐大的知識學習，學生將會呈現基礎知識欠缺而專業知識也不深入的問題。為此，我們就醫科大學、理工科大學、綜合性大學各自特點進行了調研與分析，在此基礎上，提出了生物醫學工程本科學習建立特色課程體系的見解。
2生物醫學工程專業人才的培養特色的研討
我國生物醫學工程本科專業分別在醫科類大學、綜合大學與理工科類大學中均有設置。由于生物醫學工程具有典型交叉特性，該專業的畢業生的就業方向有運用醫學影像學技術、醫學信息學技術等在醫院進行疾病診斷及治療，有運用基礎數學、物理、化學知識進行理論創新與實踐，更多的是運用工程技術進行醫療器械、設備裝備的研發、制造與維護管理等。由于生物醫學工程龐大的知識體系，無法由某一個從業人員掌握，需要各方向的協作與合作，由此認為，設置于醫科類大學、綜合大學與理工科類大學的生物醫學工程專業應有各自的特色。
2.1醫科類大學生物醫學工程專業人才的培養特色
2.1.1人才培養目標
作為醫科大學，其專業人才培養具有鮮明的醫學特色與優勢。醫科類大學生物醫學工程相關專業的人才，其就業方向更多應以進入醫院從事常規放射學、CT、核磁共振、DSA等的操作及計算機操作，運用各種影像、信息等診斷技術進行疾病診斷或治療，所以其培養的人才首先應學習并具備醫學的專業知識，然后才是具備基于醫學專業領域需要的現代醫療儀器的研發與使用、管理能力的知識體系的學習，成為擁有工學知識及應用能力的醫學應用型、復合型高級人才，畢業后所從事的仍是醫藥衛生領域工作，在醫院設備使用、維護、管理方面起重要作用。因此其課程的設置應該與工科類生物醫學工程側重點不同。如在一般醫科大學中都設有生物醫學工程專業，以及與此相關的醫學影像學專業、醫學信息學專業等，其培養目標就應以“培養具有基礎醫學、臨床醫學和現代醫學生物醫學工程（如影像學、信息學等）的基本理論知識及能力，能在醫療衛生單位從事醫學診斷、治療（或信息管理等）和醫學成像（或醫學信息等）技術等方面工作的醫學高級專門人才”為主。相應的培養要求應在于“學習基礎醫學、臨床醫學、醫學影像（或信息學、醫學超聲學等）的基本理論知識，受到常規放射學、CT、核磁共振、DSA、核醫學影像學、信息學、醫學超聲等操作技能的基本訓練，具有常見病的影像診斷、超聲治療和介入放射學操作基本能力，基本的儀器（裝備）維修保養能力”上。#p#分頁標題#e#
2.1.2課程設置
基于醫科大學的特色，其主干課程應注重基礎醫學、臨床醫學，同時開設基于醫學特色的工學、工程學課程。具體如基礎類的基礎數學類、物理類、化學類、計算機類，如高等數學、普通物理學、有機化學、生物化學、微機原理及應用等課程，基礎和臨床醫學類課程，如人體解剖學、生理學、診斷學、內科學、外科學、兒科學、婦產科學、藥學、中醫學、中藥學、衛生管理等課程，然后按照各高校側重設置傳統生物醫學工程的工學類、工程類課程，如模擬電子、數字電子技術、傳感器、數字信號處理、醫學圖像處理、醫用儀器原理、醫學影像儀器、檢驗分析儀器、臨床工程學、人體形態學等，部分專業可設置如力學類、機械工程類、有機材料或金屬材料類課程。雖然是同一生物醫學工程專業，但需要按照本校特色來設置課程，切忌大而全無特色，或各高校均設置同樣課程。這是違背了生物醫學工程高度交叉學科的學科特色的。
2.2綜合性大學工科以及理工科大學生物醫學工程專業人才的培養特色
2.2.1人才培養目標
現今綜合性大學工科以及理工科大學基本上都設有生物醫學工程專業，如北京大學工學院、浙江大學生物醫學工程與儀器科學學院、東南大學生物科學與醫學工程學院，四川大學高分子科學與工程學院等，各具特色。以東南大學生物科學與醫學工程學院為例，其前身是生物科學與醫學工程系，創建于1984年。學院的科學研究及學生培養方向就是強調生命科學與電子信息科學學科的交叉與滲透，應用電子信息科學理論與方法解決生物醫學領域中的科學問題，發展現代生命科學技術。其人才培養目標在于“培養掌握生物醫學工程專業知識，掌握分析與健康相關的生物醫學工程問題的方法，并具備綜合應用所學知識和方法解決實際工程問題的能力，具備健全人格和遠大理想的工醫結合復合型優秀人才”。即更加注重于培養工程與醫學相結合的復合型人才，這些專業人才的從事的工作更多是在用于醫學診斷、治療的儀器設備的設計、研發及制造、維護等上面。而四川大學的生物醫學工程專業的培養目標，按照其特色制定為“以工程為主，以從事生物醫學工程教學科研的相關學科為依據，培養從事生物力學、生物材料、人工器官等相關方面的研究、開發、生產的高級專門人才。”，偏向于材料工程學。由此可知，在綜合性大學工科以及理工科大學中，生物醫學工程專業應更注重工學、工程學內容，其培養目標就應以“培養具有現代醫學生物醫學工程（如機械、電子、材料、計算機在醫學中應用等）的基本理論知識及能力，能在醫療設備相關企事業單位從事設備（或裝備）設計研發、制造、維修維護、管理等方面工作的高級復合型專門人才”為主。相應的培養要求應更多的學習工學的基本理論知識，受到常規醫療裝備、設備等設計、研發、操作、維護維修、管理技能的基本訓練并具有相應能力”上。
2.2.2課程設置
篇13
生物醫學工程學在我國發展于20世紀70年代，目前，我國高校中的生物醫學工程專業設置分為兩種：①設置在理工科大學;②設置在醫學院校。據不完全統計，我國已有60余所綜合或理工科大學和30余所醫學院校設立了生物醫學工程專業，培養從本科到博士各層次的專業人才。由于是新興學科，我國的生物醫學工程專業現有的培養模式通常存在以下不足[4]。
（一）理論與實踐脫節
在國外，生物醫學工程專業在課程設置上十分注重多學科的交叉以及理論與實踐的結合。我國高等教育中傳統的教學是以理論為基礎、以課堂講授為主的一種重理論輕實踐，或是實踐缺乏實用性，局限于書本的教學模式。這種教學模式的弊端是，學生在實踐中不能很好地將專業理論知識同實際應用相結合，造成理論和實踐脫節;同時部分高校開展的實驗方法和手段陳舊，內容簡單孤立，絕大部分屬驗證性的實驗，缺乏綜合性、設計性實驗，最終均導致的學生的創新能力以及實踐能力的難以滿足于市場的需求。
（二）培養模式差異較大
從20世紀60年代初美國大學開設生物醫學工程本科教育至今，大約有70余所高校通過了美國工程與技術認定委員會（Accreditation Board for Engineering and Technology， ABET）的評估獲得授予生物醫學工程學士學位的資格。ABET的準則鼓勵各種教學計劃的一致性，這對于推動生物醫學工程學科的發展具有極其重要的作用。而我國生物醫學工程發展時間相對較短，專業培養方向較多，不同院校的生物醫學工程專業又由分別來自不同學科和專業的教師組建，因此造成不同院校的專業建設基礎、人才培養目標、課程體系及培養模式均各有差異。工科背景較強的院校以工程學為基礎，輔以少量醫學課程，這類院校的學生工程學知識相對穩固，而醫學知識相對薄弱;醫科院校則多以醫學為背景，工程學知識教授相對較少。這種醫工結合不緊密的問題造成了學生的專業素質和創新能力與社會要求差距較大的弊端，同時又進一步導致了生物醫學工程專業招生和就業難等一系列問題。
（三）實驗設備相對落后
醫學專業同工科專業一樣，均須以實驗為基礎，否則開設生物醫學工程專業如紙上談兵，教師無從教學，學生也無法學習和理解。而專業實驗室建設要求高，建設經費投入多，實驗室的建設、設備的更新換代均需要大量的經費和專業技術人員的支持，而一些高校實驗經費緊張，儀器臺套數不夠，特別是在初始發展階段，困難較多，專業培養往往出現投入大產出少的現象，給經費有限的高校帶來了建設上的困難。
（四）師資力量薄弱，缺乏復合型師資
生物醫學工程作為“朝陽學科”，師資力量相對薄弱，很多教師都不是生物醫學工程專業出身，雖然對所授課程知識駕輕就熟，但其知識領域相對于生物醫學工程這樣一個交叉性很強的學科而言，仍舊過于窄淺，對如何帶動學生實現專業知識的融會貫通還缺少豐富的經驗。與此同時，目前國內高校生物醫學工程專業師資隊伍中，具有理工科教育背景或醫學教育背景的教師比較多，而既懂醫學又懂工程技術，能將工程技術與醫學需求緊密結合起來的復合型、交叉型師資比較缺乏，教師與各相關學科交叉融合能力較弱，這一狀況一定程度上影響了專業課程體系的構建以及教學和人才培養的質量。
（五）學校、社會對專業的了解與重視不足
一些醫學院校的教師對此專業的了解就是把它分類在工科，這就導致傳授醫學、生物學知識的教師對待此專業的課程重視不夠，認為學生的任務就是學好電子、工科類課程就夠了。而學生也并未得到工科的專業教學，與科班的工程類學生同樣存在差距。這樣的惡性循環，使得本來應形成優勢與合力的“生物”、“醫學”與“工程”專業，非但不能很好地融會貫通，反而處于“兩不管”或者“兩不精”的尷尬境地。而社會對于此專業的認知也很有限，有相當多的人把此專業簡單理解為維修、銷售儀器，僅把畢業生當作技術工來看待。
（六）學生思想不穩定
生物醫學工程在我國作為一門全新的專業，其涉及的學科領域跨度大，專業知識體系復雜，就業方向不確定。很多本科生對所學專業缺乏深層次的認識，對自己的前途也缺乏一定的自信，部分學校也只是按照固定思路教學，導致學生思想不穩定，學習積極性、主動性不高，使學生在就業時處于劣勢。
