浅探问题驱动法在生物医学工程专业电子技术课程中的应用

摘 要：针对生物医学工程专业电子技术课程偏重于理论教学，无法与专业特色相关联的问题，本文提出将问题驱动的教学模式应用于生物医学工程专业的电子技术课程，探讨了在实施过程中教师需要考虑的问题。

关键词：电子技术；生物医学工程；问题驱动

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.21.130

1 引言

生物医学工程是综合生物学、医学和工程学的理论和方法而发展起来的新兴学科，其主要研究方向是运用工程技术手段，研究和解决生物学和医学中的有关技术问题保障人类健康为疾病的预防、诊断、治疗和康复服务[1]。多学科的交叉使得生物医学工程不同于那些经典的学科，也有别于生物医学和纯粹的工程学。我校生物医学工程专业是工程技术为主，医学知识相结合的专业，以培养能在医疗仪器、医学信息处理等领域从事研发、教学、管理等工作的人才为目标。电子技术在生物医学工程研究和医疗仪器开发中有着重要作用，任何一台现代医学仪器或设备中都需要电子技术完成信息检测与处理、系统控制等核心功能[2]。

“电子技术”包括模拟电子技术和数字电子技术两门主要课程，课程的技术性和实践性较强。通过理论知识的学习要求学生掌握电子技术的基本概念，基本电路和基本技能，同时相关的实验培养学生的工程素质、动手能力、创新能力以及自主设计的基本能力[3]。目前，国内很多高校生物医学工程专业开设的电子技术理论和实验课程都普遍存在着一些问题：

（1）理论知识和实验内容与生物医学工程专业的关联性不突出；

（2）偏重于理论教学为主，实验为辅，学生被动的接受知识，学习兴趣不高；

（3）实验内容固定，验证性实验过多，缺乏学生自主创新的设计性实验。因此，探索切实可行的适合于生物医学工程专业的电子技术课程的教学模式与教学方法已成为提高电子技术课程教学质量的必然要求。

2 问题驱动法

问题驱动式教学方法近年来得到了很多教学人员的关注，在众多的课程中得到了应用[4-5]。百度百科中定义：问题驱动教学法即基于问题的教学方法（Problem-Based Learning，PBL），区别于传统的LBL（Lecture-Based learning，LBL）[6]，PBL教学模式是一种以学生为主体、以专业领域内的各种问题为学习起点，以问题为核心规划学习内容，让学生围绕问题寻求解决方案的学习方法。

问题驱动教学法要求学生与教师转变在传统LBL教学中的固有地位，学生由被动的知识接受者转变为主动的信息加工者和知识构建者，教师从知识的灌输者转变成为学生主动加工信息、构建知识的引导者。问题驱动教学法大概分为四个步骤：（1）提出问题；（2）分析问题；（3）解决问题；（4）结果评价[7]。教师在教学前期，要明确教学目标，设计执行方案，提出问题。在教学过程中，教师安排学生活动，引导学生自主分析，相互讨论和交流。然后在分析的基础上，让学生们提出解决问题的方法，进行实践。最后，对过程和结果进行评价。可以看出，问题驱动法能够提高学生学习的主动性以及在教学过程中的参与程度，激起学生的求知欲。但是并不意味着教师的参与程度减少了，这种教学方法对教师的要求更高，教师必须具备较强的课堂掌控能力和引导能力。

《电子技术》课程作为是工科专业的基础必修课，具有理论性和实践性并重的特点。其课程内容、基本概念、技术术语、电路种类多，学生学习起来比较困难。为了提高电子技术课程的教学质量，很多学校都开展了电子技术课程的教学改革，其中问题驱动法就是选择的新教学模式之一。但是，由于各种原因，如教学目标的定位、问题驱动法的理解、具体实施过程中的执行力等，基于问题驱动法的教学改革并不是一帆风顺的。作为生物医学工程专业的基础必修课，《电子技术》又有其特殊性，其课程的教学目标侧重于让学生掌握面向生物医学及医学仪器的电子技术，如果理论知识和实验内容与生物医学工程专业的关联性不突出，学生对于课程内容在专业上的应用不甚了解，就会影响到对后续专业课程的学习，甚至影响到将来从事生物医学工程专业相关工作的能力。因此，有必要研究具有生物医学工程专业特色的电子技术课程的问题驱动法。

3 问题驱动法的实施

进行问题驱动的教学模式，需要教师有效掌控和恰当引导。下面，主要从教师的角度来阐释需要注意的问题，对问题驱动法的四个步骤进行分析。

（1）提出问题；在课程开始之前，教师要制定问题，需要其具有全局的概念，考虑各方面因素，包括：教学大纲、培养方案、授课教材等。在问题的选择上应该考虑以下几个方面[8]：

1）问题是否和某个单元的教学内容相关；

2）问题是否对学生具有吸引力；

3）问题实施的时间和硬件条件是否能够保证；

4）问题是否联系实际，是否与生物医学工程专业的应用相关；

5）问题之间是否具有连续性，是否具有系统性；

为了突出生物医学工程专业特点，问题设计必须贴近专业应用。问题之间最好具有关联性，由小的模块小的问题，最终组合而成大的模块大的系统，解决与专业相关的问题。

举例说明：在模拟电子技术中，所选用的教材为高等教育出版社出版，童诗白、华成英主编的《模拟电子技术基础第四版》[9]。根据教材中的内容，结合生医专业应用，可以围绕心电信号检测仪的各个模块展开，设计以下问题：微弱生理信号放大、信号滤波、非矩形波整形为矩形波、直流电源设计。下表1中显示设计问题与教材章节的知识点对应。从表中可以看出，除了第九章的内容没有体现，其他章节的知识在问题中均有涉及。由于学时的限制，教材第九章的功率放大电路目前并不在本校生物医学工程的模拟电子技术教学大纲中。

在布置问题的时候，加入情景带入，首先向学生讲解人体心电信号的特点，心电监测的临床意义，再提出心电监测仪的采集、放大、滤波、整形、供电问题。其中在信号放大部分，涉及的知识点较多，要对前级放大和后级主放大进行分开设计和说明。随着课程内容不断深入，问题不断得到解决之后，可以将各个模块组合，并加入右腿驱动电路或50Hz陷波电路，实现简易的心电信号检测电路。最后的整体电路进行实际人体测试，用示波器观察信号，这样学生在学习模拟

电子技术知识的同时，锻炼了实践动手能力，还能与专业应用结合起来，了解电子技术知识在生医专业中的用武之地，一举三得。

（2）分析问题；在课程教学中，教师按照进度向学生一一展示问题，引导学生根据所学知识，对问题进行分析。在这个阶段，教师需要做到以下几点：

1）引导学生进行分组，任务分配；

2）引导学生对问题内容进行分析；

3）引导学生将问题与所学知识相关联；

4）引导学生文献查阅资料；

由于学生的基础有限，在这个阶段，可能会遇到以下情况：对问题的分析存在偏差，无法与知识点相结合、查阅获取文献的能力不足，教师要及时的提供帮助，在学生为主导的前提下，掌控整体过程。

（3）解决问题。在问题分析完成的前提下，学生提出解决问题的方案，并具体实施。教师需要考虑的是：

1）方案是否具有可行性；学生所提出的方法是否合理正确。对于存在问题的方案，是放手让学生尝试，还是进行适当的干预提示其改正，需要教师结合具体情况进行操作。

2）方案实施是否顺利；方案的实施需要时间与精力的付出，《电子技术》中的问题解决往往需要实际的电路焊接和调试环节，课程的学时如何安排，硬件实验环境如何保证是教师需要考虑和协调的。此外，对于初次进行电路制作的学生，教师运用经验为学生提供元器件选择和购买、电路焊接及调试训练等实践方面的帮助，也是必不可少的。

解决问题的整个过程由学生完成，教师不可代办，但是在适当的时候提供帮助，能够提高完成效率，保证进度。

（4）结果评价。对于整个过程中学生的表现，需要比较客观的评价。常用的方法将自我评价、小组互评、教师评价三个方面相结合。

自我评价是学生回顾和反思过程中的得失，对自我形成清楚客观的认识。小组互评是组间成员根据参与度、贡献度、工作表现、沟通能力等对组员同学进行分析点评。

虽然在问题驱动的教学模式中，教师的身份发生了转变，但是并不意味教师的地位和重要性降低了。教师要密切关注学生的状态和表现，最终对其进行评价。为了激励学生，帮助学生正确认识自我，树立学习后续课程的兴趣和信心，教师在对学生进行评价的时候要注意以下几点：

1）评价公正，也不忘因人而异；对待学生的评价要做到客观中肯，但是也需要考虑学生的差异性。成绩优异的学生与基础较差的学生在小组中的分工不同，贡献度有区别。为了激发学生的积极性，教师的评价不能采用单一标准，而是应该多元化，从合作精神、交流能力、文献收集、电路制作、文字编写等各个方面入手，照顾到各个层面的学生。

2）评价能力，也不忘评价态度；对待学生的评价不光要考虑其知识与技能，还要注重他们在情感、态度方面的表现。课程内容的学习只是一个方面，关注学生知识技能之外的情意发展，有助于其更长远的进步和成长。

3）评价结果，也不忘评价过程；教师的评价不应该过分关注最终解决问题的结果是否正确，而是要侧重于学生在分析问题、解决问题的过程中所表现出来的能力、态度和情感。学生在过程中的提升和收获，才是教育的主要目的。

4）评价个人，也不忘评价团队；教师的评价除了针对学生个人，还要涉及到团队。强调团队的分工合作，有利于培养学生交流沟通，与人协作的能力。

4 结论

问题驱动法能够提高学生学习的主动性，激起学生的求知欲，其教学模式十分适合《电子技术》此类工程性和实践性较强的课程，在许多高校教学改革项目中得到应用。生物医学工程专业的电子技术课程要与学科特点相结合起来，因此问题驱动法的实施既有与其他课程的共性，也有其自身特点。教师在问题的设计环节，要结合生物医学工程专业的电子技术应用，让学生在学习电子技术知识和技能的同时，对专业发展及就业方向有一定的认识，同时也为后续的专业基础课打下基础。

参考文献：

[1]谢勤岚，曹汇敏，黄敏.生物医学工程专业课程体系建设[J].教育教学论坛，2013（47）：86-88.

[2]谢勤岚，曹汇敏，陈军波.生物医学工程专业“电子电路课程设计”教学探究[J].中国电力教育，2013（28）：94-95.

[3]李正义，曹汇敏，谢勤岚.生物医学工程专业电子类综合实验教学探索[J].中国西部科技，2015（01）：95-96.

[4]曾钰，韩晓艳，陈丕炜.基于问题驱动模式的高等数学教学研究[J].才智，2016（23）：95.

[5]曹春萍，陈平.问题驱动法在“数据结构”教学中的应用探讨[J]，中国电力教育，2014（23）：78-79.

[6]钟丽莎，李佳凌，黄志伟，曹高飞，肖波.生物医学工程专业“电子技术课程设计”教学改革初探[J].福建电脑，2013（01）：168-169.

[7]胡端平，李小刚，杨向辉.问题驱动教学法的研究与实践[J].高等数学研究，2013，16（01）：80-82.

[8]秦红霞.项目教学法在中专《电子技术》课程中的应用研究[D].武汉：华中师范大学，2013.

[9]童诗白，华成英.模拟电子技术基础第四版[M].北京：高等教育出版社，2006.

基金项目：中南民族校级教改项目（编号：JXZX2014314，JG2014002）

作者简介：周慧（1983-），女，湖北鄂州人，博士，讲师，主要研究方向为生物医学信息处理、生物医学电子技术。