本文作者：胡曉飛 曹正林 王俊 單位：南京郵電大學(xué)地理與生物信息學(xué)院

《生物醫(yī)學(xué)傳感器》是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,屬于各種專業(yè)技術(shù)交叉的邊緣學(xué)科,是生物醫(yī)學(xué)技術(shù)與微電子技術(shù)結(jié)合的紐帶。課程要求學(xué)生了解各類生物醫(yī)學(xué)測量技術(shù)中常用的物理、化學(xué)和生物傳感器的構(gòu)成原理、性能特點等各種基礎(chǔ)知識,掌握各種傳感器在醫(yī)學(xué)上的各項應(yīng)用方法,為使學(xué)生將來在生物醫(yī)電領(lǐng)域設(shè)計、研究出更好的醫(yī)電產(chǎn)品打下堅實的基礎(chǔ)。生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)是南京郵電大學(xué)近年新設(shè)立的專業(yè),專業(yè)課程的建設(shè)剛剛起步,而國內(nèi)外有些高校開設(shè)的《生物醫(yī)學(xué)傳感器》課程已經(jīng)建設(shè)成為精品課程,而且建立了課程的教學(xué)網(wǎng)站,因此,南京郵電大學(xué)本課程的建設(shè)與國內(nèi)外其他開設(shè)本專業(yè)的高校相比還存在一定的差距。現(xiàn)階段,保證專業(yè)課的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平、體現(xiàn)課程的特色是教學(xué)的首要任務(wù)。本文首先分析了南京郵電大學(xué)的特色和課程的特點,結(jié)合南京郵電大學(xué)開拓信息學(xué)科的新領(lǐng)域的辦學(xué)思路,提出教學(xué)內(nèi)容的改革,在教學(xué)內(nèi)容上體現(xiàn)電子信息的特色;結(jié)合本專業(yè)在信息時代和信息環(huán)境下的發(fā)展背景,提出引導(dǎo)式教學(xué)方法。把上述方法應(yīng)用于2006級生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)《生物醫(yī)學(xué)傳感器》課程的教學(xué),取得了較好的效果。

一、課程建設(shè)的背景和現(xiàn)狀

南京郵電大學(xué)是信息類高校,信號與信息處理是南京郵電大學(xué)的強勢學(xué)科。在這樣的背景下開設(shè)《生物醫(yī)學(xué)傳感器》課程結(jié)合了南京郵電大學(xué)在信息與電子技術(shù)的傳統(tǒng),開拓信息學(xué)科新領(lǐng)域的辦學(xué)思路。課程授課總學(xué)時數(shù)為48學(xué)時,其中含6學(xué)時課內(nèi)實驗。本課程具有以下幾個特點:首先,課程涉及到的基礎(chǔ)知識面寬廣,包括物理、化學(xué)、生物、電子電路等多方面的知識,需要在掌握電路基礎(chǔ)、模擬電子線路、數(shù)字電路、微機原理、數(shù)字信號處理、程序設(shè)計、工程生理學(xué)等課程知識的基礎(chǔ)上進行學(xué)習(xí)。其次,課程本身的內(nèi)容與南京郵電大學(xué)的強勢學(xué)科信號與信息處理的關(guān)系不是十分密切,而南郵是信息類的高校,專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)定位在“適應(yīng)生物醫(yī)學(xué)及信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要”,以及“開拓信息學(xué)科的新領(lǐng)域”的辦學(xué)思路上,需要使課程的教學(xué)內(nèi)容及信號與信息處理學(xué)科的研究內(nèi)容緊密結(jié)合。再次,課程開設(shè)的時間在大四上學(xué)期,此時學(xué)生的目標(biāo)更加明確,就是尋求更好的就業(yè)機會或深造機會,因此在教學(xué)中需要結(jié)合實際情況和學(xué)生的需求,適當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。最后,本課程和工程應(yīng)用緊密結(jié)合,很多生物醫(yī)學(xué)傳感器產(chǎn)品已經(jīng)非常成熟,一批實力強勁的醫(yī)療儀器企業(yè)正在蓬勃發(fā)展,所以,教學(xué)內(nèi)容應(yīng)與工程實際相結(jié)合,突出應(yīng)用性。根據(jù)上述的課程特點進行相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法改革,在保證教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平的前提下,以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、提高學(xué)生綜合能力和就業(yè)能力為重點,建立體現(xiàn)電子信息特色的《生物醫(yī)學(xué)傳感器》課程新的教學(xué)體系,力求課程質(zhì)量和教學(xué)質(zhì)量上一個新臺階。

二、信息類高校環(huán)境下本課程的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置

南京郵電大學(xué)是信息類高校,又處于信息時代,本專業(yè)大部分學(xué)生對通信和電子信息有著濃厚的興趣,在傳感器、電子信息、生物醫(yī)學(xué)工程之間建立聯(lián)系,既能夠拓寬學(xué)生的知識面,又能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。在教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置上,首先應(yīng)該保證教學(xué)大綱中制定的基本教學(xué)內(nèi)容,然后在此基礎(chǔ)上引入信號與信息處理學(xué)科相關(guān)的內(nèi)容作為知識講座,這部分內(nèi)容總的授課學(xué)時數(shù)不超過2學(xué)時,主要集中在無線體域網(wǎng)、生物識別與信息安全、生物芯片與生物信息學(xué)等幾個方面。

(一)生物醫(yī)學(xué)傳感器與無線體域網(wǎng)[1](P1-16)[2](P33-34)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetwork,WSN)是當(dāng)今無線通信領(lǐng)域的研究熱點,無線體域網(wǎng)(WirelessBodyAreaNetwork,WBAN)就是以人體為中心,由和人體相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)元素(包括個人終端,分布在人身體上、衣物上、人體周圍一定距離范圍如2米內(nèi)、甚至人身體內(nèi)部的傳感器、組網(wǎng)設(shè)備)等組成的通信網(wǎng)絡(luò),是一種特殊的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。無線體域網(wǎng)的一個重要應(yīng)用就是用于人體健康狀況的監(jiān)控,如監(jiān)測血壓、心律、體溫、運動速度等參數(shù),測量這些參數(shù)所涉及的壓力傳感器、加速度傳感器、溫度傳感器等都是《生物醫(yī)學(xué)傳感器》課程的重要內(nèi)容,把這部分內(nèi)容作為知識講座可以拓寬學(xué)生的知識面,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,對鞏固課程的理論知識起到積極的作用。

(二)生物醫(yī)學(xué)傳感器與生物識別技術(shù)[3](B20)

生物識別技術(shù)(BiometricIdentificationTechnology)是指利用人體生物特征或行為特征進行身份認(rèn)證的技術(shù)。生理特征有手形、指紋、臉形、虹膜、視網(wǎng)膜、脈搏、耳廓等,行為特征有簽字、聲音、按鍵力度、步態(tài)特征等。大部分的生物特征都是通過光學(xué)傳感器如CCD或CMOS形成圖像信號,例如人臉、指紋、虹膜、掌紋、手形、靜脈等(也有用半導(dǎo)體電容式傳感器獲得指紋圖像),隨后進行特征提取和分析比對,因此生物識別技術(shù)也是傳感器、信息處理與生物醫(yī)學(xué)工程的結(jié)合點之一。

(三)生物醫(yī)學(xué)傳感器與生物芯片、生物信息學(xué)[4](P209-213)

人類基因組計劃(HumanGenomeProject,HGP)是人類為了認(rèn)識自己而進行的一項偉大而影響深遠的研究計劃。目前的問題是面對大量的基因或基因片斷序列如何研究其功能,只有知道其功能才能真正體現(xiàn)HGP計劃的價值--破譯人類基因這部天書。生物信息學(xué)將在其中扮演至關(guān)重要的角色。生物芯片技術(shù)就是為實現(xiàn)這一環(huán)節(jié)而建立的,生物芯片是生物傳感器的陣列和集成化,使對個體生物信息進行高速、并行采集和分析成為可能,必將成為未來生物信息學(xué)研究中的一個重要信息采集和處理平臺,成為基因組信息學(xué)研究的主要技術(shù)支撐。簡言之,生物芯片是生物信息學(xué)的主要技術(shù)支撐和操作平臺,而生物信息學(xué)的研究又與信息科學(xué)的研究領(lǐng)域息息相關(guān),因此,把生物芯片和生物信息學(xué)作為《生物醫(yī)學(xué)傳感器》課程與電子信息領(lǐng)域的第三個結(jié)合點。

上述三個內(nèi)容就是本課程為體現(xiàn)“適應(yīng)生物醫(yī)學(xué)及信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要”的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo),以及“開拓信息學(xué)科的新領(lǐng)域”的辦學(xué)思路而設(shè)置的體現(xiàn)信息環(huán)境下本課程教學(xué)特色的教學(xué)內(nèi)容。

三、引導(dǎo)式教學(xué)方法的嘗試

授課對象是即將步入社會或繼續(xù)深造的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)生,雖然同樣是信息類高校的學(xué)生,他們的就業(yè)機會和出路遠不如南京郵電大學(xué)的熱門專業(yè),而且大學(xué)教育更強調(diào)的是素質(zhì)教育和創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)[5](P43-45),因此尋求合適的教學(xué)方法顯得至關(guān)重要。在教學(xué)過程中,除了采用目前普遍使用的現(xiàn)代化教學(xué)手段,如多媒體動畫和網(wǎng)絡(luò)課件以外[6](P98-99),在教學(xué)方法上嘗試采用引導(dǎo)式教學(xué),引導(dǎo)學(xué)生注重學(xué)習(xí)能力、綜合能力和就業(yè)能力的提高,引導(dǎo)學(xué)生注重創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng),引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生物醫(yī)學(xué)傳感器發(fā)展的前沿動態(tài)。