生物技术与生物医学工程范文

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篇1

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2014）01-0135-03

黑龙江八一农垦大学生物技术专业是在农业微生物实验室的基础上建立的，曾三次被评为黑龙江省普通高校重点建设专业。该专业经过多年发展，培养了大量社会所需的生物技术人才，与社会联系广泛，社会声誉逐步提升，专业建设能密切联系本地经济社会发展，在与相关产业和领域的合作方面有良好的机制与途径，毕业生广泛受到用人单位的欢迎，历年初次就业率就达到85%以上。

经过多年的建设，生物技术专业的培养体系已较为成熟，但生物技术的迅猛发展，新知识、新技术的不断涌现，对生物技术人才培养的质量提出了更高的要求。因而，生物技术专业人才培养目标、思路及方案的制订要充分考虑学校的优势、就业需求和未来发展的需要，要站在学科前沿，紧盯生物技术专业的发展趋势，适度超前，培养在几年乃至若干年之后，仍为社会所需要的人才。[1]本文依托黑龙江省寒区农业废弃物资源化综合利用工程技术研发中心这一平台，对生物技术专业的实践教学模式进行初步探索、研究。

一、生物技术专业实践教学存在的问题

我校生物技术专业的学生实践能力的提高主要通过以下几个层次进行：首先是基础课实践能力培养，主要是通过生物基础、生物化学、分子生物学、细胞生物学、微生物学、免疫学和遗传学课程的实验与生物基础课的野外实习得到初步的锻炼；其次是在学习基因工程、发酵工程及设备、细胞工程、生物工程下游技术等专业课程中的实验及实习得到进一步的训练，主要涉及一些专业基本技术的培养；最后就是本科毕业论文的设计、研究及毕业实习。但在实践能力培养过程逐渐发现存在诸多问题。

（一）实验课内容陈旧重复

实验教学是培养学生实践能力的重要环节。生物技术是21世纪发展最快的学科，生物技术的研究内容、方法及设备日新月异。为了适应生物技术的发展，实验教学要不断地革新。而我校由于师资力量条件的限制，仪器设备年更新率不足5%，致使有些课程的实验内容无法更新。比如，发酵工程及设备的实验有3个：豆酱的生产、酸奶的发酵和固定化酵母细胞及酒精的生产，实验内容仍旧停留在20年前的水平。而发酵工程及设备、酶工程两门课程均有固定化细胞的实验内容，基因工程、分子生物学也存在实验内容重复的问题。实验课内容的陈旧及重复，使培养的学生不能适应社会的发展，竞争力不强。

（二）课程实习实施效果良莠不齐

生物技术专业的课程实习主要涉及三门课，一是生物学基础，在帽儿山进行为期1周的标本采集及鉴定实习，该课程的实习由学生直接参与，加之有丰富经验的老教师带队，历年实施效果较好，得到学生欢迎。另两门是发酵工程及设备、生物工程下游技术专业课，也均有1周的课程实习，但该两门课程的实习均是采用参观实习的形式，由于该部分的实习均是参观发酵车间，噪音大，学生听不清楚，学生在实习过程中走马观花，预计的实习时间很难达到，存在着实习实际学时达不到理论学时及实习效果差的问题。另外，发酵车间均大同小异，选择参观好几个发酵工厂，学习效果差异不大，学生通过实习学到的知识量少。

（三）毕业论文研究不能有效提高学生的动手和创新能力

学生是在指导教师的指导下进行毕业论文的设计、实施和撰写，毕业论文的完成可以培养学生的创新能力和实践能力。但目前存在着老师指导学生数量过多的现象，有的老师会指导10名左右本科生；同时需要老师填写及督促、检查学生完成的表格有选题执行情况统计表、指导教师情况统计表、教师工作总结、毕业论文执行情况检查表、中期检查表、工作进度表、教师指导记录表、工作日志、学生工作总结和优秀论文推荐表等，这些均加重了老师的工作量，使老师平均指导每个学生的精力减少，不可避免地造成学生毕业论文完成质量不高的问题。

（四）毕业实习实施困难

教学计划中安排学生在第八学期的1至15周进行毕业实习，是将四年所学的理论和实践相结合的重要阶段，可促进学生基本理论、基本知识、基本技能的融会贯通，提高学生运用知识解决问题的能力。而目前就业的严峻形势、学校对就业率的要求使学生不能安心去实习，因为利用实习阶段去找工作的学生较多，而学院为了完成就业的任务，也放松了对毕业实习的管理。另外，长期的教学实践表明，由于学生的动手能力差，学生进入实习单位后不能很快适应角色，用人单位也不愿意接收实践能力不强的学生。

二、工程中心建设的实践条件

寒区农业废弃物资源化综合利用工程技术研发中心依托单位为黑龙江八一农垦大学，共建单位为哈尔滨世宏环保工程有限公司。中心目前拥有包括35L-500L-1000L发酵系统、厌氧操作台、大型高速离心机、凝胶成像系统、高分辨率显微镜、蛋白质纯化系统、高效液相色谱等仪器设备100多台套，价值500多万元。中心学术带头人王伟东教授目前为国家“十一五”科技支撑计划项目首席专家、黑龙江省“十一五”重大科技攻关项目首席专家、黑龙江省普通高校新世纪优秀人才、黑龙江省杰出青年基金获得者。研究团队多年来在木质纤维素的微生物分解与转化、畜禽粪便和秸秆资源化处理生产生物有机肥、沼气发酵技术与工程和秸秆微生物发酵生产饲料技术等方面取得了众多的研究成果。

共建企业哈尔滨世宏环保工程有限公司是一家环保工程设计及施工、农林废弃物及污水处理的生物技术与生物质能源工程公司。公司涉及农业废弃物处理、环境污染（水、气、固体废弃物）防治厌氧处理工程、大型沼气发电工程、发酵料液制肥工程、环保设备集成、环保产品、环境工程等诸多方面。公司自成立以来，完成了鸡西市梨树区碱厂村、阿城滨圣养殖基地、通河龙口等多处大型沼气工程。公司通过多起大型沼气工程的建设，具备了丰富的建设经验，能够承担大型沼气工程的建设与机械设备的开发、安装、调试等工作。公司不仅致力于沼气工程的建设工作，还致力于先进技术的开发与利用，开展畜禽粪便堆肥化、生物质能源工艺技术及相关工程设备研发、技术熟化、成果转化、技术服务等。

三、依托工程中心的实践教学改革措施

（一）优化实验课设置，整合实验内容

针对实验教学过程中存在的问题，参考国内高校生物技术专业课程实验的设置进行实验项目的整合，把重复的内容进行了归类，开设新的实验项目。每门课程的实验内容、方法及目的均由授课教师进行开会论证，参与者为生物技术专业所有的授课教师及学院主管领导，特别邀请共建企业技术人员进行指导，对实验课的开设实行严格的论证，并对有些课程的实验进行了整合，形成一门课程：生物技术综合大实验课程，总学时为40学时，在第六学期开课；教学内容主要是融会贯通生物与分子生物学、微生物学、发酵培养的实验技能，综合考虑学校的教学条件及今后进入企业进行实习的要求开展实验；教学方式采用学生自行查阅资料、设计方案，由指导老师对实验方案修正后实施。

（二）调整专业课程实习为生产实习

鉴于专业课程实习与毕业实习存在的诸多问题，对生物技术的教学计划进行修订，保留了生物基础课程实习，取消了专业课程实习，在第五学期的开学之初增加4周的生产实习，主要是进入发酵企业进行顶岗实习。为了让学生能在实习单位尽快适应生产单位的条件，充分利用工程中心拥有的发酵设备条件，在工程中心进行1周的操作训练后分散进入实习单位，如大庆志飞生物化工有限公司、肇东日成酶制剂厂、大庆华理能源生物技术有限公司等10多个企业，采用学校教师与企业技术人员共同指导负责制对学生的实习进行指导和管理。

（三）建设“多师结构”的实践教师教学团队

在培养理论与实践兼备教师方面，我院进行了有益的探索。[5]为了进一步提高教师和学生的实践能力，本科毕业论文的指导教师打破完全由教师承担的制度，采用企业技术人员和教师共同指导方式。一方面减轻老师的工作量，另一方面研究的课题在一定程度上也解决了企业的一些问题，同时学生的综合能力也得到了提高。

（四）鼓励学生依据工程中心的条件申请创新训练项目

为推进创新创业人才培养模式改革，强化学生创新创业能力训练，进一步提升大学生的创新能力和创业能力，培养适应创新型国家发展战略需要的高水平创新人才，我省及学校从2012年起设立创新训练项目、创业训练项目和创业实践项目。获批省级项目，学校支持8000元/项；获批校级项目，学校支持5000元/项。鼓励学生利用工程中心的条件进行创新训练项目申请，申请成功后，工程中心将依据项目的内容提供实验条件。

四、人才培养效果

实验课程整合后，改变了以往以小的实验为主，实验内容简单，仅仅为理论中某一知识点验证的弊端，将有相关的知识内容有机地结合在一起，对学生系统掌握理论知识起到了很好的诠释作用。生产实习的安排在解决了专业课程实习仅是参观而得不到实际锻炼的问题的同时，还为更好地开展毕业实习奠定了基础，在此过程中工程中心起到了良好的衔接作用。“多师结构”的实践教师教学团队使学生的毕业论文质量得到了进一步提高，解决实际问题的选题内容比例增加。2009级毕业生选题中，针对实际问题的选题占32.4%，虽然比例还不是很高，但比2008级毕业生增加了近10%。2009级毕生中有15人参加到创新研究项目中，有5人次获得优秀毕业论文，投稿论文3篇。

五、结语

生物技术专业结合校企共建工程中心进行了一些可提高学生实践能力的教学改革，充分调用工程中心的各种资源，让生物技术专业学生在工程中心中可以体验不同的角色，获得不同的经历，接受多种熏陶，打造学术型和应用型人才培养并举的育人平台，将学生、指导教师团队、工程中心、企业现场融入生物技术人才培养体系当中，构建“四位一体”的实践教学模式。研究虽然取得了一定的效果，但阻碍实践教学能力提高的因素还有很多，诸如限制实验项目更新的仪器设备、毕业论文中流于形式的一些表格填写、毕业实习与就业矛盾的解决等问题，还需要主管部门的认真思考，提出合理的解决方案。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 王彦杰，韩毅强，晏磊，等.生物技术专业“落地人才”培养模式的探索与实践[J].安徽农学通报，2012（5）：150-151.

[2] 王洪振，于长春，郝锡联，等.生物技术专业本科实践教学的改革成实践[J].吉林师范大学学报（自然科学版），2010（1）：113-115.

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Principles and Techniques Teaching and Reform

CHEN Changming

（College of Horticulture， South China Agricultural University， Guangzhou， Guangdong 510642）

Abstract Plant Genetic Engineering Principles and Techniques is a plant related graduate of an important basic course， the article reviewed the current postgraduate course in practice teaching reform， analyzes the existing problems. According to the characteristics and horticulture graduate personnel training requirements of plant genetic engineering， it is proposed to improve the quality of teaching practice teaching methods and measures to improve the practical teaching system to improve the ability of students to acquire knowledge and innovation.

Key words graduates; Plant Genetic Engineering; teaching reform

0 引言

基因工程是二十世纪八十年代在分子生物学和分子遗传学的基础上发展起来的一门新兴学科。它的主要研究内容是体外将核酸分子插入质粒或其他载体分子，构成新的遗传物质组合，并将其转化到原先没有这类遗传因子的寄主细胞内，且能持续稳定地表达和遗传。因此，应用基因工程技术，人们可以按照自己的主观愿望，创造出自然界原本不存在的新生物类型。科研人员正是利用这一特征，已在提高农作物产量，改善品质，增强抗逆性和抗病虫害的能力等方面取得令人瞩目的成就。园艺作物主要包含果树、蔬菜、观赏植物三大类经济作物，基因工程在园艺作物品种改良，关键基因的发掘，种质鉴定等方面有着重要的作用，如今很多农业院校园艺系相继开设了研究生的园艺植物基因工程原理与技术课程。

1 研究生基因工程原理与技术课程教学与实践改革现状

为了适应现代生物技术的飞速发展和达到培养高素质科研人才的要求，基因工程原理与技术课程已被设置为包括生物技术、生命科学、生物工程在内的生物相关专业、医学专业及农林专业本科生和研究生的必修课。由于基因工程技术在生物科学研究中的地位举足轻重，在众多综合院校和农业院校都开设了基因工程类课程，对基因工程类课程改革做了许多研究工作。阮小蕾等探讨了本课程在传统的理论和实验教学中存在的不足，结合笔者的教学经验，在教材建设、教学内容的改革与建设、实验配套的硬件与软件建设、实验教学安排等方面进行了探索，总结出了一套行之有效的理论和实验教学方法。姜大刚等对研究生基因工程实验教学改革进行了探讨。提出了以教学大纲为指导开展教学，做好课程规划;构建“和谐课堂”，重视教学效果;教学内容的与时俱进和不断充实完善;重视师资队伍建设，发挥骨干教师的模范作用;科研内容的渗入和应用等观点。马婧等针对园艺专业研究生的特点和人才培养要求，提出了根据课程性质，合理安排课程时间，针对专业特点，选择理论教学内容。并探讨了实验教学实践的方法，提出了采用小班教学，“高带低”的辅助教学模式。

2 园艺研究生植物基因工程原理与技术课程教学与实践存在的问题

园艺植物基因工程原理与技术是针对园艺专业低年级硕士、博士研究生的一门专业选修课程，包括基因工程原理讲授和实验技术操作两个部分。以笔者所在的华南农业大学园艺学院为例，该课程是针对园艺相关专业（包括果树学、蔬菜学、花卉学、园艺产品采后科学、茶学）低年级硕士和博士研究生开设的一门专业选修课程，该专业生源大部分为园艺专业本科毕业生，同时存在一些跨专业考研的与生物不相关专业的学生，他们在本科阶段没有学习过基因工程、分子生物学、植物生物技术等相关知识，相对来说，存在学生基础知识薄弱、专业背景复杂、研究方向多样等因素，这为园艺植物基因工程原理与技术课程在园艺专业研究生中的教学带来了一定的困难。除此之外，开设时间短，课时少，一些学校的实验条件有限等现实情况也成为了该课程开展的制约条件，另外由于很多同学以前没有做过分子生物学方面的实验，对基因工程实验的操作非常生疏，因此也必要对他们进行特别的指导与教学。针对以上问题，该课程应结合专业特色和教师个人科研工作，让研究生掌握一定的基因工程技术，为今后的研究和生产工作奠定基础，本文从课程的理论体系教学和实验设置等方面提出了课程改革的措施。

3 研究生园艺植物基因工程原理与技术课程教学改革措施

3.1 设计合理的园艺专业研究生植物基因工程原理与技术理论教学内容

园艺植物基因工程原理与技术虽然以实验操作为主，但离不开基本原理知识的讲述，传统的基因工程理论知识体系庞大而复杂，在有限的课时里（设计为30个学时），讲授者很难将所有相关知识一并传授给学生。因此挑选合适的讲授内容就显得尤为重要了。园艺专业研究生的研究对象主要为果树、蔬菜和花卉，运用植物基因工程技术的主要目的是对植物某一性状进行改良。所以在课程内容选择上应该以植物基因工程所要解决的主要问题为导向，带着问题和目标选择授课内容。讲授侧重于植物基因工程的相关内容，重点讲解核酸提取，目的基因的克隆，植物表达载体的构建，重组子筛选，农杆菌介导的转基因方法等内容。通过这些内容的教授，学生就可以掌握在植物基因工程研究中所需要的基本理论知识，为将来从事相关的科学研究打下基础。随着现代基因工程技术的快速发展，基因工程的技术更新很快，除了基本的基因工程原理知识，也需要及时获得最新的用于植物基因工程，尤其是适用于园艺类植物基因工程的新方法和新技术，并整合到教学内容中，如最近出现的可用于园艺植物基因沉默的新技术TALEN和CRISPR/Cas系统等，与时俱进地更新教学内容，将新知识、新理论、新方法传授给学生。

3.2 合理安排实验内容

研究生教育应以科研为目标，园艺植物基因工程原理与技术课程的学习就是为研究生将来进行植物基因工程相关的科研活动打基础的，我们的课程教学与设计也要以园艺植物研究为导向，巧妙进行实验设计，合理安排实验内容。植物基因工程相关的实验方法和技术非常多，应选择适合园艺专业研究生的实验内容。选择内容的标准主要有三个方面：第一，实用性原则，现在我们园艺学院科研项目所需的基因工程操作主要有基因克隆、载体构建、表达分析、基因遗传转化等，所以我们着重从这些方面入手，设计实验，让学生对将要从事的基因工程方面的实验有一个整体的认识;第二，创新性原则，基因工程技术发展了这么多年，出现了很多新的技术，然而在我们的实验教学过程中，一直沿用最基本的实验操作模式，因此在现有实验的基础上加上一些近年来新发展的技术可培养研究生科研上与时俱进的思维，如我们可在实验的内容加上生物信息学的内容，或者学生采用电子克隆技术得到的基因序列，设计扩增引物，用PCR的方法扩增，并送往公司测序，然后分析序列，以培养学生独立思考与探索的意识，而且现在用的实验指导书，实验技巧与知识已经陈旧，有必要增加新的基因工程操作技术到本课程的实验指导书中;第三，合理性和可操作性原则，园艺研究生有别于其他生物专业的研究生，他们的生物技术，生物化学以及分子生物学方面相关知识比较薄弱，所以在实验过程中的实验内容及时间安排应循序渐进，合理有序，首先从学生们易于接受的DNA提取、PCR以及凝胶电泳入手，再进一步到载体构建及基因表达，实验操作过程中分组进行，每组4～5人，每一组由一个实验经验丰富的高年级研究生任指导组长。

3.3 理论联系实际，开展科研训练，探索原理讲授与实验技术操作最佳结合方式

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中图分类号：O6-33；G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）49-0131-02

一、引言

面向生物医学工程专业开设《测试技术与传感器》是一门以研究自动检测系统中的信息提取、信息转换和信息处理的理论和技术为主要内容，集光、机、电于一体，综合物理、化学、生物、材料、电子、电气、计算机、机械等学科技术的实践性非常强的专业基础课。杭州电子科技大学生仪学院目前开设的《测试技术与传感器》课程的课程目的为系统论述测试系统及其基本特性；介绍测试系统中传感器的结构、基本原理和典型应用，以及传感器的发展趋势、选用原则等，它是实现测试与自动控制的重要环节，仪器专业的重要专业基础课，也是自控原理、智能仪器课程设计、虚拟仪器课程设计的基础。

二、存在问题

目前该课程的教学状况及存在的问题：（1）测试技术与传感器技术属于多学科交叉渗透课程，涉及电学、磁学、光学、化学等学科，对先修课要求较高，现有的教学内容，以教师课堂讲授为主，侧重于原理的介绍及公式的推导，学生看不见，摸不着，缺乏感性认识，容易出现枯燥、难以学好的感觉，加上很大一部分学生的学习主动性差，学习态度上不太重视，没有投入必要的精力和时间，直接影响教学效果。（2）现行传感器教材比较繁多，有的以传感器原理为主线，有的以过程参数测量为主线，但是很多教材都没有涉及新型传感器的理论知识及其应用，不利于学生拓宽知识面，不符合宽口径人才培养模式。（3）目前传感器课程的实验环节以验证性实验为主，主要使学生掌握常用传感器的使用和标定方法，以及相应传感器的测量转换电路设计。（4）课程考核方式一般是以考试为主，辅以作业、实验、考勤评价，这种考核方法很难激发学生的学习积极性和主动性，不能真实反映学生的学习能力、对知识的掌握程度及其专业应用能力。

传感课程教学方法研究大多是自动化、精密仪器专业中对该课程的教学方法研究。结合本专业优势，本文提出通过使用启发式教学、结合临床实际教学、结合多媒体等手段丰富教学方法，提高生物医学传感教学效果。这些方法对提高生物医学专业的传感教学提供了重要改进措施，对提高教学质量具有重要意义。改革和完善《测试技术与传感器》课程的教学模式，通过研究型教学，训练学生的高级思维能力和解决实际问题的操作能力，培养学生主动学习、独立学习与终身学习的能力，使学生具备一流大学本科生的素养，提高核心竞争力。

三、改革目标

1.本文拟从课堂教学模式、课程教材多样性模式、实验课教学模式等方面研究并探索出具有杭州电子科技大学生物医学特色的“测试技术与传感器”研究型教学模式，培养学生的高级思维能力、解决实际问题的操作能力、交流沟通能力，在大学学习结束后，离开校园和教师，具有继续自主学习的能力。

2.在以基本传感测试单元为框架的知识体系的基础上，收集整理基于生理学与工程应用或医学临床现象结合的传感学科交叉内容，为编写生物医学工程等工科专业适用的生物传感教材、论文等提供教学资料并制定教材理论体系框架。

四、具体措施

（一）课堂教学模式探索

1.教师课堂讲授重点为最核心的知识点，对具有迁移价值的学科基本原理进行阐述。讲授内容少而精，对重点、难点讲深讲透，引导学生多角度、深层次地理解基本原理，而对事实性知识点，则少讲或不讲；讲授内容宽而新，以学科的发展为大背景，了解课程基本原理在大学科中的定位，以及与学科最新发展的联系。

教学内容较多，面面俱到的教学难以完成教学任务，教学效果并不佳。根据传感检测特点和生物医学工程等相关专业的培养需要，设计该课程的课程体系以各传感器基本功能为主，尤其是电感、电容、电压、应变片、磁电式传感等章节作为教学重点和难点，其中的各个章节的应用与心电、脑电、肌电内容相关联，引入生物医学工程重要的研究领域――脑机交互，作为重点讲解；而光敏、气敏、热敏等章节内容相对简单，容易理解，不做重点讲解。因此，可据此分配授课时间，突出教学重点。

2.教师根据核心知识点，提出知识点总结分析归纳问题、实际应用相关问题等，由学生课程小组分别选择问题，课后参阅书本、资料，提出解决方案，并由课程小组代表发言，课堂展示并交流。

此外，在各个传感系统中识记结构部分内容琐碎难记，而生物医学工程专业对这部分内容的要求并不高，不要求掌握详细结构，在理解传感结构及工作原理的基础上，日后工作或科研中用到这部分内容时能够通过查阅参考书获得信息即可，课堂讲解突出章节纲要，对其中涉及的工程应用现象补充材料介绍。

3.课堂教学中，教师讲述研究课题开题报告基本格式及其具体实例，由学生自我提出学科感兴趣的实际问题，参阅相关资料和解决方法，模拟写作研究课题开题报告。为更好地服务于生物医学工程专业的学科交叉特点，在生物医学传感的教学过程中注意整理、添加与工程应用和医疗仪器的内容。比如，在讲解压电传感基础上增加相关的医疗应用讲解，如人工瓣膜、血压监测计等器件的工作原理内容；在讲解电感基础上，增加当前无创呼吸电感检测的原理等介绍，这些内容对激发学生兴趣、启发学生的创新思维具有重要作用。然而，这部分内容还比较零散，没有形成良好的体系，此外，目前还没有专门适用于生物医学工程等工科专业的生物传感生理学教材。在讲解医疗方向的应用时，要注意资料的收集、整理和系统化，不仅可以很好地服务于生物医学工程等专业的培养要求，还将对编写工科专业专用的生物医学传感教材提供课程资料和理论框架。

4.课程教材模式探索。课程教材采用开放性体系，教师围绕教学目标研读现行的先进教材的基础之上，为学生推荐至少2本以上国内外先进教材，包括英文原版教材，对应于不同核心知识点，引导学生学会知识点的寻找、分析、归纳、比较，并利用各种国内外文献网络进行最新相关进展的补充和学习。引导学生尽可能或完全避免学一门课程只读一本书的现象。

在课堂教学中，除了使用多媒体和板书进行理论教学之外，还有意识地利用网络公开课等引导学生的自主学习。在我校图书馆的视频资源中有国内外著名大学的视频公开课，利用这些强大的网络资源可以弥补课时少、课程任务重的矛盾。比如，在该课程教学中，原理介绍部分占课时较少，在对重点器件结构和系统课堂讲解的前提下，其中一些具体的设计内容布置给学生自学。除了缓解课时不足的矛盾，网络课程资源还可补充教学内容，加深学生对知识的理解。

教师发展学习平台中的相关传感课程讲述，由经验丰富的名师授课，通过网络观看可加深对理论学习的印象，还可激发学生的学习兴趣。不仅丰富了学生的学习资源，更重要的是，在这种教学过程中，向学生示范了资料收集和获取信息的方法，提高了学生自主学习的能力。

（二）实验课教学模式探索

1.基础性实验：围绕测试技术与传感器的核心知识点，掌握传感器的基本原理及信号检测，这类实验主要属于验证性实验。

2.综合性实验：模拟生产或生活实际中的某一具体项目开展，学生可根据被测对象的不同选择各自合适的传感器，实验室配备电压表、电流表、指示灯、蜂鸣器、计数器等设备，用于学生自行完成线路的连接，也可根据学生的具体情况拓展知识点，综合性实验可在做的过程中让学生将学到的理论知识贯穿起来，整个项目采用3～4人为一小组的团队形式，以学生为主体，教师可适时地进行引导，循序渐进地实施项目，完成知识、技能和相关能力的学习。

3.提高性实验：对于提高阶段，我们将尝试结合虚拟仪器实验平台，虚拟仪器技术是仪器智能化发展的一个重要方向。我们增设实验内容要求学生采用软件LABVIEW或VB、VC等作为开发工具，设计直观友好的用户交互界面。如有可能还可根据检测分析的结果产生相应的输出控制信号。

4.除了实验教学，在与医疗仪器相关的脑机交互研究方面还可成立大学生科研活动小组，开展多种课外科技活动。其中申请者是该科研活动小组的指导教师之一。结合该课程的教学改革，拟吸收对生物医学方向感兴趣的同学加入，主要以观摩实验和学习实验方法为主，在活动参与中激发学生专业兴趣、促进专业学习。

五、总结

本文针对面向生物医学工程专业开设的《测试技术与传感器》课程当前存在的问题，结合生物医学专业学科交叉特色，提出了相应的改革目标和措施，使学生能自主使用各种通用传感和专用医疗仪器平台，灵活选择信号分析方法，加强对仪器平台分析的能力和对结果的理性认识，发挥该课程的实践性优势。通过施行开放式的《测试技术与传感器》课程教学模式改革，注重实验知识的延伸，完善考核制度等改革措施，最大程度地增强学生的自主性与参与性，培养社会需要的创新型、应用型、复合型、外向型的“医工结合”型储备人才。

参考文献：

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生物医药：

制药产业与生物医学工程产业是现代医药产业的两大支柱。生物医药产业由生物技术产业与医药产业共同组成。各国、各组织对生物技术产业的定义和圈定的范围很不统一，甚至不同人的观点也常常大相径庭。

生物医学工程是综合应用生命科学与工程科学的原理和方法，从工程学角度在分子、细胞、组织、器官乃至整个人体系统多层次认识人体的结构、功能和其他生命现象，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、装置和系统技术的总称。

（来源：文章屋网 ）

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中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）22-0119-02

一、引言

《计算方法》综合了计算数学和计算机科学相关知识，具体研究利用计算机解决数学问题的相关理论和相关方法。该课程作为我校生物医学工程专业本科学生的课程，目前仅有理论教学环节，教学效果有待提高。本文结合生物医学工程专业特点，基于我院在医学影像成像方法的研究成果，借助我校信息学科与计算机学科的优势，对《计算方法》课程教学改革进行探讨。将《计算方法》课程的理论知识应用于医学成像中，包括CT成像、近红外光学成像和光致超声成像等，以期摸索出适合生物医学工程专业学生的《计算方法》实验教学体系，培养知识与能力并重、理论与实践兼顾的创新型生物医学人才。

二、计算方法课程特点及教学存在的问题

随着科学技术特别时计算机科学与技术的高速发展，科学计算已成为继理论分析、实验研究之后的第三种科学研究手段。计算方法研究利用计算机解决科学问题的相关理论和方法，是科学计算的核心。作为数学理论与工程应用之间的一个纽带，计算方法在很多学科领域发挥着重要作用，很多高校已将该课程作为学生的必修或选修基础课程。

计算方法紧密结合数学理论和计算机科学，是数学的一个重要分支，也是理工科学生一门重要的基础课程。计算方法研究利用计算机解决数学问题的相关理论和方法，强调计算机技术的实际应用和数学算法的工程实现，对学生的动手能力有较高的要求。由于与工程实践密切结合，该课程的教学必须理论与应用并重。

《计算方法》课程具有以下特点：（1）计算方法课程不仅涉及高等数学中学过的相关理论内容，而且注重运用这些理论去解决问题，而不是理论本身。它有助于加深学生对数学理论的理解和认识。（2）计算方法课程公式较多而且难记。（3）强调对计算机的使用，尤其是在计算机上借助一定的软件平台实现相关算法。

生物医学工程是一门兴起于20世纪60年代的交叉学科，涉及化学、数学、物理、药学、生物t学、电子技术、工程技术、材料、计算机技术和信息技术等众多学科及领域。该学科综合了工程学、生物学和医学的理论和方法，具有综合性强、知识结构交叉跨度大、发展速度快等特点。从事该专业的本科生不仅需要电子技术、生命科学、电子与信息科学相关的基础理论知识；而且还需具备生物医学与工程技术相结合的科学研究能力。由于生物医学工程学科知识结构的交叉性和综合性，对高校培养的该专业人才需要更高、更全面的能力素质要求。

我校生命科学技术学院将《计算方法》课程作为大三生物医学工程与生物技术专业学生的选修课，经过几年的教学，存在的主要问题如下：

1.《计算方法》课程教学内容照本宣科，与生物医学工程专业基本无联系。目前，课程教学内容与生物医学工程专业以及生命科学技术学院研究方向基本上没有联系，结合不够紧密，没有将生物医学工程专业领域涉及的科学计算学生所学专业领域科学计算问题融入教学计划和教学内容。

2.《计算方法》重点在于理论教学，对数值实验能力的强调不够。以往的教学环节中，选用的教材在内容安排上没有对数值计算过程中实验过程的描述。老师在授课过程中，忽略了学生数值实验能力的培养。实际上，这门课程不仅具有完整的理论体系，更是一门实践性很强的课程，数值实验在该课程中必不可少。

三、教学改革具体措施

针对上述问题，本文从教学内容、教学模式和考核方法等方面进行研究，结合生物医学工程专业特点，基于生命科学技术学院科研平台，加强数值实验，摸索适合生物医学工程专业学生的《计算方法》实验教学体系，培养知识与能力并重、理论与实践兼顾的创新型生物医学人才。

1.扩展《计算方法》教学内容。我校《计算方法》课程选用西北工业大学出版社出版的教材《计算方法》，教材内容包括计算误差、基于二分法和迭代法的方程近似求解、直接法和多种迭代法求解线性方程组、特征值和特征向量的计算、最小二乘法求解方程组、曲线拟合、曲线插值、以及数值积分与数值微分等，课程内容大部分涉及的都是数学理论，以及各种方法的详细推导，教材上的例子主要是简单的数学问题，与实际应用联系较小，与生物医学工程专业更是没有联系。我们在教学过程中，结合我院科研以及生物医学工程专业特点，在理论讲解与公式推导的同时，融合医学成像具体实例，让学生了解如何在本专业领域运用该课程相关知识。

2.开设《计算方法》实验教学。为提高学生动手能力，我们在经典计算方法课程内容基础上，结合生命学院科研项目，加入与生物医学工程专业相关的应用实例，例如CT图像重建，计算方法课程中的迭代法和最小二乘法均可用于CT图像重建，基于学院CT硬件系统采集的数据，结合合适的成像模型，学生上机编程完成CT图像重建。通过该实例学生不仅了解了CT成像原理，更掌握计算方法在CT成像中的应用。再例如辐射传输方程的求解问题，该问题在生物医学成像中普遍存在。辐射传输方程属于复杂的偏微分方程，在光学成像前向建模中，需要求解该方程，而计算方法课程中有一章的内容讲解偏微分方程的数值求解方法，学生可以开展基于数值方法的辐射传输方程求解。同时，我们加大编程仿真，特别要指导学生应用所学知识进行生物医学工程应用实践。

3.完善《计算方法》教学模式。《计算方法》课程的目的是让学生利用计算机，结合一定的软件工具，解决实际问题。考虑到课程特点，以及学生前期已经学习Matlab语言，我们使用Matlab软件作为计算方法的编程工具。我们在当前计算方法课程的课堂教学安排中，除了理论教学，还增加仿真实验。教师在课堂讲解时，进行详细演示，同时要求学生课后进行编程与上机。课后作业采用计算机编程完成，学生提交报告，给出程序代码以及运行结果。使学生通过仿真实验掌握计算方法中的理论知识，同时学会编程运用计算方法相关内容解决实际问题，提高动手能力。

4.改进《计算方法》考核方式。传统《计算方法》课程考核采用笔试形式，主要考查的是学生对基本知识点的掌握情况。本文改革中，我们兼顾知识与能力的评价标准考核学生学习效果。评价标准主要包括：计算方法基本理论知识、基于Matlab工具的编程仿真实现计算方法相关算法、生物医学工程实际问题解决能力。对于计算方法基本理论知识的考核，采用笔试闭卷形式；对基于Matlab工具的编程仿真实现计算方法相关算法，考核学生在计算机上利用Matlab语言编程实现误差分析、二分法和迭代法求解方程组、数据插值、数据拟合、数值积分与微分等；对于生物医学工程实际问题解决能力的考察，给出两到三个生物医学应用问题，要求学生根据现有数学模型，基于测量数据问题求解，并给出误差分析结果。总之，采用形式多样的考核方式，对学生的综合能力进行测评。

四、结语

本论文对计算方法课程改革进行了探讨，构建教学研用有机结合的计算方法教学体系。通过基础知识传授、计算机仿真实验、医学断层成像具体问题实践，建立包括基础理论――验证实验――应用实践三个层次的相互衔接的计算方法学教学体系；同时，生物医学工程专业背景下的算方法教学，融合了包括分子数学、生物、计算机与信息等多学科知识，对学生的理论、实践与应用能力协同训练与提升，为多学科交叉复合型创新人才的培养奠定基础。

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Teaching Reform of "Computational Methods" for Biomedical Engineering Students

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