生物医学工程
生物科学与医学工程学院
东南大学生物医学工程专业的建设,始终注意探索以理工为主、工医结合的复合型、研究型人才培养的教学规律,时刻关注面向21世纪现代化建设对人才提出的要求,在教学中注意不断引入最新的前沿科技成果的介绍,注意调动学生自主学习、研究的热情与积极性,围绕培养“专业基础扎实、知识结构合理、综合素质好并对发展具备前瞻性及其准备,在未来竞争中具有显著优势的理工医复合型优秀人才”的目标。我校生物医学工程学科在2002年全国学科排名中位列第二,目前,正在充分借助品牌专业建设的契机,加强师资队伍建设,充分研讨并积极组织教育改革,优化培养方案,强化并采取措施进行有效教学管理,进一步扩充与改善教学设施,在课程体系、教材建设、实验室建设等方面进行了规划部署与落实,取得了一定的进展,整体上达到了建设中的相关要求,并在学生科学研究技能训练、学生充分了解并介入本专业领域若干前沿发展方向、医工复合型人才培养、生物医学电子技术实验室建设等方面形成了明显的特色。
一、专业建设目标、思路与基础
我系的专业培养目标主要是使学生具有扎实的现代医学基础知识,掌握先进的电子信息科学技术以及生物医学工程技术,具有较强的综合应用能力和较强的科研能力,能够将先进的工程技术和医学知识紧密结合起来。培养高层次的工医复合型人才是我们的追求。
随着生物医学工程领域内不断出现新的发展方向以及对未来发展的分析掌握,我们专业的建设将进一步围绕培养“专业基础扎实、知识结构合理、综合素质好并对发展具备前瞻性及其准备,在未来竞争中具有显著优势的理工医复合型优秀人才”的目标,积极探索以理工为主、工医结合的复合型、研究型人才培养的教学规律,时刻关注面向21世纪现代化建设对生物医学工程人才提出的要求,在教学中注意不断引入最新的前沿科技成果的介绍或引领新的学习研究方向,注意调动学生自主学习、研究的热情与积极性,把我们专业建设为处于国内前列、国际知名、为我国生物医学工程人才培养发挥重大作用的重要基地。
我系目前拥有生物医学工程硕士点和博士点,并设有国家一级学科博士后流动站,是国家重点学科。本专业目前主要的科学研究及学生培养方向是21世纪主导学科——生命科学与电子信息科学的交叉与渗透,主要是综合应用电子信息科学理论与方法解决生物医学技术中的问题。
本专业师资力量雄厚,梯队年轻化,教师中三分之二以上具有博士学位。因此师资队伍具有理论基础扎实、学术思想活跃的特点,为培养高水平的优秀人才创造了良好的条件。2002年本学科在生物医学工程学科全国排名中位列第二。目前主要建设目标是加快生物医学工程理论和技术的发展,加强与生物、医学相关领域的交叉融合,力争在医学影像和精确诊治、生物芯片及生物医学纳米技术等方向上取得突破性的研究成果,并培养相关方面的优秀人才。
到目前为止,本专业发展的主要研究方向已经进一步扩展到医学信息处理、生物信息技术、生物材料、生物医学纳米技术、脑科学及应用等。多年来,我系在人脑结构及功能图谱方面进行了深入的研究,在脑神经系统的理论建模和模拟方面取得了一系列成果,如猫视皮层神经振荡的理论模型、酶神经元网络的建模、神经元局部互连网络模型等。在生物医学图像处理及应用方面,提出了一系列新方法,首次提出了高能射线刀自动计算与图示结合选弧的新思想及多种伽玛刀方案优化新方法,研制的Χ刀和伽玛刀软件系统充分运用了这些研究成果,被专家们鉴定为在功能和性能方面优于国外同类产品。在生物信息技术方面,发展了有自主知识产权的高密度基因芯片MEMS制造技术,申请专利近40余项,目前已经建立了一套芯片分子印章制备系统,并成功开发了PCR扩增与杂交检测一体化仪器,可望在近期推向应用。在生物医学材料与生物医学纳米技术方面,磁性纳米材料与相关技术应用在肿瘤热疗方面,形成了一系列具有自主知识产权的技术,并正在积极向实际应用推进;采用纳米TiO2光催化材料与技术应用与生物医学中的光动力疗法杀菌,特别是降解废水方面研究具有一定的特色。发展功能分子材料、分子组装技术、纳米加工技术以及基于组装与光刻等与现行工艺兼容的微细加工技术结合制作纳米器件,包括生物纳米器件的技术路线,目前已获得制作单电子原型器件的电学性质以及通过器件模拟等取得明显进展。这些前沿的科学研究活动以及相关成果,为学生开阔专业视野,激发研究兴趣以及进行基于研究的学习等奠定了基础,创造了一定的良好条件。
二、培养方案优化
生物医学工程学科是一级学科,学科覆盖内容极为宽泛,专业方向涉及电子与信息、材料、化学、物理、生物和医学等诸多领域。目前国内高校开设的生物医学工程专业都是以其原来的一些优势专业方向,向生物医学领域中延伸所致。因此,各自的专业特色方向分别有偏重电子学、信息科学技术方面的生物医学电子学方向、生物医学光子学方向,以及生物医用材料、生物医学仪器等。统一的名称都是生物医学工程。东南大学生物医学工程专业现行的培养方案以电类课程大平台为基础,以生物医学电子学教育为主线,辅以生物学、医学、化学与材料,以及其他一些专业的部分基础专业课程构成本专业的总体课程体系。目前已经开设了多门专业选修课,供学生选择。在教学方案制订过程中注意贯彻打牢基础、生物医学工程的整体教育并结合最新发展或者研发中的新技术教育的思想,教学方案不断地进行优化设计和探索实践。
例如,在教学方案中坚持对数学学习的高要求,因为数学是本学科发展的重要基础,同时,数学学习能够培养一个人很好的逻辑及基本的科学素质。此外,在大学第一学年安排“生物医学工程概论”,让学生在学习之初就对生物医学工程的全貌有一个基本正确以及全貌式的了解,培养专业学习热情以及进行主动学习的必要准备。专业的基础课目前主要是电子信息类专业基础课加上“生物学”、“解剖与生理”、“生物化学”等课程;另外,在专业课程中除了“生物医学仪器”、“生物医学传感器”、“生物医学图像处理”等之外,还增加了“生物材料”、“生物化学”、“分析仪器”等可向生物医学材料、生物信息学以及生物工程等方向延伸的选修专业课。在大学高年级,则通过开设“高新技术讲座”这一教授课程(该课程由7~8位我系教授共同开设)介绍生物医学工程学科的最新研究成果和前沿发展方向,使学生可以充分了解学科的发展,初步确定自己的发展方向,或者至少是即将进行参加毕业设计的基本方向。此外,我系是最早将毕业设计时间定为一年的系。我系毕业设计选题主要来自于教师科研的项目,以及部分合作单位提出的选题,使得学生能够真正参与前沿的一些科研和有实际应用需求的项目开发的全过程,通过毕业设计工作的精心组织,既很好地培养学生的研究开发能力,同时也进一步带动了学生培养等其他相关工作。
随着生物医学工程学科的不断发展,生物医学工程涉及的内容越来越广。如何凝练我校生物医学工程专业的专业基础和主干课程,同时在不同方向上开设出内容更加广泛和深入的专业选修课程,使学生在不同的专业方向上获得更加深入的知识和更强的能力,是我们需要考虑的一个问题。
经过比较国内外同类专业的培养方案,并分析本专业毕业生就业以及深造去向的信息,我们组织讨论了现行的培养方案,计划在充分调研的基础上,对培养方案进行优化,目前正在进行深入的研讨,希望明确设立2~3个专业方向,开设内容结合紧密的专业课程群,指导学生选课以及未来的就业、深造取向。
三、师资队伍建设
我系目前师资队伍中有院士1名、“长江学者”特聘教授3名、教授22名、副教授15名,50名专职教师中具有博士学位者32名,占65%,35岁以下专职青年教师中硕士学历以上的超过85%。教师的特点是学历层次高,相对年轻,具有朝气,研究方向比较明确,有比较饱满的研究精神。
目前有许多具有博士学位等高学历的人员希望来我系工作,在教师队伍建设的过程中,我们特别注意加强和合理构建教学队伍。一方面我们注意引进急需专业背景的教师,并注意通过一定的措施或办法鼓励教师的教学热情和教学积极性;另一方面,通过促进大学生的课余科技训练等,加强大学生与教师的实质性结合,通过提倡“基于问题的学习、基于研究的学习”等教学改革,来形成一些有利于教师、学生共同提高的教学改革思路。此外,自2005年起,在引进人才时加强了对教师教学能力考核以及未来可能教授课程等方面进行考虑的工作。对其教学能力进行考核,考核通过后方能引进。对需引进的人才,除对其科研水平进行考核外,还组织专家或者听取有关方面负责性的意见。此外,在日常工作中通过教育、听课、组织教改讨论等加强教师教学责任心以及鼓励对教学工作的热情与积极性。
四、实验室建设与实验教学的改革
我们在教学组织过程中,充分认识到高水平的工程教育最重要的基础或者条件之一,就是实验条件或者教学实验室的条件,包括具体实验课程的开设以及实际的实验教学效果。2004年,在江苏省科技厅组织的招标中中标,江苏省生物材料与器件高技术重点实验室也被批准建设。2005年,本专业所属的生物电子学实验室已经通过科技部组织的专家论证,正式建设生物电子学国家重点实验室。
同时,我系在学校的支持下,已经投入经费200万元建设医工电子实验中心(也称为生物医学电子技术实验室),开设了系列的专业实验课程,如“电磁成像原理与技术”、“生物医学传感器”、“医学仪器”等实验课程。其中“电磁成像原理与技术”实验课程在全国高校中属首次开设,先后有泰安医学院、北京医科大学、上海大学等高等院校前来学习移植该课程实验。该实验课将枯燥难懂的成像理论通过形象直观的实验方法展现在学生面前,使学生更易于理解掌握成像理论,提高了学生的学习兴趣,该实验课在学生中广获好评。在有关“课程设计”改革方面,将“课程设计”的教学内容由原先的1个课题扩充为6个,涵盖了有关治疗、诊断医疗仪器方面的课题,为学生提供了更多的自由发挥空间。学生可根据自己的兴趣及能力自选课题,在教学过程中注意因人而异,对基础较差的学生,加以适当的辅导、启发,提供相关参考资料使其得以启迪;对于那些基础好、综合能力较强的学生,在教学指导过程中,提出适当深层次的问题,以引导、开拓其创造性思维,将所设计的课题进一步地深化和拓展。改革后“课程设计”的教学成果显著,经过该课程训练后,学生的综合实践能力明显提高。这一点可从我系学生参加学校及全国大学生电子设计竞赛的获奖成绩中得到充分体现:2001年在该实验室完成的两组学生分别获一等奖和二等奖;2003年,在该实验室完成的三组学生有两组获二等奖。
该实验室进行开放式管理,除正常的教学实验任务外,学生经过申请,可在实验中心开展自选课题的研究工作,并很好地推动了学校SRTP、学生自主研究兴趣发展以及学习优秀生培养的工作。目前,在该方面能系统开设生物医学电子学方向的教学实验以及可以进行学生自由选项研究的实验室在国内还是不多的,为此,很多学校的相关实验室都派人来参观学习,形成了很好的影响。这项工作也是我校教务处“十五”期间在实验教学方面一直给予关注和重点支持的,获得了很好的结果。
随后,我们还将计划建设生物医学工程专业的生物与材料教学实验室,已形成初步的建设目标和具体构想。目前正在进行进一步的研讨,并争取落实建设经费、场地以及具体的建设人员队伍等。
五、教学改革、建设与管理
由于我系一直以来以科研实验室为单位构成,各研究实验室在教学方面的交流较少。目前,我们已经通过组织课程群建设小组,负责同类型专业课程的建设,使得教学改革、课程建设和教材建设的队伍得到保证。现在已经确定了生物医学工程专业的学科基础课程、电子信息类课程、计算机能力以及生物计算类课程、本硕连读类课程改革、实验教学课程群等课程群,目前各课程群正在展开调研和研讨,争取在教学目标、框架体系结构以及教学主要线索等几个方面展开工作,争取在今年拿出各自的总体方案,再进行整个专业的协调。
在品牌专业建设过程中,组织全系教师积极申报教改项目、课程建设项目和教材建设项目,积极推行多媒体教学,开展双语教学。现在,已有两门课程列入校级精品课程,并规划建设2门省级精品课程。多媒体课件使用率超过85%,已经开设了4门双语课程。同时,多名教师参加了学校组织的双语教学教师培训,为进一步开展双语教学工作奠定了基础。
教材建设过去是本专业一个相对薄弱的环节,由于改变了过去教学(包括教材)国内完全统筹的模式,这一问题在全国范围内都不同程度地存在。随着国内越来越多的高等院校开办生物医学工程专业,教材方面将会有一个需求的增长,这也将带动我们相关教材的发展。在注意到这个情况的基础上,我系积极组织有关教师进行教材建设,除已经出版的《生物信息学》、《计算机设计基础》和《生物医学工程高级教程》等数本教材外,我们已经组织编写了《成像原理》、《工程电生理》等两本教材,书稿已基本完成,争取列入计划出版,同时正在积极规划和组织编写《生物医学工程概论》等教材。
六、经费投入及使用情况
专业建设经费逐年增加,近年来共投入320万元用于生物医学电子技术实验室、师资队伍建设、教材建设、图书资料、教学改革和学生课外科研等。今后,我们可以保证每年投入专项经费30万元以上,重点用于课程建设、师资培训、教材建设、图书资料和实验室建设等。
七、特色与优势
东南大学生物科学与医学工程系是韦钰院士于1984年创建的,始终高度重视学科建设,并将教学、人才培养工作作为我们的最重要任务。
我们是国内生物医学工程专业中目前唯一试办以工为主、工医结合的复合型人才本硕连读七年一贯制培养的专业,近年来,我们已经逐步形成了明确的培养方向,即探索培养医学物理师以及临床医学基础或技术研究人才的培养道路,并通过诸如医工双导师、改革课程体系以及组合新的课程等来不断加强建设。
本专业的学生具有扎实的基础理论和较强的实践创新能力,学生外语、计算机应用能力很强,在参加国家相关等级考试中通过率在东南大学一直名列前茅,多次获第一。本专业学生在校期间多次获国家和省级竞赛奖,学生积极参与科学研究以及有关社会公益活动,培养了工作能力,陶冶了情操。
我们非常注重人才培养的质量,鼓励并采取有效措施,通过诸如课堂讲授、学生研讨以及奖励等促进学生参加科技创新和实践活动,并进一步将有关工作与系的优秀生培养紧密联系起来。毕业设计紧密结合科研前沿研究课题或开发工作实际,毕业设计论文基本都具有一定的学术水平和应用价值。通过这样的综合能力培养,使得学生在今后的工作或者深造中能尽快切入主题、发挥作用,受到广泛好评。
我系生物电子技术实验室的建设和成长,为我系生物医学工程专业人才的培养发挥了很大的作用,同时,身处医学院校区,为相关医学、生物学专业学生发展电子工程技术研究学习兴趣等也提供了重要的支持和支撑,在全国相关专业建设中处于先进的行列,经常接待国内相关单位的参观学习。
本专业具有很高的社会声誉,新生全部为第一志愿,录取分数线居东南大学各专业之前列。毕业生受到广泛欢迎,一次就业率为97%,应届生中研究生录取率每年都在65%~70%之间,位列东南大学第一位。目前,在生物医学工程领域内的许多单位纷纷向我们索要毕业生,常常出现无法满足其需要量的情况,形成了很好的社会影响。
八、存在的问题及改进措施
由于我系教师大都具有非常繁重的科研工作,不能保证投入足够的时间和精力进行教学改革研究和教材建设。对此,我们正设立专题探讨“生物医学工程学科与专业教育的协调发展”的问题,研究研究型大学中科研、教学在人才培养中的作用及相互关系,建立何种机制或者相关制度促进本专业教学研究的开展,激发教师参与教学改革、教材建设的热情。
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