军事生物医学工程学员实践创新能力教学方法探讨

         张林媛，李  钊，雷  涛，路国华^*   

（空军军医大学军事生物医学工程学系教学实验中心,西安 710032）

[摘  要] 提高军事生物医学工程学员创新实践能力，对适应军队改革、满足信息化、智能化条件下军事斗争的需要具有重要现实意义。本文提出通过军队医学院校与地方大学、大型医院及部队基地联合教学，提高基本动手能力、专业技术能力、实践操作能力，利用教学与创新类竞赛相结合，快速提高创新实践能力。结果表明，本科生创新设计结果丰硕，“早期接触科研”积极性高。

[关键词]：实践创新能力；军事生物医学工程；学员竞赛；早期接触科研

[基金项目]2020年度空军军医大学军事生物医学工程学系培鹰计划【项目名称：电子电工实训指导书教材建设；编号：2020100501】。

[作者信息]张林媛,（1989-），女，陕西三原人，硕士（西安交通大学）、空军军医大学军事生物医学工程学系，助理实验师，主要从事生物医学工程领域研究；路国华，（1976-），男，宁夏中卫人，博士（第四军医大学），空军军医大学军事生物医学工程学系副教授（通讯作者），硕士生导师，主要从事生物医学工程领域研究；李钊，（1985-），男，陕西西安人，博士（第四军医大学），空军军医大学军事生物医学工程学系讲师，主要从事生物医学工程领域研究。

[中图分类号]：R318     [文献标识码]：A  

生物医学工程是利用工程领域的原理和技术来解决生物医学基础及临床中面临问题的一门学科 ^[1]。随着时代的发展，医学高度依赖工程技术和仪器装备，生物医学工程仅70年的发展历史就对医学发展起到了巨大助推作用。

军事生物医学工程作为生物医学工程的重要分支，服务于军队，它能将生物医学工程技术转化为保障力和战斗力，采用生物医学工程的技术和方法，解决军事卫勤保障中遇到的特殊问题，是新兴的前沿交叉学科，创建于空军军医大学军事生物医学工程学系。

军队院校培养军事生物医学工程学员目的是要适应中国特色的军事变革，满足信息化、智能化条件下军事斗争的需要，毕业以后能够从事医学信息与影像、医学仪器、卫生装备与计量等各个相关领域的教育、科研、技术开发与设备维护管理工作，因此对学员的实践创新能力要求极高。

笔者结合教育教学经验和循证实践对军队院校军事生物医学工程专业学员实践创新能力教学方法进行探索研究，提出了几点建议。

1 实践创新能力提高的方法

1.1 军队医学院校与地方大学联合开展金工实习教学

生物医学工程是医学与工学结合的产物，军事生物医学工程学员需要同时具备医学学科与工程学科的相关素养，需要对医学仪器及卫生装备进行开发、操作、管理和维护，对实践动手能力要求高。而金工实习作为一门工程类实践基础必修课，学员学习车、铣、刨、磨、钳等传统机械制造手段及现代化数控设备的理论和工艺，理解其基本原理与操作规范。学员通过构想设计图纸、加工制造、组装配件、融合理论总结等环节，极大发挥学员的主观能动性^[2] ,学员积极参与，训练自主思维，培养基本动手能力，促进实践创新能力的培养。另外，新兴的3D打印技术，利用计算机技术，打印出各种复杂形态的材料，在医疗设备及医疗构件领域具有良好的应用前景^[3]，也逐步加入到金工实习的课程内容中，开阔学员的视野。但是，军队医学类院校的金工实习设备往往较工科综合类院校更新速度慢且不够完备，可与地方大学联合协作，依托地方实力强劲的理工科类大学平台以及优秀的师资力量，更好的完成金工实习。近5年，我校本科生学员金工实习课程在西安交通大学工程坊开展，为学生提供了高端的学科交叉综合实践训练平台，通过拆装发动机、砂型铸造、3D打印、材料成型等扩展训练，极大激发了学生对科学学习、实践操作的兴趣，有效增强实践创新能力。

1.2 院校与医院协作开展医学仪器实训

医学仪器采用现代先进电子技术手段对人体健康或疾病状况进行检测、监测、治疗及评估，它将传感器技术、电子工程技术、计算机技术、信息技术等核心技术应用于临床医学及研究，显著提高了现代医学临床诊疗水平和效率。而在此背景下，仅对医学仪器的基础理论知识的学习已经完全无法适应岗位工作的需求，而在扎实理论知识的基础上具备良好的操作技能既能提高实践创新的能力又能满足岗位的要求。《医学仪器实训课程》能够与相应岗位无缝衔接，学员直接动手操作，在培养技术与职业能力方面至关重要。军事生物医学工程学员需要对医疗设备，特别影像、监护、治疗、急救及检验等五大类临床医疗设备进行实训练习，了解和掌握医用电子仪器的使用、维护、质控、管理等方面的应用技能尤为必要。与大型医院设备科协作，邀请大型设备厂商的专业工程师进行授课，在了解设备运行原理的基础上通过对设备性能参数的设置、故障的检查排查、维护维修的演示、实践操作的练习等教学环节，可显著提高学员医学仪器应用及维护能力,共同开展医学仪器实训，利于采用情景式教学的方法，既解决了院校教育教学设备不齐全的问题，又能激发学员探索的热情，还能提高批判性思维能力，增强应变能力^[4]。近5年来，依托附属医院影像科、设备科，我系本科学员接受了医学仪器的安装、使用、维护和质检等内容的系统培训，熟悉了医学仪器的全寿命管理；同时，联合模拟示教系统与现场操作示范，对仪器故障检测和判断进行实践，应用技能显著提升。特别提出的是，2016年以来中国生物医学工程学会医学工程分会、中华医学会医学工程学分会、中国医师学会临床工程师分会联合发起了临床医学注册工程师资质认证，我系毕业班学员也获批了此项证书，有效提升了毕业班学员临床医学工程管理能力与水平。

1.3军队院校与部队基地合作创建学员创新基地

很多基层单位反应缺乏专业的医学工程技术人员，各类仪器的日常保养及常见故障排等最基本的要求都无法保障^[5]，而药品仪器监督检验站有大量、各类需要检测和维修的仪器，学员不仅有时间动手操作，还可以自主拆卸、维修、安装。某些仪器监督检验站每年都有固定的任务，到基层部队中去现场检测仪器，若与其建立合作关系，学员随行，能迅速提高学员的动手操作能力，同时能获知一线部队真正所需装备的功能，从而进行创新开发。这对我军部队卫生装备教育训练存在的一些问题也是很好的解决办法，比如解决部队上存在教育训练模式没有充分体现任职教育要求、教育训练内容与岗位认知能力及一线救治需求不紧密的缺陷^[6]。同时能解决在校期间，院校附属或合作的医院接诊病人量较大、能够直接动手操作的装备数量有限的问题。优势互补、强强联合，基地为军事生物医学工程学员提供研发、维修、计量、质控等实践所需的场所、设备和培训，提高学员的岗位任职能力。

1.4人才培养过程教育与竞赛相结合

十九大报告指出“加快军事智能化发展，提高基于网络信息体系的联合作战能力、全域作战能力，有效塑造态势、管控危机、遏制战争、打赢战争”。2017年，聚焦军事领域、由军队学位与研究生教育发展中心主办的第一届全军军事建模竞赛开赛，这场代表全军建模领域的最高赛事，分部队组、研究生组、本科生组三组，在四天内完成考卷，没有标准答案只有最优解法，对部队院校学员的军事知识储备、理解能力、数学建模能力、论文撰写能力及短时高压下处理问题能力、分队内部协调分配能力要求均高，参加此竞赛能全面提高学员的军事素质。在院校人才培养过程中，创建学员创新club，专业人员讲解军事理论、运筹学、MATLAB等软件等相关知识，对于进入岗位后，解决实际战场问题，建设信息化、智能化军队均有重要意义。

以习近平主席为核心的党中央对发展军事高科技的高度重视，势必推动军事智能化向更高更精更尖的方向快速前进。科技是核心战斗力，而人工智能是核心军事科技。人工智能是指能 够 模 拟 人 类 智 能 活 动 的 智 能 机 器 或 智 能 系统^[7]，可用于医疗计算机视觉和医学图像处理、军事探测和导弹制导等，人工智能已成为军事革命新的着力点，对提高我国军事竞争力有着重要作用。而全国大学生计算机设计大赛、全国计算机仿真大赛等计算机类竞赛，接轨人工智能，军地院校学员之间公平竞赛，对手的数量基数更大、知识领域更广阔，对于军队院校学员的创新能力要求更高。

聚焦于生物医学工程领域、由教育部高等学校生物医学工程类专业教学指导委员会主办的全国大学生生物医学工程创新设计大赛及全国生物医学电子创新设计大赛，通常包括医疗电子、疾病预防、诊断、生物医学材料、康复辅助等多个领域主题,学员可以针对此类竞赛开发微型、小型医疗卫生装备，比如可监测生命参数并具有疾病预警功能的智能耳机、智能鼠标。通过此类竞赛的历练，学员既对系统理论知识构架的理解有所提升，又对专业类实验、动手训练能力有了强化，与竞赛结合，以学参赛，以赛促学。

参加以上创新类设计大赛，对于深化教学改革、加强教学实践、促进教学相长、培养学员运用信息技术解决综合实际问题的能力有重要的意义。军事生物医学工程设置的课程如《智能医学导论》、《高级语言程序设计》、《数据结构与算法》、《单片机技术与应用》、《医学图像处理》、《数字信号处理》、《机器学习与应用》等均可与人工智能类设计大赛相接。例如，获奖作品《基于对抗模型和层次分析法的航母编队数量建模与预测》、《基于灰色模型和多元线性回归方法的航母编队数量建模与预测研究》、《基于MITK的虚拟膀胱镜系统开发》、《基于磁共振成像的膀胱肿瘤检测》等，均是竞赛式教学结合取得的成果。

2 创新实践结果

2.1 创新设计结果丰硕

  近几年，空军军医大学军事生物医学工程系学员在学员总人数少的情况下，在竞赛中取得了丰硕的结果。在全军军事建模中，2019年度获特等奖一项、二等奖两项，2020年度获得二等奖一项。在全国大学生生物医学工程创新设计竞赛中，2018年度获一、二、三等奖各一项，2019年度获一等奖两项，二等奖一项。在全国大学生生物医学电子创新设计竞赛中，2017年度获一等奖一项，二等奖一项。在中国大学生计算机设计大赛中，2017年度获二等奖两项，2018年度获二等奖一项，三等奖一项，2019年度获一等奖一项，2020年获西北赛区一等奖1项。

这些优秀成绩的取得，充分展现了新时代下强国强军青年的高素质、高才能，也是对我们实践创新能力教育方法的充分验证。精彩的获奖作品，作为我们教育教学方法的素材，不断积累扩充，为后续教学提供优秀案例，并为案例教学大赛提供思路。我系教员在2020年度高等学校国家级实验教学示范中心联席会组织的实验教学案例设计竞赛中获得全国一等奖和三等奖，西北赛区一等奖两项。

2.2本科生“早期接触科研”积极性高

  为本科学员建立“早期接触科研”制度，对于优秀本科学员提前进入科研提供了制度保障。对焦国际一流大学，哈佛大学、密西根大学等均鼓励和提倡“本科生科研”^[8]。近几年，通过上述实践，越来越多的本科学员愿意提前参与科研课题研究，通过动手实验、研究小组会议、提交科研报告等环节，既让学员各项能力有所提升，又解决了课题组研究生人员较少的问题。近3年，约40%的大三、大四本科生通过早期接触科研在中文核心期刊上发表论文。为后续的继续教育科学研究打下了坚实的基础。

3 展望

随着人工智能、大数据、云计算、无人化系统、医工交叉的不断发展，新技术新装备新手段不断出现，有创新才能更好牵引技术创新、催生新兴设备、推动应用发展。面向信息化、智能化军队以及新时代强军目标对高素质人才的需求，通过军队医学院校与地方院校、大型医院、部队基地联合教学的方式，以竞赛和学员早期接触科研为抓手，提高军事生物医学工程学员创新实践能力，培养多方面素质良好的新型复合型医工人才。

[参考文献]

[1]邹慧玲,董秀珍,王松俊,赵瑞刚.构建具有鲜明特色的军事生物医学工程概念体系[J].第四军医大学学报,2004,25(12): 1147-1149.

[2]李亚鹏,张余益,李睿,梁迎春.金工实习教学的提升与创新[J].设备管理与维修,2019(02):38-40.

[3]侯良衡.3D打印技术及其应用[J].电子制作,2019(12):53-55+73.

[4]潘晓，唐雪丽，黄晓琳，欧子苗，陶品月，黄惠桥. PBL联合情景模拟教学法在耳鼻喉科临床护理教学中的应用研究[J]. 中国高等医学教育，2018（11）：

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[5]苏庆军,常颖,唐茂林.如何提高基层部队医疗检验设备的使用效能[J].中国医疗设备,2011,26(03):81-82.

 [6]崔澂,李忠红,傅占江,郝勇,张永顺,于树滨.部队卫生装备教育训练现状与需求发展[J].医疗卫生装备,2017,38(03):153-156.

[7] 朱 巍，陈慧慧，田思媛，王红武.人工智能：从科学梦到新蓝海-人工智能产业发展分析及对策[J].科技进步与对策，2016,33（21）:66-70.

[8]季波,李劲湘,邱意弘,魏佳妮.“以学生为中心”视角下美国一流研究型大学本科人才培养的特征研究[J].中国高教研究,2019(12):54-59.

Exploration on methods of improving the practical innovative talent of military biomedical engineering students

ZHANG Lin-yuan, LU Guo-hua ,XU Can-hua ,LI Zhao, LU Hong-bing*

 (School of Biomedical Engineering ,Air Force Military Medical University, Xi'an 710032, China)

【Abstract】It is important to improve the  practical innovation ability of military biomedical engineering students for adapting to the reformation of the military and meeting the needs of military struggle under the conditions of informationization and intelligence. This paper holds that the basic hands-on ability, professional technical ability, and practical operation ability could be improved by the combination military medical colleges and local universities, large hospitals and military bases and the practical innovation ability could be quickly improved by the combination teaching and innovation competitions.Military biomedical engineering as an important branch of biomedical engineering, serving the army, it can transform biomedical engineering technology into safeguard and combat effectiveness, the use of biomedical engineering technology and methods, solve the special problems encountered in military health security, is the emerging frontier interdisciplinary discipline, created in the air force military medical university department of military biomedical engineering. The results show that the innovative design results of undergraduates are fruitful, and the enthusiasm of "early exposure to scientific research" is high.

【Key words】practical innovation talent; military biomedical engineering; competition；early exposure to scientific research