[关键词]生物医学工程;生物化学;教学改革
[中图分类号]R313[文献标识码]B[文章编号]1674-4721(2010)05(c)-120-02
生物医学工程是典型的理工类学科和生物医学学科交叉、结合、融合的边缘学科,并无自己独立的基础理论与知识体系,对相应学科有较大依赖性[1]。同时,生物医学工程产业的研发性质较强,要求培养的学生必须具有扎实、广泛的基础和专业课程知识,以及一定的创新能力与科研思维。目前我国生物医学工程的本科专业设置主要集中在信息技术类,而在生物材料、生物技术等方向上缺乏相应的人才培养,这样的专业特点导致学生重视电子、计算机与机械制造课程,而轻视医学相关学科,如生物化学,学生不能将该学科内容与职业生涯相联系,难以理解学习生物化学的重要性。加上生物化学本身具有抽象、繁杂等特点,学生在学习中容易出现畏难厌学情绪,学习效果不佳。针对在该专业生物化学教学中遇到的问题,笔者谈几点自己的体会和看法。
1生物医学工程的生物化学教学现状
生物化学相对于其他基础学科具有抽象难懂、内容繁杂等特点,是医学院学生感觉最难的课程之一。尤其是对于生物医学工程专业,缺乏一部为该专业量身打造的教材,内容多与课时少的矛盾极为突出。就本校而言,该专业的生物化学理论学时数仅为40学时,而使用的教材为刘新光主编、科学出版社出版的《生物化学(案例版)》,该书系统全面完整,但课时数远远不够,如果按照一般医学本科教学大纲进行讲授,学生感觉难以消化,对生物化学课程的畏难情绪和抵触情绪增加。其次,教学模式单一,以教师为课堂的绝对主体,进行传统填鸭式教学,学生缺乏主动学习的兴趣,容易疲劳。第三,考查形式单一,仅对书本知识进行闭卷考试的单一评价考核体系,既不能反映学生的综合素质,也难以激发学生的创造力,容易使学生投机取巧,仅关注考点,而忽视对学科知识的整体把握。
2改革教学内容和考试形式,双管齐下提升教学效果
2.1精选教学内容,因材施教
根据专业需要适当删减生物化学教材内容,调整重、难点,将教学内容精简为基本原理,并更新补充学科发展的前沿理论和技术。世界医学教育会议发表的《爱丁堡宣言》在谈到医学院校需要改进教学法时指出:“把现在广为采用的被动学习方法改变为更加主动的学习,包括自我指导的独立学习以及导师辅导等方法,以保证终身连续的学习[2]。”在讲授过程中除了讲授知识点,更应强化学习内容的结构层次和逻辑联系,培养学生学会梳理教材,增强其自学能力。例如在开篇即告诉学生全书总的来讲可分为三大部分[3],第一部分即生物大分子的结构与功能,生物化学也称为生命的化学,那么这些化学反应的物质基础必然包括各种生物大分子,因此这部分将重点讲授生物大分子的结构特点、生理功能及基本理化性质与应用;第二部分为物质代谢及其调节,使学生重点掌握各类物质代谢的基本反应途径,主要调节环节,重要生理意义,各种物质代谢的相互联系以及代谢异常与疾病之间的关系等;对第一、二部分,强调生物化学的基础知识,不求过深、过难,抓住主线、框架和基础知识,按层次展开,既可以在有限的课时数中从容的执行教学进度,又培养了学生抓结构体系的学习方法。第三部分即基因信息的传递,以及基于基因信息传递的基本原理而发展起来的基因工程技术,针对生物医学工程专业特点,第三部分将比其他专业讲授更为详细。而细胞信息传递、肝脏生物化学与血液生物化学等专题部分则删除不讲。
2.2补充课外阅读,培养学生兴趣
“兴趣是最好的老师”,对于生物化学这门枯燥繁杂的课程,尤其需要培养学生的学习兴趣。为了兼顾有限的课时数,由教师选择合适的课外阅读材料,打印并发放给学生,要求课外阅读,并在下一次课上进行讨论。如疯牛病,从热带丛林食人部落的“库鲁病”,羊瘙痒症,克雅氏病,到对于疯牛病疾病本质的认识,长达100多年的研究历程,又或者如诺贝尔获奖者故事,重大理论的研究思路和创立历程,这既能引起同学们的兴趣,初窥神秘的科研世界,也在无形中培养了他们严密求证的科学精神。另一方面,生物化学作为生命科学的基础学科之一,自20世纪50年代以来,得到快速迅猛的发展,而生物医学工程本身就是生命科学高度发展、多学科交叉融合而催生的一门新兴学科,因此在对该专业的学生授课时可适当介绍生命科学的前沿,培养学生主动追踪最新进展的学习意愿。
2.3考核形式多样化,利用分数的杠杆调动学生学习兴趣
将课程的考核评价体系拆分,将传统的闭卷考试方式与试验成绩、论文报告相结合,考核形式更为丰富合理。课程的考核评价体系分为平时成绩和期末考试两个部分,书本知识采用传统的闭卷考试方式,占70%;而平时成绩又分为试验成绩与论文报告,共占30%。为了检验学生课外阅读的效果,增加了论文报告这一考核内容,论文报告要求学生利用图书馆和互联网对某一种现代生物化学与分子生物学技术或者热点方向的研究进展作一综述,以论文形式提交,对写作优秀者加分,还可帮助修改和鼓励发表。通过考核评价体系的改革,可以激发学生的学习热情,促使学生学会通过各种途径查阅资料,敏锐把握学科动态,获取和分析信息,培养初步的科研思维和论文写作能力,并且这种考试方式能更真实的反映学生的综合素质。
在尝试进行以上教学改革时,还应注意3方面问题:第一,在教材的把握上,如何既保留生物化学的学科特色与要求,授予足够的基础知识,又因材施教、合理的删减教材内容,处理好重、难点。第二,在引入课外阅读和论文写作上,如何循序渐进的选择材料和内容,逐步培养学生对科技论文的阅读理解和写作能力,不至于使学生被畏难情绪打击,产生厌学情绪。第三,应当建立反馈机制,通过发放学生调查问卷,适时把握学生诉求,及时了解学生感兴趣的问题、内容或者学习中的难题,便于客观评价和改进教学方式。
总之,随着学科的发展和社会需求的变化,针对不同学生特点,生物化学的教学工作必须做出相应的调整,更新教学内容,优化教学方法,改革培养模式,调动学生的学习积极性,拓展眼界,开阔思路,激发其科研兴趣,培养其科学思维和创新能力,为今后的工作或进一步深造打下一定的基础。
[参考文献]
[1]冯圣平,秦斌,袁力.生物医学工程专业高等教育的内涵探讨与实践[J].医学教育探索,2004,24(3):21-23.
[2]刘秉勋.爱丁堡宣言[J].医学教育,1990,10(5):1.
1997年教育部正式批准，在高等院校设立生物技术专业，并于1998年颁布了《普通高等学校本科专业目录和专业介绍》，规范了生物技术专业的培养目标、主要课程和学制。专业课程包括微生物学、细胞生物学、遗传学、生物化学、分子主要生物学及基因工程、细胞工程、微生物工程和生物化学工程，涵盖了生命科学和生命工程的基本知识和技能，并以此构成了生物技术专业课程的基本框架。医学院校是医学生物技术人才培养的重要基地，临床医学也是医学生物技术应用的主战场，医学生物技术与临床医学相互依存、相互促进，缺少基础医学与临床医学专业知识和技能的生物技术专业毕业生，在未来的实际工作中不能很好地满足医药领域的科研及创新要求。这就提示我们，在医学院校生物技术专业开设临床医学课程，有着迫切需要和实际意义。我校生物技术专业自招生之初就开设了临床医学课程。生物技术专业有了临床医学的指引，人才培养基础更加扎实，方向更加明确。同时，具有一定临床医学知识的生物医学人才，能够更好地将自身优势辐射到传统医学专业上，为临床医学的发展提供新视野，开拓新思路，注入新的活力。医学生物技术已经在临床医学的发展中发挥了革命性的作用，如基因工程药物和疫苗、单抗导向药物、人工血液代用品等已广泛应用于癌症、传染性疾病和一些遗传性疾病治疗。同时，许多临床新问题、老难题，也越来越多地依赖于生物技术的发展，相关疾病的基因定位、组织工程、干细胞研究方面也都取得了重要成果。显然，医学院校生物技术专业开设临床医学课程既是生物技术学科发展的需要，也是临床医学发展的需要。
2医学院校生物技术专业临床医学教学现状和问题
2.1课程体系和教学内容完全照搬临床医学专业本科教育
课程体系和教学内容是培养目标的直接反映，是培养人才素质、提高教学质量的核心环节。生物技术专业临床医学课程体系和教学内容，应该紧贴生物技术专业实际需求，有针对性地进行设置。然而，目前大部分医学院校生物技术专业临床医学课程体系和教学内容完全照搬临床医学专业本科教育，将内科、外科、专科教学内容按照病因、临床表现、病理、诊断、治疗、预防等毫无取舍地灌输给学生，呈现教师教学无特色、无重点、无思路，学生学习无方向、无兴趣的状态。这与学科设置初衷和社会人才需求脱节，不能培养学生的自主学习能力及创新能力，没有达到预期效果。
2.2课程目标不明确，考核要求不严格
目前大多数医学院校对生物技术专业临床医学教学不够重视，没有真正意识到临床医学对该专业学生今后发展的重要意义。医学院校生物技术专业临床医学课程目标应该是：使学生具有一定临床思维，了解临床医学前沿和需要，并能在医学发展和临床需求中找到生物技术的落脚点、发力点，运用所掌握的生物技术理论知识和技能，从事相关领域的科学研究、技术开发，最终为医学问题的解决开辟新思路、提供新方法。但是目前医学院校对于生物技术专业临床医学课程目标认识比较模糊，在教学过程中需要学生掌握哪些内容、掌握到什么程度没有一个明确的标准。考核过程较为敷衍，甚至没有考核，使临床医学课程开设存在“鸡肋化”的危险。
3医学院校生物技术专业临床医学教学内容
医学院校生物技术专业人才培养，在强调基本素质共性的基础上，应该有不同的培养类型和专业方向。医学生物技术专业临床医学教学内容必须体现职业生涯发展目标，尊重学生多样性选择。目前的教学内容和课程体系不能完全符合专业发展和人才培养需要，不能完全适应现代医学发展需要，不能完全考虑到多样化、个性化、专业化，因此有必要对医学院校生物技术专业临床医学教学内容进行改革。
3.1紧贴实际，重点突出
临床医学是医学生物技术的出发点和落脚点，在课程设置上除了要整体介绍临床医学概况外，重点是要筛选出能够体现生物技术学科发展价值以及与生物技术知识有交集的内容，体现出医学生物技术特色和资源优势，如临床诊断的新方法，基因诊断、基因治疗技术在肿瘤及其他疾病中的应用等；而疾病的临床表现、物理诊断及常规治疗方法等内容应该淡化。这样才会贴近生物技术专业实际，更好地激发学生学习热情，避免浪费学生有限的精力。
3.2以临床问题为向导，以临床难点为突破
医学生物技术发展动力就是临床问题。医学生物技术的发展已为我们解决了一个又一个医学难题，开辟了新思路，提供了新方法，已有很多成熟的、新兴的生物技术应用于临床实践。因此，应将目前临床上亟待解决的问题和需要突破的难点贯穿在教学中，引起学生的思考和学习兴趣，从而更好地把生物技术和临床医学结合起来。
3.3着眼前沿，广泛涉猎
生物技术专业临床医学教学内容需要不断更新和发展。临床医学的最前沿往往与生物技术的发展密不可分，因此要把临床医学中最新的焦点和热点引入教学中，让学生体会医学生物技术对现代医学发展的重要性，增强荣誉感和使命感。同时，临床医学不断进展的案例也是很好的教学事例，让学生了解前辈们是如何发现问题、分析问题、解决问题，并推动医学科学向前发展的。但也要照顾到医学发展的冷门分支，给学生拾遗补缺的机会，在大家忽视的老问题上做出新文章。
4医学院校生物技术专业临床医学教学模式
生物技术专业临床医学教学模式应该有别于临床医学专业，要更加突出多样性、灵活性和自主性，最大限度调动学生积极性，将课程的作用发挥到最大化。
4.1课堂教学与课外教学相结合，选修和必修相结合
压缩课堂教学时数，将教学主战场放在课外，把更多的时间交给学生进行自主学习。增加选修课数量，鼓励学生选择自己感兴趣的方向进行探索。生物技术专业将来不从事临床医疗工作，对临床医学知识的学习应该是有重点和有取舍的，这个选择权不应掌握在教师手中，而应留给学生。让学生在课外通过文献查阅、学术会议、网络交流等多种形式，学习对未来职业发展有帮助的医学知识。
4.2大师进讲堂，将导师范围扩展至临床学科
师资队伍建设是实践教学体系改革的关键。目前生物技术专业临床医学师资结构中，中级职称教师比例偏高，真正的大师偏少。应该把临床医学的“大腕”请进讲堂，因为生物技术专业的导师往往更重视具体的新技术、新方法，而对临床医学前沿需求知之甚少，缺少宏观思路和顶层设计。这些可由临床导师很好地补充，他们扎根临床数十年，对疾病的发生发展、治疗的难点要点有更全面、深入的认识。要鼓励学生参与到临床导师的科研课题及科技创新活动中，使其不仅对原有理论知识和技术有更清晰的认识，还锻炼了临床科研思维能力；使学生能更准确地把握现代医学发展的脉搏，找到自己感兴趣、能钻研、有出路的研究方向，对未来职业发展进行合理的规划。
4.3启发为主，传授为辅
生物技术专业学生将来主要从事科研工作，应该是临床医生的益友良师。其临床医学教学不应以传授方式为主，而应采取引导、启发的方式，加入讨论及案例教学，让学生自己思考问题，用专业特长来分析问题、解决问题。强化学生创新思维和综合能力培养，在教学环节中启发学生自主学习和自由学习。在教学方法和教学手段改革中，坚持理论联系实际、基础联系临床的教学理念，强调教学过程的“四结合”：密切结合科研，密切结合临床，密切结合实践，密切结合新进展。
4.4考核评价与教学目的相统一
一、培养医药化工人才的必要性
传统的医药工业在过去的计划经济体制下以救死扶伤、保证人民健康为唯一宗旨，以生产出产品为首要目的。实现工业化生产时较少从化学工程角度去考虑设备与过程的设计、放大和控制，缺少化学工程研究。因此，我国制药工业中的化工过程比较落后于其它化学工业。在当今社会主义市场经济体制下，传统的医药工业除面临新药开发中的知识产权保护的挑战外，还面临着竞争机制的挑战，特别是复关后面对的是国际大市场的竞争，如不迅速提高技术水平，建立现代医药工业，就会在市场经济中缺乏竞争能力。根据医药生产过程基本是化工过程的特点，要建立现代医药工业体系，提高生产操作水平，降低成本，减少能耗、物耗，就必须加强在医药工业化生产中的化学工程研究。
根据我系毕业生分配情况，医药行业尤其是制药行业与公司迫切需求医药化工方面的毕业生，虽然每年都有相当数量的毕业生分配至医药行业的科研、生产单位，但远远不能满足需求，这包括数量与质量两个方面的不满足。分配到医药行业的毕业生也反映他们的知识结构上的不适应，需要花1-2年甚至更长的时间对药学方面的知识和特点进行熟悉和再学习。
二、发挥清华大学的工科优势培养医药化工人才
医药工业是技术密集型的特殊行业，理、工、医药学科的相互渗透、优势互补，共同培养药学人才是加强我国高等药学教育、使之更好地为我国医药工业服务的重要途径之一。清华大学是一所以工科为主，兼有理学院、经济管理学院和即将成立的人文社科学院的综合性委属重点大学，具有雄厚的公共基础和机、电等公共工程基础。化工系的化学工程学科是学校的重点学科之一，近几年来又着重在加强工程实践基础上做了不少努力。具有较雄厚的化学工程的反应、分离、过程优化设计等科研基础和教学基础，也是优势所在。同时我校还有相关的生物科学技术系、化学系。化工系也设有生物化工与制药研究所，并即将与国家医药局科教司联合成立国家医药局清华大学医药工程中心，因此也具备一定的开设化学制药和生物制药的基础课(如生物化学、有机合成)的能力。但目前尚欠缺开设有关药学和药理等专业课及实验的条件，需要兄弟医、药院校的协助。因此总的设想是在国家教委和国家医药管理局的统筹安排下尽快在我校化工系试办以坚实的化学工程与工艺基础为特征的、同时覆盖化学制药和生物制药、专业面较宽的5年制医药化工(或制药化工)专业，尽快培养一批适应我国医药事业发展的、既有坚实的化学工程与工艺基础，又懂化学及生物制药的特殊原理及要求的工程型医药学人才。
三、办学方式
方式1:以清华大学化工系为主，借助兄弟医药院校的师资、办学经验和条件，五年中前三年突出清华大学的特点，充分发挥本校的办学优势，打好公共基础和化学工程与工艺基础。第四学年开始，请兄弟医药院校、系的教师开设有关药学方面的专业课，并尽可能就近借助兄弟医药院校、系的实验条件进行相应的必要的实验技能训练。同时积极培养和引进本系这方面的师资和实验条件的建设。见习和生产实习均到制药厂进行，第五学年的最后一学期进行制药化工过程中的工程、工艺学习，以及少部分偏重基础研究的毕业设计(论文)。获得工学士学位。
方式2:在试办“医药化工专业”的同时还可试办第二学士学位，多途径培养多种类型的制药工程人才。在获得化学工程第一学位的同时，取得药学第二学位。在我系化学工程与工艺专业的学生中，于第三学年开始选取一批优秀的志愿者，在修第一学位(化学工程与工艺)课的同时，陆续选修药学专业的基本必修课。五年内同时修满两个学位的必需学分，并同时完成化学工程学与药学两方面的毕业设计(论文)者授予两个学位。此类学生第一学位为主，第二学位为辅，有条件者，两篇论文最好相结合。第一学位由清华大学化工系负责，第二学位由医药院校负责，合作对象待定。
根据国家教指委的专业规范以及社会需求与各类人才的专业特点，在大量调研和充分论证的基础上，结合办学特色，研究确定了生物工程专业的人才培养目标是：培养出具备生物工程基本知识、掌握生物技术及其产业化的科学原理、工艺技术过程和工程设计等基础理论和技能，能在生物技术与工程及中医药领域从事设计、生产、管理和新技术研究、新产品开发的工程技术人才。在培养方向上，既要培养学生掌握生物工程的基本技能、基本理论和基本知识，又要注重现代生物工程在传统中医药中的应用与交叉融合，注重工程技术素养的培育，注重培养具有中药发酵工程技术、中药活性成分分离工程技术、能将细胞工程、基因工程应用于中医药研究的人才，充分发挥中医药背景的优势和特色，培养出社会真正需求，并能在中医药领域发挥一技之长的复合型人才。
二、具有中医药背景的生物工程复合型人才的培养模式
建立科学的人才培养模式是人才培养的基础性工作。围绕着培养具有中医药背景的生物工程复合型人才这一目标，我校生物工程专业加强课程及教材建设，突出实践能力的培养，坚持继承与创新相结合，注重特色项目的培育，重视中药发酵工程、中药酶工程、中医药基因工程等中医药生物工程技能的培养，这也成为了专业建设的一大特色。
1实施课程改革，优化课程体系，注重中医药生物工程技术的培养
课程是教育的核心，课程水平决定了人才培养的水平。生物工程专业在课程设置上以优化学生知识结构、提高学生综合素质为主线，注重其多学科交叉的特点。在广泛学习调研国内生物工程专业人才培养方案的基础上，根据国家教指委制定的专业规范要求，对现有的课程体系进行了整体优化和调整。为加强学生实践能力的培养，增设了工程类基础课程，并增设了实训环节，以更好地促进学生综合素质的提高。我校生物工程专业在培养学生具备生物工程基本技能的基础上，注重中医药生物工程技术的培养，具有鲜明的中医药特色。除了开设细胞工程、酶工程、基因工程等通用课程以及工程制图、化工原理等工程技术基础课程以外，还充分利用学校在长期办学过程中形成的中医药学这一优势学科，开设了中医学概论、中药药剂学、中药复方药动学等课程。同时，在专业实验课中也融入了中医药相关的内容，而学生开放实验项目、本科毕业论文中与中医药相关的比例均高达50%左右。
2选用优秀教材，编写特色教材，融合鲜明的中医药特色
教材建设是制定人才培养方案和课程设置必备的基础环节，教学内容和课程体系的改革必然反映到教材上。制订教材建设规划，完善教材选用机制，以此保证教材选用的先进性及中医药特色。针对我校生物工程专业的特色，编写并出版了符合专业方向需要的中医药生物工程教材《生物与制药工程实验》，该教材既注重基础知识，又着眼于实用性及学科发展性，并结合了中医药特色的实验内容。这些实验内容在生物工程基本理论的基础上，注重中医药特色，对培养学生的动手能力和实验设计能力具有很强的指导性。
3构建实践教学体系，强化工程能力、实践能力的培养
实践能力的培养是高等教育教学的重点和特点，实践教学不但是生物工程专业本科教学的重要组成部分，而且是培养具有创新精神和实践活动的高素质工程技术人才的重要环节。生物工程作为一门实践性及应用性较强的专业，不仅要求学生具备深厚的理论基础，还应具备较强的实践动手能力。因此在人才培养过程中，如何强化工程能力及实践能力的培养是一个非常重要的问题。
（1）积极推进实验教学改革我校生物工程专业非常重视实验教学工作，在实验教学体系、实验教学内容、课程整合与优化、完善管理机制等方面进行了改革，以满足生物工程专业发展的需要。
①在实验教学体系方面，实行多层次改革，对课程实验教学、学生参与教师科研、毕业设计实验、开放实验项目、企业实训教学、实验设计竞赛等多个环节进行优化，建立更完善的实验教学体系。
②在实验教学内容方面，增加能更好地提高学生实践动手能力的设计性、综合性实验项目，减少验证性、认知性实验项目，促进科研成果向本科实验教学内容转化，并根据学科发展更新实验教学内容，引入特色实验项目。
③在课程整合与优化方面，对实验教学内容相关相承的课程，打破课程壁垒，进行课程整合，开设专业模块大实验，如将“基因工程”“、生化制药学”的实验课整合为“基因工程实验”，将“工业微生物学”“、生物工艺学”“、发酵设备”的实验课整合为“发酵工程实验”。“基因工程实验”将基因工程常用的实验技术串联起来，涉及基因克隆、菌种构建、工程菌的发酵、蛋白分离纯化、产品电泳与检测等环节，让学生在整个产品生产流程中了解各项技术，既有“点”、又有“面”，改变了过去实验课时少、实验内容孤立、交叉重复等现象。
④在完善管理机制方面，建立开放式实验教学平台，通过该平台实现信息、师生交流、资源共享、实验管理等功能。
（2）建设特色实验室，加大实验室开放力度我校生物工程专业建有生化分离工程、发酵工程、细胞工程、基因工程、化学合成和化工原理等特色实验室，面向全校开放。每年承担150余项开放实验项目供全校学生选择，内容涉及生物工程各个方面，通过这些实验项目可以提高学生的综合素质及科研能力。同时，根据学生的科研兴趣及就业方向，分不同专业方向，通过实行科研导师制、撰写论文以培养学生的实践动手能力和创新意识，如采用发酵工程技术培育药用菌（中药）、中药成分分离分析工程、中药制剂工艺、细胞工程、生物制剂等不同方向。
在美国高校的生物医学工程专业，不仅有负责课程性教学、专业化指导以及自身科研的本系导师，还拥有大量外系以及与研究所联合的教师。以霍普金斯大学为例，它的生物医学工程专业拥有100多名教师，但其本系的教师只有42名，其他均为外系教师，这些教师主要来自于药学院和工程学院。其学科背景更是丰富，涉及到电子学、材料学、数学及统计学、机械、化工等诸多方面，这种充分利用学科间的优势进行教学的模式，不仅丰富了生物医学工程专业，更为共同促进学科发展发挥了强大的推动作用[3]。随着近些年的发展，我国各高校的生物医学工程专业的师资水平有了显著提升。但与美国相比，在联合培养方面还有一定的欠缺，在与其他专业相关领域专家教授的联系方面做的还不够，各高校间的交流程度有待提升。
2课程设置之比较
美国高校的本科课程突出通识化、职业化，学制采用四制，课程主要分为5个方面：（1）科学基本知识；（2）工程类核心课程；（3）生物医学类核心课程；（4）人文与社会科学；（5）工程类选修课程。其中工程类核心课程类似于国内的专业基础课，而工程类选修课类似于专业课。在4a本科教育中，第1a主要进行通才教育，学习基础知识；第2a学生可根据个人兴趣及就业取向选择主修专业，学校安排相关专业领域的教师帮助选修工程课程并进行科研实践研究指导；最后2a学生则主要进行某一传统工程领域及其生物应用方面的学习。美国生物医学工程本科教育以能力为导向，特别关注于知识背景领域的宽度以及课程与职业发展的密切性，重视人文、社会科学等方面的教育，为今后学生在职业选择上创造了广泛有利的发展条件。我国生物医学工程本科的课程设置则主要集中于影像设备和医学电子工程学这种更为专业化的课程上，基本上没有高校针对生物医学工程自身产业化的过程及其背景等相关知识进行认知性教育。相对于专业教育，在学生职业素养和人文素质方面的培养稍显不足。学生本人对专业课程的自主选择度不高，能够选择的专业课程有一定的局限性。由此可见，我国的生物医学工程本科教育课程设置更加突出技术性和专业性，学科之间的跨度不够，学科交叉性不足，很难实现学科间的共同促进和发展，导致能够帮助学生在未来的职业选择和发展中跨领域发展的可能性降低。各高校在教学科研方面的特长开展，联系实际不够紧密，过分强调专业型技术人才培养，一定程度上与当前知识快速更新的时代脱节。
3实验实践能力之比较
美国高校非常重视学生实验实践能力的培养。生物医学工程专业最早在美国发展，积累下了丰厚的科研基础力量，并且大多高校具备条件优越的实验室，且实验室资源十分充足，为学生科研实践能力的提升提供了优越的条件。例如，哥伦比亚大学和莱斯大学在生物医学工程本科教育中，实验室课程占很大比例；杜克大学重视培养该专业的学生在实验中解决实际问题的能力；弗吉尼亚大学生物医学工程专业的实验课程平均每周超过3h。由于我国生物医学工程专业发展时间相对较晚，目前各高校的专业实验室资源有限，并且对本科生不完全开放，实验条件相对落后，因而在课程设置中实验课比重相对较少。另外，在实践实验能力培养方面相比之下重视程度不高，设置的实验课多半是验证性实验等，缺乏创新性，不能充分调动学生的积极性，也不能发挥学生的主观能动性，因此学生的动手能力得不到充分有效的锻炼。据统计，我国许多高校本科生的实验课时不到总课时的1/6，较美国高校水平差距较大。
4对我国生物医学工程专业本科人才培养发展模式的启示
通过比较中美两国生物医学工程专业本科人才培养模式，发现了我国在该专业本科教育领域存在的不足。针对如何更好地开展生物医学工程本科人才培养，更好地发展我国生物医学工程教育，总结了以下感受与启示。
（1）结合我国生物医学工程的发展趋势，确立适合我国生物医学工程发展现状的人才培养目标。目前，我国生物医学工程专业还处于发展的初期阶段，但伴随我国经济的持续发展、技术领域的更新进步，该专业将会进入到一个快速发展的时期。因此，我国生物医学工程本科教育应适当借鉴美国高校的培养模式，更加注重为研究生培养打下坚实基础，而本科阶段主要集中在理工基础知识的掌握以及生物学与医学背景的了解上，从而为学生下一阶段在某个研究领域的继续深造创造有利条件。同时，我国生物医学工程本科教育还要注意与产业发展相结合，致力于培养既能推动科研发展又能满足产业化需求的高素质复合型人才，为该专业下阶段的跨越式发展进行力量储备。
（2）根据学科发展的规律及特点，逐步实现我国高校师资队伍的有机整合。生物医学工程专业属于交叉学科，是理、工、医等多学科的交织融合。美国生物医学工程本科教育的教师很多都是各学科分支的领军人物，将他们整合在一起组成师资队伍顺应了学科发展规律，发展势头必然明显。随着我国生物医学工程专业的发展，目前国内也有一大批该领域的专家学者，他们在各自的研究领域都有着不菲的成绩，掌握着丰富的理论知识与科技前沿技术，对临床需求有着深刻的认识与理解。因此，各高校在师资队伍建设方面应当充分考虑生物医学工程专业的发展规律，真正理解交叉学科的内涵，一方面通过高校联合优势，集中解决各个分支专业的教学问题；另一方面，尽可能将该领域的专家融入到教育队伍当中，高效整合师资队伍，使其充分体现医工融合的特点，从而为学生提供优质的教学资源，使其真正领会医工结合的真谛与内涵，那么优秀的生物医学工程人才必将源源不断地被挖掘、培养出来。
（3）筑牢学生人文素养基础，强化学生实践能力，课程体系设置应基于产业市场需求和科研发展。美国生物医学工程的本科课程尤其以专业课程设置突出其学科本身涉及面广的特点，同时注重学生人文素质的综合培养以及实验实践能力的有效锻炼，具有相当的灵活性，并且能够结合科研优势突显重点。我国开设生物医学工程的各高校应该充分借鉴学习这些经验做法，并结合各高校的实际情况，贴合自身的科研方向与优势，有针对性地指导学生进行科研实践，提升学生的实验实践能力。同时，要强化研究与产业的双方面发展，将市场需求纳入课程设置的考虑因素，并且融合学生自身的兴趣及未来就业形势等相关方面，灵活创新地设计课程，争取培养出具有特点鲜明的、发展方向广泛的、综合素质与竞争力强大的医工人才。
5结语
关键词：生物医学图像编程实现技术；双语；教学改革
作者简介：杨春兰（1980-），女，河北石家庄人，北京工业大学生命科学与生物工程学院，副教授；吴水才（1964-），男，江西九江人，北京工业大学生命科学与生物工程学院，教授。（北京100124）
基金项目：本文系北京工业大学2013年度研究生课程建设项目（项目编号：015000542513528）、北京工业大学教育教学研究项目（项目编号：ER2013B21）的研究成果。
中图分类号：G643.2文献标识码：A文章编号：1007-0079（2014）09-0105-02
“生物医学图像编程实现技术”是生物医学工程专业研究生的选修课。该课程的主要内容是分别利用VisualC++和ITK两种编程工具实现常见生物医学图像的读写、点运算、配准、分割等涉及医学图像分析基本问题的程序编制。本课程共32学时，包括7个章节：常用医学图像处理软件编程环境介绍；生物医学图像的类型及其数据表达；各种医学图像的读写方法和显示；生物医学图像处理类库的实现；医学图像配准；医学图像分割；基于医学图像的统计分析。
本课程教学方式主要采用课堂讲授和学生上机讨论同步结合的形式。教学思路围绕利用VC等编程工具实现图像处理程序的编写展开：以ITK学习作为算法理论指导的基础和主线，在学生理解具体算法的核心内容后，再利用VC完成算法的实现，进而使学生掌握VC进行生物医学图像处理的编程技巧。在课堂教学中充分发挥学生的积极性，鼓励创新思路和团队合作。本课程目前主要选用与ITK和VC图像处理紧密相关的指导书和参考书，以及笔者编写的教学讲义。
针对该课程教学内容中ITK和VC均采用英文开发平台的特点，目前英文多媒体课件已达教学内容总量的2/3以上。笔者多年从事生物医学图像处理领域的科研工作，近年来查阅并收集了大量英文文献。在各章节的教学中为学生提供了丰富的英文学习资源。此外，教学中采用英文ITK编程指导书作为程序编写的基本算法理论参考。程序设计中，示例程序英文注释占到1/2以上篇幅。鉴于目前的教学现状，拟将该课程建设为双语课程。
一、双语教学改革的必要性
“生物医学图像编程实现技术”作为生物医学工程专业硕士生的专业选修课，目的是使学生学会利用VC和ITK等编程工具完成生物医学图像处理的程序设计和相关科研任务。目前MicrosoftVisualC++6.0开发平台和ITK开发平台均为英语环境，ITK学习资料和网站亦均使用英语，因此，掌握VC和ITK程序设计中的常见专业术语，具备阅读并编写英文注释的程序代码能力是教学中的一个重要目标。前几轮教学中主要存在以下问题：
第一，学生本科阶段专业背景和英文水平存在差异，在学习以英文为主的教学内容时存在一定困难。北京工业大学（以下简称“我校”）生物医学工程专业研究生大多来自其他各地方院校，很多学生在计算机语言学习和编程操作方面基础较为薄弱，编程水平亟待提高。目前生物医学工程专业开设的研究生课程中，“医学图像处理”仅从基础理论方面论述了生物医学图像处理的内容、模式和发展趋势，学生缺乏利用计算机编程工具实现图像处理算法的技术入门和指导。本课程目前主要以ITK用户学习指导书和VisualC++图像处理参考书作为学生学习的参考资料。ITK指导书和相关学习资料为全英文编写，通常程序开发者使用的VC6.0开发平台为英文版，帮助查询信息也为英文，在一定程度上增加了学生学习编程技术的难度。双语教学的开展成为解决该问题的重要途径。
第二，已有经试用一定时期、教学效果良好的上机指导讲义，但尚无与英文学习资料配套的双语教学讲义。生物医学图像处理的基本概念和相关算法是本课程的理论基础，利用ITK和VC进行编程是学生学习本课程应掌握的基本技能。鉴于在课堂教学中，理论讲授仍是主要教学手段，笔者围绕使用ITK和VC图像编程两条主线来安排课堂教学，精选出能够提高生命科学与生物工程学院（以下简称“我院”）研究生科研水平的课程内容。
目前的课堂教学主要以ITK用户学习指导书和VisualC++图像处理参考书作为学生学习的参考资料，尚无可供使用的正式出版教材。基于前期该课程教学改革建设，笔者编写了该课程的上机编程指导讲义，教学中已试用3轮，学生普遍反映对其学习很有帮助，取得了较好的实验教学效果。然而，单独一本上机指导书或者几本相关参考书无法满足教学中的实际要求。此外，目前编写的上机指导书中缺少英文专业术语，而在实际教学中应当注重专业术语的解释和英汉对照，使学生在掌握专业知识和技能的基础上进一步学会专业词汇的运用，提高其科研能力。因此，教学中亟需使用将基础理论内容与上机操作有效紧密结合的双语教学讲义，使课堂教学中学习资料与上机指导书内容相对应，从而使教学内容系统化，能够同时满足学生理论学习和上机操作的实际需要。
第三，学生自主学习内容来源均为英文资料，尚需教师做中英对照指导。培养学生的创新意识和动手实践能力是研究生教学的基本指导思想。计算机程序设计类课程需要足够的上机操作练习和课后自主学习来巩固学习成效。只强调课堂讲授往往使学生的思路受到限制，不能达到同步跟随讲解掌握编程要点和调试技巧的目的。笔者鼓励学生在自学中利用互联网等现代学习工具，并结合自己在生物医学图像处理领域的科研工作，针对教学内容收集了大量英文文献，在各章节的教学中为学生提供了丰富的英文学习资源。但多数学生在计算机语言学习和编程操作方面基础较为薄弱，且缺乏图像处理方面的先修专业知识，在自学时遇到了较多困难，需要教师对相关专业术语和概念做中英对照解释和指导。因此，课堂讲授和课后师生答疑及作业等均宜采用双语模式。
综合以上分析，本课程在教学中需组织并精选双语教学内容，并在此基础上编写与英文学习资料配套的双语课堂教学讲义，在课堂讲授等环节亦适合采用双语教学模式。双语教学是解决前述几个教学问题的必要手段，也是增强本课程教学效果的重要途径。
二、双语教学建设的具体措施
1.教学内容建设
本课程主要以利用ITK和VC两种工具进行生物医学图像处理的程序设计展开。ITK的学习相对易于掌握和理解，可作为引导和帮助学生形成编程思路和整体框架的基础部分；针对生物医学图像的特点，在ITK对应内容学习的基础上，重点使学生掌握利用VC进行各种处理算法的程序实现。由于课时数的限制，教学内容将紧密联系目前医学图像处理领域的热点问题，参照国内外常用生物医学图像编程软件的基本功能，精选有助于学生今后开展科研工作的内容，在此基础上完成教学内容的中英对照优化。
在目前使用的英文ITK学习指导书、VC图像处理参考书和自编的上机指导讲义中，对于图像文件的读写、图像滤波等内容，是交叉重合的部分，也是教学中的重点内容。因此，可依据学习资料将上述章节的教学内容重新整合，组织成中英双语对照的形式；对于无交叉的内容，如图像配准、统计分析等，以中文参考书为主导，英文指导书相关知识点为参考，通过查阅参考资料，完善该部分的中英对照内容。
2.教学方式建设
双语教学的目的是使学生能够在专业领域进行学习和应用，使外语不再成为专业学习和交流的困难和障碍。因此，双语教学不能仅仅立足于提高学生的外语水平，更应在教学中注重专业术语的解释和英汉对照，使学生在掌握专业知识和技能的基础上进一步学会专业词汇的运用。[1-3]本课程双语教学的目标必须以掌握专业知识及技能为基础，进而培养学生的动手能力和利用编程理解各种理论算法的学习能力。
基于上述教学思想，教学方式主要采取课堂教师讲授与学生同步上机操作相结合的形式。在双语教学过程中充分发挥学生使用英语学习的主动性和创新意识，鼓励团队合作完成较复杂程序的设计。[4，5]针对课堂讲授环节，以英文多媒体课件为依据，在各章节末给出专业术语的中英文对照总结。对基本理论算法采用英语讲解，重点和难点部分用汉语加以强调。
每个专题内容的教学中，首先由教师给出具体的设计任务，以ITK示例程序作为基础理论指导，利用VC演示经典程序的编写调试过程，重点强调编程中的技术要点和中英对照专业术语，并对易错点进行提示。根据设计任务，鼓励学生在实现程序的基本功能基础上，加入自己对算法的理解和功能扩展，并请学生在课堂上对程序设计思路用英语进行讲解和交流。课后程序作业要求学生在程序编写时给出各种函数功能和关键语句的英文注释。
在医学图像配准、分割专题的教学中，让学生分析查阅中英文献资料，结合自己今后的科研方向制作简单的软件实现配准、分割的常用算法。在这些专题中组织学生进行英文口头报告和学术讨论。对于功能模块较复杂的程序，让学生自由分组，注重培养学生团队协作精神和个性特长的发挥。
3.教材建设
目前该课程没有指定的正式出版教材，在实践教学中主要采用自编的上机指导讲义《上机指导说明书》，课堂教学环节中主要从ITK和VC实现图像处理两个方面为学生提供了相应的英文学习资料和参考书。
结合该课程的专业特色和注重上机操作环节的特点，在优化中英对照教学内容的基础上，编写本课程双语教学讲义。讲义内容涉及中英对照的医学图像处理相关基本概念和术语、ITK程序运行步骤及结果分析中文注释、ITK专业术语中英对照详解、VC图像编程技巧要点等。由于该课程实践性强，在编写讲义的同时，对重要的教学内容和教学难点可以制作视频讲解的VCD光盘予以辅助。
三、双语课程建设的可行性
本课程教学内容是在了解学生知识水平和专业背景的前提下，结合我院生物医学工程中心各研究室的研究方向和主要工作而安排的。针对VC开发平台和ITK教学示例程序及注解均为英语的特点，后续教学中可以做到对双语教学内容结构的进一步完善和调整，从而达到提高教学效果的目的。
尽管目前本课程尚无可供使用的正式出版教材，但已有适应学生学习水平的相关中英文参考资料和申请者编写的学生上机实验指导书和讲义，后续建设中编写与中文对照的英文讲义是完全可行的。
选修该课程的生物医学工程专业学生人数相对固定，课堂教学过程便于控制。授课对象具备良好的英语基础和专业知识，具备双语教学的接受水平和理解能力。因此可以探索更为合理的双语教学模式，从而充分发挥学生学习的积极性，培养研究生利用英语查阅文献和学习的研究能力，提高其国际交流水平。充分发挥本课程教学内容和参考资料为英文的优势，让学生在该课程的学习中对利用英语进行科研的训练得以实现。
本课程教学团队的师资力量和业务素质达到了对“生物医学图像编程实现技术”进行双语课程建设的基本要求。笔者曾赴英国华威大学参加了校青年骨干教师出国培训，口语流利，专业基础知识扎实；为生物医学工程专业本科生主讲“VisualBasic程序设计”（双语）课程，具有为该专业学生讲授计算机类课程的双语教学经验，了解该专业学生在学习计算机类课程时的知识水平和心理特点；多年从事生物医学图像处理领域的科研工作，查阅并收集了大量英文文献，在各章节的教学中为学生提供了丰富的英文学习资源。
本课程隶属生物医学工程专业硕士生计算机类选修课。我院设有生物医学工程一级学科博士学位、硕士学位授权点，该学科是北京市重点建设学科。生物医学工程中心下设2个生物电子与仪器研究室，1个生物力学与仿真工程研究室。生物医学图像处理是生物医学工程领域的主要研究方向之一，上述研究室均开展了涉及生物医学图像处理的研究工作，可为本课程的实践教学环节提供科研实践训练环境；此外，产学研基地还可吸纳学生进行与图像处理相关课题的编程创新训练。我院与美国桑利尼亚州立大学签订了联合培养协议，为开展双语教学提供了有利的国际学习和交流条件。
四、展望
为推进国际化教育进程，研究生课程建设应积极做到与国际化接轨。“生物医学图像编程实现技术”以提高学生图像处理的编程水平为基本出发点，结合当前该课程的教学现状，在教学内容和教学方式等方面都有望实现双语化。通过借鉴相关计算机类课程双语教学的宝贵经验，不断进行总结，从而实现预期教学目标，切实提高研究生的实践能力和研究水平。
参考文献：
[1]曹东云.影响高校双语教学效果的学生、教师因素调查研究[J].教育探究，2010，（5）.
[2]饶岚，毛新军，宁洪.双语课程教学模式的研究与实践[J].高等教育研究学报，2010，（33）.
[3]苏晓云.地方高校双语教学课程质量保障体系的研究与实践[J].中国电力教育，2010，（19）.
