生物医学工程与生物技术范文

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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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二.生物医学工程学科类型

生物医学工程学是理、工学科和生物医学相结合而发展起来的交叉边缘学科，涉及的领域十分广泛，与其他诸如材料、信息、电子技术、计算机科学关系密切，并在不断发展之中.根据学科具体内容可以分为:因为生物医学工程学科具有其他学科所没有的特点，我国仅设一级学科不设二级学科.

1.信息技术型生物医学工程(InformationTeehno一osyBiomediealEngsneering:IT一明E.)其知识体系的组成特点是以电子技术、计算机技术、信.息处理技术的知识为主线，以生物医学方面相应的领域为交叉、结合对象，对其中的问题进行研究.

2.材料技术型生物医学x程伽aterialTeehnologyBiomedicalEngineering:盯一翎E)其知识体系包含材料科学、生物技术、力学、化学、生物化学、信息和计算机技术、医学和生命科学的墓本知识，主要研究对象是生物材料和人工器官，包含新近发展起来的组织工程.

3.生物技术型生物医学工程(BiologiealTeehnologyBiomedicalEngineering，BT一BME)在生物医学工程发展的同时，由于分子生物学的发展产生了生物技术，使得生物医学工程与生物技术交叉结合.美国实验生理学学会联合会(F^SEB)对未来医学发展的分析是“分子医学将在2020年成为人类健康的基础.分子医学的实践将包括新的预防方法、新的诊断方法和新的治疗方法，新的治疗方法将直接针对造成疾病的分子、细胞或生理缺陷.这些新医学方法的墓础将是精确的和无创的成像及诊断技术，……”，这充分说明了在新的时期，生物医学工程必然和分子水平的诊疗技术交叉结合，也就是说生物医学工程必然和生物技术交叉结合，因此必然会产生生物技术型的生物医学工程.其知识体系包含数学、计算机技术、信.息技术、生物学、分子生物学、遗传学等等.

4.生物医学研究型的生物医学工程(BiologiealMediealstudyBi二。dicalEngineeringBMS一BME)由生物医学工程的定义和它的研究内容知道，我们要为深入研究生命过程的规律，揭示生命的本质.因此这类学科的着眼点和落脚点不在于应用，而在于用目前的一切科学技术的理论、方法、技术以某一生命过程为研究对象.所需的是所有理工科、生物学、医学、哲学知识的交叉融合.

5.医疗器械产业型的生物医学工程伽ediealDevieesBIOfnedicalEngineering:MD一BME)生物医学工程所有的研究的最终目的是以各种不同的产品服务于社会，在各种生物医学工程产品中，医疗器械(含各种医疗仪器、医疗设备和耗材等)产品占有很大比t.要过渡到产品必须有由实验室研究到产业化过度的研究阶段，就会形成产业型的生物医学工程.其知识体系包含电子技术、计算机技术、精密机械、生物医学的基本知识、管理学、市场经营等.以往我国医疗界械产业化的发展较发达国家滞后，就是因为这方面的力t相对薄弱，因此一方面应该在医疗界械的公司强化这方面的建设，另一方面应加强高校、研究所与企业的交叉结合.科研成果的产品化研究在医疗界械行业显得尤为重要。

6.在医院中的生物医学工程-----一临床工程随若科学技术和现代医学的发展，生物医学工程对促进医学科学的发展起到了很重要的作用，尤其是在医院的建设和发展中所起的作用更为重要，所居的地位更为明显.医疗机构为了满足社会的需求，在医疗市场的激烈竞争中求得生存与发展，就必须加快自身的现代化建设，在这一进程中，生物医学工程的分支学科一一临床工程已成为现代化医院不可缺少的组成成份，将起到举足轻重的作用.临床工程师、医生和护士共同构成现代化医院的三大支柱川.临床工程在医院中的发展是一个值得关注问翅.临床工程的定义:前面讲过生物医学工程学是一门新发展起来的交叉性学科，它研究内容非常广泛，从纵向看，生物医学工程学的组成除了研究开发以外还有一个重要的组成部分，就是在医院中应用生物医学工程的所有成果---一临床工程，临床工程则是为了利用现代科学和工程技术知识，将现代的生物医学工程学的新技术和成果安全、可东地应用到临床，以提高医疗水平为目的的一个生物医学工程的学科分支.那么，什么是临床工程呢?目前，一般认为在医院中医疗设备的维修管理就是临床工程，我们认为，在医院中所有为了提高医院医疗水平而应用现代工程技术的工作都应该属于临床工程的范畴.在医院临床工程墓本上由五大部分组成:一是以医疗设备的全程技术管理为主，解决医院装备现代化中技术、设备、质t保证和经济管理方面的问题，包含了医院中的设备工程和设备管理工程;二是医疗信息的现代化管理-一Hls(HospitalInfor.tionsystem)系统:使用计算机和通讯设备采集、存储、处理、传翰和翰出门诊、住院息者医护和管理信息，包括临床辅助科室的信息，形成网络系统，实现信息共享，提商医院工作质t和效益;三是和影像存档和通讯--一P^cS(Pict盯e^r。hi，ing.eo二unie。tson:system，):是医院用于管理医疗设备如CT，MR等产生的医学图像的信息系统;四是远程医疗网络系统等:远程医疗就是利用电子通讯网络以电子信号来传递有关医学诊断、治疗、护理、咨询及教育等的信息及数据，其即可以为偏远地区的息者提供医疗服务，也可以作为医生之间进行交流的有效工具;五是参与临床的诊断与治疗一线工作的工程技术:例如放射治疗计划的制定、虚拟手术、理疗和康复等等.临床工程与生物医学工程研究开发是两个紧密相连的必要环节，又具有各自的发展规律.因此，我们既要重视前者的发展，也要重视后者的发展，在医院中更应将后者放在发展的重要的地位.

三.国内外生物医学工程教育棍况

科学与学科有非常密切的关系.科学自身的规律决定学科的规律，科学发展决定学科的建设和发展，当然，学科的建设反过来形响科学的发展.随若人们对健康的关心程度的增加，医学上疾病分析、诊断、治疗和康复等方面的仪器设备逐年增多.因此，在教学科研单位需要有研究人的生命的物理原理、控制过程和研究新的检测、监测生理、生化物理指标的原理、方法、仪器设备;在工业部门，需有设计、制造适于医护人员操作和人事科医学要求的仪器设备的工程师.在医院里，需有掌握医学设备的均t和维修以及培训使用这些设备的人员的工程师;这就要求有一个系统地培养生物医学工程师的教育计划.生物医学工程师要用工程学的方法来解决生命科学上的难题，因此，要求有一些涉及生命科学和工程学的交叉训练，使得学生既要性得工程原理，又要了解如何应用知识来解决生物学和医学上的问题.二十世纪50年代，随着生物医学工程科学研究的发展，产生了生物医学工程学科.由于科学研究的需要，在国外生物医学工程学科发展的最初阶段，是趋向于培养博士水平的高级人员.后来由于注意到实际应用，产生了硕士和学士水平的教学计划.

1.国外高校生物医学工程专业的情况

目前发达国家的很多大学都设有生物医学工程系，仅美国就可在Inter网上查到近百所大学生物医学工程系的主页.《共国新闻》及《世界报道》两媒体2002年联合公布的生物工程/生物医学工程领域最佳研究生院的排名(根据设施、人员、研究成果引用系数等)前十名的学校。.设有叫S方向与BT的较多.以研究生教育为主，本科为附在我国，涉及生物医学工程专业最早的是中专教育、大专教育(1，60年成立的北京商学院就有医疗器械系)，真正的生物医学工程学科开始于70年代未，19，8年国家科委成立了生物医学工程学科专业组.从此生物医学工程作为一门独立的学科在我国很快地发展起来.经二十多年的发展，目前全国己有近几十所高校建立有该专业，这些高校均系国内工科、理科、医学的著名院校.我国生物医学工程学科的墓本情况见表2从以上可以看出我国的生物医学工程专业发展非常迅速，据不完全统计，52个院校设有生物医学工程专业，其中有37个理工或综合大学，15个医科院校.

2.我国离校生物医学工程专业的情况分析

(1).我国生物医学工程专业与国外生物医学工程专业的共同点①学科发展迅速国内外高校生物医学工程专业发展十分迅速，国外从20世纪60年代起步，70年代、80年代迅速发展•国郎20世纪’0年代末，8。年代初仅有几所高校建立生物医学工程专业，短短二十年就发展到50个院校建立该专业.②从比较知名的重点院校开始形成辐射美国约翰霍普金斯大学、加利福尼亚大学、麻省理工学院、宾西法尼亚大学、华盛顿大学、密歇根大学等都是较早建立生物医学工程专业的.我国清华大学、浙江大学、西安交通大学、上海交通大学、东南大学、中国科技大学等都是我国著名的科研水平很高的大学，也是我国首批建立生物医学工程专业的高校.③生物医学工程专业的学科以研究生教育为主在国外，很多大学招收研究生的数t超过本科生的数t，研究生的来源更强调从理工科或生物医学专业中选拔.在我国50多个生物医学工程专业中有17个博士学科(14个也收本科，3个仅招收硕士、博士)，6个博士后流动站，5个长江学者学科，11个招收本科、硕士，8个院校仅招收硕士，U个院校招收本科、2个招收大专.这充分说明生物医学工程专业教学和科研相比，生物医学工程科研占的比重更大.

3.我国高校生物医学工程专业与国外的不同点(差距)

近年来我国生物医学工程教育发展很快，如前所述建立本科教学的至少有35所院校，通过分析不难发现:①学科模式(研究方向)设!较少所有开设生物医学工程本科专业的学校都是以电子、信.息、计算机应用与医学结合为目标，只有个别学校在培养目标中增加生物材料和人工器官方面的内容.本科教育的专业设!面比较集中在IT一明E，没有川S一SME，各院校的研究生培养(科研方向)基本以生物医学信号的检测处理、医学成像、医学图象处理、医学仪器研究为主，部分涉及到分子电子学、分子光子学、生物力学、生物医学材料、人工器官、组织工程等方向，只有少数大学比较集中在纳米材料、生物医学材料及人工器官、生物医学图像处理.研究生培养的专业面比本科生的专面相对宽广.与生物医学工程专业搜盖面相比显得专业面过于窄.而国外的专业设t显然比我们有优势.从表1中可以看出有很多“生物移植、心血管电生理、脊健损伤研究、功能生物技术、心肺动脉、临床整形外科研究、临床整形外科研究、细胞影像、疼痛神经生理、分子及细胞生物、重组蛋白质表达、药物传输、.生物界面现象、生物热传递、麻挤研究、听觉研究、神经肌肉研究、神经系统分析、视觉研究”一的研究方向，在我国，这些研究方向都被认为是生物医学的研究内容，而不是生物医学工程的研究内容.②以科研带动学科的特点不如国外突出我国本科教育有进一步扩大的趋势，有些没有科研方向的学校纷纷设立生物医学工程专业③没有重视传统中医工程研究④生物医学交叉结合的程度我们不如国外，我们的叫E没有研究生命系统的就是个证明.

4.就业问题

生物医学工程师的就业前景是广阔的，主要就业单位是研究机构、公司和医院.研究机构可以是研究所或大学里的研究中心，他们从事设计和研制医院里所铸的很专门的新设备，也有一部分作为外科或生理研究组的成员参与复杂电子系统的选择使用，也可以研制新设备公司，可以是仪导及制药公司，他们参与新的医疗仪器以及医学及生物学研究用的仪器的研制和生产.他们能够决定一种新的设计是否有藉要，有梢路，能否满足各种要求并符合政府的法律规定，他们也可做为公司产品的推销及售后服务工作.在医院里，他们从事自动化、研制实验室用计算机，病人一一计算机的接口以及有关计算机软件.他们也可以在某一科室〔例如:内科、外科和临床实验室工作)，也可以在医院里直接经管生物医学工程部门的工作.他们是医院中工程情报的主要提供者，负贵所有仪器的使用、维修和采购的任务，研究分析和处理数据的方法.生物医学工程师亦参与许多国家研究计划，如在空间计划中设计遥测装I，生命维持系统，人一一机接口设备以及参与空问医学.他们也参与国防计划，环境研究，也可做为环境开发及污染、医院自动化方面的顾问等.

5.生物医学工程专业的继续教育

生物医学工程专业的高等教育与国外相比起步较晚，但经过近20年的发展，现已形成较完菩的学科体系，开设了大专、本科、硕士和博士研究生教育层次.而我国生物医学工程专业继续教育发展较慢，在国家成人教育专业目录中还没有该专业.我校1，%年首次在全军开展了生物医学工程专业专科升本科的函授教育，现已招收7届学员，深受全军各医疗单位技术人员的欢迎，目前地方许多医院有关技术人员也来信询问要求学习.我们认为在新形势下，生物医学工程专业继续教育有着广泛的前景和开展空间.主要原因是:

(1).随着科学技术和现代医学的发展，医院各种诊疗技术和设备越来越多，高新技术和自动化程度越来越高，如果没有生物医学工程专业技术人员的有效参与，现代化医院不可能有现代化的管理和诊疗水平.

(2).从医院实际看.医院医学工程科、信息科、放射科、放疗科、超声科和理疗科的临床工程技术人员是生物医学工程专业专业本科毕业的为数不多，大都是本专业或相关专业大专毕业，知识结构和实际水平很难适应未来的发展需要，必然有一个知识更新、技术提高的问题.

(3).以现代科学技术为核心的、建立在知识和信息的生产、存储、使用和消费之上的经济称为知识经济时代，知识经济时代的到来对现代化医院的科技水平、人才综合素质和创新能力有了更高的标准.开展生物医学工程专业继续教育，必须满足实际，若眼未来，在教育观念、人才培养目标、教学内容和教学方法等方面进行大胆探索.

6.在医学院校内开设生物医学工程专业的特点

生物医学工程专业是一门工程科学，它要求有深厚工程墓础知识，学生的大部分时问都是在学习工程知识，因此，很容易认为在工科院校开设此专业有优势，在医学院校开设这个专业有很大困难.经过几年的实践，我们认为在医学院校办生物医学工程专业.开始时要建立起一整套的工程葵础课教研室和实验室，，这样需要的经费、人员较多，起步比较困难，但只要具备了墓本条件，会有很多优势.

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21世纪是生命科学的世纪，将生命科学与医学有机融合是生命科学当前发展的趋势和主流。生物技术专业是医学院校为适应我国中长期发展战略及整个生命科学领域发展要求而设立的新兴专业[1]。发酵工程课程是生物技术专业的主干课程，是一门应用型和实践型较强的课程，其教学质量直接影响学生的专业素质。

我校于2002年开设生物技术本科专业，学生于2005年3月进入发酵工程课程的学习，至今已经连续开设7年。我们从开设发酵工程课程之日起，就不断发展并使之完善，追踪学科发展的最新趋势和研究手段，注意结合相关生物化学及微生物学的知识及医学院校学生培养特点，培养学生独立思考和科研创新能力，力争形成符合我校医学背景下具有较强办学特色的发酵工程课程教学体系。为此，我们进行了一系列的课程教学改革，下面结合笔者的教学实践，谈谈发酵工程课程教学改革方面的个人体会。

1 发酵工程课程教学改革的背景和必要性

全国开设生物技术专业的高校有300多所，其中有28所高校属于医学院校。医学院校生物技术专业的教学改革研究主要集中在生物技术专业人才培养、专业建设、实验教学体系和毕业论文上，很少有针对专业课程的教学改革。经查阅，仅有安徽医科大学胡若磊[2]、滨州医学院焦飞[3]分别对医学院校生物技术专业酶工程和分子生物学进行了课程教学体系的相关研究，而对发酵工程课程的教学改革一直无人涉及。

医药生物技术专业在医学院校中开设仅有10年左右的历史，属于一个全新的专业，各医学院校既无可参照的教学计划，又缺乏教学经验，如果完全套用综合性大学生物技术专业的发酵工程课程教学体系，不能够满足医学院校生物技术专业培养目标的要求。对医学院校生物技术专业发酵工程课程进行教学改革，顺应了时展潮流，对明确发酵工程课程教学目标、提高课程教学质量有一定借鉴意义。

2 教学改革的内容

2.1优化课程体系

课程体系是人才培养的基础，是教学改革的核心和关键。课题组参照相关院校生物技术专业教学大纲，结合我校实际情况编写新的教学大纲，结合专业特点，补充新内容，删减过时、重叠内容，避免一本书教到底的传统教法。课程体系编排上坚持生物学和工程学两个基础并重，一方面通过微生物、生化、分子生物学的知识深入理解发酵过程生物学现象，另一方面应用高等数学微积分的基本原理理解发酵过程动力学和放大优化的基本思想，最终掌握发酵工业生产过程动力学和过程放大中的量化与优化基本方法。

2.2 教学内容的重组与优化

发酵工程涉及生物工业的许多领域，如抗生素工业、有机酸工业、酶制剂工业、氨基酸工业，还有新能源的开发及生态环境治理等。在这些生物工业领域中，各种具体的生产工艺，从原材料到菌种、生物反应器、产物的分离与提纯等都有着很大的差异，但其基本生产模式相同、理论基础相同。要调整该课程体系，我们对课程内容进行了分类和归纳，并选择有代表性的内容进行讲解。结合我校生物技术专业的医学背景及专业特色，适当增加医药相关内容的讲授学时，如重点讲解抗生素、氨基酸、核酸类药物的生产工艺过程。

3 教学方法和教学手段的改革

3.1　教学方式的多样化

坚持以“学生为主体、教师为主导”的教育理念，采用以培养学生学习能力、动手能力、创新能力为主的教学方式。我们在授课过程中采取以学生为主体的“交互式教学策略”和教师在教学活动中运用多种教学手段、多种教学资源的“多元化教学”代替“教师讲，学生听”的传统教学模式。在授课过程中，我们采取了系统讲授法、讲授和自学结合法、多媒体教学法、教学和科研结合法等多种教学方式。

3.2改革课堂教学模式，提高教学效果

在教学过程中，必须不断探索和改进教学方法，努力提高教学效果。对于学生在学习中难以理解、容易混淆的概念进行重点讲解，注重讲授内容的系统性和衔接性，加深学生对所学知识的理解。另外，为了吸引学生对发酵工程课程的学习兴趣，我们在授课过程中采用实例法讲授。例如，在讲授《发酵机理》一章时，以啤酒、酸奶、抗生素的发酵为实例，通过讲授其制作过程，使学生加深了对发酵机理的认识。通过课堂讨论和分析一些常见现象，积极鼓励和吸引学生参与课堂问题的讨论，增强了学生和教师的互动性，提高了学生学习的兴趣和主动性。

3.3　充分利用网络课程，充实教学手段

发酵工程课程已经成为泰山医学院优秀网络课程，许多教学资料已经上传到课程网站，内容包括课程简介、理论课与实验课的课件、相关网站的链接、习题库，拓展学习等内容并保持动态更新，拓展了学生的学习空间；开设了BBS互动论坛、课程快讯、答疑解惑、习题交流、课程建议等板块增加了互动性、营造了良好的学习氛围。学生可以随时从课程网站下载教学资料，极大地方便了学生对课程的学习，加深了对课程的理解和掌握。

3.4　朋友班导师制和课外科研活动小组

为把学生培养成为宽口径、厚基础，具备实践能力和创新能力的合格人才，我们实行了发酵工程任课教师与授课班级结对共建朋友班活动，担任整个授课班级的导师。除了关注学生的日常生活和学习外，重点加强学生对发酵工程课程的科学研究思维和科研能力的培养，采用课间指导、课后答疑、参与导师科研课题、组成课外科研活动小组等形式，培养学生利用发酵工程所学知识进行科研活动的能力。

3.5实验教学的改革

（1）改变“重理论、轻实践”的传统观念，加大发酵工程课程实践教学学时比例，减少单纯验证性实验比例，增加综合性、设计性实验比重；增加与医药相关实验的比重。以往的发酵工程实验课为12学时。由于课时少。只能开出几个基本的实验，且是孤立的。不利于培养学生对知识综合运用的能力和创新能力。我们于2010年修订了发酵工程实验教学计划。将学时数提高到24学时。减少单纯的验证性实验，增加综合性和自主设计性实验，如增加抗生素发酵菌株的分离、筛选、发酵和效价测定的综合性实验，既巩固了微生物学的理论知识和实践操作，又使学生掌握了发酵工程菌种分离的基本原理和操作方法；又如我们设计了“蛹虫草菌摇瓶发酵培养条件优化”的自主设计性实验，由学生分组查找资料，设计实验方案，以多糖产量为指标，对发酵培养基和培养条件运用单因素和正交设计实验方法进行优化，获得最佳的培养基配方及培养条件，此举大大提高了学生的科研能力和水平。

（2）改变传统实验教学为主的单一教学模式，尽量多给学生留下思考的时间和创新的机会，建立以学生为主体的实验教学模式。为了加强学生的实践能力，组织学生到抗生素、氨基酸等生产企业参观和实习；鼓励学生参与科研和生产实践工作，并且将他们实际操作过程中的经验教训和知识进行总结积累，用于教学与实践。

4改革和完善发酵工程课程考核制度

发酵工程课程成绩考核一般为平时成绩考核（10%）、实验考核成绩（20%）和期末考核成绩（70%）。在此基础上我们增加了考核内容的项目。加大平时成绩占整个课程总成绩的比例，由原来的10%增加到20%，增加学生学科发展动向报告、课程设计等作业分值，如在学期中间，给学生布置“发酵工程在生物技术中的应用”的作业，由学生自己查阅资料、制作PPT课件，自己上讲台讲述，教师根据学生综合表现打分。通过这种方式的考核，既增强了学生查阅资料的能力，又锻炼了学生的语言表达能力，这样的考核模式，能够比较公平、准确地反映一名学生的学习效果。

5取得的成效

经过几年的摸索，我们在发酵工程教学改革方面取得了一定的效果。教师素质显著提高，备课充分，讲课生动，能够熟练运用多媒体和网络等现代教育技术手段，以实际生产的实例讲解工艺技术内容，激发了学生的学习兴趣，有效地调动了学生积极参与学习过程的积极性；授课教师与学生的互动比例与过去相比明显提高，学生课堂听课时精神状态饱满、精力集中，积极性和主动性明显提高。

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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