促进“医—工”知识融合的《医学物理》教学改革的思考
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作者:吴小鹰 侯文生 田学隆 罗小刚 胡宁 李晓晖 郑小林
摘要：《医学物理》是物理学基本原理与生物医学应用相结合的生物医学工程专业课程，为构建贯通工程技术和生物医学的桥梁提供了可能。通过课程教学改革，实现传统理工方法技术与现代生物医学应用需要的桥接，对激发学生专业学习兴趣、培养高质量生物医学工程复合型人才，具有非常重要的现实意义。文章在简要介绍重庆大学生物医学工程系教学现状的基础上，分析其存在的主要问题，提出促进“医—工”知识融合的《医学物理》教学改革的建议。
关键词：医—工知识融合;医学物理效应;生物医学工程;复合型人才培养
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2020）12-0141-02
一、引言
生物医学工程是传统工程技术与生物医学相互渗透的交叉学科[1]。重庆大学的学科专业以传统工科见长，教学资源配置能很好适应理工科人才培养需要。如何在知识学习和能力训练中，将理工知识与生物医学应用相结合[2]，是生物医学工程专业人才培养面临的巨大挑战。同时，信息化、网络化技术环境为学生的专业知识学习提供了新的途径，但来自非专业的网络化信息资源也导致知识碎片化，难以满足培养拥有生物医学工程系统性专业知识的人才需要，特别是要将生命过程/医疗健康与数理原理/工程技术实现有机结合。显然，生物医学工程人才培养，依赖生物医学与理工知识的跨度交叉融合。
《医学物理》是物理学基本原理与生物医学应用相结合的生物医学工程专业课程，重点阐述生物医学过程中的物理学原理，用物理学原理描述和测评生理、病理现象与过程，实现生物医学过程的物理参数定量描述。同时，探索运用物理学方法调控生理病理过程也是《医学物理》的重要内容，它旨在利用物理学技术和方法实现对生理、病理过程的定量控制和干预。因此，《医学物理》为构建贯通工程技术和生物医学的桥梁提供了可能。
另外，生物医学工程专业的本科生已经具备良好的物理学基础。物理课程一直贯穿中学基础教育过程，对力、热、声、光、电等基本物理现象有初步认识，并掌握了利用初等数学方法描述基本物理现象、求解基本物理过程参数的知识和能力。大学阶段，通识教育和理工大类基础教育开设的《大学物理1》《大学物理2》课程，使生物医学工程专业的低年级本科生学习并掌握了利用微积分等高等数学方法来深入理解物理现象和解析物理过程，在物理学原理认识方面也得到进一步的提升。但是，物理课程的学习几乎都是立足非生命的物理对象或物理模型，教学内容和教学过程不能很好地实现与生物医学的对接。
事实上，生物医学工程是数学/物理理论、化学/材料方法、信息/仪器技术、机械/力学工程的生物医学应用，物理学原理是电子信息、机械传动、能量耦合与传导方法及技术的基础，因此，从物理学视角诠释生物医学现象与过程是生物医学、工程技术、数理科学知识大跨度交叉融合的有效路径。依托医学物理，既可以将运动生理过程、心血管系统、呼吸系统、消化系统的生物力学现象，用刚体力学、流体力学以及运动学、动力学原理方法进行描述和建模，也能够利用超声、热传导、电磁场理论阐明超声成像、红外成像、热/冷治疗、电生理信号形成与检测的生物医学工程问题，实现理工技术方法与生物医学应用的对接，将探索与生理活动相关的物理现象与特征以及物理因子对生物组织、生命系統的作用机制的工程技术与生物医学紧密地结合起来。
二、医学物理课程开设情况及其面临的主要问题
《医学物理》课程一直是生物医学工程专业的核心课程，包括理论学习和实验环节，在第三学期开课，是引导大二学生从理工大类基础跨入生物医学应用的重要环节。现有教学模式的主要问题如下。
1.以教科书为素材的教学资源缺少鲜活感。医学物理课程以物理学为基础阐述说明生物医学过程或现象，抽象的课堂讲授难以激发学生学习兴趣，需要数字化课程资源支撑。
2.局限于单门课程的教学内容难以实现“医—工”知识融合。原有教学内容强调物理学原理而忽视其与医学生理过程的联系，需要同生理、解剖等生物医学课程衔接。
3.以物理原理方法为主的教学内容难以实现医学应用的跨越。在具有大学物理知识的基础上，本课程需要突出物理原理的医学应用，引入健康信息检测、健康状态调控等与大健康产业相关的工程实现方法，促进物理方法在医学工程中的应用。
4.传统教学模式难以适应人才培养需求。现有教学模式以原理方法及其理论分析为线索，无法满足以问题为导向的教学理念，将案例课前学习与课堂研讨剖析相联系，实现案例教学与翻转课堂、研究型教学模式的结合。
5.实验教学与课堂教学内容联系不够紧密。现有的医学物理实验是认知型实验项目，与课堂教学内容相关但联系不够紧密，有效的途径是将实验项目与案例问题相结合，以加深对知识的掌握和医学物理方法技能的训练。
三、促进“医—工”知识融合的课程教学改革
《医学物理》作为新的大类培养专业核心课程，在生物医学工程人才培养链条中发挥着从理工大类向医工结合的桥梁作用。因此，根据医—工知识融合的教学需要调整原有教学大纲，联合生理学、解剖学等上游课程，以及生物医学传感器、医学仪器等下游课程，将《医学物理》的课程内容与上下游课程有机结合，通过生理活动过程形成的物理效应和物理量激励产生的生物学效应等医学物理知识的系统学习，促进理工方法原理与医学应用相结合的医—工融合，如下图所示。
在《医学物理》课程教学大纲编制过程中，将与上游生物医学课程和下游医学工程课程组成联合课程组，在生物力学效应、生物电磁学效应、生物热力学效应、生物医学声学效应、生物医学光效应等主要章节，以医学物理原理方法为基础、医学健康应用为目标、工程实现为手段，在每个章节融入不少于20%的上下游知识，实现以《医学物理》为桥梁的医—工融合。
四、小结
本文所说的教学教改工作有利于促进“医—工”知识融合，满足生物医学工程培养拥有系统性专业知识的人才需要。该工作符合重庆大学2018级生物医学工程专业本科培养方案，现已启动，组建了项目实施课题组，并分步实施相关内容。
参考文献：
[1]郑万挺，曾碧新，黄敏.生物医学工程专业“医·工”互融 特色教学改革模式的探索[J].中国高等医学教育，2018，（2）：76-77.
[2]杜永洪，陈地龙，颜家珍等.“产学研结合、医理工交叉、国际化视野”的生物医学工程专业研究生培养模式探索[J].中华医学教育探索杂志，2014，13（2）：125-129.
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