生物医学工程，预科一年 BEng (Hons)

Swansea University - 斯旺西大学

该模块的目的是发展对人体以下系统的结构和功能的知识和理解：骨骼系统、肌肉系统、关节系统、神经系统、内分泌系统、消化系统、泌尿系统。此外，还将对医学工程进行介绍，强调医学工程领域内研究的各种主题。在本模块结束时，学生将被要求能够。识别和区分四种基本类型的组织和多细胞生物体的细胞组织；识别和标记肌肉骨骼系统的组成；分类和解释普通结缔组织、软骨和骨的结构；认识和描述以下器官/组织系统的结构。关节系统、神经系统、神经肌肉系统、内分泌系统、消化系统、泌尿系统；描述医学工程领域的各种主题，如图像/信号处理、生物力学、生物流体、组织工程和生物仪器。.

本模块（与工程分析1C结合）为工程专业学生提供数学分析技术的进一步基础。该模块将理解扩展到更复杂的分析方法，重点是复数、多变量函数、数列和序列以及微分方程。

本模块（与工程分析2结合）为工程专业学生提供数学分析技术的基本基础。该模块确保所有学生在后续的工程模块中拥有合适的分析技能水平。在成功完成本单元后，学生将被要求在门槛水平上能够。展示数学基础知识，这些知识是工程学位的基础。(在MyMathLab持续评估和考试中评估，SM2）；通过使用以下具体技术，展示对数学基础的理解，这也是他们工程学位的基础：操作代数表达式，微分（包括函数的优化），积分，矩阵和高斯消除（在考试中评估，SM2）.

该模块的目的是了解工程结构和部件如何通过内部应力传递载荷和其他外部作用，以及这些应力如何导致应变和位移。该课程旨在解释梁的行为的简单模型，如莫尔应力圈的概念以及应力和应变之间的关系。相关的案例研究将被用来说明这些主题领域的重要性。

本模块介绍了典型工程应用中的传感器、测量、仪表和控制的基础知识。在完成本模块后，你应该能够。为所需的物理输入选择正确的传感器，理解选择，并能够描述传感器及其物理操作方法；设计将传感器接入电路所需的电路；分析传感器电路在理想与非理想行为方面的性能，不需要的阻抗的影响，误差分析和线性度；设计一系列对仪表系统有用的运算放大器电路。理解控制系统中拉普拉斯变换的目的，理解开环和闭环控制系统的区别，理解瞬态响应，并能选择适当的控制系统类型；理解模拟和数字转换，并能围绕模拟到数字转换进行简单计算，包括量化误差和数据速率。.

本模块提供了一个模拟电子电路分析的介绍。学习成果。理解并从数学上描述与电压、电流、电阻、电容、电感、能量和功率相关的物理概念和参数；使用一系列技术简化和分析电路，包括电阻还原、delta-y、基尔霍夫定律、Thevenin定理、源变换、叠加和节点分析；能够识别和分析一系列运算放大器电路；确定电容和电感的瞬态响应；在时域和频域形式下确定由交流源通电的LCR电路的行为.

该模块旨在向工程系一年级学生介绍与材料选择和应用有关的关键概念。在完成本模块后，学生应该能够表现出对与金属、陶瓷、聚合物和复合材料的结构/机械和物理性能/应用有关的材料选择的理解。

制造业对世界经济做出了重大贡献，而且，工程过程有助于解决当今社会面临的一些最严重的挑战。工程师在制造业中的作用对于产生可持续的高经济价值的产品和工作是至关重要的。为了满足这个不断变化的角色，新毕业生需要了解既定的和先进的工艺。该模块为学生提供了对当前、新兴和综合制造工艺的整体看法，提供了在工艺/技术选择基础上生产产品规格所需的广泛技术。所教授的材料与从材料和设计模块中获得的知识一起建立。这些主题是通过每个领域的传统讲座来进行的。

该课程为使用数值方法解决生物医学工程问题提供了一个实践基础。它将回顾MATLAB编程技术，并将这些技术应用于一系列的生物医学工程问题。在课程结束时，学生应该（1）在编程环境中感到舒适，（2）能够将数值公式转化为程序，以及（3）通过计算解决生物医学工程问题。

本模块将介绍与该课程有关的热力学、物理化学和传质的基本原理，包括：气体行为；纯物质和混合物的特性；热力学定律及其在能量和状态计算中的应用；相平衡；扩散和对流传质；传质系数.

本模块的目的是提供关于生理系统和代谢过程的基本介绍，这些系统和代谢过程负责在休息和体育活动中的能量转移和利用。本模块以讲座和实践为基础，旨在发展关于人体结构和功能的介绍性知识和理解，从细胞到大体的身体系统，是以后研究体育和运动的基础。该模块实际调查了如何评估休息和运动时的生理和生物化学状态。

该模块旨在培养构建工艺数学模型的能力，以便能够预测其性能并优化其设计。简单过程的模型将导致普通（或部分）微分方程，特别是参考生化和生物医学工程过程，以及环境和一般工程系统。

本模块提供了一个平衡的、精简的、一学期的工程统计学介绍，强调实践中的工程师最需要的统计工具。通过使用真实的工程问题，学生可以看到统计学如何适合工程问题的解决方法，并学习如何将统计学方法应用到他们的研究领域。该模块教导学生在分析真实数据时如何像工程师一样思考。为每个工程学科量身定做的小型项目，旨在模拟学生在未来职业生涯中会遇到的专业问题。重点是使用统计软件来解决需要使用统计的工程问题.

本模块的目的是在工程分析1和工程分析2的基础上，提供实际执行数学运算所需的工具。在这个数学模块中，将研究从图像分析到流场特征等应用领域。从变换函数到梯度运算符，这些数学工具将在应用于生物医学应用领域之前从其基础上进行研究。这个数学模块的目的是：为工程应用提供进一步的基本分析工具；并为第二年和第三年的高级分析模块提供一个桥梁。

振动系统的要素；简谐运动；使用复数指数表示。单自由度系统；自然频率；阻尼的影响；谐波激励；瞬态动力学；频域分析；脉冲响应函数。无阻尼的多自由度系统；特征值和特征向量。对自然频率和共振的重要性的认识和理解。单自由度和双自由度系统的分析。能够估计简单系统的谐振。能够应用课程中提出的方法来开发真实结构的简单模型。分析这些模型以计算自然频率和评估对谐波力的反应。独立学习并使用图书馆资源.

本模块有两个主要组成部分。第1部分（工程制图和CAD）。首先是使用符合英国标准的CAD软件包发展其工程制图技能。组成部分2（设计项目）。第二部分涉及学生分组合作，解决一个 "真实世界 "的医疗设备设计简报。学生将被介绍到医疗设计开发过程，他们将遵循这一过程来开发他们的产品概念。将强调确定最终用户需求（即功能要求）的重要性，以及这些需求如何影响设计过程。强调拥有一个强大的产品设计规范的重要性，同时介绍创新设计工具和方法。选定的概念设计将在CAD中进行虚拟开发。每个小组参与者将负责设备的一个部件或元素，这将是整个产品组装的一部分，将在报告的小组部分中概述。

该课程向学生介绍了广泛的学科的实验研究。每个实验都是自成一体的，学生将通过一份实验报告以书面形式展示实验结果，报告中会有一组实验的具体问题需要回答。这份书面报告也是评估的基础。所有的学生都以小组为单位，进行五个不同学科的实验，但作业都是单独提交的。学生们将实验观察和结果记录在本子上，供实验后一周写出的技术报告参考。

进一步发展表示和分析动态系统的方法，将这些概念扩展到采样数据系统，介绍数字信号处理的概念，并使用计算机辅助的方法进行建模和分析。以下AHEP 3课程的学习成果在部分CEng(p)的基础上被本模块部分地证明。对数学方法及其在信号和系统中的应用的知识和理解；包括复数；基本信号；傅里叶数列和频谱分析；拉普拉斯、傅里叶、Z-和离散傅里叶变换及其在电子和电气系统中的应用（SM2p由考试和实验室组合评估）；通过应用分析方法和建模技术，识别、分类和描述模拟和数字信号和信号处理系统的性能的能力（EA2p由考试和实验室组合评估）。应用计算方法解决工程问题的能力，涉及连续和离散时间系统的时域和频域分析；MATLAB中的建模和数学分析以及Simulink中的系统仿真（EA3p由实验室作品集评估）；了解并能够应用系统方法进行数字信号处理，包括模拟信号的信号采样系统，如语音和滤波器设计（EA4p由设计项目评估）。.

该模块提供了一个介绍，工程师可以采用这些方法来分析涉及固定和流动流体的基本问题。在本模块结束时，学生应该能够。理解质量、能量和动量的守恒定律；应用守恒定律解决工程问题；确定如何计算平面和曲面上的静力。

本模块是EG-120的延续，包括：截面特性；不对称弯曲；厚圆柱体的应力；旋转盘；失效理论；应力集中效应；疲劳和线性弹性断裂力学。成功完成该模块后，学生将被期望在门槛水平上能够。理解和应用相关的工程原理来分析关键的工程过程，包括（EA1b）（在考试中评估）。非对称弯曲的意义和理论；薄而厚的圆柱体和旋转盘理论；韧性和脆性材料失效理论；应力集中特征及其对设计的影响；疲劳和断裂理论。

本课程从工程的角度介绍了细胞的生物学和机械性能。细胞内的基本结构和细胞功能的核心过程将被涵盖，并与大群体内细胞的相互作用和组织的生长有关，即膜双层、细胞骨架、能量生产、信号、生长、分裂和基因复制。基本原理将与医学工程师感兴趣的具体领域有关--技术发展、医疗植入物的感染风险和使用干细胞进行组织工程。

本课程将从工程的角度考虑人类生理学，集中于身体内主要生理成分的系统结构，例如：心血管、神经、肌肉和呼吸系统。重点将放在系统层面的输出和维持身体平衡所需的控制机制上。在介绍教学材料的同时，还将有一个主要的实践元素。Simulink编程环境将被用来：i. 模拟一般系统的行为和控制；ii. 模拟与人类生理学有关的特定生物系统的功能。

本模块研究用于健康和疾病诊断和监测测量的各种仪器的设计和操作。重点是基本的电气、机械、化学、光学和其他工程原理，以及技术的优势和限制。在完成本模块后，学生应该能够。识别和讨论广泛的诊断测量的物理和化学基础；识别和讨论制造有效诊断仪器所需的工程原理。这包括从目前医院使用的常规技术到先进的研究工具；将不同学科的基础工程的各个部分结合起来，设计有效的仪器（例如设计生物传感器所需的化学和电气知识）。

本模块将发展与工程部门的财务和人力资源管理有关的技能。在财务资源方面，该课程将介绍新企业内交易的会计实践，以使学生对资产负债表、损益表和现金流量表有良好的认识，这些都是商业计划的重要组成部分。该课程还将向学生展示如何解释财务报表以及如何在相互竞争的工程项目之间最好地分配财政资源。在人力资源方面，该课程将涵盖创业的基本概念，然后再分解商业计划的基本要素。该课程将为更具创业精神的学生提供关于如何将他们的想法商业化的指导，而创业精神不强的学生则了解是什么让他们的一些同事心动。本模块所采用的举例学习方法引导学生了解财务和人力资源管理的复杂性，并鼓励学生制定自己的商业计划。学生还将被介绍到商业道德的主题领域。该模块还将为学生创建简历和Link-In账户提供职业服务方面的支持。

本课程着重于流体力学在生物系统和医疗设备建模中的应用。这对了解人体的（病理）生理学和医疗设备的发展特别相关。该课程旨在介绍用于人体血管中的血流和肺部气流领域的数学技术。此外，还将讨论一些相关的生物过程和相关的疾病，并将其与流体力学观测联系起来。

本模块简要介绍了有限元分析的基本概念和方法，并应用于热流、固体力学、地下水流和其他工程问题。它还提供了使用有限元软件/代码的练习。在完成本模块后，学生应该能够证明。对[SM2b]的知识和理解。作为分析各种工程问题的近似方法的有限元方法的基本原理；数学（概念）和计算机模型之间的差异。有能力（实践技能）[EA3b]。为分析各种工程问题制定有限元素公式，包括。(a)一维棒材和电缆的弹性力学 (b)热传导、势流、多孔介质流、扭转 (c)平面应变和平面应力问题；使用有限元方法解决工程问题（a）-（d）；使用计算机对工程问题进行建模和分析（a）-（d）.

现代医学正在寻找组织工程，通过利用人体自身的修复机制来解决许多疾病状态。在新闻中，我们每天都能看到令人振奋的一幕，那就是组织工程在人体中替代组织并最终替代器官的应用。因此，该模块的目的是为学生提供对组织工程基本主题的严格理解，并使他们为未来的发展做好准备，这将对他们作为生物医学工程师的职业生涯产生重大影响。该模块从检查细胞如何生长和分化成组织开始，这是从工程的角度来看细胞的相互作用、粘附和力学。干细胞在再生医学中的重要性也将被讨论。为了使组织工程化，必须控制细胞环境，因此该模块的特点是全面检查指导细胞生长和分化的支架的设计和生产。伴随着对使用专业生物反应器的类似评估，以扩大细胞数量，将细胞夹在支架中，并对其进行调节，使其在植入后存活。在该模块的后半部分，案例研究被用来加强组织工程中涉及的过程。

介绍用于描述和表示信号和系统的数学技术。介绍信号和系统的分析技能。介绍有助于有效操作信号和系统的关键转换技术。解释信号和系统的建模和仿真的一些应用。在成功完成该模块后，学生应该能够展示以下关键技能的经验和提高。独立学习；基于数学建模和分析方法的问题解决和设计技能；使用计算工具（Matlab, Simulink）进行建模、分析、模拟和记录结果.

参与这个模块的学生将被要求使用在以前的本科阶段学到的设计技能，并发展额外的技能来设计和可能制造的原型产品，可以放在市场范围内。在团队中工作，你将被要求跳出 "正常 "的工程领域，以确保设计能够在产品市场的所有方面进行竞争。

该模块涉及应用科学和工程原理来解决与工程系统和流程相关的实际问题。学生将获得独立工作的经验，使用公认的规划程序，独立完成一个实质性的、单独分配的任务。它将要求并发展自我组织和对选项和结果的批判性评估，以及发展所选主题的技术知识。

本模块从两个角度研究植入人体的医疗设备和假肢；i）如何设计设备/假肢以最好地提供所需的生物功能；ii）植入物对人体的影响。理解在设计医疗植入物和假体时需要考虑的医学和工程因素。应用数学概念。（在考试中评估 SM1 SM2 SM3）。掌握植入物设计和操作背后的物理原理（EA1-4，SM1 SM2 SM3）。评估医疗植入物在生物相容性和生物膜相关故障方面的设计，（在考察植入物采购的小组项目和考试SM1 SM2 SM3中评估）。将不同学科的各种基础工程结合起来，设计有效的植入物和修复装置。(在小组项目中评估植入物的采购和考试EA1-4）。识别和理解与植入物设计和应用相关的监管框架（英国和欧盟）的实践技能，考虑商业化和知识产权的限制。（在采购植入物的小组项目和考试中评估；D2 EL5和EL6）.

学生将以6人一组的方式进行医学工程设计项目。学生将展示进行广泛的设计项目的能力，包括学习如何与同伴进行有效的互动。学生将通过把基本的工程和生物医学知识以及新的知识结合起来来设计产品，以达到一个特定的目标。学生将在团队中扮演一个特定的角色，并对整体工作方向作出有效的贡献。学生将解决问题并对技术和非技术问题进行批判性分析.

向学生介绍电和磁的基础知识。在完成本模块后，学生应该能够。分析一个电阻性直流网络；推导出Thevenin和Norton等效电路；在直流网络分析中应用叠加理论；结合串联和并联电容和电感；确定电阻性交流电路中的均方根电流和耗散的功率；确定交流电路中RC元件的电压和电流的相位关系。理解磁场、磁通量和磁通密度之间的关系；推导出直导线、圆环和螺线管周围的磁场分布；理解变压器的主要特征和操作；理解电路和磁路之间的类比；确定载流导线在磁场中的作用力；理解基本电动机的主要特征和操作。.

这是一门基础年级的初级流体力学的基础知识课程。对流体静力学的基本原理的认识和理解，包括三态物质、流体压力的概念和特性、简单二维图形的中心点以及由于周围液体作用在二维表面上的结果力。对流体动力学基本原理的认识和理解，包括流速、伯努利方程和连续性方程的概念，以及热传递和温度，包括热容量的概念、热平衡、温度和热传递引起的相变以及热传递机制。能够应用基本方程和概念来解决涉及流体流动、传热和流体流动或静态流体中的压力的问题。

这是一个在基础年级的关键技能发展模块。我们涵盖了一系列的技能，并为基础年级的学生提供工具，以帮助他们在斯旺西的其他课程中取得进展。在完成这个模块后，学生应该能够证明。对合格的工程师所需的关键技能的认识和理解。学生应该发展出以下的能力运用他们的知识、经验和技能，从最初的项目简介中开发一个实际的项目（思考技能）；按照正确的标准绘制工程图/草图，包括所有必要的细节（实践技能）；有效地沟通，包括使用信息技术。作为小组成员和个人计划并开展项目工作（关键技能）；用MATLAB编写一些基本的计算机程序（ICT技能）.

为没有A-level数学背景的学生提供工程分析方法的基础。该模块将提供基础数学并为EG-066的学生做准备。本模块将介绍工程中使用的一些关键数学技术。这些将与常见的工程问题相关。在完成本模块后，学生应该能够证明。知识和理解：数和代数的基础知识；某些类型方程的解法；三角学的基础知识；常见分析函数的图形解释；复数的基本属性；向量和标量的基本属性；矩阵的语言.

为没有A级数学背景的学生提供工程分析方法的基础。本模块将扩展EG-065中涉及的概念，介绍工程中使用的一些关键数学技术。这些将与常见的工程系统相关。完成本模块后，学生应该能够证明以下几点。用代数法和图形法确定反函数的能力（通过课程作业1和考试评估）；识别、描述和处理序列和系列的能力（通过课程作业1和考试评估）；扩展二项式的能力（通过课程作业2和考试评估）.

本模块是为工程专业基础年级的学生设计的，旨在提供基于元素组成、结构的材料特性的基本原则，以及它们在工程中的用途，包括：建筑材料、钢铁和其他金属、水泥、燃料和油、聚合物、复合材料、木材、润滑剂、粘合剂。

本课程旨在介绍整个工程中使用的材料的化学特性。为了补充所教授的理论，本课程有一个强大的实践部分，在此期间，学生将发展技能，以准确和安全的方式进行一些基本的实验室操作。在完成本模块后，学生应该能够。描述原子的基本结构，并预测与特定物种相关的属性；说明常见化学物种的公式，并构建平衡化学方程式。进行简单的摩尔计算；描述并识别化合物中存在的键合类型；区分分子间力的类型，并利用它们来预测化合物的物理性质；识别反应类型并书写相关的平衡方程式。

本模块向学生介绍了基础物理学，包括物质的机械、热、电和光学特性。在完成本模块后，学生应该能够：-描述原子层面的物质组成、能量守恒原理和物质的动力学理论，以及它们如何解释固体、液体和气体的行为。区分传导、对流和辐射，解释物质在原子层面的行为；利用比热容和潜热的关系，计算施加于物质的热量的影响，并解释相图；描述热力学的第一、第二和第三定律，并举例说明。定义热、功和能量，并给出它们之间的关系。用方程和图形解释热力学过程（绝热、等温、等温和循环）；勾画热机和热泵过程，了解不同系统的典型效率，并能为特定的能量转换过程画出桑基图。

基础水平的牛顿力学介绍。在完成这个模块后，你应该能够证明。对机械系统行为的知识和理解，达到适合所有行业的执业工程师的入门水平。有能力确定物理系统的相关参数，并进行分析以估计线性和旋转运动中的力、位移、加速度等（思维能力）。有能力通过应用基本原则来处理实际工程问题，制定问题和寻找解决方案（实践技能）。能够表现出必要的动机和纪律，在有指导的私人学习中独立工作，并在课堂讨论中作出贡献（关键技能）。