生物医学工程专业《电路原理》项目化教学改革研究

薛慧君，张  杨，于  霄，马晓玉，吕  昊^*     

(空军军医大学军事生物医学工程学系，陕西 西安 710032)

[摘  要] 为了探索解决医学院校背景下生物医学工程专业本科电工电子类专业基础课程教学中长期存在的“注重工科基础、弱化医工理念”的问题，以空军军医大学生物医学工程专业《电路原理》课程教学为研究对象，分析《电路原理》课程教学中存在的问题与不足，分别从课程教学内容整合、项目化教学内容的制定与实施、补充性实验教材建设三方面进行改革，课程教学内容得到了全面性、系统性的完善。项目化教学的开展，有望实现“医工”特色教学，为医学院校背景下的军事生物医学工程电工电子类专业基础课程的教学改革提供有意义的借鉴和参考。

[关键词] 生物医学工程专业；电工电子类专业基础课程；电路原理；项目化教学；医工结合

[基金项目] 2020年度空军军医大学校级教学重点课题；陕西省自然科学基金,机械作业振动干扰下的UWB生物雷达人体目标识别技术研究（2020JQ-443）。

[作者简介] 薛慧君（1983-），女（满族），辽宁葫芦岛人，生物物理学博士，空军军医大学军事生物医学工程学系医学电子学教研室讲师，主要从事非接触生物医学信号检测和处理技术研究；吕 昊（1981-），男（土家族），湖北宜昌人，生物物理学博士，空军军医大学军事生物医学工程学系医学电子学教研室主任、副教授（通讯作者），主要从事非接触生物雷达探测技术研究 。

[中图分类号] G642    [文献识别码] A    

1介绍

为实现培养适应新时代社会发展需求、在生物医学工程领域从事教学、科研、技术开发和管理的创新人才目标，各高校都制定了“通识基础+专业基础+专业技能”相结合的教学体系，其中专业基础课发挥了连接基础知识和工程实践的桥梁作用。然而，以医学院校为背景的生物医学工程电工电子类专业基础课程的教学内容与国内外工科院校中生物医学工程电工电子类专业基础课程基本相同，这就使得以医学院校为背景的生物医学工程电工电子类专业基础课程的教学特色不突出，长期存在“注重工科基础、弱化医工理念”的问题。

本文以空军军医大学(我校)生物医学工程专业《电路原理》课程为研究对象，在原有的教学理论和实践的基础上，按照“以学生为中心，以医工项目为牵引，培养高素质医工人才”的人才培养目标，通过《电路原理》课程项目化教学内容改革研究，探索 “医”“工”结合教学新模式，为医学院校背景下生物医学工程电工电子类专业基础课程的教学改革提供有意义的借鉴和参考。

2 关于项目化教学的概述

所谓项目化教学是把课程知识转化为多个教学项目，学生在教师指导下通过开展以项目为核心的教学活动，直接参与项目设计和实施整个过程的一种教学方式^[1]。

项目化教学与传统教学之间最大的区别在于，项目化教学改变了传统课堂以教师为中心的教学模式，课堂教学变成了以学生、项目及实践为中心的教学。项目化教学更注重培养学生的实践和应用能力，符合当下高阶性、创新性和挑战度的教学要求，有利于缩小学生毕业后任职岗位需求与自身能力之间的差距，让学生更好的适应新时代医工发展需求。

3 《电路原理》课程定位

    《电路原理》课程是我校生物医学工程必修的电工电子类专业基础课程之一，是学生完成高等数学、线性代数、大学物理等基础课程之后首次接触的工程类课程，主要学习电路的基本概念、基本理论、基本分析和计算方法，是学习电子技术的入门课，在生物医学工程专业人才培养方案和课程体系中起着承前启后的重要作用，为以后学习医用仪器和军队卫生装备与计量等课程建立必要的理论基础，其教学目的不仅是让学生理解学科和产业发展前沿，更重要的是培养学生工程思维与实践的素质^[2]。

4 《电路原理》课程教学内容存在的问题

(1) 课程教学内容安排不合理

为了避免同一学科中不同课程教学内容的重复和累赘，结合人才培养方案，我校曾针对不同学科的课程进行过教学内容精简，这种做法在一定程度上降低了因学时有限导致的授课压力^[3]，但如果考虑不周会影响课程的系统性学习。比如：考虑到《模拟电子技术》教学中会重点讲授放大器，《电路原理》便将含有运算放大器电阻电路部分进行删除，分析可知，《模拟电子技术中》放大器讲授占用数十学时，详细讲授放大器的内部组成、分类及工作原理等，知识点更加细致化，《电路原理》如果删除此部分，不仅不能让学生对于含运算放大器电阻电路有系统性的认识，还会失去与放大器相关电阻电路的分析和设计，由于教学内容不完整，可能会影响项目化教学内容的实践拓展和创新。

(2) 课程教学内容无特色

教学过程中，通过调查问卷和座谈发现，学生普遍认为《电路原理》课程比较抽象难学，教师在授课过程中没有将枯燥的理论知识与专业实际应用相结合，教学内容中较少引入医学案例，较少使用所学知识解决实际医学问题，学生无法理解课程学习意义，难以激发学习兴趣。而我校生物医学工程专业具有军事和医学双重背景，人才培养目标是培养复合型军事生物医学工程人才，教学中要突出“军事-医学-工程”三者的优势结合^[4]。

(3) 实验教学内容单一

实验教学可进一步增进学生对于相关理论知识的理解和掌握，还能培养学生动手能力，提高学生综合素质^[5]。受传统教学模式影响，《电路原理》课程理论和实验部分是分开教学的，实验课的主要作用是辅助理论教学，验证性实验内容大于90%。学生在实验课上根据教师要求或实验教材内容按部就班进行实验，缺乏主动性和新鲜感，没有真正理解实验目的和原理，被动进行实验和完成实验报告，导致学生分析问题和解决问题的能力较弱，如遇到难度稍微大的实际问题便束手无策。

5 《电路原理》课程项目化教学内容改革

(1) 课程教学内容优化整合

选择科学合理的教学内容是《电路原理》项目化教学改革的基础和核心，将课程教学内容与项目有机融合，是体现“医工”特色教学、培养和提高学生自主学习能力和实践应用能力的前提^[6]。本文拟结合学校现有条件、学生实际情况和任职岗位需求，在基础教学中增加工程背景知识和医学应用前景分析^[7]，在不增加学时的情况下，加强课程教学内容整合，比如，将含有运算放大器的电阻电路放入教学计划，将电路的方程矩阵形式调整为自学内容，重构学生知识结构框架，通过项目任务串接各个章节知识点，完成教学重点和难点的讲授，并将其应用于学生项目实践中，反复训练提升学习效果，实现课程教学体系的全面性、系统性和教学实践的前后衔接性。

(2) 项目化教学内容制定

《电路原理》课程的项目化教学就是结合学生和课程的特点，以项目实施为导线，将课程中相关知识点融入到项目应用中，每个项目再进行详细任务划分，把学生已学过的基础学科知识融入到课程教学内容中。按照不同章节的电路组成特点及信号分析方法，通常可将《电路原理》内容划分为5个不同项目，教师根据学生情况再将项目进行具体划分，形成项目教学内容^[7]，《电路原理》项目化教学内容详见表1。

表1.《电路原理》 项目化教学内容

(3) 项目化教学内容实施

课程项目化教学内容制定完成以后，便进行项目化教学的实施，包括：学生组队、下达任务、小组自主讨论，分享设计思路和方案，确认项目实施方案，项目实践、项目结束和评价，项目总结等。具体设计流程如图1：

课前准备：学习之前要求学生自由组队，教师可通过雨课堂或班级微信群向学生推送相关优质MOOC资源，要求学生提前自学；

下达任务：教师根据课前推送的MOOC资源和项目进展情况，给学生布置学习任务，让学生按要求进行练习、电路的分析、设计、仿真等；

制定方案：主要在课堂教学阶段完成，教师针对项目化教学内容进行重难点讲授，通过问题分析，引发学生对项目相关知识点的思考，组织学生进行小组讨论，确定项目内容实施方案；

实践操作：方案确定后，学生在仿真室或实验室进行虚拟仿真或实践活动，验证实施方案的可行性，进一步修改方案、调试电路；

结果评价：在项目进度的重要环节或项目完成后，组织学生进行项目工作展示、学生答辩、分析和总结，此过程中学生可将项目进行中遇到的困惑和问题进行说明，教师和其他小组成员也可进行提问或给予好的建议，最后针对每个小组的项目展示进行客观评价。

图1. 项目化教学设计流程图

为保障项目化教学顺利实施，教学组2019年购置了一批NI myDAQ设备，可以提供8种基于Labview的仪器，包括函数信号发生器、任意波形发生器、数字万用表、示波器、Bode图仪、动态信号分析仪和数字I/O，学生可以利用这些常用仪器进行工程实践创新，与NI Multisim电子电路设计仿真软件结合，为《电路原理》项目化教学提供理想平台。

(4) 补充性实验教学建设

以项目化课程教学理念为指导，补充性实验教材中引入医学应用相关案例(比如：心电信号的放大和滤波)，让学生带着问题进行实践操作，补充性实验教材的内容设置中将验证性、综合性、设计性和探索性创新实验多层次有机结合^[8]，减少验证性实验，增加综合性实验，提高设计性和创新性实验项目比重。按照验证性实验、综合性实验、设计性实验和创新性实验的层次设计实验项目，包括独立元器件的伏安特性分析、实际电源等效、电阻电路原理、动态电路分析、波形发生器、RLC谐振电路等，最后通过创新性设计实验项目综合应用电路知识，锻炼学生的动手能力，培养学生创新思维，让学生牢固掌握并形成“医”“工”结合理念。

6 小结

针对现下医学院校中生物医学工程电工电子类专业基础课程教学中长期存在“注重工科基础、弱化医工理念”的问题，提出项目化教学理念。本文已空军军医大学生物医学工程《电路原理》课程教学内容研究项目，分析了医学背景院校中电路原理课程教学中存在的问题与不足，分别从课程教学内容整合、制定项目化教学内容、项目化教学实施内容和补充性实验教材建设方面进行讨论，对《电路原理》课程项目化教学内容进行全面性、系统性调整。通过项目化教学的开展，教学中体现医工特色，学生真正理解课程教学意义，进而提升自身的知识运用能力和工程实践能力。

[参考文献]

[1] 刘思磊.《电工技术基础》项目化教学改革实践研究[J].教学实践探索，2020，163-164.

[2] 朱桂萍，于歆杰，陆文娟.“电路原理”课程深度改革理念探索[J].电子电气教学学报，Vol35(5),2013,1-5.

[3] 张运波，郑文，姜志宏. 电工电子系列课程教学内容优化的研究与实践[J].长春工程学院学报(社会科学版)，Vol 04，2010，82-84.

[4] 栗文彬，董秀珍，卢虹冰，季振宇，申广浩，漆家学. 军事生物医学工程专业特色教学模式的创建与探讨[J].中国医学装备，Vol 10（9），2013，62-64.

[5] 刘云，刘传菊.浅谈Protel 99 在电路理论实验教学中的应用[J].中国现代教育装备，Vol 17，2009，35-37.

[6] 卢爱臣, 魏建宇, 马文彬. 以项目为牵引的计算机CDIO创客教学模式研究[J].软件导刊･教育技术，Vol 3，2019，31-32.

[7] 李培芳，李育玲，童梅. “电路原理”与“信号与系统”课程的整合和优化[J].电气电子教学学报，Vol 25，2003，5-8.

[8] 李中燕，袁霖，袁先友，张敏.应用型人才培养背景下仪器分析实验教材编写的思考[J].山东化工，Vol 49，2020，194-195.

生物医学工程专业《电路原理》项目化教学改革研究

Research on the Project Teaching Reform of Circuit Principle Course of Biomedical Engineering 

Hui-jun Xue, Yang Zhang, Xiao Yu, Xiao-yu Ma, Hao Lv*

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

Abstract To solve the problem of emphasizing the engineering foundation and weakening the medical engineering concept that consist in the electrician and electronics course teaching of biomedical engineering specialty with the background of medical colleges. We Took the “Circuit Principle” of the Air-Force Military Medical University as a research object, analyzed the problems and shortcomings in the "Circuit Principle "course teaching. Three aspects were carried the reform that consist of the course teaching content integration, project teaching content formulation and implementation, and supplementary experimental teaching materials construction. Through the reform of "Circuit Principle "course project teaching content, The course content has been comprehensively and systematically perfected. The development of project teaching, it is expected to realize the characteristic teaching of " medicine and engineering ", which provides a meaningful reference for the teaching reform of electrical and electronic courses in military biomedical engineering under the background of medical colleges.

Key words biomedical engineering specialty; basic course of electrical and electronics; circuit principle; project teaching; the combination of medicine and engineering