生物医学工程复习提纲(通用8篇)
第一章:生命的基本特征(九点)
第二章:细胞学说的内容(四点),细胞是生命活动的基本单位的理解(四点),真核细胞与原核细胞的区别,病毒、类病毒和蛋白感染因子的结构特点,膜的化学组成和各种成分的功能,膜的结构(液态镶嵌模型,四点),膜的功能(六点),第四节均为重点。
第三章:无性生殖和有性生殖的定义,精子(四期)、卵子(三期)的形成过程,减数分裂的定义和过程(重点在“前期Ⅰ”),受精和卵裂的定义
第四章:DNA双螺旋结构的特点和生物学意义(三点),人类基因组的定义,断裂基因、内含子、外显子、侧翼序列的定义,DNA复制的特点,基因表达、转录、翻译的定义,基因突变的定义,常染色质、异染色质、性染色质的定义,人类染色体的数目,分离定律、自由组合定律、连锁交换定律的定义,染色体畸变的定义和分类,单基因遗传病的定义和分类,多基因遗传病的定义和特点(五点)。
第五章:胚胎发育的过程(五个时期),三个胚层发育的组织器官(92页表格),胚后发育、变态发育、衰老的定义,衰老的机制,第六章:生物多样性的表现,生物多样性的价值
第七章:种(物种)的定义
第九章:环境因子、种群、群落、生态系统的定义,生态系统的基本成分,生态系统能量流动和物质循环的特点。
第十章:疾病的定义,引起疾病的外在致病因素(七点)
第十一章:克隆的定义,克隆技术不完善的问题(五点)
第十二章:人类基因组计划的基本问题(155页正文第一段),遗传图、序列图的定义,基因测序带来的伦理、法律和社会问题
第十三章:神经元的结构,人类朊蛋白疾病的临床特点,痴呆的定义
第十四章:生殖器官的发生过程,性决定、性分化的定义,人类生育控制的方法,女性不孕、男性不育的原因,试管婴儿技术的发展过程,生殖的伦理问题。
第十五章:预测医学的定义,预测医学的道德原则
生物医学工程崛起于20世纪50年代初,1967年,美国大学开始有计划培养专门研究人员。70年代初期,美多所大学相继开设生物医学工程本科专业,到目前全美共有60余所大学生物医学工程本科专业获美国工程技术认定委员会(ABET)的认定,获得授予学士学位资格。我国生物医学工程专业本科教育始于20世纪70年代末,经历40余年发展,现已有120多所高校开办生物医学工程专业本、专科教育,其中90多所是综合性或理工类院校,30多所是单科性医科院校。
特色专业建设点是国家质量工程建设的主要项目。2007年至2010年,教育部、财政部先后分7批在全国本科高校立项建设3376个特色专业建设点(涉及专业310个)。其中,清华大学、浙江大学、南方医科大学、上海交通大学、首都医科大学、东南大学、东北大学(自筹)、湖北科技学院、西安交通大学、天津大学10所高校生物医学工程专业被列为特色专业建设点[1]。
本研究以普通院校和国家级生物医学工程特色专业院校为研究对象,比较其课程体系,分析差异与差距,寻求课程体系改革与优化结构切入点,提高生物医学工程专业建设与人才培养水平。
1 生物医学工程专业研究对象的选择与研究方法
1.1 研究对象选择
搜集分析各高校生物医学工程专业培养方案,所有院校课程体系结构均包括人文社科类、医学基础类、理工基础类课程、工程类核心课程。一般来说,综合性或理工类高校偏向于电子信息、计算机等理工方向,医科类高校侧重于生物材料与生物力学、影像工程、医学物理、医学仪器等领域。具体研究对象在普通院校中选择综合性院校湖北科技学院,在特色专业建设高校中,以南方医科大学为主,兼顾与其它特殊专业高校的对比,以求分析全面,得到多方面启发。
1.2 研究资料主要来源
湖北科技学院研究资料主要来源于原咸宁学院教务处编印的本科人才培养方案(2009年应用版)、学院主页及其它查询调研;南方医科大学研究资料来源于该校生物医学工程学院提供的专业培养方案电子版,该校质量工程建设点主页。
1.3 主要研究方法
基本研究方法参照作者前期生物医学工程专业课程体系研究的思路[2],采用系统研究法、比较法、统计分析法对院校专业、课程设置多维度要素、多质点进行比较分析,寻找特点及规律,发现问题。
2 2校专业培养目标与就业方向比较
2.1 南方医科大学(以下简称南医大)
生物医学工程专业本科有医学影像工程、医学信息工程、医学仪器检测、医学物理、电子信息工程和计算机科学与技术6个专业方向,另有“卓越工程师培养计划”。2007年获教育部高等学校第一类特色专业建设点,并建设有国家级精品课程1门、省级精品课程和研究生示范课程多门,出版国家级教材多部,多次获广东省教学成果奖。
2.2 湖北科技学院(以下简称湖科院)
生物医学工程专业本科包括医学仪器、医学影像工程、医学物理、医学信息工程、听力学、眼视光学(注:眼视光学、听力学等方向没有正式纳入人才培养计划实施)6个培养方向。2007年生物医学工程专业获省级品牌专业,2009年获教育部财政部高等学校第一类特色专业建设点,并建设有3门校级精品课程,2012年生物医学工程专业(医学信息工程方向)被列入湖北省战略性新兴(支柱)产业人才培养计划项目。近年出版医用传感器、医学影像设备、医学物理学、医疗器械营销实务等多部国家级规划教材,多次获得湖北省教育厅、市级教学成果奖。
2.3 专业培养目标及就业方向
南医大培养目标为德、智、体、美全面发展,具有扎实的生物医学工程、医学电子、信息、计算机和一定的医学理论和方法基础,拥有生物医学工程领域专业实践能力,培养能综合应用所学知识解决实际问题、具有工程实践开发能力的卓越工程人才。就业方向:毕业生可从事医疗仪器研制与开发、生物信息处理、电子及计算机技术等领域系统的设计、开发和维护,或从事相关行业的系统开发组织与管理工作。
湖科院培养目标:培养德、智、体、美全面发展,具备生命科学、成像系统与成像技术、其它电子技术、计算机技术及信息科学有关的基础理论知识以及医学与工程技术相结合的科学研究能力,能在医疗卫生保健机构、生物医学工程研究机构以及其它电子技术、计算机技术、信息产业等相关部门从事研究、开发、医疗、教学及管理的高级工程技术人才。就业去向:主要是综合性医院或其它医疗卫生保健机构的放射科、设备科、核医学科;医学影像设备生产企业、研发机构;在医院多部门从事医疗仪器、设备使用维护与维修。
2校生物医学工程专业医学影像工程方向的专业课程培养目标及学生就业方向相近,使本研究具有可比性。
3 课程体系比较与分析
3.1 专业课程体系性质与层次比较
南医大主干核心课程群:理学类课程、生物学和医学类课程、计算机类课程、信息科学、影像技术类。教学特色课程是高等数学、大学物理、电路分析基础、电子技术基础、计算机程序设计、信息与系统、微机原理与应用、数字信息与处理、医用传感器、生物医学信息预处理、医学电子仪器原理、医用X线机原理、CT成像原理与技术、MR原理与技术、医学电子与数字化医学影像技术等。
湖科院主干学科与核心课程:基础医学、电子信息类,核心特色课程有高等数学、普通物理学、基础医学概论、临床医学概论、模拟电子技术、数字电子技术、微机原理与接口技术、数字信号处理、医学图像处理、医学成像系统、放射肿瘤学、核医学、放射物理与防护、医学影像学、超声医学仪器、医用传感器、放疗与核医学仪器、CT原理及设备、磁共振成像原理及设备、医用加速器原理及设备等。
从课程结构看,南医大课程结构由政治理论与人文素质课程、公共基础课程、学科基础课程、专业课程四段式课程构成。公共基础课程只开设必修课外,其它每段课程均开设必修课、选修课,段内必修课与选修课交织在一起,显示层次与结构清晰,课程教学内容呈螺旋阶梯式上升,以循环加深的方式设计教学内容,有体现知识内容再现与复认的优点。而湖科院课程结构是由通识教育课程、学科基础课程和专业课程三段式五层次课程结构组成。学科基础课程没开设选修课,通识教育课程、专业课程均开设必修课、选修课二层次。课程教学内容呈直线式上升式,以直线加深的方式设计教学内容,强调知识阶梯,先学为后学知识定基础,也是比较传统课程体系。
再从部分课程分析看,南医大没有开设医用化学课,表明该专业偏离生物或高分子材料类的发展方向,专业口径相应来说较窄;把计算机程序设计等计算机类课程作为学科基础课纳入核心课程群、教学特色课程是为数不多的院校,C语言与程序设计在多数高校作为通识教育课来开设。将高等数学、大学物理学列入公共基础课程,可能是因为该校属于医科院校将其列入所有专业的公共课之故。此外,南医大公共基础课程没开选修课,湖科院是学科基础课程没开选修课。意味着在公共基础课、学科基础课段建立大一统具有相对稳定性的课程教育平台特征,2校均显大基础、宽口径、后分流的人才培养模式选择与创新,适合于拓展专业培养方向,更能体现出平台相对稳定、口径宽。
3.2 课程体系教学课时配备的比较分析
3.2.1专业课程总学分、总学时、理论课与实验学时比例比较南医大课程体系结构分为政治理论与人文素质课程、公共基础课、学科基础课、专业课四段式课程构架模式。课程总学分/总学时为144.5/2548学时,理论课与实验实践学时比例为2199:469/1:0.21(见表1)。(资料数据来源于生物医学工程专业人才培养方案,2011年电子版。由南方医科大学生物医学工程学院提供。)
湖科院课程体系分为公共基础、专业基础、专业课三段式,加专业限选课、专业任选课二段共五层次课程构架模式。课程中总学分/总学时为155学分/2700学时,理论课与实验实践学时比例为2072:628、1:0.30(见表2)。
注:表中括号数据为专选课学分、学时,不含公选课学时学分。
注:总学分不含课外实践的55学分,专业任选课实践学时未列入计算。
2院校生物医学工程专业课程总学分/总学时,理论课与实验学时比例分别见表3。经过比较可看出,湖科院学分、学时分别高出南医大10.5学分、152学时;比例差异相差比较明显,说明湖科院重视课程课堂教学;而再从理论学时看,湖科院反低于南医大127学时,而理论课与实验学时比例却高出1:0.09,这充分说明重视实践教学,重视培养应用型本科人才。再向前看,其分别与上海交通大学生物医学工程专业课程体系中的总学时相比,上交大1831学时,其中理论学时1558,实验课学时为243,理论与实践学时之比为1:0.15[3]。其总学时分别低出湖科院969学、南医大717学时,理论与实践比例分别低出1:0.15、1:0.06(见表3)。经我们初步分析与推断,显示“211工程大学”在人才培养策略层面上重理论教学与实践研发、减少学生课业负担,重视学生自主学习、探究性学生之故。3.2.2医学课程、必修课与专选课的比较课程体系中医学课程开设情况与比较,南医大开设医学课程是人体解剖学、生理学、病理学、临床医学概论等4门,总学时216学时。湖科院开设医学课程是基础医学概论(分解剖学、生理学、生物化学3门课授课)、临床医学概论、影像诊断学等5门,总学时是291学时。从学时比较看,湖科院医学课程学时高出南医大75学时,是因为其在专选课增开48学时影像诊断学,2校开设医学课程门数与学时数相差不大,通过对2校医学课学时比较,得出的结论与赵娜等人报道的“医学院校开设的医学基础课程比例高于理工院校,能够为该专业学生提供较为系统的医学类课程教育,完善学生的临床知识体系,有助于该专业教学和科研水平的提高的观点不相符合[4],而恰好相反的是综合性的湖科院反高于南医大。再从邓军民等人研究报道看,首都医科大学生物医学工程专业开设的有6门医学课程,共472学时[5],远高于同质同类的南医大216学时,也高于综合类的湖科院291学时,可见首医专业偏医度高出许多院校。
选修课是课程结构中必要的组成部分,是对必修课的优化性的适时、适宜性内容补充,调和、衔接课程内容的顺序性,也是适应市场与社会发展需要。南医大必修课学时是192,湖科院是450,是南医大的2.3倍还多,显示相差很大,说明南医大医疗市场面向宽、构筑市场化平台,湖科院则显示专业课相对稳定,且趋势于学科基础课边缘,专选课类似于专业课伸展。而专选课从学时本身来讲,南医大是580,湖科院是492,则相差无几。
必修课与选修课学时比例,湖科院、南医大分别是1:3.31、1:0.92。此组数据比较显示南医大专选课学时比例远高于湖科院,南医大的微机原理与接口技术、单片机原理与应用、面向对象的程序设计(C++)等3门专选课,湖科院分别作为专业课和公共课开设。
分析指出,过于偏重专选课,可导致专业建设稳定性差,容易造成学科、课程与教材建设方向性不明或摆动现象。此处建议开设专选课学时保持与专业课学时1:1比例为宜,有些课程还可以专题讲座形式进行[6](见表4)。3.2.3基础课程学分、学时、理论与实践学时比例的比较学科基础课程学分、学时分配数据从表4看出,湖科院学科基础课48.5学分低于南医大51学分,低出2.5学分;学时817低于南医大894,低出77学。再从基础课学时占总学时比例看,湖科院是30.2%,南医大是35.1%。再从南医大理论:实践学时比例是744:150/1:0.20。而湖科院理论:实践学时比例是828:189/1:0.30,低出1:0.10。从这四组数据看,前三组两两比较,差异均无意义。后一组数据相差明显,正能说明湖科院在基础学科中就开始重视实践教学,提升实践教学课时。也能反应综合性院校,涵盖医学、理学、工学等10大学科门类,组建有多个教学院部,给实践教学创建良好条件和突厚共享资源(见表5)。
注:南医大总学时2548、湖科院是2700学时。
3.3 核心课程、实践教学与就业率关联性比较分析
在集中实践训练环节,南医大集中实践训练折合成32周,1280学时,其中模电课程设计1周,数电课程设计1周,医疗仪器综合课程设计2周,毕业实习4周,生产实习4周、毕业设计(论文)14周、军训与劳动2周、创新课程4学周。创新课程主要是信息技术2周、医学物理学师2周、软件工程1周。
湖科院集中实践训练共47周,其中专业实习28周,毕业设计(论文)8周,职业技能训练8周,军训3周;而劳动教育、社会实践、课程实习分散安排,电子技术、放疗技术、医学成像技术与系统等课程设计由教学团队分散实施,没有记入训练周。
核心课程与就业的关系,课程设置要面向社会、面向市场,在很大程度上决定、支撑着就业方向和就业岗位。2院校基本目标方向一致,没有什么实质性差异性。
而从理论与实践教学关系上看,南医大教学进程表课程设置大部分以理论课为主干,实践课只是理论课的附属品,单独开实验的课程唯有电子技术实验;这无凝是实践教学理念上陈旧之故,只重知识传授轻能力培养,把实践的重心放在加深对其理论的认知和理解上,忽视学生动手能力和分析,忽视陈设问题与创新能力的培养。而湖科院在这方面要做得好一些,除单独开设电子技术实验外,尚还开设电工与电路分析实验、物理学实验、生物医学信号处理实验、微机接口技术及应用实验、医学影像实践等,这些单开实验关联性设及到13门基础、专业理论课,多数实践课从理论课中游离出来。为实践教学创新理念迈出新的一步。
再从集中实践教学环节比较看,实践教学环节是集中培养学生动手能力的主要措施。南医大集中实践训练32周,与湖科院集中实践训练47周相比,从表面上看少15周,但由于集中实践教学环节方式、方法与途径各校各异,比较的实际意义不大,两校集中实践教学环节虽各有长短,其实都没有达到高校理工类人才培养的标准和要求。湖科院的医学影像设备实践等课程设计,在操作层面上分别由临床医学工程、医学影像工程教学团队集中与分散安排,也是一个后续探讨的问题。
4 比较分析后的启示与建议
通过2校的课程体系比较,兼顾与多所院校特色专业的继续比对,从中得到更多启发。
4.1 坚持办学理念创新,更加突出医学影像工程专业特色
目前湖科院的课程设置偏重理论学习、实践训练不足。考虑引入产、学、研合作模式,真正体现特色专业建设始终以“以人为本,质量领先,以生为本,追求卓越”的人才质量理念[7]。实际操作可以东北大学生物医学工程专业为标杆。
4.2 深化课程体系改革,突出主干课,优化、纯化课程结构
课程体系应突破传统三段式课程结构,建立新三段式九层次课程结构,每段课程开必修课和选修课;在课程设置上增加医用X线机原理,CT、MRI设备原理,医疗设备故障诊断原理课,且其实验、实践课程教学时数不低于180学时,突出影像工程技术性核心改革方向可参照浙江大学生物医学工程专业[8],西安交通大学生物医学工程专业课程体系[9],并且可学习清华大学[10],结合本校特点探索夏季小学期制,满足学生个性化课程选修,拓展实践的时间、空间,采用多元教学及实践活动设计。
4.3 调整课程教学时数比例
四年制本科生物医学工程专业人才培养,课程总学时控制在2550~2750学时。学时分配应适度减少专业课理论学时,增加实践教学学时,对理论与实践课学时比例控制,研究型高校在增加学科基础课理论学时的同时,将理论与实践课程学时比例控制在1:0.3左右,专业课控制在1:0.4左右;而教学型或应用型高校适度减少学科基础课,把理论与实践课程学时比例控制在1:0.4左右,专业课控制在1:0.5。
4.4 实践教学与就业联动,提高毕业生竞争力,提高就业率
医疗机构对医学影像专业大学生的实际操作能力要求越来越高,因此,必须提高医学影像工程专业实践教学,提升学生的就业竞争力。一是加强实验室、实训室、实习基地、图书馆等实验实践教学平台建设,巩固基础性、实用性、稳定性的实践教学资源;二是以人为本,实施“产学研”结合,让教师、学生了解社会与岗位,了解自我。让教师在技术实践中学习,进行知识更新;让学生尽早了解影像工程岗位、熟悉岗位技术要求并通过考核,实现直接就业;三是为学生就业提供参加生产技术、科学研究场所,提供一些创新性开发研究的机会;四是重视顶岗实践与毕业设计,充分利用专业实习来增加就业机会,把毕业设计与就业岗位技术要求联系起来,结合岗位来选题,开展毕业设计研究,做到动脑和动手结合。
4.5 启动精品课程引领战略把握课程知识内容关联
课程设置要求减少或避免课程内容的简单重复,处理好先修与后续课程秩序及其知识关联性,通过制定教学大纲、规范课程标准,体现循序渐进的知识与技能运行程序,课程设置要显本校专业办学特色、服务于医疗市场,启动精品课程引领,培植精品课程文化效应,引领专业课程群,推进专业建设全面发展。
参考文献
[1]佚名.全国高校特色专业建设点[EB/OL].[2012-07-08].http://gkcx.eol.cn/ads/gaokao/tszy.shtml.
[2]王能河,邹卫东,梅贤臣.生物医学工程专业课程体系建设与应用型人才培养质量保障[J].咸宁学院学报,2009,29(4):100-105.
[3]宫照军,顾宁,梅汉成.中美生物医学工程专业本科教育的比较与启示[J].现代教育科学,2011,(5):133-134.
[4]赵娜,丁唯一,廖敬懿.生物医学工程课程设置改革浅析[J].法制与社会(教育文化),2011,(11上):244.
[5]邓军民,全海英,刘志成,等.生物医学工程专业本科教育课程设置探讨[J].首都医科大学学报(社会科学版),2007,(增刊):166-167.
[6]王能河.我院本科专业开设选修课现况分析与对策[J].华北煤炭医学院学报,2004,6(2):239-240.
[7]王能河,吴基良,沈定文,等.以质量文化为导向的教学质量监控长效机制研究[J].理工高教研究,2009,28(6):54-85,132
[8]浙江大学信息部.浙江大学网页[EB/OL].(2011-07-06)[2012-06-26].http://fit.zju.edu.cn/chinese/redir.php?catalog.
[9]西安交通大学信息中心.西安交通大学生命科学与技术学院网页[EB/OL].[2012-06-17].http://www.xjtu.edu.cn/yxsz/231.html.
关键词:生物医学工程;基础生物学;教学改革
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2012)09-0140-02
生物医学工程(Biomedical Engineering,BME)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边缘学科,其主要是运用工程技术手段,在多层次上研究生物体特别是人体的结构、功能和其他生命现象,研究用于防病治病、人体功能辅助及卫生保健的人工材料、制品、装置和系统的工程原理的学科。它主要以临床医学为对象,以生物学、化学、物理学、数学等传统自然学科为基础,融电子、机械、化工、计算机信息为一体,对于揭示生命现象、临床诊断、治疗和预防疾病等方面显示了不可估量的应用前景[1]。自上世纪70年代末以来,国内许多综合或理工科大学、医学院校及相关科研机构都设立了生物医学工程专业,旨在培养具有各方面能力的复合型人才[2]。我校生物医学工程专业设置在电子信息与电气工程学部,基础生物学是其中必修的专业基础课程。基础生物医学知识的教学是生物医学工程专业教学体系的重要组成部分,通过基础生物学、医学知识的学习,为进一步促进生物医学工程不同学科间的交叉融合奠定必要的生物学基础。基础生物学课程涉及领域宽,涵盖范围广,而且随着生命科学的日益发展,不断地涌现出新的理论和技术,给基础生物学的教学工作带来了极大的挑战。[3]因此作者针对在该专业基础生物学教学中遇到的实际问题,结合本学科课程设置的目的,在基础生物学课程教学中对教学模式的改变进行了大胆的尝试,在把握课程整体思想、方法的基础上,引入以研究内容为导向的课程设置和以研究课题为基础的教学方式,使学生有机会参与科研项目研究,在实践过程中获得知识。
一、精选教学内容,灌输思维方法
目前国内生物医学工程学科的发展仍处于起步阶段,不同院校的生物医学工程专业具有不同的研究方向和专业培养目标,因此对于基础生物学的教学还没有统一的教材,这就要求任课教师在教材的选择上应体现出自身特色。对于工科院校学生而言,由于缺乏基础生物医学相关背景知识,如果按照以往传统教材内容按部就班的授课,很可能导致学生的理解难度增加,降低学生的学习兴趣,同时容易造成学生把握不住学习重点,不能对所学知识灵活运用。同时内容多与课时少的矛盾相对突出,导致教学效果不佳。因此对于本课程的教材,精心选取国内高等教育出版社最新最优秀的同类课程教材《基础生命科学(第2版)》、《生物学导论》等作为主要参考书,基于保持本课程的实用性和先进性为目的,依据教学内容的差异,为学生推荐现代生命科学前沿学科的优秀教材,以确保教学内容的精炼和完整。同时,考虑到学生的专业背景,适当删减基础生物学教材内容,调整重点、难点,强化学习内容的结构层次和逻辑联系,注重交叉学科的联系渗透,通过不断引入新的理论和技术来提高学生学习的积极性和主动性。比如在讲发育时,把授课内容的侧重点主要放在干细胞与组织工程领域,着重向学生介绍现代生物技术在该领域的研究现状及发展前景,使学生在学习新理论、新技术的同时,能够和之前所学的知识融会贯通,从而对生物医学工程专业的发展有更深层次的理解,为以后更进一步的学习及工作打下良好的基础。在教学过程中,如何培养学生的学习兴趣,变被动的、应付考试的学习,为主动的、探索性的学习是提高教学水平的主要环节,因此对于每一门课程,任课教师必须要清楚教学目的,把握课程思想。在授课过程中,教师不仅要教会学生单纯的理论知识,更重要的是灌输思维方法,实现真正的学以致用。同时还要注意讲授内容的深度与广度相结合,紧密跟踪前沿学科,启发学生积极探索的创新思维。
二、改进教学方式,丰富教学方法
基础生物学以生命基本特征为主线,涵盖生命活动的各个领域,涉及人口、粮食、环境、资源、健康等诸多社会问题,与我们的日常生活密切相关。因此,如何将学生的综合素质培养融入到课程教学中,激发学生的学习热情,培养学生的历史责任感,是我们一直在探索的一个问题。在理论教学中,我们主要采取精讲、略讲和自学相结合的原则,以提高教学效率,提高学生分析问题、解决问题的能力。同时在采用现代多媒体教学的基础上,不断探索教学方式的改进与完善,促进师生互动,调动学生自主学习的积极性、主动性和创造性,从而为学生进一步获取更专业的知识打下坚实的基础。
1.启发学生拓展知识,调动学习的主动性和创造性。本门课程基础性较强,内容繁杂,基本概念、基本理论繁多,所以在每次新课前的预习是非常必要的。为了培养学生学会梳理教材,增强其自学能力,每节新课开始前教师首先指引学生回顾上节课的学习内容,然后说明本节课的授课目标,以及前后知识间的衔接与连贯,并且每节课的最后都要进行课程总结,鼓励学生自行对章节内容做出小结,并依据课程目标提出有意义的问题供学生课后进行钻研思考,以提高学生的创新思维能力。例如在讲细胞分化时,鼓励学生思考从一个细胞到发育成个体的过程中细胞分化的时空性意义,影响分化的原因都有哪些,体外三维培养对于细胞分化的作用,等等。按照这种方法启发学生拓展知识,让学生投入到积极地自主学习中,逐渐让学生发现基础生物学的学习实际上是一个充满探索、富有挑战性及成就感的创造性活动。
2.采用多种教学手段,培养学生自学能力和表述能力。突出学生在受教育中的主体地位,以学生的“自由选题、自主探究和自由创造”为宗旨,在教学中融入生物医学工程国内外前沿科研成果,引导学生课外自学,组织课堂讨论,以学术报告的形式,训练学生以精练、准确的语言和文字进行表达的能力。在课堂上,结合正常的教学内容,灵活应用多媒体手段,比如采用动画演示或者其他计算机辅助手段,使学生更形象地理解那些抽象难懂的生物学理论及相关实验的操作技术,达到了事半功倍的教学效果。积极引导学生参与教学过程,对一些颇有争议的前沿话题组织学生课堂讨论,增强师生互动,激发学生的学习兴趣,另外引导学生积极通过网络、图书馆数据库等各种渠道查阅文献,了解课堂知识的最新研究进展及前沿动态,撰写学术报告,训练学生的自学能力和表述能力,提高学习效率。
3.完善教学模式,构建具有专业特点的知识体系。采用传统灌输式的讲课方式,过多强调知识的传授和记忆,早已不能适应新时期素质教育的宗旨,同时在教学时间上也远远不够,教学效果较差。因此在教学过程中应注重各种教学模式的综合应用,改进教学手段,从而构建具有生物医学工程专业特色的知识体系。利用计算机网络技术,分析建立生物医学工程学科背景知识网络资源信息库系统,使学生不仅可以查询到某一专门知识的全部内容,还能引申、发散出与之相关的其他知识理论,即构建一个层次分明,条理清晰,系统完善,随时更新的网状知识结构体系。学生利用该系统可以方便地查询某一领域问题的前因后果,按图索骥找到对自己有用的知识,使学生可以高屋建瓴,在宏观上把握知识脉络,微观上把握具体知识,促进发散思维和创新思维能力的培养。另外,注重将本学部最新的研究成果融入到教学过程中,提高学生的学习兴趣,也使学生更全面的了解本实验室本专业的研究特色。例如在讲授组织工程章节时,结合作者所在实验室在干细胞及再生医学领域的研究思路,为学生详细介绍了皮肤、骨、神经等组织的体外构建及其在临床中广泛的应用前景,同时带领学生参观实验室,演示体外细胞及组织培养过程,相关仪器设备的操作及使用原理,使学生对干细胞及组织工程技术的发展和研究有了更加感官的认识,不仅可以巩固理论知识,提高学生的记忆能力,而且还开拓了视野,培养学生思考问题、提出问题的能力,激发学生的创新思维。
三、改革考核形式,深化素质教育
课程考核是评价教学效果的重要环节,相对于传统的“一纸定乾坤”闭卷考试,本课程灵活采用在总评成绩上加重实践环节的比重,即将课程的考核评价体系拆分为闭卷考试方式与组会讨论、课题答辩、论文报告等平时成绩相结合,更加全面客观地评价学生的综合水平,进一步强化学生的素质教育。本课程作为专业基础课,还是要求学生熟练掌握生物学的基本概念、基本知识和基本理论,因此书本知识采用传统的闭卷考试方式,占总评成绩的70%。平时成绩占30%,论文报告要求学生自主选题,通过查阅国内外文献,分析总结现代生命科学某一领域的最新研究进展及对社会与经济发展的影响,并撰写专题论文,文章格式按照统一要求,对写作优秀者加分。此外,根据教学内容及本学部相关的研究领域,为学生设置一些小课题,让学生任选其感兴趣的话题,采用多媒体展示的形式在课堂上互动交流,考察学生对所学知识的掌握和理解程度,而且还能使得一些在教学中难以发现的问题暴露出来,促使以后教学的改进。这种考核形式既调动了学生的积极性,激发了学生的学习热情,培养学生通过各种途径调研文献,查阅检索资料的能力,也培养了科研和学术交流的能力,能够真正反映学生的综合素质。
总之,基础生物学课程作为生物医学工程的专业基础课,不但为学生提供了基本的生物医学知识体系,还为实现和其他专业课程的交叉融合,引导学生如何利用工程科学的技术和方法分析解决实际生活中的医学问题起到重要的桥梁作用。随着学科的发展和社会需求的变化,基础生物学的课程建设既要体现专业特色,又要保持其自身特点,面对新的教育教学形势,教师首先要适应新的教学理念。教师应重新确立教学的侧重点,同时更要积极激发和培养学生自主学习的兴趣和能力。在今后教学中,继续优化和完善具有生物医学工程专业特色知识体系的网络资源信息库建设,丰富教学内容,提高教学水平,把学生培养成既具有扎实的基本理论知识,又具备灵活头脑和创新思维的高素质人才。
参考文献:
[1]邓玉林,李勤.生物医学工程学[M].北京:科学出版社,2007.
[2]宫照军,顾宁,梅汉成.中美生物医学工程专业本科教育的比较与启示[J].现代教育科学,2011,5:132-136.
[3]王光利,代小红.高校生物医学工程专业若干问题的探讨[J].医学教育探讨,2010,9(4):454-456.
基金项目:大连理工大学教育教学改革基金(项目编号:MS201145)
人生不是一支短短的蜡烛,而是由我们暂时拿着的火炬,我们一定要把它燃得十分光明灿烂,然后交给下一代的人们。
——————肖伯纳
第七章人类活动对生物圈的影响
1、什么是感受器?试举两例
2、在我们从外界获得的的信息中,大多来自什么?居第二位的是什么?
3、看课本P3图,重点掌握眼球的结构和各部分功能
保护眼球的结构是什么?营养眼球使眼球内成为暗室的结构是什么?调节晶状体曲度的结构是什么?调节瞳孔大小的结构是什么?在光线强时瞳孔的大小会怎样?能折射光线的结构依次是什么,但主要是什么?含对光线敏感的细胞,能感受光刺激的结构是什么?
4、视觉的形成过程是?视觉是在什么部位产生的?
5、近视眼和远视眼的原理分别是什么?如何矫正?
6、三要四不看的内容是什么?
7、看课本P7图,掌握耳的结构和功能。
外耳包括什么,主要功能是什么?中耳包括什么结构,主要功能是什么?内耳包括哪几部分,各有什么作用?
8、听觉是怎样形成的?
9、怎样保护耳?请你说出几种方法
10、耳聋分哪两种,分别是什么结构受损?
11、了解一下角膜移植和角膜捐献的相关知识
12、神经系统是由哪几部分组成的?其中前者组成什么部分,后者又组成了什么部分?
13、结合课本P13图和内容填写下表
14、构成神经系统结构和功能的基本单位是什么,又叫什么,它的结构包括哪两部分?
15、什么是神经纤维?神经末梢?神经?
16、神经元是怎样互相连接的?
17、决定脑的聪明情况、智力高低的因素是什么?
18、什么是反射?什么是反射弧?它是由哪几部分组成的?
19、神经系统调节人体的基本方式是什么?它分为哪两种?你怎样来区分试各举两例。人类特有的复杂反射 是什么? 20、内分泌腺和外分泌腺有什么区别?
21、人体有哪些内分泌腺?
22、生长激素、甲状腺激素、胰岛素各有什么作用,它们分泌异常时会有什么表现
23、糖尿病患者的表现是什么?怎样预防它的发生和发展?
24、肾上腺激素的作用是什么?
25、什么时间什么国家的哪些科学家第一次用人工的方法合成的具有生物活性的蛋白质结晶牛胰岛素。
26、把本章的知识体系写下来
我们不要过分陶醉于人类对自然界的胜利,对于每一次这样的胜利,自然
界都对我们进行了报复。——————恩格斯
1、世界地球日是什么时间
2、什么是生物入侵?它的特点是什么?试举几例
3、什么是酸雨?正常的雨水的PH是多少?在我国形成酸雨的因素有哪些
4、被称为“空中死神”的是什么?它的危害有哪些?(P38)
5、控制酸雨危害的根本措施是什么?
6、废电池中含有哪些对人体和生物不利的重金属?怎样获取废电池的浸出液?
7、发生在日本的水俣病和痛痛病是怎么回事?
8、控制废电池危害的根本措施是什么?
9、全球性大气污染包括哪些?
10、温室效应是怎么回事,它的危害有哪些?
11、臭氧层有什么作用,而导致臭氧层的破坏的因素有哪些,从而造成的危害是什么?
12、农药的危害是什么?怎样防止家药的污染?
13、拟定保护当地生态环境的计划的步骤是什么
第五单元第一章传染病和免疫
忽略健康的人,就等于是在与自已的生命开玩笑。————陶行知
1、什么是病原体?有哪些类型?
2、什么是传染病?它在人群中流行,必须同时具备哪三个环节?
345、对麻疹和脊髓灰质炎,以哪种预防方法为主,对蛔虫病等消化道传染病,以哪种预防方法为主,对淋病要以哪种预防方法为主?
6、人体的三道防线是什么?其中前两种属于哪一种免疫?它的概念是?第三道防线是
什么?这又属于哪一种免疫?又叫什么免疫?
7、什么是抗原?抗体?各举一例
8、免疫的三种功能分别是?
9、过敏反应是怎么回事?
10、什么是疫苗?注射的百白破和抗病毒血清,哪一个是疫苗?那另个是?
11、什么是计划免疫?你知道你曾经进行过哪些计划免疫?
12、艾滋病的全称是什么,病原体是什么,它的主要传播途径有哪些?
世界艾滋病日是什么时间?
第五单元第二章用药和急救 时间就是生命————鲁迅
1、能说出安全用药的意思
2、药物可以分为哪两种,划分的依据是什么?
3、药物的使用说明中的哪些方面对于安全用药十分重要?
4、如何区分中药和西药?
5、药物一般保存在什么条件下?
6、家庭小药箱应备有哪些药物?
7、了解“联合用药”的相关知识
8、当你发现亲人或朋友因意外而停止呼吸,你应怎么办?
9、P69对照图,人工呼吸的步骤,人工胸外心脏挤压的步骤?次数以及是否有效的标志
10、区分内出血和外出血
11、动脉、大静脉和毛细血管出血的特征分别是什么?如何止血?
12、煤气中毒应如何急救?
13、什么是健康?针对三个不同方面各举两例
14、儿童青少年心理健康的核心是什么?如何来调节自已的情绪?
15、什么是生活方式,包括哪些方面?
16、现代社会影响人类健康的疾病有哪些?又叫什么?研究证明这些病受什么影响?
17、选择健康的生活方式从什么时期开始?主要包括哪些方面?
一、选择题
1、人们不恰当地干预自然生态系统,如盲目围湖造田、开垦草原和造单纯林,其共同特点是()
A、降低了生态系统的自动调节能力B、更加促进了生态系统的平衡C、使原有的生态系统得以保持D、丰富了生态系统的食物链
2、造成温室效应的主要原因和缓解全球温室效应危机的重要措施分别是:()A、煤、石油、天然气大量燃烧;营造森林绿地
B、SO2等有毒气体的大量产生;种植苔藓类植物吸收SO2 C、人造含氟制冷剂的泄露;采用无氟制冷剂
D、汽油和工厂排放的废气和烟尘;收取排污费,限令整改
3、下列行为都是人们为了解决某些环境问题采取的措施,哪一项措施最容易导致相反的效果 A、寻求更好的控制人口的办法B、制造效力更大的杀虫剂和农药
C、利用秸秆生产沼气,解决农村燃料短缺问题D、建设核电站,解决燃煤发电产生废气的问题
4、我国酸雨形成的主要原因是:()
A、大量燃烧煤气B、大量燃烧含锰量很高的煤 C、大量燃烧含硫量很高的煤D、大量燃烧沼气5、1998年9月,渤海发生赤潮,导致水质恶化,鱼虾等海洋生物大量死亡,给捕捞业和养殖业带来巨大损失,造成山东烟台、河北、天津等地的养殖业数亿元的损失。发生赤潮的人为因素有:()
A、工业污水未经处理直接排入大海B、农业化肥流失进入水域 C、含磷洗涤剂的大量使用D、以上各项都是
6、下列()是西部大开发的主要任务和基本保障A、民族团结和环境保护B、生态建设和环境保护 C、生态建设和民族团结D、提高人民生活水平
7、在下列实例中,通过食物链而引起生态危机的是()A、酸雨B、汞、镉等有毒物质的积累和浓缩C、温室效应D、臭氧减少,臭氧层出现空洞
8、酸雨的危害表现在()
A、腐蚀建筑物和户外雕塑B、使农作物枯萎甚至死亡 C、使土壤、河流、湖泊酸化D、以上三项都是
9、不属于控制酸雨的根本措施的是:()
A、安装净化装置B、减少煤、石油等燃料中的污染物排放 C、减少污水排放D、做好回收和利用污染物的工作
10、下列现象中,由废电池污染所致的是()
A、饮用水中带有霍乱菌B、水中的藻类迅速繁殖,使鱼窒息死亡 C、镉扩散到土壤中D、渤海海域发生赤潮
11、随着人们生活质量的不断提高,废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程。主要原因是:()
A、利用废电池外壳的金属
B、防治废电池中镉、铅等重金属离子对土壤和水源的污染 C、不让废电池中渗出的电解液腐蚀其它物品 D、回收其中的石墨电极
12、被誉为“地球生命活动的保护伞”的大气成分是()A、水汽B、氮气C、臭氧D、二氧化碳
13、俄罗斯花巨资打捞“库尔斯克”号核潜艇,主要原因是()
A、核潜艇造价太高B、核潜艇内有军事秘密 C、发生核泄漏会造成海洋污染D、用于研制新的核潜艇
14、工业、农业及城市生活污水中含有磷,家用洗涤剂是生活污水中磷的一个重要来源(洗涤剂中含有三聚磷酸钠)。在处理污水时要不要去磷?下列哪种说法正确()A、磷是生物的营养元素,不必除去 B、含磷的污水是很好的肥料,不必除去
C、含磷的污水排到自然水体中会引起藻类增殖,使水变质,必须除去 D、磷对人体无害,除去与否无关紧要
15、下列哪种情况可能与臭氧层的破坏有关()
A、森林被大量破坏B、大量使用含有氟利昂制剂的冰箱 C、大量使用化学燃料D、大量使用农药
16、近年来,我国许多城市禁止汽车使用含铅汽油,主要原因是()A、提高汽油的燃烧效率B、降低汽油的成本 C、避免铅污染大气D、铅资源短缺
17、响应江泽民总书记“再造山川秀美的大西北”的号召和贯彻落实党中央、国务院提出的西部大开发战略,我们要努力保护天然林”,大力推行“退耕还林还草”,采取这两种措施的首要目标是:()
A.发展旅游事业B.发展畜牧业生产C.改善生态环境D.增加木材产量
18、下列哪一项不属于拟定保护生态环境的计划的内容()A、调查森林面积减少的情况B、分析水土流失的原因
C、调查大气污染、水污染的状况D、调查当地计划生育政策落实的情况
19、倡导“免用一次性木筷”的出发点是()A、减少固体垃圾B、节约木材,保护森林 C、减少个人经济支出D、移风易俗
20、从可持续发展的角度来利用好草原,长期的发展畜牧业,下列哪项措施不正确?()A、大力兴修草原水利
B、尽量发展牲畜养殖,最大限度的发挥草原的潜力C、营造基本草场防护林
无论是生物成绩好坏的高三学生,都一定要研究生物课本,你会发现也许一轮复习的时候你还处于生物练习题的轰炸中,但是到了二轮复习的时候班里的同学就都捧着一本生物必修书了。
怎么合理运用生物课本呢?每当你看见一道题的时候,在做完后将四个选项中的关键词都找出来,有的时候只会考一个知识点,不管是否正确,都要翻开书,找到这一页,仔细看看这个知识点,和题目相对照。坚持这个习惯会让你在高三后期的读书中,占到绝对优势。在别的同学熬夜看生物课本时,你能复习你自己薄弱的其他科目。
二、练习册
建议高三学生买一个专门记录知识点的小本子,可以把数理化生的知识点放在一起,不需要特别大的那种。这是为了你查找知识点方便,也是为了方便你被基础重要的知识点。大的练习册建议还是根据学校或是老师的建议购买即可。
三、错题本
结合水:细胞结构的重要组成成分
自由水:细胞内良好溶剂;运输养料和废物;许多生化反应有水的参与;提供液体环境。
自由水与结合水的关系:自由水和结合水可在一定条件下可以相互转化。
细胞含水量与代谢的关系:代谢活动旺盛,细胞内自由水水含量高;代谢活动下降,细胞中结合水水含量高。
2、细胞中的无机盐
3、制备细胞膜的方法(实验)
原理:渗透作用(将细胞放在清水中,水会进入细胞,细胞涨破,内容物流出,得到细胞膜)
选材:人或其它哺乳动物成熟红细胞,动物细胞没有细胞壁,没有细胞核和众多细胞器。
提纯方法:差速离心法
20世纪70年代,生物医学工程学开始在我国兴起,生物医学工程专业人才的培养也逐步受到重视,许多高等院校纷纷开设生物医学工程专业。根据生物医学工程学科的特点,目前我国开设该专业的高等院校主要包括两大类:一类是综合性大学,一类是医学院校。其中,医学院校的生物医学工程专业主要依托医学背景,为医院和临床解决实际问题,但工程技术基础相对薄弱,分析和解决问题的能力受到限制。康晓宇和娄坤[1]对医学院校开设生物医学工程专业的优势和不足展开了讨论与分析,提出了医学院校生物医学工程专业建设中需要注意的方面,比如师资队伍、学生思想、实验室建设、社会认同等问题。
此外,在社会竞争日趋激烈的信息时代,对人才的要求越来越高,传统模式培养的大学生动手能力弱、适应能力差、竞争能力不强,不能满足市场经济下用人单位的需要,人才供求出现较大错位和结构性矛盾。因此,高等教育需要改革传统的教育模式,全面转向复合应用型人才的培养与建设。高卫平[2]对不同专业人才的市场需求进行调研发现,社会对复合型、应用型人才的需求比较大。作为多学科交叉的生物医学工程学,在复合应用型人才的培养上更具有重要的意义。根据市场需求和工程教育的特点,本论文针对医学院校生物医学工程专业复合应用型人才的培养,主要从优化课程设置和创新实践体系两个方面进行探索与创新,为培养复合型应用型人才提供一种思路。
1 人才培养模式改革探索
人才培养模式是一种包括培养目标、培养规格、培养方法、培养过程及管理体系等多种因素的综合系统。因此,可以通过改变其中某一个或某几个因素构建不同的人才培养模式。下面我们将以课程设置和实践教学体系为研究对象,探索新的人才培养模式。
1.1 依托医学院校背景,优化课程设置
根据现代社会对复合应用型人才的需求,结合医学背景,从专业教育中的专业知识层次、教学知识点和实验技能点入手,优化医学院校生物医学工程专业的课程设置,使专业培养充分体现学校的办学宗旨,更加适应社会的需求。陈超敏等[3]曾经根据军医院校的特点对生物医学工程专业的课程进行了相应设置与改革,但并不完全适合我校生物医学工程专业人才培养的目标。因此,结合我校的办学特点和思路,以及近几年的办学经验,我们将在生物医学工程专业目前的课程设置基础上进行改革与探索,突出中医药院校及生物医学工程专业的办学特色。
由于生物医学工程学科涉及的学科多,涵盖的知识面广,因而在综合性大学设置有不同的研究方向与领域,包括医疗仪器、生物医学传感器、医学信息学、医学图像处理等等。但是,在生物医学工程专业的本科教育中不可能将所有的研究方向都作为课程的主要内容,而需要根据专业人才的培养目标有不同的侧重。根据目前的生物医学工程专业人才的市场需求情况,我们打算在医疗电子方向的基础上增设医疗影像方向,这样既能体现我校的办学特色又能满足不同领域对生物医学工程专业人才的需求。因此,在该专业的课程设置中也需有所不同。医疗电子方向的课程中主要包括医学仪器原理、现代医学仪器、现代传感技术等课程,而医疗影像方向的课程设置中则应加强影像相关的课程,包括医学影像诊断、影像技术学、影像设备学等。
1.2 探索与构建适于现代高等工程教育的实践体系
实践教学是生物医学工程专业人才培养的重要环节[4]。因此,在现在传统实验教学的基础上,本论文将从实践形式和环境等角度探索一套医学院校生物医学工程专业的创新实践体系。根据学生基础的不同,我们针对不同的年级设计了如下的实践教学模式:
(1)建立兴趣小组,培养低年级学生动手能力
为了帮助学生巩固课堂所学的理论知识,同时提高学生学习的兴趣和热情,我们对大学二年级的学生在课堂之外成立兴趣小组,开展电子电路的初步实践,培养学生的动手能力。鼓励大学二、三年级的学生参加各类大学生竞赛,以及参与专业教师的科研课题之中,培养学生的自学能力、创新精神和团队意识。
(2)结合专业特点,强化学生的实践能力
目前,本专业的实践环节主要包括课程实验、课程设计、毕业设计、医院见习实习、公司参观等。这些实践不仅对提高学生的动手能力、分析问题解决问题的能力具有非常重要的作用,同时学生在实践的过程中还对专业有了进一步的认识,对专业未来的市场有了初步了解。但是,目前的实习单位还比较单一,电子制作的作品还比较简单,没有与医疗器械很好地结合起来,还有待进一步加强和完善。因此,我们将尝试包括工科院校、医科院校、医院以及企业等联合培养的方式,在企业、医院、校内等处设立教学实践基地,聘请工作一线人员作为教学实践导师参与人才培养过程;组织学生参与国内交流与暑期实习等。
(3)选择创新科研项目,培养学生创新意识
鼓励学生参加各类大学生竞赛,以及参与专业教师的科研课题之中,培养学生的自学能力、创新精神和团队意识。本校生物医学工程专业的学生曾经多次参加江西省电子电脑大赛,并取得了较好的成绩,促进了学生的学习热情,提高了学生的动手能力。但是,目前参与教师科研课题的还很少。因此,下一步我们的重点是让更多的学生参与教师的科研项目,希望达到既提高学生的创新意识又促进教师科研发展的双重目的。
(4)开展课外科技活动,培养学生创业能力
鼓励学生组织、策划、参与各类科技活动,优化学生的思维方式,培养学生的创业能力及组织协调能力。比如组织学生参加专业相关的国际、国内会议,了解本专业的发展动态;举办一些电子作品展,向本校其他专业的同学介绍我们的专业和特点。
2 结束语
本文利用医学院校的优势,结合当今医疗卫生事业现代化建设的需求,对生物医学工程专业的课程设置进一步完善,并提出了一种新的实践教学模式。这种人才培养模式不仅能充分体现生物医学工程专业的办学特色,达到"医为工用,工为医服务"的复合型人才培养的目标,还可以推动生物医学工程学在人类健康、医疗仪器研究领域的迅速发展;同时,该模式还可以提高学生的学习兴趣和热情,培养学生的自学能力和创新意识,为提高学生的实践动手能力以及分析问题、解决问题的能力提供了有效途径,实现应用型人才培养的目标。
参考文献
[1]康晓宇,娄坤.医学院校生物医学工程专业若干问题的思考[J].华北煤炭医学院学报,2007,9(01):126-127.
[2]高卫平.民办高校复合型人才培养模式刍议[J].广东培正学院学报,2005,(04):21-25.
[3]陈超敏,周凌宏,龚剑等.新时期生物医学工程专业人才培养模式的改革与探索[J].中国高等医学教育,2005,(01):22-24.
身为人类我们利用视觉,触觉,味觉,嗅觉和听觉这些感官受体,作为一种手段来感受周围环境并周围环境交互。利用这些感觉中的一个或者多个,人类将从环境中察觉到新未被定义的事物。例如,作为人类,我们可以执行灵巧的任务,如可以灵活的拿起一个鸡蛋是理所当然的。当拿到鸡蛋,鸡蛋的形状,温度,纹理,颜色和大小通过感受器传输的我们的大脑。如果施加的力太小,鸡蛋那就会滑走。反之,如果所施加的力太大了,鸡蛋就会碎掉。精确的力的施加和力的反馈能够使我们拿住鸡蛋。此外,鸡蛋的物理属性的先验知识,如它的重量和脆弱性也集成到操作处理中去。如果同样的任务要使用用机器人来实现的,那么类似于人类去探索和互动的对象所提供必要反馈是至关重要。作为一个机器操作者,它不可能理解我们人类的操作物体的先验知识,所以准确的感觉反馈更加重要。
1.1什么是触觉传感器
本文回顾了触觉传感器设计领域的仿真研究。触觉传感器是通过身体的接触来获得触觉信息的一种传感器。可以测得物体性质如温度,振动,柔软,质地,形状,组成,边缘和普通的接触力。触觉传感器可以测量一个或更多的这些特性。虽然压力和扭矩传感通常不包括在触觉感知的定义中,压力和扭矩是重要的属性,通常通过身体的接触获得,并可作为触觉参数。
1.2触觉传感器的应用范围
触觉传感器的应用相当成熟,已经有了30年的历史了。早期的研究者如哈蒙,发现了触觉传感器在机器人领域应用潜力巨大。有趣的是哈蒙认为触觉传感不适合在医学和农业这些技术难度大回报低的领域。同时,其他研究者如内文斯和惠特尼也排除了触觉传感器在被动检测中的应用需要。在21世纪触觉传感器被设想具有能开发出更多智能的产品和系统从而改善人类生活的潜力。其中应用最多的是医疗领域和工业自动化领域。作者认为触觉传感器的应用更广泛,主要内容将会总结在表6。然而这份调查报告显示,它并没有很大的进入到它的目标市场中去,直到90年代。触觉传感器的重要性在其他传感器的衬托下更显著,比如用视觉传感器作为例子,它可能不是最佳的传感器选择,尤其是在非结构化或空间有限的情况下,后文将作详细论述。虽然在过去的三十年里认识到了触觉传感器的重要性并投入了精力去发展,但是仍然没有设计出一个匹配人的触觉的一个触觉传感器,因此也阻碍了机器人和微创手术领域的进步。
1.3早期的技术
力和触觉的反馈研究是现在一个多学科的事业。触觉传感器的综合调查在过去就已经进行了并且有很多文献资料。触觉的机器人和机电一体化遥感应用进行了综述和文献报道的。2000年,李发表了简短而综合的触觉传感技术的回顾,并分析了拖延的工业和消费市场接受这种技术的原因。艾特比和翰威特研究触觉传感系统微创外科技术并重申了这一特定领域的触觉传感器的重要性。虽然很多书籍在机器人相关的应用里提到了触觉传感器,但是并没有单独讲解触觉传感器的书。有几个出版的关于触觉传感器的书值得关注。维特尔斯在他的书中演示了如何用触觉传感器来模仿人类的皮肤。Dargahi Najarian在2009年发布了一本传感器在医学界最全面的书。这本书包含了人类触觉感知的基础,及传感技术在生物医学工程领域的应用。通过比较以前对触觉传感技术的评价:本文扩展了以前的评价;将重点放在当前国家的最先进的学科;触觉传感器研究发展趋势;突出的挑战;必须克服的内容;还讨论了运营优势和不同的触觉传感器的设计缺陷的原则。除了先前提到的领域的应用,我们也提出了该技术在其他方面的应用,如在休闲体育,航空航天,领域。接下来我们概述下常用的触觉传感器的应用。
2.传导触摸技术
常用的触觉传导技术是基于电容式,压阻式,热阻,归纳,压电,磁和光学法这些原理。很好确立的是这些相关的技术原理都拥有不同优缺点。在一般情况下电容式,压阻式,压电式,感应式和光学方法设计的触觉传感器拥有很多潜在的优越性和实用性,往往是设计者的首选传感器。本章节将会简略的回顾这些传感器的优缺点。
2.1电容式触觉传感器
电容式传感器由两个导电片和介质层构成。其中平行板的电容c可以表示为C=(AeOer)/d。其中c是电容,eO是自由空间的介电常数,er是介质材料的相对介电常数和D板之间的距离。电容式触觉传感器通常表现出良好的频率响应,这些传感器是更容易受到噪声的干扰,特别是在一个网格配置中,因为存在串扰噪声,场的相互作用和边缘电容,所以需要增加相对复杂的电路来滤除这种噪声。
2.2压阻式触觉传感器
压阻式传感器由压敏传感器所构成,应对不同大小的施加力其电阻大小也不同。一个简单的电阻元件的电压电流特性可以表示为V=IR;其中V的电压,I是电流和R是材料的电阻。通常电压(或电流)的特性是固定的,当电阻的变化时通过电流(或电压)也发生变化。为了观察变化通常需要一个电阻元件如弹性体形式的导电橡胶,或是压力敏感导电油墨。这些材料一般发生很小的电阻变化就能量化,所以容易制造和整合。相比于电容式传感器,他们不受噪声影响,因此在网格配置中没有相声或场的相互作用。电阻式触觉传感器受到滞后,因此有一个较低的频率响应时间。
2.3压电式触觉传感器
压电式触觉传感器采用一些特别的晶体还有陶瓷材料制作而成,其发生形变就会产生电压电位的变化。晶体的灵敏度取决于它的结构,还有其所允许的横向力,纵向力,切割面的力。电压V的变化正比于对其所施加的力。这些传感器具有很好的高频响应,这使得他们成为振动测量的理想选择;然而,由于其大的内部阻力,只能有限的测量动态力,而且无法测量的静态力。在传感器的设计中,接口电路的输入阻抗必须被视为显著影响器件的响应。
2.4感应式触觉传感器
【生物医学工程复习提纲】推荐阅读:
生物医学工程复习总结11-29
医学生物学提纲07-21
生物医学工程12-01
清华生物医学工程10-24
生物医学工程学科历史12-09
激光生物医学工程基础12-10
生物医学工程实习生个人简历10-27
医学细胞生物总结12-05
生物医学行业分析06-10
医学生中开展生物安全教育论文07-03