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   中心以学生能力培养为出发点,结合“新工科”建设实践和学科的发展状况,不断完善“教学与科研融合、课内与课外结合、学校与企业协同”的实验教学体系。

1)校内实验课程体系

 中心根据生物医学工程多学科交叉融合的特点,对课程体系进行梳理和优化,加强实验课程模块化的建设,构建了完整的校内实验课程体系。对于电子与信息、生物与医学两个大类的专业基础实验课程,分别整合成生物医学传感器、嵌入式系统设计、生物医学虚拟仪器、医学信号处理、医学图像处理、生物信息处理和生物医学系统建模与仿真 7 个实验模块和分子生物学、细胞生物学、系统解剖学、生物医学材料、神经生物学、医学影像技术和心理学与认知7个实验模块。在各模块中的基础/验证性实验项目中加入了研讨、设计等环节,引导学生进行初步的自主探究。每个实验模块既相互独立,又相互关联,学生必修一个专业方向的实验,为加强交叉,同时可以选修另一方向的实验模块。中心教师注重将科研成果转化到教学项目,实验项目不断更新,实验项目数不断增加,目前已有150个专业实验课程项目,各个实验模块开设的具体实验项目如表1所示。

1专业基础类实验课程项目

生物医学传感实验模块

实验项目名称

学时

实验层次

基础

综合

研究

传感器基础实验

16

传感器性能的测试

8

睡眠呼吸的监测

8

脉搏信号的检测

8

血氧信号的检测

8

加速度传感器的应用

8

酒精含量的测量

8

嵌入系统设计模块

单片机实验系统编辑练习

2

音乐的编辑及输出

2

数据传送实验

2

定时器实验

2

计数器实验

2

单片机的键盘和显示

2

A/D接口实验

2

D/A接口实验

2

可编程8255

2

单片机串行口与PC机通讯实验

4

双单片机串行通讯

4

单片机模拟I2C总线实现串行E2PROM的读写实验

4

生物医学虚拟仪器模块

熟悉LabVIEW软件平台

2

创建VI和调用子VI

2

循环结构与势图

2

Case结构、Sequence结构和公式节点

2

数组、簇和曲线图形(Graphs

2

字符串和文件存取

2

虚拟正弦波信号发生器

2

信号频谱分析仪

2

数字滤波器

2

虚拟积分器、微分器

4

曲线拟合

4

医学

信号

处理

模块

离散信号与系统

4

数字滤波器结构

4

IIR数字滤波器设计及仿真

4

FIR数字滤波器设计及仿真

4

心电信滤波

4

MATLAB基础

4

矩阵操作及运算

4

数据可视化

4

MATLAB程序设计基础

4

矩阵操作及提高

4

心电信号分析

12

脑电信号分析

12

医学

图像

处理

模块

医学影像图像获取、读写

4

医学影像图像预处理

4

医学影像图像分割

4

医学影像图像配准和融合

4

医学图像处理程序框架设计

6

图像边缘检测

6

图像增

6

基于JPEG的图像压缩

6

基于DICOM的医学图像传输

8

生物

信息

处理

模块

生物信息资源及数据库

4

生物分子序列的计算机处理

4

系统发生分析

4

生物大分子结构预测

4

生物统计软件使用

4

数据分布特征的分析

4

假设检验

4

分组特征的回归分析

4

化学实验数据统计与谱分析

4

分子设计和分子对接

4

定量结构活性关系(QSAR)分析和药物发现

4

生物医学

系统建模与

仿真模块

系统建模的MATLAB实现

8

系统仿真的MATLAB实现

8

最小二乘法及数据拟合建模的回归分析

8

Simulink动态建模

脑电自回归AR模型

8

生物力学系统的建模与仿真

8

基于Field II的超声成像仿真

8

基于MatlabCTMRI重建算法仿真

8

基于CT图像的骨结构仿真

8

植入器件的生物降解建模

8

MatLab生物医学工程建模仿真实验平台

8

计算生物信息实验

8

 计算分子建模实验

8

计算光学实验

8

心血管系统的建模与仿真

8

分子生物学与生化

实验模块

蛋白质定量法

6

影响酶作用的因素及血清甘油三酯测定

6

离于交换层析分离混合氨基酸,转氨基作用

8

酶促反应动力学实验

8

蛋白质分离纯化实验

8

食物中维生素C的提取和定量

4

血清脂蛋白琼脂糖凝胶电泳

4

尿中淀粉酶活性测定

4

动物组织总RNA的制备及检测

4

cDNA的反转录制备

4

基因表达的半定量PCR检测

4

GAPDH基因PCR产物的T载体克隆

细菌培养及CaCl2法制备感受态细胞

4

CaCl2转化法质粒转化

4

阳性克隆筛选

4

质粒DNA的碱裂解法分离纯化

4

T载体克隆的DNA序列分析

4

质粒DNARE酶切及酶切片段的纯化

4

GAPDH基因表达载体构建

4

基因表达的SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳检测

4

特定基因表达的Western Blot检测

4

基因表达的酶联免疫吸附测定

4

特定基因表达的双向电泳(2-D)检测

8

特定基因原核表达产物蛋白的纯化

8

特定基因原核表达产物蛋白的活性分析

8

细胞

生物学

实验

模块

显微镜的使用及显微计数

3

细胞的基本形态的观察

3

细胞器的光镜切片和电镜照片观察

4

细胞骨架的光学显微镜观察

3

细胞组分的化学反应

3

细胞膜通透性的观察

3

观察细胞生理活动的观察

4

细胞分裂的形态

3

细胞常规核型的标本制备

3

小白鼠多种组织细胞染色体标本的同时制备

4

动物细胞培养

2

培养细胞的增殖及活力测定

4

细胞的冻存和复苏

8

动物细胞融合

4

细胞凋亡的检测

4

细胞骨架的荧光显微镜观察

4

细胞染色体核型分析

4

细胞染色体荧光原位杂交分析

8

细胞线粒体及mtDNA的制备和分析

8

细胞核及核蛋白的制备及分析

4

细胞核基因组DNAgDNA)的制备

4

细胞gDNA小卫星多态性Southern blot检测(DNA指纹图谱)

8

细胞gDNA微卫星多态性PCR检测

4

细胞gDNA超声剪切、接头连接、PCR扩增

8

细胞分子复合物甲醛交联及免疫沉淀分析

4

细胞RNA制备、RT-PCR扩增及荧光标记

4

细胞全基因组基因表达的基因芯片分析

4

动物组织切片制备及染色观察

8

动物组织切片基因表达的免疫组化检测

4

系统

解剖学

实验

模块

骨与关节

2

肌学

1

消化系统

1

呼吸泌尿系统

1

生殖系统与腹膜

1

脉管系

2

视器

1

位听器

1

脊髓与脑干外形

1

脑干内部结构和小脑间脑

1

端脑与脑和脊髓的被膜血管

1

脊神经

1

脑神经和内脏神经

1

传导通路

1

动物组织切片制备及染色观察

8

动物组织切片基因表达的免疫组化检测

4

纳米材料的活体代谢动态观察

8

生物

医学

材料

实验

模块

纳米金的制备与表征

2

纳米金DNA标记及检测

4

“CdSe@SiO2量子点的制备

2

荧光量子点的DNA标记及检测

4

荧光素标记壳聚糖纳米粒的制备

4

壳聚糖纳米粒作为DNA载体的实验

4

脂质体的制备和表征

载药脂质体的制备和表征

4

磁性纳米材料的制备及表征

4

磁性纳米材料的细胞氧化应激检测

8

生物芯片的点样制备及检测核酸变异

8

神经生物学实验模块

大鼠灌流取脑

5

大鼠脑的大体解剖学观察比较

5

大鼠切片观察

5

医学

成像

技术

实验

模块

普通X线摄影检查技术

4

放射诊断

影像解剖

特殊检查技术、造影检查技术

4

数字成像技术

4

超声成像技术

CT成像技术

4

MRI成像技术

4

近红外荧光成像

4

心理学

与认知

实验

模块

闪光融合频率实验、两点阈实验

3

有无法测再认记忆实验

2

简单反应时、辨别反应时、选择反应时实验

3

句子图形匹配实验与心理旋转实验

3

Stroop效应实验与动作稳定性实验

2

三个层次实验项目所占比例

70%

20%

10%

综合设计性实验课程整合成医学电子系统综合设计、医疗仪器综合实验、生物技术与材料综合实验、生物信息处理综合实验、医学影像综合实验、生物电子学综合实验和神经信息工程与认知科学综合实验七大方向。每个方向分成若干个选题,学生可以根据学时安排任选一题或几题。对于课题的设置进行了“研究探索性”编排,设置了连环实验,从而使学生掌握各子实验/模块间的相互关系,对研究内容有整体的把握。 同时将最新的研究内容纳入实验教学体系,鼓励学生根据个人兴趣提出选题。实现了课程选题由学生自由选题和自主提出课题相结合这一选题模式,从而达到因材施教的个性化培养目标。综合设计性实验课程如下表2所示,项目总数增加到53个。其中生物电子学综合实验是体现生物电子学国家重点实验室学科前沿的一个新方向,全部课题均是教师将科研成果转化为实验教学项目。

2 综合设计性实验课程

实验项目名称

学时

实验层次

基础

综合

研究

医学电子系统综合设计

生理信号采集系统

血氧饱和度计的设计

64

人体阻抗检测仪的设计

64

超声波眼角膜厚度测量电路设计

64

超声波脉冲回波技术电路设计

64

医用电信号高速数据采集设计

64

温度测量设计

64

呼吸信号检测设计

64

血氧信号检测设计

64

生理信号传输系统

无线生理传感器网络设计

64

基于Labview的单片机串口通信设计

64

生理信号分析系统

基于微电极阵列技术的海马神经网络电信号特性检测分析系统

32

基于微电极阵列技术的脑切片电信号特性检测分析系统

32

医疗仪器综合实验

医学保健仪器设计

电子血压计的设计

64

智能理疗仪的设计

64

青少年视力保护仪

64

医学监护仪器设计

智能人体温度测试系统

64

简易心电监护仪

64

心音遥测器

64

多参数监护仪的系统设计

64

智能呼器

64

移动医疗设备

基于手机平台的唾液淀粉酶检测系统

64

手机平台的心率监测系统

64

基于安卓手机的呼气检测系统

64

基于手机平台的纸芯片凝血时间检测

64

生物技术与材料综合实验

生物材料与细胞作用检测分析实验

8

药用蛋白的生物合成制备

8

核酸序列高通量测定分析

8

纳米材料的递送与代谢

8

3D生物支架材料的制备及应用

8

纳米材料生物相容性评价

8

基因表达的综合检测分析

8

生物信息处理综合实验

高通量数据分析综合实验

高通量基因表达数据分析

20

二代测序数据分析和基因组注释

20

核小体定位和组蛋白修饰数据分析

20

全基因组关联分析和应用实验

20

实验定量结构活性关系(QSAR)分析和药物发现

20

数据分析软件综合设计

Bioconductor包的开发

20

化学实验数据统计与谱分析软件包

20

分子设计和分子对接软件包

20

系统发生分析软件包

20

医学影像综合实验

B超成像仪器

40

CT成像仪器

40

MRI成像仪器

40

生物电子学综合实验

乳腺癌体模构建及热成像指导下的磁感应热疗

12

血液循环体外模型构建及超声评价

12

POCT快速诊断试纸条研发

12

纸芯片传感器制作及应用

12

自组装有序纳米结构表面增强拉曼散射基底的制备

12

功能纳米阵列的制备与显微表征

12

神经信息工程与认知科学综合实验

心电ECG的采集与动态分析

20

脑电EEG的采集与特征分析

20

脑电图与语言活动的神经认知机制实验

20

脑电图与情绪活动的神经认知机制实验

20

三个层次实验项目所占比例

20%

60%

20%

 研究探索性实践环节之一为校内开展的毕业设计,是为了培养学生运用所学知识自主解决问题,包括主动发现、提出问题和解决问题的能力,课题主要来自于教师的科研项目。为了提升学生对本科阶段所学课程的综合运用能力和综合创新能力,在制定培养方案时把学生从事毕业设计环节的时间从半学年扩大到一整学年。学生进入四年级后就可以开展毕业设计,围绕某一课题进行深入的研究探索。

为保证毕业设计质量,规定每位教师每年指导的学生不能超过3名。学生要进行选定课题,根据课题任务做课题调研、开题报告、中期检查、撰写毕业论文、毕业答辩等一系列环节。在开题前,还要求学生完成一篇英文文献的翻译。2018-2022年,获得江苏省本科生优秀毕业设计 4 篇(一等奖 1 篇,二等奖 3 篇)

 

2校外课程体系

为适应学科发展和社会对人才的需求,通过与企业共建培养方案,进一步优化和完善校外课程体系。建成了“医疗设备临床应用、质量检测及技术”、“高通量生物检测技术和组学数据分析和应用”、“可穿戴设备和健康大数据分析”、“疾病的生物标记分子检测技术和设备开发”4个涵盖“工程基础—工程应用—工程创新”三个层次的校外实践课程体系,由深圳华大基因研究院、生物材料与医疗器械研究所、江苏省医疗器械检验所、苏州市环境与生物重点实验室、北京诺禾致源科技股份有限公司、基蛋生物科技有限公司、南京市第一医院等各实践教育基地根据自身特点开设具体课程内容和提供认识实践、科研与工程实践、企业创新项目研究等实践活动。学生可从1-2个实践课程体系中选择部分课程完成实践教学要求,通过学习,具有较为完整的生物医学工程实践经历,具备从事生物医学工程研发的工程设计、工程实践能力,有分析生物医学数据的能力,部分校外实践基地课程如表4所示。

4部分校外实践基地课程

课程名称

学时

学分

实践基地名称

分子生物学与基因组学

48

3

华大基因

基因组学新技术(Solexa

48

3

华大基因

生物物理及信息分析

32

2

华大基因

生物信息学技术(组装、甲基化分析、小RNA分析、SV分析等)

32

2

华大基因

生物医学检测新技术

48

3

华大基因

专业文献阅读

48

3

华大基因

软件编程

48

3

华大基因

生命科学前沿讲座I

32

2

华大基因

生命科学前沿讲座II

32

2

华大基因

医药生物经济

32

2

华大基因

神经基因组学

32

2

华大基因

动植物细胞工程

48

3

华大基因

基因组测序综合实验

128

4

华大基因

基因工程实验

64

2

华大基因

生物信息学技术实践

96

3

华大基因

项目实践

10

2

华大基因

毕业设计(论文)

16

8

华大基因

校外毕业设计作为校外实践课程中工程创新环节的重要组成部分,各校外实践基地从各自开展的工程研究项目中设立子课题作为学生的毕业设计选题。表5是部分基于企业项目在实践教育基地完成的毕业设计课题。

5  部分在企业完成的毕业设计课题

序号

企业毕业论文

学生

单位

1

第二代高通量DNA测序碱基识别算法的研究

陈良

华大基因

2

三七基因组研究

傅元元

华大基因

3

基于CG平台的人类外显子测序技术及数据分析软件开发

孙凯文

华大基因

4

利用RNA-SeqExtracted-Ion Chromatogram提升串联质谱鉴定率

马纯威

华大基因

5

用于太阳能LED路灯锂电池管理的MPPT系统的研制

孟天

江苏锂星科技有限公司

6

栉水母RNA编辑调控的特征以及功能分析

俞倩

华大基因

7

基于RNA-seq测序的小鼠肝细胞表达数据分析

江苗苗

华大基因

8

网上药房系统应用设计与开发

江涛

生物材料与医疗器械研究所

9

斗鱼镜面实验刺激前后的small RNA差异分析

陈肇喆

华大基因

10

使用机器学习的方法提升CG Zebra base-calling环节的准确度

黄炎亭

华大基因

11

油菜基因组的Bisulfite-seq分析

李良伟

华大基因

12

大花红景天基因组研究

郝世杰

华大基因

13

肿瘤基因互斥与共发生软件测评

王玉珏

华大基因

14

基于BGI-SEQ50测序仪的DNB光强值提取算法改良以及Bleeding校正

王韬

华大基因

15

果蝇气候适应的比较基因组学研究

李子劢

华大基因

16

单孔目性染色体演化层次分析

耿云聪

华大基因

17

中药对糖尿病大鼠肠道微生物群的影响

朱家慧

华大基因

18

一种胎儿快速3D成像方法的原型设计

汤俊贤

上海联影

19

新型CRISPR-Cas系统的PAM序列筛选

徐颖

华大基因

20

基于基因组的古代鱼特性研究

蔡怡然

华大基因

21

基于微信的高血压慢病管理患者终端软件设计与实现

盛蕾益

华大基因

22

胃镜下基于卷积神经网络的图像相似性检索

胡慧怡

华大基因

23

基于深度神经网络的肺结节识别与肺癌诊断系统开发

刘锦

华大基因

24

人工合成酿酒酵母染色体多组学分析

胡自溪

华大基因

25

深度学习在RNA可变剪接分析中的应用

张程

华大基因

26

间充质干细胞功能亚群鉴定

钟集杏

华大基因

27

MHC分子与抗原肽段结合的深度学习

张雨薇

华大基因

28

基于深度学习的生物学年龄预测及健康评估

王磊

华大基因

29

新型HIV耐药鉴定和基因分型方法研究

黄文娣

华大基因

30

基于免疫遗传疾病目标区域的CNV分析

杨雪

华大基因

31

鸟类基因组中直系同源基因的鉴别及其演化分析

蔡旻淇

华大基因

32

医疗信息系统安全架构设计与应用

薛诗静

生物材料与医疗器械研究所

33

特定领域建模在互联网药事系统的设计与实现

李辉

生物材料与医疗器械研究所

34

互联网电子处方系统的设计与实现

闫鹏坤

生物材料与医疗器械研究所

35

互联网自动药房系统的分布式存储方案的设计与实现

常忆欣

生物材料与医疗器械研究所

36

自动药房系统中进药系统的设计与实现

汪丽平

生物材料与医疗器械研究所

37

药房自助终端系统的设计与实现

胡敏达

生物材料与医疗器械研究所

38

高内涵细胞培养光学控制平台系统设计与开发

李星辉

生物材料与医疗器械研究所

39

高内涵细胞培养箱环控系统的应用设计与开发

 陈萌

生物材料与医疗器械研究所

40

多通道蛋白分析仪软件系统设计与开发

 张弛

生物材料与医疗器械研究所

41

新一代智能输注疼痛管理系统设计与开发

 王钟毓 

生物材料与医疗器械研究所

3)课外实践课程

 学生课外研学是生物医学工程专业人才培养的重要组成部分,人才培养方案中规定每位学生必须完成2个课外研学学分。课外研学分值的获得,以“兴趣驱动、自主实践、重在过程”为原则,并以学生是否得到实践能力、合作能力、表达能力、创新精神等多种能力的培养为依据。学生通过完成SRTP、学科竞赛、学术讲座、学术论文和专利、学生自主作品以及参与教师的科研项目这6大类来获得学分。

 中心对本科生开放,本科生可在 中心开展研究,2018-2022年,中心支撑本科生开展各类SRTP研究结题257项,其中国家级SRTP项目29项、省级SRTP项目24项,国家级、省级SRTP项目如表6所示。

6 2015-2018建设期中心开展的国家级和省级SRTP项目

序号

项目编号

项目名称

指导老师

项目级别

1

201810286061

金属掺杂对普鲁士蓝纳米酶催化活性的影响及其机制研究

张宇

国家级

2

201810286062

光学分辨光声成像设备的基础功能优化

姜晖

国家级

3

201810286063

两核苷酸合成高通量测序可行性理论研究

孙啸、肖鹏峰

国家级

4

201810286064

胎儿DNA富集方法的研究

葛芹玉

国家级

5

201810286065

基于特征提取运动想象脑电信号处理和实验研究

赵兴群

国家级

6

201810286066

具有腹腔丛神经电磁刺激功能的磁性凝胶

孙剑飞

国家级

7

201810286067

基于深度学习的睡眠监测研究

周平

国家级

8

201810286070X

3D打印低密度结构中的三维网格填充算法及其MATLAB实现

顾洪成

省级指导

9

201710286062

活脑pH和多巴胺联合检测的SERS活性微针研究

董健

国家级

10

201710286063

基于结构张量的光场三维重建算法研究

周平

国家级

11

201710286064

普鲁士蓝纳米酶的控制制备研究

张宇

国家级

12

201710286065

磁微纳颗粒在全血T细胞分离中的应用研究

肖忠党

国家级

13

201710286069X

多孔金属支架内哺乳动物细胞培养

何思渊

省级指导

14

201610286067

针对血管早期炎症的双指标快速诊断试纸条的研制

张宇

国家级

15

201610286068

生物分子与细胞膜相互作用动力学研究

韩晓锋

国家级

16

201610286069

基于OpenCV和机器学习方法的唇语识别系统

万遂人

国家级

17

201610286070

纳米结构水凝胶研究

卢晓林

国家级

18

201610286072X

具备蓝牙功能的足部水肿信号监测智能环

赵兴群

省级指导

19

201610286073X

二硫化钼纳米材料的形貌调控研究

徐丽娜

省级指导

20

201610286074X

放线杆菌CRISPR结构特征的生物信息学分析

谢建明

省级指导

21

201610286075X

基于MSP430PM2.5实时监测系统

周平

省级指导

22

201610286076X

基于光场图像的被动式立体成像算法研究

周平

省级指导

23

1510286060

基于脉搏波传导时间的无袖带血压测量

赵兴群

国家级

24

1510286061

结构光立体视觉系统的研究与应用

周平

国家级

25

1510286062

基于纳米磁珠与酶标释放策略的超灵敏microRNA化学发光检测方法的建立及其在乙肝诊断中的应用

何农跃

国家级

26

1510286063

3D打印多孔支架及其细胞三维培养中的应用研究

肖忠党

国家级

27

1510286117

BETTER智能马桶商业计划书

汤薇

国家级

28

1510286120

基于可穿戴式信息监测设备的运动社交及个人管理应用(创业类)

黄超

国家级

29

S2015059

在体SERS检测用金纳米壳复合材料制备研究

董健

省级一般

30

S2015060

基于类器官芯片的肿瘤细胞靶向筛选

王婷

省级一般

31

S2015061

病毒基生物传感器

迟慧梅

省级一般

32

S2015062

磁性免疫层析试纸条定量分析设备的设计

黄雷、张宇

省级一般

33

S2015063

两核苷酸焦测序定量初步研究

肖鹏峰

省级一般

34

S2015065

负载微胶囊的缓释抗菌导尿管的研制

张宇

省级一般

 中心成立学科竞赛指导老师组,完善专业实验室管理和开放机制,制定激励政策,积极鼓励学生参加全国大学生生物医学电子创新设计竞赛、数学建模、电子设计、机器人等学科竞赛。2018-2022年,本科生充分利用中心实践平台参与各类、各级学科竞赛,获国际、国家级竞赛奖项 70 项、省部级奖项 82项;获奖超过 280 人次以上,其中获国家级以上奖 80 人

 中心利用学科实验室的各个研究平台,让本科生融入到各实验室学术团队中,与研究生共同进行创新实践活动,从而提升学生的实践创新能力。部分本科生经过一段时间的科研训练后,独立承担某一科研课题,发表学术论文,并获得相应的学分。2018-2022年发表 31 篇高水平的学术论文和申报 25 项专利(获批 19 项)

 

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