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中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:B
文章編號:1671-489X(2016)20-0087-03
Abstract Weifang Medical University began biomedical engineering specialty recruitment in 2012,This paper analyzed the causes of common problems we may meet with in the fostering of biomedical engineering education, and then put forward the countermeasures to solve these problems, in order to improve the quality of biomedical engineering education, including primarily increasing publicity, streng-thening the construction of curriculum system, optimizing the allo-cation of the curriculum, double-qualified teachers, and ultimately could be better for promoting our school’s characteristic school con-struction and cultivate more talents for our society.
Key words biomedical engineering; practice training bases; double-qualified teachers
1 前言
濰坊醫學院生物醫學工程專業自2012年開始招生,至今已有4個年頭,在借鑒國內其他院校本專業人才培養經驗基礎上,在學校專業委員會指導下,經反復論證,已修訂了完整的生物醫學工程培養方案(2014版)。由于目前尚無畢業生,培養方案中的很多方面依然在不斷探索中。近期,濰坊醫學院正在不斷推進特色名校建設,生物醫學工程專業應該以此為契機,結合學校資源優勢,對培養方案進一步完善,逐步形成具有學校特色的生物醫學工程培養模式,同時以適應特色名校建設發展的需要。
本文在前期大量調研基礎上,對各高校專業培養方案進行認真分析和比較,結合生物醫學工程專業社會現狀,歸納總結出生物醫學工程專業建設過程中存在的幾個共性問題。最后,結合生物醫學工程專業特點、時代背景、社會需求及濰坊醫學院實際,提出幾點建議,以期更好地服務于生物醫學工程專業培養模式改革。
2 生物醫學工程專業建設存在的共性問題
社會認知模糊 生物醫學工程專業盡管在國外從20世紀50年代就已經開始發展,但在國內自20世紀70年代起才慢慢發展起來,與其他專業相比相對起步較晚。即便現在,社會對此專業依然普遍存在認識模糊、理解不深的現象。如學生報考志愿、用人單位招聘時,經常將生物醫學工程專業與生物技術、生物工程或臨床相關專業混淆[1],對學校招生、學生就業造成很大影響。
課程體系差異較大 到目前為止,據不完全統計,國內開設生物醫學工程專業的學校已達127所,其中綜合類和單科理工類占96所,單科醫學類院校為31所。學校層次包括高等專科學校、普通高等院校、國家重點院校不等。綜合分析發現,存在的主要問題是各高校課程設置大多依托本校現有的資源和師資,靈活性和隨意性較大,很難做到從專業長期發展、時代需求角度出發[2-4]。具體情況說明見表1。這種現象不僅在國內院校存在,本專業世界排名前五的國外院校也有不同程度的體現,見表2。
課程學時分配不統一(課時) 對不同院校課程設置比較分析發現,各高校課程設置除在課程體系方面存在較大差異外,課程學時分配也有較大不同。結合王能河[5]等人的研究結果,舉例如表3所示。
復合型師資力量缺乏 生物醫學工程專業培養學生具有利用工程技術的手段和方法解決醫學相關問題的能力,集中反映在生物醫學信號檢測和處理、醫學成像儀器、生物醫學新材料、康復工程、生物系統建模與仿真、遠程醫療等相關領域。工程技術本身對知識儲備、綜合素質、工程經驗的較高要求,加上新技術、新方法的不斷更新,對生物醫學工程教師授課提出較高的要求。而分析發現,目前各高校授課教師大部分缺少工程背景和工程實踐經歷,雖然在單科領域具有很深的造詣,但是對知識的綜合應用能力比較薄弱,因此,授課過程中往往僅停留在對原理和技術講授的層面,很難從工程原理和技術的角度建立與解決實際問題的聯系。又由于一些新技術往往最先在企業推廣,而授課教師若無參與企業工程研發等經歷,就很難及時掌握這些新技術,授課知識陳舊,所授技術甚至早已被淘汰。除此以外,授課教師若無一定的工程背景,在指導學生實驗實訓環節,往往會停留在對所學理論的驗證實驗層面,很難設計和指導學生開展綜合設計實驗,嚴重影響學生的創新能力培養。
3 生物醫學工程專業建設改革的幾點建議
通過上面對生物醫學工程專業存在的共性問題進行分析,筆者認為,濰坊醫學院生物醫學工程專業培養模式改革應該注意以下幾個方面。
廣泛宣傳,提高認識 盡管我國生物醫學工程專業存在起步較晚的客觀事實,但造成目前該專業社會認知度模糊的主要原因可歸結為以下幾方面。
1)與其他專業相比,生物醫學工程專業招生規模較小,大部分學校每學年只招收1~2個自然班,全國目前開設生物醫學工程專業的院校共計127所[2]。每年生物醫學工程畢業生除去繼續深造,選擇就業的不到5000人,他們畢業后又分布到全國各地,因此,人們接觸該專業的人相對較少。
2)生物醫學工程本身是一個交叉學科,加之各學校培養目標不同,即便都是生物醫學工程專業,不同院校的學生畢業后從事的工作差異很大,人們往往會根據自己接觸的生物醫學工程人員從事的職業,簡單地對生物醫學工程進行評價,造成認識偏頗。針對以上兩方面原因,建議學校和社會共同擔負起宣傳的責任。
首先,學校在招生前應充分做好專業介紹宣傳工作,使學生在報考志愿前對該專業課程設置、培養目標、社會需求有一定的把握,學生根據自己的興趣選擇報考。這樣一則可以避免入錯行的尷尬,二則學生根據自己的興趣報考入學后學習積極性高。
其次,入學后學校應盡早安排專業教師對學生進行更加詳細的專業介紹,應結合本校生物醫學工程培養方案,讓學生對四年學業有一個宏觀的把握,對部分課程設置進行簡單說明,主要從課程設置的意義、該課程與后續課程的聯系等角度展開。如此有利于學生從入學就開始對自己的學業建立很好的學習規劃,也不至于因課程設置問題造成誤解,避免后續學習對某些課程不重視的現象發生。
再次,通過學前教育,專業教師應建立學生學習本專業的自信心,增加學生自身對本專業的認知和認同感,消除學生因專業本身邊緣學科的特點而產生被邊緣化的想法,提高他們后期學習的積極性。
最后,社會和學校應共同承擔起對外宣傳的責任,提高用工單位對該專業的認知度,為學生就業提供保障。
加強課程體系建設 生物醫學工程學最初是期望基于工程技術的手段,即利用工程學原理和方法,探索、發現和解決醫學領域的問題,進而又發展到生物學的研究領域,所以它是醫學、生物學與工程學乃至材料學相交叉的系統工程學科,學科呈現知識面廣、創新性與實踐性強等特點。
基于上述特點,生物醫學工程課程設置要把握以下幾個方面。
1)要想用工程的手段解決醫學相關領域問題,必然要求學生具有一定的醫學和生物學背景,同時具有扎實的工程基礎,因此,課程設置必須要涵蓋醫學、生物學和工程學多個方面,通過課程學習使學生掌握豐富的基礎知識和基本技能。
2)課程設置應體現專業覆蓋知識面廣的特點,但絕不是各課程的簡單拼湊和堆疊,所設置的課程之間既應注意相互聯系,又要有側重。
3)由于生物醫學工程所研究領域新技術、新成果、新材料、新理念和新發現的不斷涌入,課程設置還應充分考慮對知識的補充和教材的更新,體現專業本身的“創新性”。
4)課程設置要充分依托學校資源優勢和師資力量以突出專業特色,但核心專業課開設必須遵循適應時展和社會需求的原則,決不能因學校師資和資源問題辦成純工學或純醫學專業。同時,核心專業課設置還必須做到與培養方案中的培養目標保持一致,而所有課程設置均需在培養方案的指導下完成。
⑤生物醫學工程專業對工程能力的較高要求又決定了開設課程必須具備實踐性強的特點,因此,課程設置時應重視實踐、實訓環節所占的比重。
綜合看,課程設置總體原則把握可參考清華大學“厚基礎、寬口徑、強實踐”的培養模式,即既重視專業基礎課的學習,又鼓勵不同院校專業課,同時注意加強實訓實踐環節。
優化課程設置分配 根據國家級特色專業建設質量工程評估體系的要求,和四年制本科生物醫學工程專業人才培養的實際需要,建議濰坊醫學院課程總學時應控制在2600~2800。結合學校教學型院校的特點,建議把理論與實踐課程的學時比例控制在1:0.35左右,其中專業課控制在1:0.45左右。
打造雙師型教學團隊 師資隊伍建設是保證人才培養質量的基礎,要培養應用型的工程人才,首先要求教師自身是工程型人才[6-7]。生物醫學工程專業教師自己進行職業規劃時,必須做到同時具有扎實的生物醫學工程理論功底和豐富的工程實踐經驗。學校應通過鼓勵生物醫學工程專業教師定期到企業進修學習,參與企業技術研發,探索生物醫學工程專業校企聯合培養模式,積極拓寬實踐實訓基地等途徑,提升教師的工程實踐能力[8-9]。如此有利于:
1)將新的技術和方法帶到教學中更新知識結構,開拓學生視野;
2)通過解決工程實際問題的經歷,將理論知識與實際問題建立聯系,解決理論授課枯燥難懂的尷尬;
3)將實際問題引入教學,鼓勵學生思考,有利于推動學校PBL等一系列教學方法的改革;
4)指導學生開展綜合實驗,提高學生的實踐動手能力和創新能力;
5)深度參與企業研發,提高學校科研水平。
最后,學校應該針對生物醫學工程專業特點,給予專業教師必要的政策扶持與保障。
4 結語
生物醫學工程專業是一個新興產業、朝陽產業,生物醫學工程的專業教育有利于為國家培養一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才,推動國家走新型工業化發展道路、建設創新型國家和人才強國戰略。因此,“十二五”規劃中國家對生物醫學工程涉及相關領域給予大力支持。濰坊醫學院應緊抓時代機遇,認真分析其他院校辦學過程中存在的問題,借鑒其辦學成功經驗,同時結合學校實際,深化改革,打造具有自身特色的生物醫學工程品牌專業。
參考文獻
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理工類院校生物醫學工程專業的教育,主要體現于理學、工學及二者有機結合的特色和優勢,如理工類院校在數學、生物、材料、機械、電子、計算機、自動控制、組織工程等學科,具有堅實的教學基礎、豐富的教學經驗、良好的教學資源與條件。研究和解決生命科學及醫學中的重要問題,是生物醫學工程學科教育與發展的宗旨,因此,利用理工科院校的教學資源優勢,培養能利用工程學手段,解決人類生命及健康問題的研究和應用型人才,是理工科院校生物醫學工程專業教育的重要目標。因教學資源與條件的不同,理工科院校與醫科院校、綜合性大學的人才培養目標亦相異。理工科院校側重于培養學生具備扎實的基礎知識,包括數學、物理、電子、機械、生物等學科;熟悉醫學電子儀器、生物醫學信息、計算機、生物材料等相關學科專業知識;善于利用工程學方法與手段,解決專業相關領域的問題。培養目標具有準確的定位與時代性,即一方面能充分利用理工科院校的優勢,體現其在工程學科方面的特色,另一方面,根據學科的交叉性與涉及領域的廣泛性,密切跟蹤學科的發展與社會需求變化,從而培養高素質的復合型高級專業科技人才。
根據教學與科研條件、研究方向的不同,國內理工類院校關于生物醫學工程專業人才的培養目標既具有上述共性,又各有側重與特色。如清華大學提出旨在培養能將現代電子、信息技術、物理、化學、數學和其它工程學原理,應用于研究生命科學的基本問題,能利用工程技術方法解決疾病預防、診治及改善健康、提高生活質量等的高級專業人才;浙江大學則明確培養具有生命科學、電子技術、計算機技術及信息科學等理論知識、醫學知識和工程技術緊密結合的科學研究和技術開發能力,能在生物醫學電子、醫療儀器、計算機技術、信息產業等部門從事研究、開發、教學及管理的高層次創新型人才;東南大學強調以電子、信息技術生物學、化學和材料學為知識基礎,使學生具備開展與人類健康相關的科學研究及應用開發能力,重點培養學生的研究能力和創新能力,培養具備寬闊視野、思維活躍的精英人才和領軍人才;上海交通大學依托其強大且基礎雄厚的工科和醫學背景,重點培養在生物、醫學和工程技術領域中具有開展交叉研究能力的有創新精神的,能應用物理、化學、材料、電子信息和工程等領域的技術解決生命科學問題的創新型交叉學科人才。華中科技大學生物醫學工程專業培養具備生命科學與光、電、計算機等信息科學有關的基礎理論知識,以及醫學與工程技術相結合的科學研究能力,能在醫療器械、電子技術、計算機技術、信息等產業部門從事研究、開發、教學及管理的高級工程技術人才。
華南理工大學生物醫學工程專業,始于從碩士研究生人才的培養,我校于1993年獲生物力學碩士學位授予權,1998年,將生物力學碩士點(生物科學與工程學院)與生物電子學碩士點(電子與信息學院)整合為生物醫學工程一級學科專業碩士學位授權點,并開始正式招收碩士生,2002年招收生物醫學工程專業本科生,2004成立生物醫學工程系,2006年獲生物醫學工程一級學科博士點。根據我校生物、電子、材料等學科在科研教學方面的多年積累的與優勢,結合廣東省生物醫學工程產業的發展與需求,將生物醫學工程專業本科培養目標,按要求掌握的知識與具體的能力確定為:
目標1(扎實的基礎知識):培養掌握扎實的專業基本原理、方法和手段等方面的基礎知識,包括生物醫學、電子技術、信息科學、計算機技術、生物材料、生物信息等相關學科基本知識、基本理論和基本技能的復合型高級科技人才。
目標2(解決問題能力):培養學生能夠創造性地利用生物醫學與工程技術相結合的研究開發能力,以服務于國內外生物醫學工程產業快速發展的需求。
目標3(團隊合作與領導能力):培養學生在團隊中的溝通和合作能力,學會按分工要求在團隊中從事具體工作,完成指定任務,進行組織協調,進而能夠具備生物醫學工程領域的領導能力。
目標4(工程系統認知能力):讓學生認識生物醫學工程的多學科交叉特性,從系統的角度認識與領會生物醫學工程學科的核心與特點。要求從工程系統的角度,運用多種工程技術手段與方法,尋求解決實際問題的方案。
目標5(專業的社會影響評價能力):培養學生正確理解生物醫學工程對人們日常生活、人類健康所產生的重要影響。
目標6(全球意識能力):培養學生能夠在全球化的環境里保持清晰意識,積極跟蹤新理論方法、技術的發展,在全球化的背景下認識與把握生物醫學工程學科的現狀與發展。
目標7(終身學習能力):生物醫學工程畢業生在職業生涯中,需要根據學科、行業發展與崗位要求,不斷更新知識,提升自己的綜合素質,并具備終身學習的能力。
綜觀理工科院校生物醫學工程專業本科生的培養目標,既反映了各校的學科優勢、特色與定位,又具明顯的共性,即強調學科的交叉復合特性,培養能將工程技術和醫學、生物等基礎理論相結合,解決人類生命健康中的問題、提高生活質量的綜合性人才,尤其注重學生的實踐能力與創新能力。
理工類院校的生物醫學工程專業培養特色
在專業特色建設方面,各高校依托各自的學科建設與教學資源優勢,逐漸形成自己的辦學特色。如清華大學持之以恒地進行教學建設與改革,形成了"注重質量,強調實踐,緊密結合科研"的教學特色,清華大學生物醫學工程學科2001年被評為全國重點學科,2006年被評為國家重點一級學科;浙江大學則強調系統掌握計算機技術、信息處理技術、電子技術、儀器技術和生命科學相關的基礎理論知識具有多學科交叉應用能力和國際競爭力的復合型人才培養,為國家級生物醫學工程特色專業建設點;東南大學從1988年開始與南京醫科大學合作,進行7年制工醫雙學位人才培養,2000年開始進行生物醫學工程專業(七年制)本碩連讀人才培養。2007年建立醫工結合生物醫學工程長學制創新人才培養國家人才培養模式創新實驗區,2008年成為生物醫學工程國家特色專業建設點,形成了工醫復合型人才培養的特色,并形成了生物醫學電子學和現代生物技術兩個重要的特色方向;上海交通大學則充分利用附屬醫院的臨床資源,建立與基礎課程相適應的實踐教學體系,強化學生實踐訓練,培養動手操作與創新研發能力,大力推進醫工(理)交叉學科人才培養,積極推進國際合作與交流;華中科技大學華中科技大學自1997年起系統地開展了生物醫學光子學特色方向本科教學體系建設的探索與實踐。基于生物醫學工程學科的特點,借鑒國內外最新教學成果,建立了一套具有生物醫學光子學特色方向的本科教學體系。2011年開始招收“醫療器械”卓越工程師實驗班,按照全新的教育大綱和創新的實驗模式培養面向醫療器械產業發展需要的高端領軍型人才。
華南理工大學生物醫學工程專業經過近10年的本科教育實踐,以電子技術為基礎,以生物醫學電子儀器與生物醫學信息為主,兼顧生物醫學材料、分子生物學及生物信息學,基本形成了多學科方向交叉的知識體系。尤其注重學生基礎知識、實踐能力和創新能力的培養,根據廣東地區生物醫學工程產業的優勢與市場需求,著力培養具有生物醫學工程專業基本素養、基礎扎實、專業知識面廣的復合型高級技術和專業管理人才。近年來,積極與廣東省生物醫學工程領域領軍企業、醫療、科研機構開展聯合培養人才的改革,如自2009年開始,華南理工大學與深圳華大基因研究院共同成立了華南理工大學-深圳華大基因研究院,并開設基因組科學創新班,生物醫學工程專業部分優秀學生從大學三年級開始,即有機會進入深圳華大基因研究院從事生命學科的學習與科學研究;2011年,華南理工大學攜手中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院,共建“華南干細胞與再生醫學英才班”,實行“2.5+1.5”的培養模式,“英才班”將根據學生所屬專業本科培養計劃和干細胞與再生醫學的專業培養要求,為學生制訂個性化的培養方案,將專業理論知識與實踐、學習和科學研究相結合。此外,生物醫學工程專業與深圳邁瑞電子有限公司、汕頭超聲儀器研究所、廣州總院、南方醫院、廣東省人民醫院、中山大學附屬腫瘤醫院和廣州醫學院附屬腫瘤醫院等單位建立了密切的聯系,為學生的實踐、實習提供優越的資源和條件,同時,為學生的就業不斷開拓新的渠道;從大學二年級開始,學生即有機會加入“學生研究計劃SRP(StudentResearchProject)”,參與老師指導的科研實踐,進入實驗室與研究生共同學習研究。學習、研究期間,取得優異成績或成果的學生,推薦參加“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽。華南理工大學生物醫學工程專業,近年來進行各種新的人才培養模式的有益探索與實踐,進一步擴寬學生的知識面,顯著提高學生的實踐能力,激發學生學習熱情,培養學生的創新能力。
生物醫學工程專業人才培養模式
我國高等工程教育強化主動服務國家戰略需求、主動服務行業企業需求的意識,確立以德為先、能力為重、全面發展的人才培養觀念,創新高校與行業企業聯合培養人才的機制,改革工程教育人才培養模式,提升學生的工程實踐能力、創新能力和國際競爭力。主要體現于四個方面:(1)工程教育服務國家發展戰略;(2)加強與工業界的密切合作;(2)重視學生綜合素質和社會責任感的培養;(4)注重工程人才培養國際化。近年來,各高校都在進行專業人才培養模式的改革、探索和實踐,主要包括(1)重基礎、寬口徑、強能力、高素質的大類培養模式。如上海交通大學實行按院系招生、學生入校兩年后再分專業的培養模式,從而有利于學生根據個性、特長選擇專業,增強學生的競爭意識,有利于資源的優化整合;中國科技大學秉承“基礎與創新并重”的辦學理念,實行重基礎、“輕”專業,注重基礎“寬、厚、實”,專業“精、新、活”的寬口徑個性化培養模式。浙江大學提出“以人為本、整合培養、求實創新、追求卓越”的教育理念,確立的人才培養模式是以3M(多規格、多通道、模塊化)和“寬、專、交”為特征的KAQ(知識、能力、素質)并重,將本科專業分成若干學科大類,實行前期按大類培養,實施通識教育,后期實行寬口徑專業教育的新模式。華南理工大學的培養模式與浙江大學既具相似性,又各有側重。華南理工大學以注重精英人才與個性化人才的創新能力培養為特色,如按大類分電子、機械、化工、材料、經貿等各大類專業精英班,“基因組科學創新班”和"華南干細胞與再生醫學英才班"等。
(2)注重創新與實踐能力培養,如卓越人才培養、產學研相結合人才培養、交叉復合型人才培養。近幾年,各高校均十分注重學生的創新能力和實踐能力的培養,通過卓越人才計劃旨在提高學生的科研能力與解決實際問題的能力。卓越工程師教育培養計劃的遵循“行業指導、校企合作、分類實施、形式多樣”的原則,其特點包括:行業企業深度參與培養過程;學校按通用標準和行業標準培養工程人才;強化培養學生的工程能力和創新能力。其中,首批“卓越工程師教育培養計劃”高校包括清華大學、浙江大學、上海交通大學、華中科技大學、東南大學和華南理工大學等61所高校,第二批共有133所年高校加入“卓越工程師教育培養計劃”。
(3)國際化人才培養,通過與國外知名高校建立人才培養合作項目,進行聯合培養。如教育部中國教育國際交流協會(CEAIE),中教國際教育交流中心(CCIEE)和美國州立大學與學院協會(AASCU)共同合作的“1+2+1中美人才培養計劃”,積極推動中美高校學分學歷互認,促進中美高校師生雙向交流、共同制定大學本科專業教學計劃等。此外,近年來,各校紛紛與歐美、澳洲著名大學建立了各種靈活的本科人才聯合培養機制,推進教師雙向交流,專業課程實行雙語教學或全英教學等。
(4)個性化人才培養,華南理工大學生物醫學工程專業培養學生過程中,根據學生知識結構與特長,注重個性化培養,如,一方面鼓勵生物醫學工程專業學生修讀“雙學位”,另一方面,也接受其它專業學生修讀生物醫學工程專業“雙學位”;通過“學生研究計劃(SRP)”,“百步梯攀登計劃”、“挑戰杯全國大學生課外學術科技作品競賽和創業計劃大賽”等,培養學生的創新、創業、科研能力。
課程建設
生物醫學工程專業教學指導委員會,為生物醫學工程學科人才培養的規范化提供重要的指導性意見。根據生物醫學工程學科的發展趨勢與社會需求、以及各高校的教學和科研優勢,理工科院校設置的生物醫學工程專業本科的課程體系,既存在共性,又各具特色。其中,理論教學部分,主要包括公共基礎課、學科基礎課和專業領域課,實踐部分,包括實驗課程、課程設計、認識實習、工程實習、生產實習和畢業實習等。各理工院校生物醫學工程專業本科培養計劃中的公共基礎課頗為相似,主要有政治類課程、大學英語、大學物理、大學化學、數學(微積分、線性代數、概率論與數理統計)、工程制圖、大學體育,以及人文、社會和技術類通識教育課程;學科基礎課程,大多數高校以生物醫學電子與信息為主,包括電路、數字電子技術、模擬電子技術、信號與系統、數字信號處理等主干課程,并設置解剖生理學、臨床醫學概論、普通生物學、生物化學與分子生物學等重要基礎課程;各校的生物醫學工程專業本科課程的差別,主要體現在專業領域課,同時也最能體現其專業特色。一般以其優勢學科方向開設不同的專業必修或選修課程,如浙江大學按數字醫學信息、生物傳感器與醫學儀器、定量與系統生理學三個方向設置專業課程,東南大學則分生物傳感與生物電子學、生物信息學、生物醫學材料與納米技術、醫學信息工程等四個方向,上海交通大學包括生物醫療儀器、神經科學與神經工程、醫學成像與圖像處理、生物材料與納米生物醫學等幾個方向課程;清華大學按學科方向分為醫療儀器、神經工程、醫學影像和微納醫學等四個主要方向,分別設置不同的專業課程。
華中科技大學則包括按生物醫學光子學、醫學影像學、生物信息學、納米生物材料和組織工程等方向的專業課程;華南理工大學生物醫學工程專業的本科課程,主要涵蓋了醫學電子儀器、醫學影像、醫學信息、生物力學和生物醫學材料等五個方向,分別開設了醫學傳感器、醫療儀器設計、生物醫學測量、醫學超聲學、生物醫學信號處理、醫學成像技術、醫學圖像處理、醫院信息系統、遠程醫療、生理系統仿真建模、生物力學、生物醫學材料等重要課程。
實踐環節主要包括綜合實驗、課程設計、臨床實習、金工實習、電子工藝實習和畢業實習等。其中綜實驗包括工程生理學、生物醫學工程、醫學儀器與信息工程3門綜合實驗課程,設置了數字電路、微機原理與應用、醫學儀器等3門課程設計。由于廣東省醫學資源和生物醫學工程產業具有較強的特色和優勢,尤其在醫療儀器行業擁有一批實力雄厚的企業,華南理工大學充分利用這種地域的產業優勢,知名企業聯合建立了本科實習基地,和具優越醫療資源的醫院建立了良好合作關系,為本科生的臨床實習與畢業實習提供強有力的支持。此外,華南理工大學積極鼓勵學生參與“暑期實習計劃”,即由老師或學生自行聯系實習單位,經院系和老師推薦,學生有機會在暑期到相關高校或科研院所實驗室、企事業單位實習。
在雙語課程、全英語課程、新型課程和特色課程方面,華南理工大學生物醫學工程專業也正在積極進行建設,如《醫學圖像處理》和《醫院信息系統》已經實行雙語教學,正在為全英文授課做準備;不定期地邀請國內外有影響的專家和企業負責人進行專題講座或創業教育;為新生開設《生物醫學工程概論》課程,計劃進一步開展新生研討課、系列專題研討課。
總結
生物醫學工程學科具有鮮明的交叉與復合特性,它對解決人類生命與健康中的問題具有十分重要的作用,生物醫學工程學科與相關產業發展亦極為迅速,如何培養適應學科發展需求和符合社會需要的專業人才,是各高校生物醫學專業面臨的重要問題。理工科院校在電子、計算機、信息、生物、材料、制造等學科具有一定的優勢,充分利用理工科的資源優勢,培養研究與應用兼顧的高級專業人才,亦是理工科院校本科教學的重要目標。
華南理工大學生物醫學工程本科專業,經過近十年的教學實踐,逐漸形成以生物醫學電子、醫學信息工程、生物力學為主導的培養體系,十分注重學生的實驗能力和創新能力的培養,并充分利用廣東省的醫學資源和生物醫學工程產業的地域優勢,努力培養適應社會需求的專業人才。近年來,華南理工大學生物醫學材料方向發展迅速,先后成立了國家人體組織工程重建工程中心、特種功能材料教育部重點實驗室、廣東省生物醫學工程實驗室,在生物醫學材料方面取得了一系列成果。為此,華南理工大學正在為利用生物醫學材料方面的優勢,加強生物醫學材料方向的本科專業人才的培養,積極地進行探索。
關鍵詞:教學模式改革;人體解剖生理學;醫工結合;自主學習
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)42-0082-03
一、引言
人體解剖生理學是研究人體各部分形態、結構及人體生命活動的規律或生理功能的科學。在生物醫學工程和醫學信息工程等工科專業中,它是醫學基礎類課程,也是必修的專業基礎課。生物醫學工程等工科專業是交叉學科,它綜合工程學、生物學和醫學的理論和方法,從不同層次研究人體系統的狀態變化,并運用工程技術手段去解決醫學中的相關問題。因此,生物醫學工程專業的學生培養需要生物學、醫學和工程學的相關理論和知識。對生物醫學工程等相關工科專業的學生開設《人體解剖生理學》課程,是專業知識結構的需要,也是后續的生物醫學信號處理、生物醫學系統建模與仿真、醫療儀器等專業課程的重要醫學基礎。學習《人體解剖生理學》知識,能夠使學生了解人類醫療、保健方面的需求,更重要的是,能夠啟發學生在未來的學習和工作中發現醫工結合的交叉點,促進學生圍繞生物醫學工程的專業方向進行創新性研究和工作。
二、生物醫學工程等專業中《人體解剖生理學》教學現狀
目前,我國生物醫學工程專業大多在工科院校和醫學院校中開設,由于這一專業學科交叉的特殊性,在培養模式方面容易出現偏重于工科或偏重于醫科的現象,沒有真正體現出醫學工程的多學科交叉的特點。此外,在這些專業中,其醫學基礎課程和工科專業課程獨立開設,尤其是所開設的《人體解剖生理學》課程,學科獨立性較強,存在醫學基礎課和后續專業課教學相互脫節的問題。進一步分析這些專業對《人體解剖生理學》課程的教學要求發現,作為醫學基礎課,該課程的教學內容需要涉及人體解剖學、生理學及病理學等幾門課程,內容體量大、理論性強,然而課時方面卻基本要求在一個學期內的幾十個學時內完成該課程教學。在這種情況下,如何高效、高品質地完成大體量的教學內容,達到生物醫學工程等醫工結合專業對該課程的知識要求,是《人體解剖生理學》課程教學需要不斷探索的課題。
現有的《人體解剖生理學》教學方法研究大多是在生命科學專業和醫學臨床專業中開展,而在生物醫學工程等醫工結合專業中,該課程的教學方法僅有少數教學研究開展。作為專業基礎課,《人體解剖生理學》課程在這些專業中應該如何開展教學?如何體現工科專業特色?如何體現學科交叉特點?實際的教學工作急需有新方法的探索。因此,這些問題的研究不僅對醫工結合專業的培養質量提高有幫助,同時,也是高等醫學教育研究的重要組成部分。
我們所在的生物醫學工程專業是在工科院校背景中開設的,依托工科背景,在工程基礎課程教學方面,師資條件和實驗條件相對比較成熟,然而在醫學基礎課程教學方面,存在醫學學科基礎薄弱,教學改革之前教學模式傳統、單一的問題,沒有很好地突出生物醫學工程的工科特色和學科交叉特點。更為突出的問題是,這種沿襲傳統醫學專業的教學模式在工科院校中教學效果不理想,教學負擔重。針對這些問題,我們以服務專業建設為出發點,提出開展具有工科專業特色的《人體解剖生理學》教學改革,分別從課程內容選擇、自主學習能力的培養、實驗和實踐環節結合以及改革考核模式等方面開展。
三、課程教學改革的主要內容
(一)合理安排課程內容,科學設計課程體系,突出醫工結合專業特色
以生理系統為框架整理課程內容,開展以生理系統為單元的專題教學,突出教學重點、難點。在該課程中,細胞基本生理功能尤其是生物電的生理機制、循環系統、泌尿系統、神經系統等章節是重點和難點,其中的心電、腦電、肌電與生物醫學工程重要的研究領域密切相關。這些章節的教學會重點講解,內容包括解剖結構、生理功能及相關的工程應用;而運動系統、消化系統等章節內容系統性較強,相對容易理解,這部分內容的教學方式設計采用教師指導下的自學,教師把章節的內容梗概在課堂上講解,具體內容布置學生課下自學,并要求學生寫出自學報告,這樣區別分配授課時間,既突出了教學重點,也解決了課程體量大而課時少的矛盾。
為更好地服務于生物醫學工程專業的學科交叉特點,在教學過程中注意整理、添加與工程應用和醫學臨床相關的內容,比如,在講解循環系統時增加對血管支架、人工瓣膜、人工起搏器等生物醫學工程材料、儀器工作原理的介紹,同時結合生理功能的原理給出問題,讓學生分析,比如,“更換人工起搏器時為什么不能直接關閉起搏器,而是要逐步減慢人工起搏器的搏動頻率?”;再如,在泌尿系統的教學中,在講解腎單位結構的基礎上,提出“尿液是如何產生的?臨床使用的人工透析機是如何工作的?”等問題,啟發學生關注這些醫工結合點,讓他們帶著問題去查閱資料,并在課堂討論時給出自己的觀點。這些教學過程不僅激發了學生的學習興趣,而且為以后《醫療儀器》等專業課程的學習打下了基礎,建立了醫學基礎課和專業課之間的聯系。更重要的是,這個過程培養了學生自主學習能力,啟發學生在未來的專業學習和工作中尋找醫工結合的交叉點,對培養學生的創新思維具有重要作用。
(二)結合優質網絡教學資源拓展學生的專業視野,培養自主學習能力
網絡公開課等視頻資源把優勢教育資源通過網絡向公眾傳播,是寶貴的學習資源,《人體解剖生理學》的教學過程中引入了網絡視頻公開課、課程相關專題紀錄片及文獻數據庫等資源,拓展學生的專業視野,培養自主學習能力,同時也彌補了《人體解剖生理學》課程內容體量大而課時有限的矛盾。我校圖書館有國內外著名大學的公開課視頻,比如,中南大學湘雅醫學院的《人體解剖學》網絡公開課程,斯坦福大學的《人體解剖學》課程,香港中文大學《語言與大腦》視頻公開課,杜克大學的《人體生理學導論》等等,這些課程由資深的專家教授進行全程教學,內容清晰、詳實。在課程教學過程中,教師根據課程進度介紹這些視頻公開課給學生課下自學,并提出相關的問題啟發學生思考;在課堂教學時,教師會組織學生對自學情況做簡要的討論和總結。此外,課程內容相關的專題紀錄片也對課程教學做了很好的補充,這些影片由專業團隊拍攝,案例豐富,制作精美,觀賞性強,學生被紀錄片內容吸引的同時,也激發了課程學習的興趣。比如,在講解神經系統的高級功能――睡眠功能時,鏈接《人體奧秘》睡眠專題的記錄片,片中通過豐富的案例對睡眠過程進行講解,使學生對睡眠功能和研究現狀有深入了解,教師針對紀錄片中涉及的重要生理學現象提出問題讓學生思考,如:“為什么睡眠對人體是必須的?”、“快速眼動睡眠和記憶有什么聯系?”等等,通過這些環節,不僅豐富了學生的學習資源,更重要的是,在這種教學過程中,培養了學生深入思考、自主學習的能力,加深了對專業知識的理解。
(三)重視實驗環節教學
該課程配套有《人體解剖生理學》實驗課程,在課程教學中注意理論教學和實驗環節的配合和銜接,開設的實驗都涉及課程中的重點、難點內容。比如,生物電部分是該課程的重點、難點內容,圍繞生物電內容設置了神經肌肉電生理、大鼠心電圖描記、大鼠運動感覺皮層腦電信號的獲取、人體腦電圖描記等四個實驗,讓學生認識不同類型的生物電,并通過生理信號分析系統對獲取的生物電信號進行分析,實驗中教師提出思考題,比如“如何獲得好的心電圖描記?”,這些實驗操作和思考題將啟發學生深入的認識生物電,為以后學習生物醫學信號處理等專業課打下了基礎。這些操作加深了對理論的理解,同時也逐步建立和后續專業課的聯系。
(四)改革課程考核方法
完善考評體系,由以往對知識點的考查為重心轉為以能力考查為重心,從以結果評價為主向結果過程評價結合為主轉變。考核也應具有一定的靈活性。通過增大平時成績比例來改變考核構成,如平時作業(主要是章節重點內容的訓練等)占15%、專題討論表現占15%、自學模塊表現(以討論和讀書報告形式體現)占15%,課堂回答問題情況占5%。減少閉卷考試中固定答案的題目、增加主觀題目的分值等辦法,期末考試成績在總評成績中占50%,重點考察學生對問題的理解能力、運用能力。并且,把這種考核模式在開課之初就對學生明確指出,使學生在課程學習的過程中更注重這些能力的培養,從而把考試也作為教學的手段之一。
四、教學改革的思考和展望
經過近幾年的教學改革實踐,我們發現,注重醫工結合、突出工科專業特色的《人體解剖生理學》教學對提高學生的自主學習能力,夯實專業基礎有很大幫助,符合培養復合型人才的教育理念。在以后的教學研究中,我們會更加注重《人體解剖生理學》與工程應用和醫學臨床現象的結合,突出醫工結合特色,注重學生自主學習能力的培養,開展具有工科專業特色的醫學基礎課教學模式探索。此外,目前尚未見有生物醫學工程等醫工結合專業專用的《人體解剖生理學》教材,結合正在開展的這種面向工科專業的醫學基礎課教學模式改革,收集整理相關的課程資料和各類教學模塊的內容,嘗試編寫面向工科專業的《人體解剖生理學》教材,既是對我們開展的教學改革實踐的歸納和總結,更希望能對醫工結合專業中醫學基礎課程的教學模式進行豐富和補充。
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本文介紹了現代臨床醫學工程師的概念與職責,結合承德醫學院生物醫學工程本科專業臨床工程師的人才培養機制進行了探究,對醫學院校開設生物醫學工程專業的課程體系即規范化培養進行了研究,為新專業的開辦提供了理論支撐,同時針對臨床工程師的規范化培養提出了幾點建議。
【關鍵詞】
臨床醫學工程師;課程體系;培養機制
隨著科學技術的發展和醫療衛生事業的進步,光、機、電、計算機等各方面高精尖工程技術不斷應用于各種先進的醫療儀器,用于對疾病的預防、診斷、治療和監護的同時,設備的操作難度大大增加。由于醫療儀器的誤操作、故障造成的醫療事故也與日俱增。因此,臨床工程師作為一個新興學科被廣泛應用于臨床環境,為臨床工作中醫療設備及儀器的正確安全使用提供必要的技術服務。目前,我國臨床醫學工程師的培養起于生物醫學工程專業,已有多所高校開辦相關專業,總體來說綜合性大學偏重于生物信息處理、電子信息工程及計算機方面,而一些醫學院校則更側重于生物力學、生物材料、醫學電子儀器等領域。各個高校依托自身重點學科及師資力量開辦此專業,培養目標及培養模式不盡相同。比較而言,醫學院校培養獨具醫學教學、實訓及就業等優勢,培養新型的臨床醫工人才責任更重。
一、臨床工程師的概念與職責
臨床工程師是應用工程理論、技術和醫學結合的方法研究并解決醫院中有關醫療器械、應用軟件的技術管理與應用,給予工程技術支持和安全有效的質量保證,與臨床共同開展應用研究等方面的醫學工程人員。臨床工程是一門跨學科、在多種背景下實踐的學科,臨床工程師作為問題的解決者,工作在復雜的人類系統和技術系統環境中,已經成為現代臨床醫學和工程學之間的橋梁,與醫生、護士協作共同維持著醫院臨床醫療工作的正常運行并促進醫院的現代化建設和發展。現代臨床醫學工程師的職責和任務不能局限于設備的維修維護,而是要將工程學和實務知識與臨床醫學緊密結合起來,保障與工程設備等有關的一切醫療活動,工作重點應該從單純的維修轉移到設備使用過程中的應用安全與質量控制上。
二、規范化臨床工程師培養機制的探究
1.我國臨床工程師的發展現狀目前,我國臨床工程師隊伍總體素質偏低,在人員的質量和數量上都遠遠滯后于發達國家。調查發現,目前我國醫療系統中的臨床工程師大多為非專業人員,本科學歷以上人員鳳毛麟角,甚至很多醫院采用的是電工、技工等轉業人員,知識水平參差不齊,難以有較大的發展,因此大多數醫院設備科的工作只停留在安裝設備的驗收、故障維修及設備報損評估工作,缺乏對設備購置前的考察評估、使用中安全性和有效性的控制管理、維修保養中的事前維修,主動維修力度不夠。臨床工程師是醫院高科技工程技術的從業人員。一個即將從事臨床醫學工程工作的人員必須掌握相關的電子、計算機以及醫學知識,再加上系統的培訓才能將在校期間所學的基礎知識較好地應用于實踐工作中。
2.臨床工程師的在校培養(1)在校培養課程體系建立。面向臨床工程師的專業人才的培養應具備職責界定所要求的系統的理論知識。目前各高校培養臨床醫務人員時,由于專業設置和時間限制,工程基礎較差,對設備的原理、結構難以掌握,操作、使用和維護都存在一些問題,因此,專業課程體系應注重相關工程技術的學習。從類別劃分,設置了基礎科目、專業基礎科目和專業科目3類共39門必修課程。基礎科目:包括人文科學課程及基礎醫學和臨床醫學課程。使學生在樹立科學的世界觀、人生觀的同時通過系統學習生物醫學知識,能夠從生命系統著眼發現問題、理解問題,再利用工程學技術方法解決問題反饋于臨床。精密醫療儀器的設計、修改和維修是臨床工程師的主要職責之一。這就要求工程師熟悉所修儀器的工作原理,并能夠依據圖紙資料了解電路結構、元器件性能參數,分析電路功能,掌握所用儀器具體使用方法。專業基礎科目:分為數理類課程和電子電工類課程兩大類。通過數理類課程的學習掌握生命系統數學建模的過程以及數據分析的能力、熟悉掌握計算機科學與技術的基本知識和編程技能,進而進行醫療設備的硬件和軟件維護。通過電子技術類課程的學習熟悉電路的原理組成、電路圖分析、常用電子元器件的性能及測試,儀器和設備的電氣安全和環境安全等知識。專業科目:分為醫學電子儀器設計、生物醫學信號及圖像處理技術、常見醫學診斷設備(成像設備、檢驗設備)的原理和組成、醫學儀器故障診斷與維修技術、醫院醫療設備采購實務共五個模塊。實踐科目:分為校內實訓和臨床實習兩部分。通過電裝實習讓學生掌握基本的電子線路、電路圖及電子焊接的相關知識,培養學生電路故障測試、分析及排除的能力,以醫學儀器中小模塊電子線路為基礎,結合教學分析夯實基礎。采購一些價位較低的新設備如心電圖機、麻醉機、超聲診斷教學儀器等,側重于向學生演示正常工作過程及結果分析,一般作為專業課程的驗證實驗,可與故障儀器形成對比,盡量不宜拆卸。另外,去院設備科或醫療器械公司收購醫淘汰的設備,要求這些設備結構完整,能對照講解結構、工作過程,最好能通電運行。這類儀器的優勢在于可以多次拆卸,讓學生觀察認識內部器件,練習尋找故障及簡單故障的排除。在學生掌握了醫療儀器各個模塊的原理知識后還需針對專業特點設計綜合實驗。建議依托高校臨床學院的實習基地,合理安排學生的實習課程,建議嘗試小學期授課制,第一學年學期末即到醫院設備科、影像科見習,明確專業方向,提高學習興趣。在第四學年實習期安排到實習醫院的多科室輪轉實習,深入理解臨床工程師的崗位職責,將所掌握的知識向基礎技能轉換。(2)高校培養的幾點建議。①加強師資隊伍建議,獨立醫學院校缺乏必備的理工教育資源基礎,致使建立這種交叉學科的專業有很大困難。已經建立了該專業的獨立醫學院校,因為學科基礎較為薄弱,影響醫學工程師的培養質量。醫學院校應抓住機遇廣納賢良,提高學校的綜合辦學水平。同時加強師資相關醫工理論及實踐知識的后續培訓,采取走出去、引進來的方式,加強與對口院校的進修學習聯系,重視與實體公司的科研技術交流合作,達到更新教學知識、積累經驗、熟練技能、提升教學科研能力的目的。②積極促進開展專業教材改革,生物醫學工程不是簡單的醫學和工學的疊加,在授業的過程中不斷改革教學內容,強調自然科學與醫學工程專業教學內容中體現理工醫交叉融合的特點。③加強虛擬實驗平臺建設,以虛擬化技術為基礎,來構建綜合IT資源管理、實驗環境管理和實驗教學管理的實驗平臺。
3.臨床工程師的在職培養近年來,我國對醫療衛生行業的規范化管理逐漸加強,目前已有多個省區開設了面向臨床醫學工程師的衛生人才評價考試,共四個考試科目,每部分都有相應的考試范圍要求。其中一部分理論知識在高校培養中獲取,還有一些則需要在工作實踐中累積。(1)多方面提高臨床工程技術人員的職業素養。臨床工程技術人員應多參加業務學習,定期參加廠商、經銷商、維修公司等組織的培訓,參加與臨床工程相關的學會和會議,利用網絡資源和醫院資源學習,及時關注國內外臨床醫學工程相關的最新發展動態;(2)轉變職能,多元化發展。臨床工程師應該從現有的單純維修保養的職能模式中解放出來,不斷向歐美等發達國家學習經驗,逐步實現臨床工程師專業職能,完成醫療設備從引進前的評估論證、標書書寫、招標采購和引進后的安裝驗收、使用過程中的質量控制和管理、維修、維護直到最后的報廢處理等。
三、結語
臨床工程師的培養要以工程技術運用為著眼點,結合臨床需要探討必需課程的教學、教材、實驗以及實訓,才能更好地學以致用。培養機制的完善還需出臺相關的政策法規,在醫院設立臨床工程師職務,實現統一的資格準入機制,從而進一步提高臨床工程師的綜合素質。
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生物材料產業概況
生物材料的定義
生物材料也叫生物醫用材料,是一種植入生命系統內或與生命系統相結合而設計的物質,它與生命體不起藥理反應。主要用于人工器官、外科修復、理療康復、診斷、檢查及治療疾患等醫療、保健等領域,能執行、增進或替換因疾病、損傷等失去的某種功能或能恢復缺陷部位,其作用藥物不可替代。
生物材料的發展已經有非常長的歷史,自人類認識了解材料起,就有了生物材料端倪。有學者依據生物醫學材料的發展歷史及材料本身的特點,將已有的材料分為三代,它們各自都有自己明顯的特點和發展時期,代表了生物醫學材料發展的不同水平,如圖1所示。
生物材料的分類
當今社會醫學水平的提高以及人類生活質量的改善,大大促進了生物材料的發展,生物材料應用廣泛,品種眾多,根據不同的分類標準,生物材料可以分為見表1。
Two
國內外生物材料產業發展現狀
生物材料產品的研究與開發不僅具有巨大的經濟效益又兼有重大的社會效益。隨著人類文明進步以及經濟的快速增長,人類更加注重生活品質,更加注重康復和保健,這給予生物材料產業龐大的市場。與此同時,交通工具大量涌現,生活節奏加快,這給疾病、自然災害、意外事故的發生提供了溫床。因此,發展用于人體組織和器官再生與修復的生物醫用材料具有重大社會效益。
國際生物材料產業發展現狀
國際社會日益重視生物材料的研究與產業發展。生物材料的研究和產業化對社會和經濟的重大作用正日益受到各國政府、產業界和科學界的高度重視,其研究與開發被許多國家列入高技術關鍵新材料發展計劃,并迅速成為國際高技術制高點之一。美國國防部將生物材料列入5 種高技術關鍵新材料發展規劃。德國、日本、加拿大、法國、澳大利亞及韓國等國家和地區紛紛公布自己的生物材料研究計劃及巨額投資來吸引人才或引導投資,以期能夠在此領域內的世界性競爭中占一席之地。目前,美國、西歐、澳大利亞和日本均組建了10余個高級別多學科交叉的國家生物材料與工程中心。
生物材料產業的經濟地位日益提高,有望成為本世紀世界經濟新的增長點。近年來,世界生物材料市場發展勢頭更為迅猛,其發展態勢可與信息、汽車產業在世界經濟中的地位相比。全球生物材料市場規模迅猛擴張,其中1995年至2010年期間,全球生物材料市場規模增長了19倍,達到了4000億美元。
就市場需求面而言,主要市場增長動力來自于歐、美、日等國家老年人口數目提升及慢性疾病問題逐漸增加,對于人工關節等骨科應用及心臟支架等心血管應用的需求持續攀升,預期未來市場將仍維持穩定成長趨勢。同時由于全球生醫材料的應用領域的擴展、產品技術的改良和人們對生物材料產品接受度的逐漸提升,也是促使生物材料市場需求和提升市場規模的主要推動力。預計在不久的將來生物醫用材料及其制品產業成為本世紀經濟的一個支柱性產業。
國內生物材料產業發展現狀
我國生物材料產業起步于上世紀80年代初期,到現在為止,仍然屬于起步階段。我國生物醫用材料研制和生產迅速發展,初具規模,已經成為一個新興產業,總產值的增長率遠高于國民經濟平均發展速度。從上世紀90年代到2011年,我國生物產業年均增長均超過20%。然而,我國生物材料產業所占全球生物材料市場份額較低,最高時僅占2%左右。
我國生物材料發展起步晚,發展基礎薄弱。由于我國生物材料研究和產業化起步較晚,導致我國在生物材料市場全球競爭中失去先機。目前,我國生物材料企業產品沒有自己的專有產品和自主知識產權,生產的產品大都屬于在國外技術非常成熟且國外廠商并不愿意生產的初級產品。同時由于生產技術裝備、管理與操作工素質等因素,導致目前我國生產的生物材料質量一直處于中低檔水平,鮮見有高質量的國產生物材料。由于我國生物材料質量問題,我國生物材料與制品約有70%~80%需要進口,且我國生物材料和制品所占世界市場份額不足1.5%。
我國政府日益重視生物材料產業發展。2006年國務院的《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020)》不僅將生物技術作為科技發展的5個戰略重點之一,同時在基礎研究等方面也給予了高度重視。2010年9月通過的《國務院關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》也將生物產業列入戰略性新興產業,并明確指出要求“加快先進醫療設備、醫用材料等生物醫學工程產品的研發和產業化,促進規模化發展”。在2011年7月科技部的《國家“十二五”科學和技術發展規劃》中第四部分“四、大力培育和發展戰略性新興產業”也明確指出要大力發展包括生物材料在內的生物產業。
我國生物材料產業市場前景廣闊。據民政部門報告,我國現有的肢體不健全患者已超過1500萬個,其中肢殘患者約800萬個;由類風濕引發的大骨節病患者有數百萬;冠心病患者已超過1000萬個;白內障盲人約500萬個;牙缺損和牙缺失患者高達3億~4億人;肝炎病毒攜帶者1.2億人;心血管病患者2000萬人;需計劃生育的育齡婦女2000萬人;伴隨人口老齡化(60歲以上的老年人口已達1.39億人,約占全國人口的10.69%) 的骨質疏松患者7000萬人;每年由于疾病、交通事故和運動創傷等造成的骨缺損和缺失患者人數近1000萬人;需要進行顱頜面等整形的人數有數千萬人。這還不包括數目龐大的各類軟組織、血液和器官疾病患者人數。
上述疾病的治療均需要生物材料,從而為生物材料產業創造了巨大的市場。據統計,僅2008年,包括生物材料在內的生物行業總產值就已經突破8000億元人民幣。在“十二五”發展熱點研討會上,中國工程院院士張興棟表示,生物醫學材料的技術和產業都處于起步階段,并在不斷變革之中,我國生物醫學材料市場正處于“井噴”前夕,前景比較廣闊;保守估計,到2015年,將實現銷售額200億美元,同期國際市場份額為6.2%,帶動相關產業收入將達600億美元。
Three
濱海新區生物材料產業發展現狀
濱海新區生物材料產業技術研發能力不強、產業基礎薄弱,尚處于起步階段。但關聯產業如生物醫藥、新材料均是濱海新區核心產業,有一定的產業基礎;南開大學、天津大學以及生物醫藥聯合研究院等科研實力雄厚的教學與研究機構在生物醫藥、新材料等領域都有很強的科研實力,這對濱海新區今后發展生物材料產業提供了可能。由此可見,雖然濱海新區發展現狀不盡人意,但是具有很大的市場發展潛力。
濱海新區研發能力不強,研究領域處于空白
根據布局在濱海新區的研究院所、高等院校等創新機構的研究方向發現,濱海新區雖然擁有國際生物醫藥聯合研究院、中科院天津工業生物技術研究所、南開大學泰達學院、天津大學濱海工業研究院以及天津科技大學等生物領域的研究與教學機構,但對于生物材料或生物醫學工程相關的研究基本處于空白。雖然南開大學和天津大學在生物材料領域科技成果產出較多,有較強的科研能力,但相關研發團隊基本分布在市內的校區,輻射濱海新區的能力有限。
產品結構單一、企業數量偏少
濱海新區擁有生物材料領域的企業較少,產品結構單一,企業分布也較分散,沒有形成完整的產業鏈。天津世紀康泰生物醫學工程有限公司(原天津泰達生物醫學工程股份有限公司)和天津國韻生物材料有限公司是濱海新區為數不多的生物材料公司。世紀康泰主要產品為人工晶體系列產品,而國韻生物材料主要產品則是可完全生物降解的生物基高分子材料聚羥基烷酸酯(PHA)及其應用產品,雖同屬濱海新區但產品相關度低,再加上濱海新區相關企業稀少,無法形成有力的產業發展合力。
政策支持乏力,濱海新區相關政策處于真空狀態
天津市有關支持生物材料發展的政策,僅有《天津市中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》中,在生物醫藥及工程技術領域提到“醫用納米生物材料與技術,骨科植入材料和醫用塑料技術與產品;”和新材料和納米技術領域中提到“生物醫學材料重點發展可控生物降解材料,具有天然生理功能的人工器官和組織工程材料,環境響應醫用材料,研究材料的生物相容性及其評價方法。”,后續具體的支持政策沒有出臺,僅停留在規劃層面。甚至在濱海新區十二五規劃中也沒有體現支持生物材料產業或生物醫學工程領域發展的相關內容。
Four
濱海新區應對策略
結合濱海新區生物材料產業發展所面臨的起步晚、研發能力不強、產業基礎薄弱等問題,提出以下建議。
加強原始創新研究,重點突破
當前,濱海新區生物材料領域原始創新能力偏低,原始創新研究成果稀少。為改變這一局面,建議一是根據“自主創新,重點跨越,支撐發展,引領未來”科技工作的指導方針,以市場需求為導向,選擇具有一定基礎和優勢、關系國計民生的關鍵領域,從濱海新區企業的緊迫需求出發,著力突破重大關鍵、共性技術,集中力量、重點突破,實現跨越式發展。二是積極推進企業、高校、科研院所的“產、學、研”合作,結合實際形勢,積極研發新產品,推動產品升級換代,提高產品附加值。
整合研究機構,協同創新
根據研究基礎、領域需求,整合研究機構和共享研究資源,避免散兵游勇獨立作戰,既可以避免重復研究,使科研長期處于低水平,也可以促進資源共享,提高研究水平,開發出更多附加值更高的產品,共同推動研究工作健康發展;理順、構建材料合成與選擇、體外實驗、動物實驗、臨床實驗等不同階段的試驗流程,避免因好的材料由于各種試驗不能按計劃完成導致無法報批形成產業化而造成不必要的損失;嚴格、規范和簡化報批程序,鼓勵跨領域、跨學科的科技人員協同創新,重視基礎研究和應用研究的銜接,重視技術集成。
注重科技招商,填補空白
針對濱海新區生物材料領域產業基礎薄弱、技術創新能力不強的問題,濱海新區應加大科技招商工作力度,以填補產業和技術空白為目標,以國家生物醫藥國際創新園、天津國際生物醫藥聯合研究院、中科院天津工業生物技術研究所、南開大學泰達學院、天津大學濱海工業研究、天津科技大學等創新機構和濱海新區生物醫藥科技企業孵化轉化載體、科技園區、科技企業孵化器、大學科技園等招商載體為招商引智平臺,有針對地吸引技術能力突出、產品競爭能力強的生物材料企業和海內外高端人才來濱海新區落戶,以期可以填補濱海新區產業技術空白,加速濱海新區生物材料產業全鏈條的形成。
整合社會資源,推動科技成果在濱海新區轉化
建議由合適的組織或機構搭設風險投、融資平臺,健全、完善風險投資體系,結合生物材料產業化須經歷小試、中試、工業試驗、市場開拓、 壟斷期生產、穩定生產期和衰退期等7個階段的特點全程跟蹤,積極促進技術創新與成果轉化;加大共性技術研究與共享,尤其是重大攻關技術。重視高水平公共技術平臺建設,成立生物材料技術研究、開發的國家級、市級的公共技術平臺、合作研究平臺和技術轉化平臺以及人才培養的基地。