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《生物医学光子学》教学探究

  【摘要】生物医学光子学是近年来发展起来的一门交叉学科,由于其在临床应用中的光明前景,各大学纷纷开展了该领域的研究甚至开设了教学课程。本文作者通过对生物医学光子学教学工作的研究,总结了教学内容、教学语言与教学方法的经验,并提出了该课教学中存在的问题。

  【关键词】生物医学光子学 教学 双语课程

  近年来,一个新兴的交叉学科―生物医学光子学应运而生,并得到了飞速发展。生物医学光子学(Biomedical Photonics)是关于光子在生物医学中应用的科学和技术,它涉及到从医学诊断、治疗以及疾病预防的宽广的应用范围,是交叉于光学、光电子学、生物学、医学、电子学等诸多领域的新学科。生物医学光子学是一个新型研究领域,既有诸多的科学问题要研究,也有大量的生物医学工程技术问题要解决。

  随着社会的进步,人类对自身的健康越来越重视。因此,和健康有关的基本生物医学问题的研究以及健康状况的监查、疾病的早期诊断、疾病监测和根治等方法和手段的研究受到世界各国科技界的高度重视。生物医学光子学给我国研究者带来了机遇,目前各大学和研究机构纷纷开展了生物医学光子学研究,并为生物医学工程专业开设了相应课程。然而由于国内外相关的教材和系统的参考书籍较少,使得学生无论在基本概念的掌握还是对学科整体的了解上都有所欠缺。

  本文作者通过对生物医学光子学教学工作的研究,总结了教学内容、教学语言与教学方法的经验,并提出了该课教学中存在的问题。

  1 教学内容

  如上所述,生物医学光子学的特点是学科新、交叉性强、发展迅速,这三个特点给生物医学光子学教学尤其是教学内容的选择带来了困难。

  1.1 适应于新学科的教材

  生物医学光子学的发展也只有大约20年的历史,虽然在诸多专门的研究和应用领域中已经有了大量的学术论文和专著,针对具体研究的专著也将该方向的内容归纳并介绍,但是内容上都有局限性。而大多综合性的专著仅是简单地编撰了一些各研究领域权威学者的研究论文,虽然每一章均能自成体系,可使读者获益非浅,但由于生物医学光子学领域的涉及面太宽,初学者难以参考此类专著而进入生物医学光子学的大门。可以说生物医学光子学方面合适的教材并不多。为此,我们编写并由科学出版社出版了《生物医学光子学》一书,系统地介绍基础知识、基本理论。该书内容不但使读者容易入门,而且能将本领域必备的几方面基本知识系统集成。

  1.2 适应于交叉学科的课程安排

  纵观20世纪科学发展的历史与目前的发展趋势,生物医学的发展不仅依靠生物学家和医学家,还依靠数学家、物理学家、化学家、信息科学家、环境科学家、心理学家和工程科学家等不同学科专家的共同努力。那些成功仪器都是以充分融合物理学、医学、工程学等学科的基础知识为基础的。多学科的交叉必定能够促进生物医学技术的创新,并且对生命科学的基础研究起巨大的推动作用。另一方面,生物医学光子学的成功应用不但对生物或医学学科本身起到促进作用,而且也不断地对工学、物理学、化学等学科提出新的课题。

  根据生物医学光子学这一特点,我们在课程安排上注意与其它课程的衔接,例如要求学生在修此课之前,需修过电路、激光原理、光电检测技术、电子电路等课程。为此,我们将本课安排在大三的下学期或大四的上学期,从而避免知识的漏洞。对于前期课程中已经涉及的内容,例如常用信号检测系统及技术,我们着重强调在生物组织体中应用时微弱光信号检测的特殊性和复杂性,通过对典型检测系统的剖析,教授学生在设计生物医学光子学测量系统时所必须掌握的方针和技巧。

  1.3 适应于学科快速发展的教学内容

  根据生物医学光子学是一门快速发展的学科这一特点,我们在教学中分为两个阶段。阶段一是针对本科生的教学,在教授基础知识并广泛介绍生物医学光子学领域的最新发展动态的同时,重视介绍国内外高校、研究结构和一些知名企业的研究状况,注重学生综合素质和创新能力的培养。例如我们分配了大量的课时在光与生物组织的相互作用和描述光在组织体中传播的数学模型这两章,通过这两章关于组织光学的基本内容的学习,学生系统地掌握了生物医学光子学理论,为后续章节的学习奠定了扎实的基础。而在生物医学光子学应用等章节的讲述上,我们以光谱技术和成像技术为两条主线,分别以其各自的代表-血糖检测和漫射光层析成像为例,具体地介绍了生物医学光子学的应用过程。阶段二是研究生教学阶段,我们以本专业现有教授的研究方向为出发点,给学生以生物医学光子学研究的新热点。

  2 教学语言

  生物医学光子学的研究一直以来都是欧美等发达国家占领先地位,高水平的论文发表均以英语为主。为了培养学生的国际合作能力、原始创新能力、国际交流与竞争能力,采用双语进行生物医学光子学的教学是十分必要的。事实上,在大学高年级,学生的英语语法学习已经足够其进行基本的英语交流,其缺少的正是专业单词以及阅读英文专业文献的机会,因此在本科高年级进行生物医学光子学的双语教学也是可行的。

  为了搞好双语教学,在配备老师时,我们要求任课教师不但具有生物医学光子学的研究专长,而且具有长期国外进修的经历。在教学中,首先给学生列出生物医学光子学中所涉及的英文单词的中英文对照。在课件中,标题、关键词句、图表等均采用英文。另外在每一章小结后都有主要的英文参考文献。不但如此,老师还需向学生介绍各研究方面的杰出科学家、杰出团队、主要的国际会议、相关的重点期刊等。在结业之前布置的研究性或调研型的大作业中,要求至少附有一篇相关的近年英文参考文献并进行剖析。通过上述训练,学生们的专业英语水平得到了很大的提高,不但可以熟练地进行英文文献的阅读及翻译,而且能够进行英文交流和文章的写作,从而为出国深造打下了良好的基础。

  3 教学方法

  教与学的目的是为了学生的终身发展,只重视知识灌输的教学只能导致学生学习动机的丧失。良好的教学方法不但可激发学生的学习欲望,而且可通过知识点的链接,使学生在知识上形成一个方便日后检索的知识网,从而达到授人以渔的最高境界。

  根据生物医学光子学课程的特点,我们在课堂教学中采用现代化的多媒体教学形式和传统的板书相结合的方式。对公式的推导首先给出其出发点和意义,然后给出推导思路。对于重点公式、关键的概念,教师采用板书辅以多媒体形象展示的形式,加深学生的记忆。对于复杂的过程、机理等采用精美、逼真的图片以辅助学生理解。多媒体教学不但使课堂的教学信息极大地增长,而且通过生动的视频等极大地提高了学生的学习热情。

  在教学过程中,我们实行多角度教学,首先在本科生的大一第一学期,利用学校的概论课,请生物医学光子学的相关教授为新生开设介绍性课程,通过生动的图片和讲解提高学生的兴趣,并使学生在后续的学习中有的放矢地积累的相关知识,实现知识点的链接。其次,聘请国外相关学科专家到学校进行讲座和学术交流,使学生了解学科最新发展动态并拓展专业视野。最后,在课程结束前,带领学生参观各个相关实验室,请各研究方向的老师介绍其研究课题,从中,学生们不但见到了顶尖的实验设备和先进的实验手段,而且通过理论和实际的结合进一步明确了科研方向的提取和实施的过程。

  生物医学光子学是生物医学工程专业以及光学专业的一个研究热点,对研究人才和开发人才的需求使得人才的培育倍加重要和迫切。但是必须看到,由于我国设立生物医学工程专业的学校众多,在开新课、开选修课的要求下,许多学校匆匆地开设了生物医学光子学课程,所取得的效果并不好。尤其是一些非研究型大学,由于缺少众多的具有该领域研究专长和长期国外研究经历的老师、缺少和国外的学术交流和必要的实验设备,其教学还只流于形式。因此,目前迫切地需要充分利用网络的优势,建立生物医学光子学的课程建设网络,保证教学质量。


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