医疗器械系统设计的教学改革与实践

张敏燕，谷雪莲，严荣国，闫士举，王殊轶，周颖，徐秀林，葛斌

上海理工大学医疗器械与食品学院(上海，200093)

医疗器械产业属于高科技产业，涉及机械、电子、材料、信息技术、医药等多个领域，其产品凝聚和融合了大量现代科技的最新成果，是医学与多种学科相结合的知识密集型的高新技术产物[1]。

医疗器械系统设计是生物医学工程专业的主干课程，是医学和工程的有机融合与相互渗透的学科，涉及医学、机械设计、电子技术、生物医学传感技术、信号处理、伺服驱动、软件编程等相关知识，同时也讨论医疗器械系统的可靠性、人因工程等技术，是多学科交叉整合的技术密集型课程，具有很强的综合性和实践性。

目前，高校该课程的教授对象是“95”后大学生，作为网络信息时代成长起来的一代，他们学习兴趣多元化、知识结构网络化、在学习习惯和运用上与以往大学生有着较大的差异，学习过程呈现出快餐化趋势。“95后”学生成长过程中，信息与知识的表现形式也获得了爆发式发展，以前单纯的文字图形模式的课本、平面化的板书，已经被PPT、影音等知识表现形式所取代，这些表现方式虽然灵活直观，但由于短时间内呈现的信息量较大，造成学生在知识接受上往往只获得教材的表面信息，而缺乏有效的深度思考[2]。

因此，在教学过程中，针对“95后”大学生的认知特征，调整教学资料，改革教授方法，以学生认知特点和医疗器械发展趋势为出发点，实现医疗器械系统设计课程的教学改革与实践。

1 理论教学方法的与时俱进

1.1 视频和动画呈现知识点

全新教学资源条件下，教师作为“知识传授者”，教学理念必须革新。首先，教师需要具备一定的动画制作技能，按照“95后”学生喜闻乐见的方式，实现传统知识点的动画演示。其次，由于动画呈现的大量知识和信息的综合性更强，一定程度上缩短了知识点的讲解时间，因此可以调整理论教学课时结构，适当扩大、加深课堂信息，增加与学生的互动交流。

本课程中，机械传动部分抽象难懂，因此这部分是实现动画演示重点。比如选择链传动、谐波齿轮传动等经典内容作为动画呈现的试点具有一定的代表性。通过传动过程的动画演示，全面展示各部件的动作细节，使学生能深人、直观地把握基本工作原理。

同时，利用丰富的视频资源，尤其是英文原版视频向学生展示各部分关键技术的实现与发展前沿，获得了学生的喜爱与好评。

1.2 案例分析实现知识点的整合

案例教学法源于哈佛大学，是指围绕一定的目的把实际中真实的情景加以典型化处理，形成供学员思考分析和决断的案例，通过独立研究和相互讨论的方式来提高学员的分析问题和解决问题的能力的一种方法[3]。通过此种方式，有助于培养和发展学生主动参与课堂讨论。

将案例教学运用到课程中，最大限度地模拟实际现场，将课堂交给学生，以培养他们运用所学理论知识解决实际问题的能力，避免了理论知识与实践环节之间的相互脱节，有助于实现高级实用型人才的培养目标[3]。

教学工程中，每部分内容都有案例分析讲解，并将系统设计方法融于其中。比如选择结构复杂的机械手作为经典案例，以动画、视频动态呈现机械手动作与控制，要求学生自己分析案例，培养学生的创新思维和问题导向思想。

以X线胃肠机诊视床作为专业特色案例，分析机械传动与控制，重点介绍床的升降、可变差动支点转动，让学生体会如何巧妙地利用经典结构实现创新设计。

1.3 新技术交流探讨

鉴于“95”后大学生对网络的熟练应用，鼓励学生查阅最新发展的文献资料，以PPT结合视频资料汇报交流，不仅活跃了课堂气氛，更让学生了解专业技术发展前沿。

一方面鼓励研究生进入课堂展示专业方向的科研样机和行业前沿技术。例如，让研究生进课堂向学生演示基于蓝牙技术的加速度传感器数据采集以及基于手机APP的下肢溃疡患者足部训练系统，不仅使学生了解了医疗器械的临床应用，并且直观感受了蓝牙数据传输的前沿技术，激发了学生的学习兴趣。

另一方面带领鼓励成绩较好、动手能力强的学生直接参与到科研当中，为毕业设计或者今后研究生阶段的学习做准备。

2 网络化教学资源与互动平台的建立

通过信息化途径，建立互动交流平台，是新教学资源和教授方法下不可或缺的重要教学环节。根据学生反馈教学中的优点和不足，不断改进教授方法，这既能调动学生学习的积极性，也能让学生充分地参与到教学改革的环节中来。

首先, 依托学校的教学管理系统，已经完善了课程网站，实现了PPT讲义和视频分享、作业布置、师生问答等功能。

其次，利用校内外多种资源，结合目前网络聊天的现状，建立课程QQ群、微信群，分享关注“器械之家”“电子发烧友”“直观学机械”“Ergotechs”等微信公众号，鼓励学生了解行业最近发展动态，扩展学习信息量，同时选择具有知识性、前瞻性、系统性的内容用于课程教学的补充。

3 实践环节必不可少

“医疗器械系统设计”课程是多门基础课程内容的整合与运用，具有很强的综合性、体验性和实践性。理论教学是在原有基础课程的基础上，建立多个分散知识点的内在联系，形成面向应用的设计思路和设计技能[2]。如果学生动手参与的内容很少，不利于设计技能的积累，更不利于从基本理论向设计思想的转化。

《国家中长期教育改革与发展纲要(2010-2020)》中明确指出，鼓励实行工学结合、校企合作、顶岗实习的人才培养模式。因此，从教学科研团队和本地企业合作项目寻找实践环节，指导学生依托课程申报大学生创新项目，带领学生去医院、企业参观实习，让更多的案例“看得见，摸得着”。

配套《医疗器械综合设计》实践课程，机械设计部分要求熟练运用UG、Solidworks等制图软件； 生物医学传感技术部分要求学生熟悉人体生物信号的采集、处理； 伺服驱动系统要求学生实现单片机对系统的控制。

由教师下发医疗器械产品项目计划书，在计划书中提出相应的设计要求设计参数以及最终的设计指标。项目设计过程中采用分组完成的形式，每组同学分工合作完成资料搜集、研究现状分析、相关参数计算、控制系统选择、信息处理的方法以及设计说明书的撰写等[7]工作。

在实践过程中，充分发挥学生的能动性。在遇到问题时，教师需要做的就是鼓励学生自己查找答案，只在必要的时候，进行一定的指导。在整个实践环节中，教师要尽可能少地参与到其中的环节中去，把主动权交还给学生。

4 结论

文章结合《医疗器械系统设计》的课程特点，丰富理论课程的教学内容和形式，通过案例分析、项目实践教学，提高了知识融合能力。网络交流平台增加师生互动，便于学生了解行业前沿技术，激发学生的学习兴趣。

实践表明，以上的教学改革，使教学内容更加系统和全面，教学方式更加切合实际，实践教学更具有创新性，使人才培养更适应产业发展的趋势和环境，取得了较好的教学效果，有一定借鉴价值。在今后的教学过程中，还需要继续深化改革教学内容、模式、设计和方法，以培养出更多实用型、全面型、创新型的高素质生物医学工程专业人才。