你可曾想過(guò)，人的身體其實(shí)時(shí)刻都在“訴說(shuō)”著獨(dú)特語(yǔ)言？從心臟的跳動(dòng)節(jié)奏，到大腦的微弱電波，這些生物醫(yī)學(xué)信號(hào)蘊(yùn)含著人體健康與疾病的關(guān)鍵信息。生命學(xué)院“生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)智能處理”這門(mén)校級(jí)精品課，巧妙地搭建起電子信息技術(shù)與生命醫(yī)學(xué)之間的橋梁，引領(lǐng)研究生探秘生命的神秘密碼，解讀生物醫(yī)學(xué)信號(hào)背后的奧秘。
因材施教：融合差異，共促成長(zhǎng)
“生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)智能處理”依托學(xué)校電子信息學(xué)科優(yōu)勢(shì)，不僅將工程算法與醫(yī)學(xué)應(yīng)用完美融合，更在教學(xué)模式、課程特色、思政建設(shè)等方面不斷創(chuàng)新，為培養(yǎng)具有跨學(xué)科融合能力的高素質(zhì)復(fù)合型人才提供了強(qiáng)力支撐。
本課程前身為“生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理”，主要由饒妮妮教授獨(dú)自講授，教學(xué)內(nèi)容涵蓋了數(shù)字信號(hào)處理知識(shí)復(fù)習(xí)、傳統(tǒng)的功率譜估計(jì)方法和維納濾波等傳統(tǒng)基礎(chǔ)性內(nèi)容。隨著學(xué)科的快速發(fā)展，為了更好地順應(yīng)生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域數(shù)據(jù)處理與智能分析的前沿趨勢(shì)，饒老師對(duì)課程進(jìn)行了革新，并于2024年將其更名為“生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)智能處理”，將全力聚焦生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域數(shù)據(jù)處理與智能分析的前沿內(nèi)容。
在精品課程建設(shè)過(guò)程中，課程組吸納了任鵬和林昊兩位老師參與教學(xué)。三位老師專業(yè)領(lǐng)域各有專長(zhǎng)，分別聚焦腦電/心電信號(hào)分析、生物大分子的序列分析以及特征優(yōu)化和機(jī)器學(xué)習(xí)。他們從各自的研究方向出發(fā)，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行精心設(shè)計(jì)與整合，廣泛的課題涉獵不僅使課程教學(xué)的知識(shí)架構(gòu)更為完整，課程內(nèi)容也愈加豐富精彩，從生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的采集、處理，到分析與應(yīng)用，涵蓋心電圖、腦電圖、肌電圖等多種常見(jiàn)生物醫(yī)學(xué)信號(hào)，致力于讓學(xué)生“聽(tīng)”懂更多的身體語(yǔ)言。
饒妮妮教授
選修本課程的研究生專業(yè)跨度廣泛，涵蓋醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、計(jì)算機(jī)、電子工程、物理學(xué)等多個(gè)不同領(lǐng)域。為了讓不同專業(yè)背景的學(xué)生既能充分發(fā)揮本專業(yè)的優(yōu)勢(shì)，又能彌補(bǔ)跨學(xué)科知識(shí)上的短板，將不同領(lǐng)域的知識(shí)融會(huì)貫通，課程組對(duì)教學(xué)大綱和內(nèi)容體系進(jìn)行了大刀闊斧的改革。課程組長(zhǎng)饒妮妮認(rèn)為，教學(xué)要緊密?chē)@案例展開(kāi)。為此，課程組精練了部分傳統(tǒng)和基礎(chǔ)性內(nèi)容，精心挑選了一批國(guó)際前沿技術(shù)研究案例、10余篇高水平學(xué)術(shù)論文，并編寫(xiě)了《異常心電圖特征波定位與常見(jiàn)心律失常檢測(cè)方法》作為教學(xué)輔助資料，幫助同學(xué)們更好地融通工程和醫(yī)學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)新思維、文獻(xiàn)閱讀能力以及解決復(fù)雜問(wèn)題的能力。
在實(shí)際教學(xué)中，課程組針對(duì)不同專業(yè)背景的學(xué)生實(shí)施因材施教策略。對(duì)于工程背景較強(qiáng)的學(xué)生，課程組引導(dǎo)其深入鉆研算法開(kāi)發(fā)和問(wèn)題解決的細(xì)節(jié)；而對(duì)于醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生，則著重培養(yǎng)其研究問(wèn)題提出、研究過(guò)程設(shè)計(jì)以及成果呈現(xiàn)方面的創(chuàng)新能力。
為了幫助學(xué)生們跨越知識(shí)門(mén)檻，課程組將教學(xué)與科研緊密結(jié)合，系統(tǒng)整合了心電信號(hào)預(yù)處理、心電特征波定位等常用信號(hào)處理軟件，以及轉(zhuǎn)錄因子預(yù)測(cè)、非編碼RNA靶基因預(yù)測(cè)等生物信息分析工具，大大提升了學(xué)習(xí)便利，從而迅速構(gòu)建起完整的跨學(xué)科研究知識(shí)架構(gòu)。
多位一體：創(chuàng)新教法，激發(fā)潛能
在長(zhǎng)期教學(xué)實(shí)踐中，課程組探索出一套獨(dú)特的教學(xué)方法，融合啟發(fā)式、研討式、探究性、案例分析式教學(xué)，成果顯著。
啟發(fā)式教學(xué)貫穿于課程始終。引入新內(nèi)容時(shí)，老師們巧妙留白，引導(dǎo)學(xué)生回憶本科階段所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，用已知啟發(fā)未知。饒妮妮說(shuō)：“啟發(fā)式教學(xué)不僅能幫助學(xué)生更好地理解知識(shí)，還能極大地增加課堂互動(dòng)。即使選課人數(shù)超過(guò)百人，我們也要確保80%的同學(xué)獲得課堂提問(wèn)的機(jī)會(huì)，有效提高了到課率和聽(tīng)講效率?！?/span>
課堂討論
研討式教學(xué)借助“博士論壇”這一平臺(tái)展開(kāi)。課程組讓學(xué)生選擇前沿的“生醫(yī)工”課題，學(xué)生們分組準(zhǔn)備素材、撰寫(xiě)講稿、制作PPT，并在課堂上進(jìn)行展示?！霸诓┦空搲?，我們深入探討了前沿的聯(lián)邦學(xué)習(xí)框架，它可以在保護(hù)數(shù)據(jù)隱私的前提下實(shí)現(xiàn)多中心數(shù)據(jù)的協(xié)同建模。舉例來(lái)說(shuō)，在跨地區(qū)的醫(yī)療影像聯(lián)合分析中，聯(lián)邦學(xué)習(xí)框架讓不同醫(yī)院的影像數(shù)據(jù)得以‘協(xié)作’，為提升疾病診斷準(zhǔn)確率提供了有力支撐。”2024級(jí)生命學(xué)院時(shí)培風(fēng)同學(xué)分享道。
探究性學(xué)習(xí)是課程的一大特色。課程組常選取國(guó)內(nèi)外尚未解決的疑難問(wèn)題作為探究課題，鼓勵(lì)不同專業(yè)背景的學(xué)生進(jìn)行協(xié)同思考，從多個(gè)角度探索問(wèn)題背后的機(jī)理。比如探討“蛋白質(zhì)編碼區(qū)的三周期性”這一問(wèn)題，工科學(xué)生和醫(yī)科學(xué)生通常會(huì)給出截然不同的解釋，但將這些思路結(jié)合起來(lái)，便可能破解它背后的奧妙。
案例分析則是課程的核心教學(xué)方式。課上的每一個(gè)案例都精選自國(guó)內(nèi)外頂級(jí)期刊項(xiàng)目，課下作業(yè)采取數(shù)據(jù)整理與創(chuàng)新分析的小實(shí)驗(yàn)，在課程考核中，學(xué)生獨(dú)立完成的研究報(bào)告占總成績(jī)的30%。這種基于問(wèn)題的教學(xué)模式，將基礎(chǔ)與前沿、理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，有力地促進(jìn)了研究生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
課程還配套建設(shè)了精品課程網(wǎng)站。學(xué)生們可以利用線上課程資源進(jìn)行復(fù)習(xí)，并隨時(shí)向老師和助教提問(wèn)，部分作業(yè)和計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也將依托網(wǎng)站開(kāi)展，進(jìn)一步拓展了教與學(xué)的空間，實(shí)現(xiàn)貫穿始終的師生互動(dòng)，為構(gòu)建“課堂講授+案例教學(xué)+課堂課后研討+課外實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)格局奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
在一系列創(chuàng)新舉措的推動(dòng)下，課程教學(xué)質(zhì)量得到充分保障，課程的吸引力與日俱增。選課人數(shù)從最初的30人一路攀升至120余人，學(xué)生學(xué)習(xí)收獲和對(duì)課程評(píng)價(jià)逐年提高。據(jù)悉，課程組與浙江大學(xué)合作編寫(xiě)的教材《醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)智能處理與應(yīng)用》，也即將出版，為更多學(xué)子提供學(xué)習(xí)參考。
思政賦能：?jiǎn)⒅菨?rùn)心，醫(yī)工傳薪
課程組認(rèn)為，教學(xué)不僅是專業(yè)知識(shí)和技能的傳授，更要為學(xué)生樹(shù)立正確的價(jià)值觀和使命感。因此，課程組緊扣涵養(yǎng)科研報(bào)國(guó)精神，編寫(xiě)了一系列典型的課程思政教學(xué)案例，并制作成教學(xué)微視頻，將思政引領(lǐng)潤(rùn)物無(wú)聲地融入專業(yè)課程。
生物醫(yī)學(xué)工程奠基人黃家駟院士的生平事跡，每一位選修“生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)智能處理”課程的同學(xué)都耳熟能詳。1943年，黃家駟院士赴美研修胸腔外科，在擔(dān)任當(dāng)?shù)刂袊?guó)留學(xué)生會(huì)主席期間，他每?jī)芍芙M織一次中國(guó)建設(shè)討論會(huì)，號(hào)召大家立志學(xué)好本領(lǐng)報(bào)效祖國(guó)。1945年，他毅然回國(guó)，為開(kāi)創(chuàng)中國(guó)胸外科事業(yè)立下汗馬功勞。同學(xué)們通過(guò)了解這段歷史，深切感受到個(gè)人命運(yùn)與國(guó)家命運(yùn)緊密相連。黃院士的愛(ài)國(guó)精神和遠(yuǎn)見(jiàn)卓識(shí)，深刻感染并激勵(lì)同學(xué)們刻苦鉆研、勇于創(chuàng)新，立志以科學(xué)研究報(bào)效祖國(guó)。
倫琴發(fā)現(xiàn) X 射線
而倫琴發(fā)現(xiàn) X 射線的故事，則從另一個(gè)角度啟迪著學(xué)生。倫琴在簡(jiǎn)陋的實(shí)驗(yàn)室里，憑借著敏銳的洞察力和無(wú)畏的探索精神，捕捉到了那一絲轉(zhuǎn)瞬即逝的科學(xué)靈感，從而開(kāi)啟了醫(yī)學(xué)影像學(xué)的新紀(jì)元。這讓學(xué)生們明白，在科研的道路上，創(chuàng)新并非只依賴于先進(jìn)的設(shè)備，更需要敢于突破常規(guī)、探索未知的勇氣。即使身處困境，只要保持好奇心和探索精神，創(chuàng)造力的源泉就不會(huì)枯竭，就有可能創(chuàng)造出改變世界的科技成果。
饒妮妮談到：“為學(xué)生樹(shù)立正確的科技價(jià)值觀，是我們教學(xué)的重要目標(biāo)?！?在課程中她向同學(xué)們強(qiáng)調(diào)，新技術(shù)的發(fā)展源于世界的迫切需求，技術(shù)更迭日新月異。當(dāng)前，人口老齡化和醫(yī)療資源緊缺已成為我國(guó)衛(wèi)生事業(yè)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，生物醫(yī)學(xué)信號(hào)智能處理技術(shù)在應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題時(shí)將發(fā)揮重要作用，學(xué)生們只有認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，在未來(lái)的研究中才能找準(zhǔn)方向。
這些思政案例層層遞進(jìn)，從愛(ài)國(guó)情懷的激發(fā)，到創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，再到社會(huì)責(zé)任的擔(dān)當(dāng)，一步步引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立正確的科技價(jià)值觀。一位同學(xué)在課程學(xué)習(xí)感悟里面這么寫(xiě)道：“課程思政元素的融入，激勵(lì)我向攻克生醫(yī)工難題的前輩們學(xué)習(xí)，以堅(jiān)定的信念和無(wú)私奉獻(xiàn)的精神，為人類健康事業(yè)作出貢獻(xiàn)?！?/span>
多年來(lái)，課程組默默耕耘，通過(guò)問(wèn)題導(dǎo)向的教學(xué)深化理論知識(shí)，在探究實(shí)踐中融入思政教育，為國(guó)家培養(yǎng)了數(shù)百名具有醫(yī)工交叉科研能力的復(fù)合型人才。展望未來(lái)，面向人民生命健康，課程組將持續(xù)關(guān)注生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)智能處理領(lǐng)域的前沿動(dòng)態(tài)，及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容，與前沿技術(shù)保持同步，助力更多學(xué)生運(yùn)用信號(hào)處理理論和人工智能技術(shù)解決實(shí)際生物醫(yī)學(xué)問(wèn)題，在醫(yī)工交叉的道路上不斷探索前行，為守護(hù)人民健康作出更大貢獻(xiàn)。
