《Biomedical Engineering Education》：Integration of Hands-On, Experiential Learning into an Undergraduate Biomedical Engineering Curriculum
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挑战
体验式学习（Experiential Learning, EL）是现代工程教育中备受重视的组成部分，其与严格的设计课程体系相结合，可帮助学生顺利过渡到工程实践。然而，如何将资源密集型课程整合进生物医学工程（Biomedical Engineering,
挑战
体验式学习（Experiential Learning, EL）是现代工程教育中备受重视的组成部分，其与严格的设计课程体系相结合，可帮助学生顺利过渡到工程实践。然而，如何将资源密集型课程整合进生物医学工程（Biomedical Engineering, BME）课程体系，并在不牺牲必要知识广度的前提下实现附加价值，仍面临多重挑战。根据研究人员的经验，实施高级设计理念通常所需的专门技能往往缺失，或出现时间过晚，因而难以产生最佳效果。
创新举措
本文记录了研究人员开发动手型、技能构建型选修课程以补充现有核心课程体系的实践工作，其目标在于改善高级设计课程成效，并提升学生向执业工程师过渡的准备度。
反思
本文讨论了这些资源密集型EL课程在开发过程中取得的成功与面临的挑战，包括如何确保其长期可持续性与规模化扩展。其中重点介绍了最成功的课程，并将其与最终未能持续开展的课程进行对比。来自多个来源的学生反馈均对这些EL机会的价值给予了高度积极的评价，支持其对高级设计体验以及毕业后发展机会均产生了积极影响。
挑战
体验式学习（Experiential Learning, EL）是现代工程教育中备受重视的组成部分，其与严格的设计课程体系相结合，可帮助学生顺利过渡到工程实践。然而，如何将资源密集型课程整合进生物医学工程（Biomedical Engineering, BME）课程体系，并在不牺牲必要知识广度的前提下实现附加价值，仍面临多重挑战。根据研究人员的经验，实施高级设计理念通常所需的专门技能往往缺失，或出现时间过晚，因而难以产生最佳效果。
创新举措
本文记录了研究人员开发动手型、技能构建型选修课程以补充现有核心课程体系的实践工作，其目标在于改善高级设计课程成效，并提升学生向执业工程师过渡的准备度。
反思
本文讨论了这些资源密集型EL课程在开发过程中取得的成功与面临的挑战，包括如何确保其长期可持续性与规模化扩展。其中重点介绍了最成功的课程，并将其与最终未能持续开展的课程进行对比。来自多个来源的学生反馈均对这些EL机会的价值给予了高度积极的评价，支持其对高级设计体验以及毕业后发展机会均产生了积极影响。
本文发表于《Biomedical Engineering Education》，聚焦本科生生物医学工程（Biomedical Engineering, BME）教育中体验式学习（Experiential Learning, EL）的课程整合问题。研究背景在于，现代工程教育已普遍将EL视为提升学生参与度、理解力、问题解决能力和职业准备度的重要路径，而BME专业由于其跨学科特征，尤其依赖学生在设计、制造、实验和系统实现方面的综合实践能力。高级设计课程（Senior Design/Capstone）通常被视为本科阶段最核心的综合训练环节，但研究人员指出，在其所在机构的既有培养体系中，学生虽然在低年级已接受工程设计流程训练，却常常缺乏将设计概念真正落地所需的专门技术技能，或这些技能出现于培养后期，难以及时支撑高级设计项目。因此，如何在不压缩核心课程、不削弱知识广度的前提下，将高资源投入的实践课程有效纳入BME本科课程体系，成为课程改革中的现实难题。与此同时，空间限制、教师专门技术能力、实验教学支持资源，以及课程可持续性和可扩展性，也共同构成了EL融入本科培养的主要障碍。基于上述问题，在美国国立卫生研究院国家生物医学成像与生物工程研究所（NIH NIBIB）R25资助支持下，研究人员依托现有工程选修课架构，尝试建立一组面向技能构建的EL课程，以补充核心课程体系，提升学生在高级设计中的表现，并增强其毕业后过渡至工程职业实践的准备程度。
从研究实施内容看，研究人员在5年内设计并推出了6门技术技能培养课程和1门职业发展课程，用于补充原有必修课程体系。这些课程的设置依据教师经验与专长、学生反馈以及外部顾问委员会意见，并主要面向二年级及以上本科BME学生。相关课程包括快速原型制造（Rapid Prototyping）、焊接与金属加工（Welding & Metalworking）、BME细胞培养实验（BME Cell Culture Lab）、生物光子学原理（Principles of Biophotonics）、微控制器应用实验（Microcontroller Applications Lab）、临床需求发现（Clinical Needs Finding）以及BME职业发展（BME Professional Development）。与此同时，研究人员还对核心课程作出结构性调整，将工程制图/计算机辅助设计（CAD）课程前移至二年级，将机械加工实验前移至三年级，以便更早建立学生的设计实现能力。总体而言，该研究并非严格意义上的前瞻性教育研究，而是对一项课程建设实践的系统回顾与经验总结，重点在于说明课程开发逻辑、实施成效、面临障碍及可持续发展建议。
主要技术方法方面，研究人员采用课程开发与教育评估相结合的实践研究路径：其一，基于教师专长、学生反馈和外部咨询意见设计技能导向型选修课程，并将其嵌入既有工程选修课结构；其二，通过课程体系重组，将部分设计与制造基础训练前移，以增强课程衔接；其三，采用多来源反馈评估课程影响，包括每门课程结束时的课程评价、在高级设计课程结束时实施的年度毕业生离校调查，以及针对代表性校友的专项问卷调查。高级设计离校调查平均班级规模为88人，校友调查样本量为N = 10。该研究方案经机构伦理审查委员会（Institutional Review Board, IRB）审查并判定为豁免。
研究结果部分可按照原文小标题加以概括。
Challenge Statement
研究人员首先在本部分明确了研究开展的教育学和课程学背景。EL已被广泛视为工程教育的基石，在BME本科教育中，既有文献已通过综合实验、纵向设计整合、团队项目和实习合作等形式不断推进实践教学。然而，高级设计课程所要求的能力高度跨学科，学生不仅需要理解设计流程，还必须掌握原型制造、微控制器应用、实验操作等具体技能。研究人员发现，其所在项目中这些技能要么缺位，要么出现过晚，直接削弱了学生将创新构想转化为可实施方案的能力。因此，本研究的出发点是通过补充性技能课程，更早、更有针对性地为高级设计奠定实践能力基础，并提升学生面向实习、就业和研究生教育的竞争力。
Novel Initiative
本部分说明了课程创新举措的总体结构与设置逻辑。研究人员在5年间共开发7门课程，其中6门可计入工程选修学分，1门职业发展课程不计入学位学分。课程设置依托学生需完成20个高年级工程选修学分的培养框架展开，意在为具有不同兴趣方向的学生提供多样化技能训练机会。课程容量、授课组织形式、所需教学支持和实验空间因课程类型不同而有所差异。该部分表明，课程开发并非零散添加，而是在核心课程重组和选修体系框架中有计划地推进，体现出课程体系层面的整合思路。
Course Development and Context
这一部分进一步介绍了课程开发的制度背景和实施情境。研究人员指出，初期课程开发得到NIBIB R25项目资助支持，并与核心课程重组同步推进。工程制图/CAD和加工实验的前移，形成了更早期的设计与制造训练基础；新开发的技能课程则在此基础上进一步深化学生的实践能力。课程的主题覆盖制造、电子、细胞实验、生物光学、临床观察和职业发展等多个维度，反映出BME专业面向医疗器械、实验研究和工程实施等多场景能力培养的需求。研究人员借此构建了一个既保留BME知识广度、又允许部分学生根据兴趣接受强化技能训练的课程模式。
Assessment
本部分介绍研究人员如何评价课程影响。评价主要来源于三类数据：课程结束后的学生课程评价、完成高级设计后的年度毕业离校调查，以及面向代表性校友的调查。研究人员希望据此理解这些课程在本科设计经历中的作用，以及其对毕业后第一份工作或研究生阶段过渡的影响。该评价设计虽然以反馈为主，尚非严格混合方法研究，但已为判断课程价值、学生感知收益和后续改进方向提供了实证基础。
Reflection
本部分整体呈现研究人员对课程成效与限制的反思。总体上，学生反馈积极，课程中获得的技能能够显著整合进高级设计项目，并提升学生在夏季实习和毕业求职中的竞争力。不过，尽管课程在教育价值上受到认可，部分课程仍因资源压力或定位问题而难以维系，最终有3门课程停开，即焊接与金属加工、临床需求发现和BME职业发展。该部分表明，EL课程的教育效果与其制度可持续性并不总是同步，课程建设既是教学问题，也是组织和资源配置问题。
Successes
这是结果中最核心的部分。研究人员指出，快速原型制造和微控制器应用实验是最成功的两门技能课程，经过多次开设和迭代后，已稳定纳入课程体系，并形成快速满额和长候补名单的状态。通过这些课程，学生在原型制作方面的信心显著提高，原型开发启动更早，高级设计整体表现也达到更高水平。课程成功的原因包括：课程填补了学生能力缺口；依托院系既有优势资源，尤其是maker space；获得院系在人力、设备和费用减免方面的支持；并由与高级设计项目联系紧密、长期投入的教师持续推动。课程评价和毕业离校调查均显示，学生认为这些课程具有很高的总体价值和对高级设计的实用性。学生评语进一步强调，这些课程增强了实践技能、自信心、对制造与材料选择的理解，并直接支持了高级设计原型开发。
校友调查结果进一步支持了课程的长期价值。参与微控制器、快速原型制造和细胞培养课程的校友普遍认为，这些课程有助于获得实习、扩展工作职责，并在求职面试中形成差异化优势。有校友指出，这些课程帮助其在面试中脱颖而出，也有人提到其最终项目训练了处理界定不清问题的能力。除技术能力外，团队沟通、协作、构思和跨学科学习等“软技能”也被认为具有职业迁移价值。由此可见，这些EL课程的影响不仅体现在本科阶段设计项目内部，也延伸至毕业后的职业进入与适应过程。
此外，BME细胞培养实验课程虽然对高级设计的即时支持相对有限，但因其技能与本科科研参与高度相关，课程评价始终较高。研究人员指出，只有少数高级设计团队真正使用细胞培养，因此该课程更多服务于研究方向学生，而非所有设计团队。该课程之所以能够成功持续，也与Bioinnovation Lab提供的专门工作人员支持有关。与独立课程不同，生物光子学原理课程中的EL整合采取了“以1个实验学分替代1个讲授学分”的方式。学生反馈同样持续积极，说明实验环节有助于将课堂概念转化为实践理解。
Challenges and Future Work
研究人员在这一部分总结了未成功课程的特点及未来挑战。焊接与金属加工虽然受到学生认可，但因服务学生人数有限，且需要大量人力和材料投入，难以实现可持续运行；其成功高度依赖具有焊接技术专长的教师和工程设计中心工作人员。BME职业发展虽被教师和行业顾问认为重要，但由于不计入学位学分，被学生视作额外负担而缺乏选课动力。临床需求发现课程原意在于培养临床观察和需求识别能力，但受制于附属医院异地、临床合作资源有限等因素，课程中的实践主要在校园内开展，因而未能达到足够吸引力，选课人数持续不足，最终停开。研究人员由此指出，EL课程若过度依赖特定教师、成本过高而覆盖面有限，或未被学生视为“优先事项”，即便教育理念正确，也难以长期维持。
在未来工作方面，研究人员认为，当前成功课程虽在课程费和院系支持帮助下得以延续，但若要扩大规模，使更多学生受益，无论是继续维持为选修课程还是未来纳入核心课程，都需要新的资金来源和更强的教学支持。研究人员同时强调，本次工作本质上是对既有实践的回顾性分析，而非专门设计的教育研究。未来将采用更完善的混合方法研究模型，在Kolb体验式学习模型指导下，更系统地评估学生经历、反思、概念化和迁移应用的全过程，并结合已有研究所倡导的循证最佳实践，如虚拟体验、社区伙伴导师参与及公私合作能力建设等，以应对本科BME课程中推广EL的共性难题。
综合讨论来看，本文最重要的意义在于展示了一种在既有BME本科课程体系内引入高价值EL课程的现实路径。研究结果表明，技能导向、动手型选修课程能够有效弥补学生在高级设计前的能力缺口，提升项目实施质量，并增强实习、就业和继续深造中的竞争力。同时，文章也清楚表明，EL课程并非仅凭教学理念即可顺利推广，其可持续性高度依赖经费、设施、人员和组织支持。哪些课程能够长期保留，不仅取决于学生满意度，也取决于资源投入与受益范围之间是否平衡。对于BME教育共同体而言，本文提供了一个兼具成功经验和失败教训的案例，说明体验式学习的整合应与课程结构、院系资源和学生激励机制协同设计。
研究结论部分可译为：尽管面临资源、规模化和持续支持等现实挑战，学生在毕业前以及进入首份工作或研究生学习阶段后所报告的成功经验和收益，进一步支持了在课程体系中整合体验式学习（EL）活动以增强学生学习成效的必要性。按照Kolb体验式学习模型，学生在这些课程中获得新技能，通过作业和项目进行反思与概念化，并将所学进一步应用于高级设计以及毕业后的实习、工作或学术发展情境。未来研究将采用更为稳健的混合方法研究设计，系统评估这一体验式教育模式的效果，并结合循证最佳实践，持续提升BME本科课程中EL整合的可持续性、可扩展性和改进能力。
