CC BY
77
Раздел VII. Инженерное образование в сфере биомедицины и информационно-психологической
безопасности
Е.П. Попечителев
ОСОБЕННОСТИ ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ БИОТЕХНИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ С УЧЕТОМ ПОТРЕБНОСТЕЙ РЫНКА
ТРУДА
Обсуждая пути развития всего высшего профессионального образования независимо от конкретной направленности технической подготовки специалиста, нельзя не обратить внимания на одну из главных проблем такого образования, которая на сегодня игнорируется практически во всех образовательных программах. Это их биотехническая направленность, так как работа инженера по обслуживанию известных или разработке новых видов техники всегда несет на себе “отпечаток” человеческого использования. Любая инженерная работа выполняется для людей, для удовлетворения их личных потребностей и потребностей общества. От того насколько глубоко современный инженер будет понимать назначение и особенности практического использования изделия, созданного его трудом, другими людьми, во многом зависит качество проектирования, производства и эксплуатации этой техники. Эта проблема многогранна и относится к разнообразным системам: обеспечения жизнедеятельности, оптимальной организации труда, контроля состояния человека в реальном масштабе времени, его защиты от вредных воздействий со стороны техники и т.п.
Когда речь идет о проблеме совмещения живого с неживым, то она приобретает фундаментальный характер. Биологические и технические элементы обладают разными физическими свойствами, поэтому при разработке систем, в которых они работают совместно, необходимо искать пути согласования этих разнородных по физической природе объектов. Такие системы определены как биотехнические (БТС), которые как раз и “представляют собой совокупность биологических и технических элементов, объединенных в единую функциональную систему целенаправленного поведения” [1].
Известны и психологические проблемы инженерной работы, решение которых связано с так называемым “человеческим фактором”. Например, решающее значение для высокого качества обслуживания может иметь представление инженера о том, насколько хорошо он ориентируется в психологических оценках услуг, предоставляемых обществу с помощью созданных и обслуживаемых им технических систем. Принятие решений при проектировании сложных инженерных комплексов и сооружений может быть связано с совместной работой многих специалистов разного направления, и инженер должен уметь принимать совместные компромиссные решения. Многие виды инженерной деятельности вообще возможны только за счет коллективного труда специалистов разного профиля, когда каждый выполняет свои функции, а положительный результат достигается согласованной работой всех участников. Методики обучения навыкам решения психологических проблем при выполнении совместной работы, как и технологии обеспечения человеческого фактора во всех его проявлениях относятся к биотехническим техноло-
гиям, для реализации которых используются соответствующие биотехнические системы [2].
Отмеченные обстоятельства привели к тому, что во многих образовательных программах подготовки инженеров начали появляться учебные дисциплины, ориентированные на биотехническую часть профессиональной подготовки. По некоторым направлениям высшего профессионального образования (таким как “Информатика”, “Электроника”, “Техническая физика” и другим) даже сформировались соответствующие биотехнические специализации, так или иначе связанные с решениями проблем обеспечения человеческого фактора. В то же время биотехническое образование стало основой нескольких специальных программ инженерной подготовки. При этом предметом профессиональной работы выпускников являются инструментальные средства, приспособленные для проведения медикобиологических исследований, - совокупность приборов, аппаратов, систем, комплексов, приспособлений и расходных материалов к ним, с помощью которых реализуются физические и физико-химические методы контроля состояния различных биологических объектов и управления этим состоянием.
Повышенный интерес к этой области техники обусловлен ее широким внедрением в повседневную практику учреждений здравоохранения и многих других отраслей народного хозяйства. В этот класс техники попадают средства обслуживания человека во всех производственных, научных и бытовых ситуациях, при этом номенклатура и области применения этого вида техники постоянно расширяются. Появились принципиально новые подходы к проведению диагностических исследований и лечению, реабилитации и профилактики, контролю состояния человека и других представителей живой природы в разных условиях их существования, управлению параметрами внешней среды, в которой находятся живые системы. Актуальными становятся медико-биологические исследования, осуществленные в реальном масштабе времени на полюсах холода, в высокогорье, в космосе и под водой. Подобные исследования необходимы для спортсменов, водителей транспортных средств, в производственных условиях.
Список задач, в решении которых биомедицинская техника абсолютно необходима, можно было бы продолжить. Важно при этом иметь в виду, что изменение содержания медико-биологических задач, условий применения биомедицинской техники, типа исследуемого биологического объекта и другие биотехнические факторы влияют на характеристики самой техники и на способы ее использования. Объем знаний, которым должен владеть пользователь при сопровождении такой техники, растет, охватывая разнообразные области медицины и биологии, информационных технологий, микроэлектроники и нанотехнологий, метрологии, сервисного обслуживания и проведения ремонтных работ и т. д.
Отмеченные факторы говорят о необходимости изменения учебных планов подготовки специалистов, но широкий спектр практических задач, в решении которых должен принимать участие технический специалист такого профиля, создает серьезные трудности для этого.
В соответствии с введенным в 2004 году «Общероссийским классификатором специальностей по образованию» (ОКСО) [3] определены два направления: 200400
- “Биомедицинская техника” для подготовки дипломированных специалистов и 200300 - “Биомедицинская инженерия” для подготовки бакалавров и магистров техники и технологий. В первом направлении предусмотрены четыре специальности для подготовки инженеров: 200401 - «Биотехнические и медицинские аппараты и системы» и 200402 - «Инженерное дело в медико-биологической практике»; для подготовки техников 200403 - «Монтаж, техническое обслуживание и ремонт медицинской техники» и 200404 - «Протезно-ортопедическая и реабилитационная
техника». Второе направление рассматривается как образовательная программа для подготовки научных работников и преподавателей технических вузов. Небольшие по объему выпуски бакалавров и магистров должны пополнять отраслевые и академические научно-исследовательские институты и учебные заведения страны.
Интерес к медико-техническим специальностям в России характеризует диаграмма на рис. 1, отражающая рост числа кафедр технических университетов, которые готовят специалистов этого профиля в России, за 20 лет. Кафедр, занятых подготовкой специалистов по этому направлению, уже больше 60, они представлены почти во всех регионах России. Потенциальное количество выпускников таких кафедр - более 1200 человек в год будет достигнуто только примерно к 2008 году, так как многие кафедры были открыты менее 3-4 лет назад. Для сравнения отметим, что в США уже в 1979 году выпуск по близким специальностям составлял около 1500 человек в год.
Рис. 1. Диаграмма роста кафедр медико-технического профиля
Вначале при формировании этого направления главной задачей выпускника считалась его роль как посредника между медициной и техникой, способного грамотно составить медико-техническое задание на разработку и объяснить врачу, что и как надо делать с медицинской техникой. На сегодня спектр задач, в которых специалист должен хорошо ориентироваться, и принимать ответственные решения значительно расширился. Предполагается, что дипломированные специалисты по специальностям направления 200400, имея широкую профессиональную подготовку, должны владеть всем арсеналом знаний, необходимых:
- для разработки и производства медицинской техники;
- проведения сервисных работ и планового обслуживания;
- осуществления маркетинговых мероприятий;
- внедрения новых медицинских технологий с применением медицинской техники;
- решения задач биологических и экологических исследований;
- обработки больших потоков биомедицинских данных и т.д.
Однако представить себе специалиста-универсала, способного выполнять все перечисленные выше задачи, невозможно, а выделение только двух основных специальностей по сферам работы - медицинская промышленность и здравоохранение - также не соответствует современным требованиям. Чтобы убедиться в этом, достаточно сопоставить необходимый объем знаний для технического специалиста
по специальности 200401, знающего и разрабатывающего разные виды медицинской техники, чтобы понять, как далеки друг от друга разные виды биомедицинской техники, и какими разными должны быть учебные программы. Сравнить, хотя бы, знания, необходимые для разработки, производства и обслуживания техники электрофизиологических исследований, или комплексов биологической интроскопии, аналитической (для клинико-диагностических лабораторий) или физиотерапевтической аппаратуры, средств реабилитологии (средства для поддержания жизни инвалидов). Для специалиста по каждому из отмеченных видов медицинской техники требуются знания из разных разделов физики и химии, измерительной техники и методов проектирования, технологий производства и поверки, различные навыки по ремонту и сервисному обслуживанию. Таким образом, для овладения знаниями по проектированию и обслуживанию каждого вида техники необходима специализация учебных планов с ориентацией учебных дисциплин на конкретный класс технических средств, или цикл дополнительных дисциплин, освоение которых осуществлялось бы уже после окончания технического университета.
Однако даже разделение по таким специализациям как “Диагностическая медицинская техника”, “Аналитическая и экологическая техника”, “Медицинское оборудование”, “Техника и технологии медицины критических состояний” и другие [4, 5] (всего более десятка специализаций, известных для специальности 200401) представляется очень грубой (см. приведенные выше примеры). Отметим также, что такие же специализации, но уже по другой специальности 200402, (их тоже более десяти) существенно различаются, так как производить технику и ее обслуживать в условиях клинических стационаров - разные виды деятельности. Специалист, обслуживающий, например, физиотерапевтическую или аналитическую технику, по содержанию знаний, которые ему необходимы, значительно отличается от специалиста по обслуживанию любого другого вида биомедицинской техники, а тем более от разработчика самой техники. Здесь уже проявляется специфика медицинских технологий, при реализации которых предназначена специализированная медицинская техника. Без знаний этой специфики и особенностей взаимодействия с пациентом инженер не может эффективно работать с медицинским специалистом по применению этой техники в полном объеме ее возможностей.
Но это как бы один “срез” подготовки специалистов. Известен и другой ее “срез” - подготовка специалистов, способных выполнять конкретный вид производственной или технологической деятельности, работать на месте разработчика и конструктора техники, технолога на производстве, исследователя в научной организации, метролога, специалиста по базам знаний и данных и т. п. Навыки и приемы работы таких специалистов также существенно различаются, на их освоение уходят годы самостоятельной работы, а потребность в них велика. Эта потребность также формирует обширный рынок труда, не обеспеченный специалистами, которые были бы ориентированы на работу с биомедицинской техникой и в организациях медико-биологического профиля.
Оба “среза” независимы, поэтому могут характеризовать конкретного специалиста также независимо. Например, специалист-разработчик электрофизиологиче-ской техники (по специальности 200401) отличается от специалиста-разработчика физиотерапевтической техники по той же специальности, причем по многим параметрам, так как техника, которую они проектируют, принципиально разная. Он же отличается и от специалиста-технолога, конструктора, причем с учетом специфики каждого вида техники эти специалисты должны быть дифференцированы и по ви-
ду биомедицинской техники. И эта типовая ситуация в области биомедицинской техники.
Необходимо учитывать также, что способы освоения медицинских и технических знаний, терминология, методы научных исследований, методики практической работы в технике и в биологии существенно различаются. Поэтому включение дисциплин медико-биологического характера в план подготовки технических специалистов связано с преодолением значительных трудностей. Здесь мы встречаемся с третьей сложной проблемой организации образования в этой области -проблемой совмещения разноплановых знаний, которыми должен владеть специалист данного профиля.
Основой всех учебных планов стала концепция базового биотехнического образования [6], определяющая объем основных знаний, которые составляют фундамент любой медико-технической специальности. В соответствии с ней в образовательных программах выделяется ядро - обязательная часть подготовки. При выборе дисциплин, включаемых в нее, необходимо руководствоваться несколькими принципами, в соответствии с которыми должна формироваться такая программа:
- методология обучения должна строиться на системных принципах объединения в одной технической системе биологических и технических элементов, отличающихся по своим свойствам и характеристикам, т.е. на принципах синтеза биотехнических систем;
- в учебных планах должны быть предусмотрены специальные дисциплины медико-биологического характера, без которых невозможно объективно оценивать особенности биологических объектов как объектов исследования и управления;
- технические дисциплины должны быть увязаны с видом биообъекта, так как использование известных технических средств существенно зависит от специфических свойств конкретного биологического объекта.
Изложенные соображения позволяют предложить иную концепцию разработки учебных планов, позволяющую учесть потребности рынка труда и разнообразие видов биомедицинской техники, с которой приходится сталкиваться техническому специалисту. В соответствии с ней в учебном плане предусматриваются две взаимосвязанные части. Первая часть - базовая подготовка, о которой сказано выше -отвечает за изучение основных “инструментов” инженерной деятельности и является общей для любой специализации, а вторая часть определяет специализацию выпускника по конкретному виду техники или конкретному виду работы.
Базовая часть подготовки должна включать, с одной стороны, специфические знания о биологическом объекте (набор медико-биологических дисциплин), а с другой - общепрофессиональные и специальные технические знания, привязанные к задачам изучения и управления этого объекта. Таким образом, в учебный план следует ввести несколько циклов учебных дисциплин.
Цикл медико-биологической подготовки. Это цикл ни в коей мере не должен повторять медико-биологическую подготовку медицинских вузов. Медикобиологические знания для технического специалиста необходимы только для того, чтобы получить представление о специфических особенностях биологического объекта, а для этого необходимы:
- знания особенностей организации и функционирования живых систем;
- понимание влияния внешних факторов на параметры жизнедеятельности человека,
- представление о возможных нарушениях здоровья и основных физикотехнических способах его коррекции.
Эти знания осваиваются при изучении нескольких дисциплин: “Биология человека и животных”, “Биофизика” и “Биохимия”. К этому циклу следует отнести и
дисциплины “Основы взаимодействия физических полей с биообъектами” и “Физические и физико-химические основы патологии”, а также ряда других, которые ближе по содержанию к другим циклам подготовки. Именно они позволяют понять физические и физико-химические основы нарушений жизнедеятельности, разобраться в механизмах применения технических методов исследований и лечебных воздействий, предложить адекватные модели и планировать эксперименты с живыми системами. Важное и самостоятельное значение для этого направления образования приобретают также дисциплины естественно-научного цикла - “Экология” и “Безопасность жизнедеятельности”. Для специальности 200402 на старших курсах этот цикл дополняется дисциплинами “Медицинская этика и психология” и “Основы экологической безопасности”, которые позволяют лучше понять специфику работы в медицинском учреждении.
Большое значение приобретает цикл дисциплин по системной подготовке, включающий дисциплины: “Системный анализ”, “Моделирование биологических систем и процессов”, “Планирование экспериментов и принятие решений”, “Методы обработки биомедицинских сигналов и данных”. Инструментальные средства осваиваются в процессе изучения технических дисциплин, которые целесообразно объединить в некоторые циклы.
Так как биологический объект предъявляет особые требования к использованию технических методов и средств, большое значение должно уделяться отработке методик их применения в конкретных условиях с учетом того, что при изменении конкретного типа объекта или условий изменяются и методики применения техники. Этот материал излагается в дисциплинах “Технические методы диагностических исследований и лечебных воздействий” и “Основы анализа биосубстратов”, входящих в цикл дисциплин по организации исследований. Он включает также дисциплины: “История биомедицинской техники”, “Теория случайных процессов”, “Биомеханика и биоматериалы”, “Управление в биологических и медицинских системах”, “Организация научных исследований”. На старших курсах эта сторона подготовки может быть усилена за счет дисциплин специализации.
Цикл схемотехнической подготовки. Этот цикл считается очень важным для инженера, которому придется создавать или обслуживать электронную медицинскую технику. В него входят следующие учебные дисциплины: “Инженерная и компьютерная графика”, “Элементная база электроники”, “Электроника и микропроцессорная техника”, “Метрология и сертификация”, “Измерительная техника”.
Заканчивает базовую подготовку цикл медико-технической подготовки. Каждый специалист должен представлять разнообразие медицинской техники, знать основные прикладные информационные технологии, биомедицинскую метрологию и ее проблемы, медицинские технологии с применением технических средств. Эти знания он получает, изучая дисциплины: “Средства съема диагностической информации и подведения лечебных воздействий”, “Узлы и элементы медицинской техники”, “Медицинские приборы, аппараты, системы и комплексы”, а на завершающем этапе - “Теория биотехнических систем и технологий”.
В представленных перечнях указаны только специальные дисциплины, из которых строятся учебные планы по двум специальностям направлений 200400 и для направления 200300. Хотя многие из отмеченных дисциплин включены в ГОС, конкретный набор дисциплин, их объем и последовательность изучения устанавливается исходя из особенностей учебного процесса каждым техническим университетом. Соотношение объемов дисциплин циклов также различно, оно учитывает особенности конкретной образовательной программы. Но при этом состав технических дисциплин должен способствовать глубокому пониманию “органической” связи трех главных составляющих биотехнического (в том числе и медико-
технического) образования биологического объекта (Б), методического обеспечения (М) и технических средств (Т), которые должны присутствовать в любой образовательной программе этого типа.
Базовая подготовка позволяет в дальнейшем предложить несколько направлений дальнейшего профессионального образования. После освоения этой программы (по квалификации это близко к бакалавру по специальности) возможно продолжение образования как по программам специальностей 200401 и 200402, так и по отдельным специализациям других специальностей. Например, при подготовке разработчика, конструктора, метролога или специалиста по менеджменту следует предусмотреть переход студента, освоившего базовую подготовку, на кафедру соответствующего профиля.
Конечно, каждая кафедра медико-технического профиля сама должна заканчивать полный цикл подготовки дипломированного специалиста, но при этом предполагается, что она готовит выпускников по определенным специализациям. Например, для подготовки специалистов по производству медицинской техники в программу обучения необходимо включить цикл конструкторско-технологической подготовки с дисциплинами: “Конструирование и дизайн медицинской техники”, “Разработка и проектирование медицинской электронной техники”, “Технология производства приборов и аппаратов”, “Проектирование нестандартного медицинского оборудования и приспособлений”. А для клинических инженеров очень важными будут дисциплины: “Медицинские технологии с применением технических средств”, “Поверка и обслуживание медицинской техники”, “Безопасность и надежность медицинской техники”, “Технологии обслуживания и сервис медицинской техники”. Для обеих специальностей необходим технологический цикл, включающий дисциплины: “Автоматизация обработки экспериментальных данных”, “Методы и техника тестовых исследований”, “Компьютерные технологии в медико-биологических исследованиях”, “Методы и системы медицинской визуализации”, “Биотелеметрия”, “Системы отображения информации и эргономика”, “Автоматизированные системы управляемого эксперимента” и др.
Цикл организационно-технической подготовки и дисциплины необходим каждому специалисту по биомедицинской технике. Он включает следующие дисциплины: “Оборудование лечебно-профилактических учреждений”, “Основы маркетинга на предприятиях МТ профиля”, “Менеджмент и качество медицинской техники” и ряд других.
Как и для первой части существует возможность выбора набора дисциплин для той или иной специализации; есть возможность выбора дисциплин самими студентами. Рассмотренная организация учебного процесса отличается большей гибкостью и приспособляемостью к требованиям рынка труда.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Биотехнические системы. / Под редакцией проф. В.М. Ахутина. - Л.: Изд-во ЛГУ. 1981.
- 220 с.
2. Попечителев Е.П. Биотехнические системы и технологии на их основе. // Сб. "Биотехнические системы в медицине и биологии" -СПб: Изд-во Политехника, - 2002. - С. 5-12
3. Общероссийский классификатор специальностей по образованию. // Минобразование России. Госстандарт России, введен 2004-01-01.
4. Попечителев Е.П. Биомедицинская инженерия - новое направление образования. // Вестник С-З рег. отд-ия РАМТН. - СПб. 1999. - Вып. 3, - С. 55-59.
5. Попечителев Е.П. Подготовка, переподготовка и повышение квалификации специалистов из учреждений здравоохранения. // Научно-технические ведомости. - СПб: ГТУ. Вып. 2-3. 1998. - С. 50-54.
6. Попечителев Е.П., Пахарьков Г.Н, Ворогушин В.А. Медико-техническое образование -важный ресурс развития медицинской промышленности и здравоохранения региона // Медтехника и медизделия. - №1(24). 2005 - С. 31-36.
7. Попечителев Е.П. Базовое медико-техническое образование и программы подготовки специалистов. // Известия вузов. Электроника. - № 2. 1998. - С. 97-102.
А.А. Опрышко, Н.А. Познина
ПРИНЦИПЫ ИНДИВИДУАЛИЗАЦИИ ОБУЧЕНИЯ В ТЕХНИЗИРОВАННОЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ СРЕДЕ
Конкуренция на мировом рынке образовательных услуг требует определения вполне объективных критериев оценки качества образования и собственно разработки системы обеспечения этого качества. Но уже сейчас ясно, что вновь востребованные рынком труда инженерные кадры должны характеризоваться не только наличием специальных, профессиональных знаний и навыков, но и социальнопсихологическими умениями, способностью к научному, творческому мышлению, общим уровнем личностного развития. Эти требования всегда входили в противоречие с желанием преподавателей - технических специалистов - уделить главное внимание только специальной подготовке, что приводит к обратному эффекту -технизации не только образовательной среды высшего учебного заведения, но и развитию технократического мышления, снижению значимости и актуализации творческого начала личности.
Огромную роль в технизации образовательной среды вуза играют новые информационные технологии и средства их реализации - персональные компьютеры, системы телекоммуникации, мировые информационные сети, в частности Интернет, и др. Значимость этих технологий определяется уже тем, что их внедрение в учебный процесс вуза часто приобретает характер некой агрессивной технической экспансии, проходящей под флагом модернизации образовательных систем. Эта экспансия привела к появлению другого противоречия - между теоретически и практически доказанной приоритетностью непосредственного опыта в обучении и его реальным вытеснением из практики обучения именно средствами новых информационных технологий.
Технизированная образовательная среда имеет свою специфику, так как в такой среде обучение строится не только на непосредственном опыте учащегося, как результате педагогического взаимодействия, но и за счет технических средств, которые будучи включенными в традиционную систему обучения используются как органопроекции преподавателя и для создания моделей изучаемых объектов. Таким образом, обучение, в котором посредником выступает техника, ведется в системе символов и знаков (моделей), что неизбежно ведет к снижению полноты восприятия непосредственной информации, в связи с чем передаваемый опыт связан с многократным кодированием информации, навыками и умениями работы с формализованными моделями, ограничивает развитие эмоционально-ценностных отношений. В соответствии с этим, технизированная образовательная среда характеризуется тем, что в ней преимущественно происходит актуализация рационально-логической сферы личности в ущерб эмоциональной, интуитивной, а также «сужение» процесса общения за счет уменьшения в его структуре доли перцептивных и интерактивных аспектов.
Проведенный анализ особенностей влияния технизированной образовательной среды на личность учащегося позволил выявить как положительные аспекты применения техники в образовании, так и отрицательные. В качестве основных поло-
