本文作者：刘剑 杨立才 刘常春 单位：山东大学控制科学与工程学院
生物医学工程是利用工程技术研究生命科学现象,运用工程手段解决生物医学基础理论及临床应用问题的综合性专业[1]。其中“生物医学传感器与测量”课程的教学是专业教学体系的核心组成部分。近年来,随着微电子技术、新材料技术和电子信息技术的飞速发展,各种新型生物医学传感器不断涌现,原有的教学内容显得有些陈旧。笔者结合科研背景,提出“兴趣引导,自主学习,实践探索”的指导思想,尝试对本课程教学内容和教学方法进行改革。
1教学内容的改革
本课程原有教学内容主要是对各种传统物理类传感器原理和测量电路的讲授,基本上移植了自动化类专业的传感器教学内容。我们根据生物医学专业特点,对该课程的教学内容进行了调整,除了介绍应变式、电感式、电容式、压电式、磁电式和光电式等经典的物理类传感器的基本原理和测量电路外,增加了这些传感器在医学上应用内容,如多普勒频移血流计、电容式心音传感器和光电式脉搏传感器等内容。此外,还补充了近年发展起来的一类新型的传感器———生物传感器内容。生物传感器融合了生物学、化学、物理学和信息学等相关学科,在国内外已经发展成为一个活跃的研究领域。所增加的生物传感器的主要内容有:生物传感器的基本概念和类型,生物分子识别元件及其生物反应基础及生物敏感材料的固定化。这三部分是生物传感器的基础。在此基础上,讲授了电化学生物传感器(包括酶电极、微生物电极、免疫电极、亲和电极、介体电极和生物组织电极等内容)、光学生物传感器、热生物传感器、压电晶体生物传感器、半导体生物传感器、表面等离子体生物传感器、光纤生物传感器及分子印记生物传感器和基因芯片,这些内容都是生物传感器近年来最新研究成果[2]。新内容的补充可以拓展和丰富传感器的类型,特别是生物传感器利用生物反应巧妙的实现生命信息的探测和转换内容。
2教学方式的改革
2.1多媒体与传统板书结合
多媒体教学是现代主流的教学方式,可以提高教学效率[3]。但我们发现如果单纯依赖多媒体教学,学生认为只要拷贝教师的课件就可以掌握上课内容,所以往往不会做笔记,忽视了教师讲授的知识。针对本课程特点,我们采用多媒体教学和传统板书教学手段相结合的方式。例如对于传感器的结构、外形及应用采用多媒体的图片和动画展示,增加学生的印象,而对于传感器的基本原理及测量电路中的公式推导,采用传统板书的方式,提醒学生做笔记。
2.2理论讲授与教学道具相结合
在本课程的讲授中,我们非常重视培养和引导学生的学习兴趣。通过将传感器的内容讲授与生活中的应用联系起来,使学生发现原来所学习的传感器就在自己身边。比如在讲解压电式传感器时,向学生展示电子打火机和医院B超中的超声源等。在讲解电化学生物传感器时,向学生展示常用的测试血糖的试条就是一个电化学生物传感器。
2.3实验和课程设计相结合
在理论教学过程中,我们根据上课内容和教学进度,穿插安排实验教学,同时根据学生兴趣,自选题目进行生物医学传感器与测量的课程设计[4]。通过实验教学,让学生掌握传感器的测试性能、使用方法和测量电路等基本操作技能。另外,通过布置实验作业给学生几个测量参数,让其通过自己选择不同的传感器和测量电路来实现。比如对温度的测量,有的学生用热敏电阻,有的用双金属片,有的用红外光电探测器等方式来实现测量。学生不但学习了专业知识,而且还理解了针对同一个目标,可以有多种方式来实现的思想。除了实验教学外,我们还给出若干个设计题目或让学生自拟题目,让学生根据所学内容进行课程设计。学生通过查阅课外资料和文献,购买元器件搭建电路,可以发挥自己的能力进行课程设计。
3结语
根据“生物医学传感器与测量”课程的教学目标,我们对教学内容和教学方法进行了一系列改革,取得了一些有益的探索和尝试。教学内容的补充丰富了课堂教学素材,增加了新知识。多媒体与传统板书结合教学,使两种教学方式形成优势互补,避免单一教学方式的缺陷。理论讲授与教学道具相结合、实验和课程设计相结合的教学方法增强了学生的学习兴趣和实践动手能力。实践证明,一系列的教学改革取得了较好的教学效果。
