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醫(yī)學(xué)傳感器測量教改革新思路

2021-4-9 | 生物醫(yī)學(xué)論文

本文作者:劉劍 楊立才 劉常春 單位:山東大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院

生物醫(yī)學(xué)工程是利用工程技術(shù)研究生命科學(xué)現(xiàn)象,運(yùn)用工程手段解決生物醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)理論及臨床應(yīng)用問題的綜合性專業(yè)[1]。其中“生物醫(yī)學(xué)傳感器與測量”課程的教學(xué)是專業(yè)教學(xué)體系的核心組成部分。近年來,隨著微電子技術(shù)、新材料技術(shù)和電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展,各種新型生物醫(yī)學(xué)傳感器不斷涌現(xiàn),原有的教學(xué)內(nèi)容顯得有些陳舊。筆者結(jié)合科研背景,提出“興趣引導(dǎo),自主學(xué)習(xí),實(shí)踐探索”的指導(dǎo)思想,嘗試對本課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行改革。

1教學(xué)內(nèi)容的改革

本課程原有教學(xué)內(nèi)容主要是對各種傳統(tǒng)物理類傳感器原理和測量電路的講授,基本上移植了自動(dòng)化類專業(yè)的傳感器教學(xué)內(nèi)容。我們根據(jù)生物醫(yī)學(xué)專業(yè)特點(diǎn),對該課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整,除了介紹應(yīng)變式、電感式、電容式、壓電式、磁電式和光電式等經(jīng)典的物理類傳感器的基本原理和測量電路外,增加了這些傳感器在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用內(nèi)容,如多普勒頻移血流計(jì)、電容式心音傳感器和光電式脈搏傳感器等內(nèi)容。此外,還補(bǔ)充了近年發(fā)展起來的一類新型的傳感器———生物傳感器內(nèi)容。生物傳感器融合了生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)和信息學(xué)等相關(guān)學(xué)科,在國內(nèi)外已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域。所增加的生物傳感器的主要內(nèi)容有:生物傳感器的基本概念和類型,生物分子識(shí)別元件及其生物反應(yīng)基礎(chǔ)及生物敏感材料的固定化。這三部分是生物傳感器的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上,講授了電化學(xué)生物傳感器(包括酶電極、微生物電極、免疫電極、親和電極、介體電極和生物組織電極等內(nèi)容)、光學(xué)生物傳感器、熱生物傳感器、壓電晶體生物傳感器、半導(dǎo)體生物傳感器、表面等離子體生物傳感器、光纖生物傳感器及分子印記生物傳感器和基因芯片,這些內(nèi)容都是生物傳感器近年來最新研究成果[2]。新內(nèi)容的補(bǔ)充可以拓展和豐富傳感器的類型,特別是生物傳感器利用生物反應(yīng)巧妙的實(shí)現(xiàn)生命信息的探測和轉(zhuǎn)換內(nèi)容。

2教學(xué)方式的改革

2.1多媒體與傳統(tǒng)板書結(jié)合

多媒體教學(xué)是現(xiàn)代主流的教學(xué)方式,可以提高教學(xué)效率[3]。但我們發(fā)現(xiàn)如果單純依賴多媒體教學(xué),學(xué)生認(rèn)為只要拷貝教師的課件就可以掌握上課內(nèi)容,所以往往不會(huì)做筆記,忽視了教師講授的知識(shí)。針對本課程特點(diǎn),我們采用多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)板書教學(xué)手段相結(jié)合的方式。例如對于傳感器的結(jié)構(gòu)、外形及應(yīng)用采用多媒體的圖片和動(dòng)畫展示,增加學(xué)生的印象,而對于傳感器的基本原理及測量電路中的公式推導(dǎo),采用傳統(tǒng)板書的方式,提醒學(xué)生做筆記。

2.2理論講授與教學(xué)道具相結(jié)合

在本課程的講授中,我們非常重視培養(yǎng)和引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過將傳感器的內(nèi)容講授與生活中的應(yīng)用聯(lián)系起來,使學(xué)生發(fā)現(xiàn)原來所學(xué)習(xí)的傳感器就在自己身邊。比如在講解壓電式傳感器時(shí),向?qū)W生展示電子打火機(jī)和醫(yī)院B超中的超聲源等。在講解電化學(xué)生物傳感器時(shí),向?qū)W生展示常用的測試血糖的試條就是一個(gè)電化學(xué)生物傳感器。

2.3實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)相結(jié)合

在理論教學(xué)過程中,我們根據(jù)上課內(nèi)容和教學(xué)進(jìn)度,穿插安排實(shí)驗(yàn)教學(xué),同時(shí)根據(jù)學(xué)生興趣,自選題目進(jìn)行生物醫(yī)學(xué)傳感器與測量的課程設(shè)計(jì)[4]。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué),讓學(xué)生掌握傳感器的測試性能、使用方法和測量電路等基本操作技能。另外,通過布置實(shí)驗(yàn)作業(yè)給學(xué)生幾個(gè)測量參數(shù),讓其通過自己選擇不同的傳感器和測量電路來實(shí)現(xiàn)。比如對溫度的測量,有的學(xué)生用熱敏電阻,有的用雙金屬片,有的用紅外光電探測器等方式來實(shí)現(xiàn)測量。學(xué)生不但學(xué)習(xí)了專業(yè)知識(shí),而且還理解了針對同一個(gè)目標(biāo),可以有多種方式來實(shí)現(xiàn)的思想。除了實(shí)驗(yàn)教學(xué)外,我們還給出若干個(gè)設(shè)計(jì)題目或讓學(xué)生自擬題目,讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行課程設(shè)計(jì)。學(xué)生通過查閱課外資料和文獻(xiàn),購買元器件搭建電路,可以發(fā)揮自己的能力進(jìn)行課程設(shè)計(jì)。

3結(jié)語

根據(jù)“生物醫(yī)學(xué)傳感器與測量”課程的教學(xué)目標(biāo),我們對教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行了一系列改革,取得了一些有益的探索和嘗試。教學(xué)內(nèi)容的補(bǔ)充豐富了課堂教學(xué)素材,增加了新知識(shí)。多媒體與傳統(tǒng)板書結(jié)合教學(xué),使兩種教學(xué)方式形成優(yōu)勢互補(bǔ),避免單一教學(xué)方式的缺陷。理論講授與教學(xué)道具相結(jié)合、實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)相結(jié)合的教學(xué)方法增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐動(dòng)手能力。實(shí)踐證明,一系列的教學(xué)改革取得了較好的教學(xué)效果。

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