新時(shí)代背景下先進(jìn)生物醫(yī)學(xué)材料研究生課程教學(xué)質(zhì)量提升方法探討

杜田明 喬愛科

摘? 要：該文旨在探討新時(shí)代“醫(yī)工交叉”融合背景下，如何通過優(yōu)化課程內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方法、教學(xué)模式和引入相關(guān)資源，提升先進(jìn)生物醫(yī)學(xué)材料研究生課程的教學(xué)質(zhì)量。在內(nèi)容上，針對學(xué)生的背景不同，區(qū)分基礎(chǔ)板塊和進(jìn)階板塊?；A(chǔ)板塊圍繞生物材料的發(fā)展歷程、基本特點(diǎn)和分類展開。進(jìn)階板塊注重材料的先進(jìn)性問題圍繞具有廣闊發(fā)展前景和應(yīng)用空間先進(jìn)生物材料展開。同時(shí)，采用多模式、多途徑教學(xué)，理論聯(lián)系實(shí)際，通過啟發(fā)思考、方法傳授、趣味教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)和多媒體教學(xué)相結(jié)合，引入不同的學(xué)習(xí)資源，提高教學(xué)效果。同時(shí)，注重思政教育，將思政教育融入教學(xué)過程，引導(dǎo)學(xué)生思考與民生問題相關(guān)的醫(yī)學(xué)與生物材料交叉領(lǐng)域問題。課上、課下與學(xué)生互動交流，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和興趣，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的專業(yè)人才。

關(guān)鍵詞：先進(jìn)生物醫(yī)學(xué)材料；教研結(jié)合；教學(xué)模式；教學(xué)案例；資源引入

中圖分類號：G643? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）35-0126-04

Abstract： This paper aims to explore how to improve the teaching quality of the graduate course "Advanced Biomedical Materials" by optimizing course content， innovating teaching methods， teaching models， and introducing relevant resources in the context of the integration of medical and industrial fields in the new era. In terms of content， we distinguish between basic and advanced sections based on students' different backgrounds. In the basic section， we focus on the development process， basic characteristics， and classification of biomaterials. In the advanced plate， we focus on the progressiveness of materials， focusing on advanced biomaterials with broad development prospects and application space. At the same time， we adopt multi-mode and multi-channel teaching， integrate theory with practice， combine inspiring thinking， teaching methods， and fun teaching with traditional and multimedia teaching， introduce different learning resources to improve teaching effectiveness. At the same time， emphasis should be placed on ideological and political education， integrating it into the teaching process， and guiding students to think about the cross disciplinary issues of medicine and biomaterials related to livelihood issues. Interact and exchange with students in and out of class， improve their learning effectiveness and interest， and cultivate professional talents with innovative and practical abilities.

Keywords： Advanced Biomedical Materials; combination of teaching and research; teaching mode; teaching case; resource introduction

中國特色社會主義發(fā)展進(jìn)入了新時(shí)代，黨和國家越來越重視、關(guān)注高層次人才的培養(yǎng)以滿足人民日益增長的對提高生活水平和生活質(zhì)量的追求。醫(yī)學(xué)水平的提高和進(jìn)步是切實(shí)解決人民需求的重中之重。而生物醫(yī)學(xué)材料領(lǐng)域的快速發(fā)展對于推動醫(yī)學(xué)進(jìn)步和提高人民健康水平具有重要意義。隨著“醫(yī)工交叉”新時(shí)代的到來，生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科應(yīng)運(yùn)而生。而生物醫(yī)學(xué)材料是生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的重要分支。因此，進(jìn)行高水平的研究生課程建設(shè)，提升先進(jìn)生物醫(yī)學(xué)材料研究生課程的教學(xué)質(zhì)量，對于促進(jìn)“醫(yī)工交叉”融合，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的專業(yè)人才，滿足社會需求具有重要意義[1]。

生物醫(yī)學(xué)材料又稱為生物材料，是許多高校爭相發(fā)展的重要學(xué)科方向，是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的重要組成部分。生物醫(yī)學(xué)材料最鮮明的特點(diǎn)就是多學(xué)科交叉，融合了醫(yī)學(xué)、材料學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)和工程學(xué)等多個(gè)學(xué)科的知識[2]。研究生作為高層次人才，其培養(yǎng)過程更加重視先進(jìn)性，關(guān)注學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展前沿，因而先進(jìn)生物醫(yī)學(xué)材料成為培養(yǎng)高水平生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)碩士、博士研究生的專業(yè)核心課程。

但是，在研究生的培養(yǎng)和課程教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，存在著諸如由于本科階段不同學(xué)校授課的側(cè)重點(diǎn)不同、生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的強(qiáng)交叉性，學(xué)生對于專業(yè)背景知識的學(xué)習(xí)不同，學(xué)生的專業(yè)背景呈現(xiàn)多樣化；學(xué)生對于研究生課程的重視程度不夠；教師教學(xué)模式單一等問題[3-4]。這些問題阻礙了教學(xué)水平的提高，以及培養(yǎng)具有獨(dú)立自主思考和學(xué)習(xí)能力的高層次人才目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

因此，基于對新時(shí)代“醫(yī)工交叉”融合背景與以上研究生培養(yǎng)及教學(xué)中出現(xiàn)問題的思考和探究，在面向碩士、博士研究生的先進(jìn)生物醫(yī)學(xué)材料課程實(shí)際教學(xué)活動中，筆者針對北京工業(yè)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)碩士、博士研究生的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)背景及實(shí)際研究課題方向的相關(guān)性等客觀情況，著力創(chuàng)新教學(xué)與科研相融合的教學(xué)理念和服務(wù)模式，通過優(yōu)化課程內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方法、教學(xué)模式，引入相關(guān)資源等來提升教學(xué)質(zhì)量和研究生的自主學(xué)習(xí)能力。

一? 優(yōu)化課程內(nèi)容——基礎(chǔ)教學(xué)與先進(jìn)性相結(jié)合

先進(jìn)生物醫(yī)學(xué)材料課程面向的是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的碩士研究生和博士研究生。針對北京工業(yè)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)術(shù)型和專業(yè)型碩士、博士研究生的學(xué)科背景偏向電子信息及醫(yī)學(xué)圖像處理等，對生物材料基礎(chǔ)知識背景缺乏的問題，本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容分為基礎(chǔ)版塊和進(jìn)階版塊兩部分，能夠滿足多學(xué)科交叉背景下不同層次研究生的學(xué)習(xí)需求[5]。

基礎(chǔ)版塊的主要內(nèi)容是圍繞生物材料的基本要求、發(fā)展歷程、分類方法、表面改性、成型加工，以及按照材料來源劃分的高分子生物醫(yī)用材料、無機(jī)生物醫(yī)用材料、金屬生物醫(yī)用材料等開展課堂教學(xué)，讓學(xué)生快速認(rèn)識什么是生物醫(yī)學(xué)材料。同時(shí)，通過系統(tǒng)梳理生物材料中涉及的基本知識框架，大大提高了學(xué)生對課堂知識的輸出效率。同時(shí)，由于研究生即將或正在進(jìn)行自己的課題研究，比如金屬生物醫(yī)用材料與大部分同學(xué)的課題研究緊密相關(guān)。針對這一特點(diǎn)，對應(yīng)的金屬生物醫(yī)用材料課程內(nèi)容將更加詳細(xì)，包括但不限于金屬生物醫(yī)用材料的基本特點(diǎn)、分類、改性方法和加工成型方法，在心血管支架、骨科替代材料等方面的研究前沿及面臨的問題和挑戰(zhàn)。當(dāng)然，受課時(shí)限制，其他不同類型的生物醫(yī)學(xué)材料相關(guān)知識，在課程內(nèi)容上將進(jìn)行縮減。突出以學(xué)生為核心的課程前沿特色和服務(wù)理念[6]。

進(jìn)階版塊的主要內(nèi)容圍繞材料的先進(jìn)性展開。由于面向的是碩士、博士研究生群體，其本身的研究課題所在領(lǐng)域較為前沿，相關(guān)知識未包含在教材中等原因，課程內(nèi)容圍繞近年來處于前沿領(lǐng)域的納米材料、智能仿生材料、生物衍生材料等，以及改性和加工成型中的前沿?zé)狳c(diǎn)（3D打印、生物打印和等離子改性等）開展課堂教學(xué)，提高學(xué)生對課堂知識的學(xué)習(xí)興趣，拓展學(xué)生的視野。同時(shí)，通過更加具有針對性的案例分析和實(shí)踐操作提升學(xué)生的實(shí)踐和應(yīng)用能力。以膠原基生物醫(yī)用材料為例，膠原基生物醫(yī)學(xué)材料作為重要的生物衍生材料，其在心血管和骨科中應(yīng)用前景廣闊，那么膠原的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、改性、加工成型和應(yīng)用拓展等都是課程介紹的重點(diǎn)。

二? 創(chuàng)新教學(xué)方法——啟發(fā)與教學(xué)并行，人文與科學(xué)并重

針對本科生和研究生之間的顯著區(qū)別，對研究生教學(xué)應(yīng)該更加注重培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問題和解決問題的能力。創(chuàng)新教學(xué)方法和教學(xué)模式[7]。

首先，采用啟發(fā)式教學(xué)，從授人以魚，到授人以漁。引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會思考。使學(xué)生具有發(fā)散思維模式，從不同角度、不同學(xué)科學(xué)習(xí)借鑒，充分發(fā)揮學(xué)科交叉的優(yōu)勢。例如，在介紹生物仿生材料時(shí)，不僅介紹生物材料，還結(jié)合了最新的智能機(jī)器人、防水服、隱身服和向日葵的向陽性等仿生學(xué)的前沿進(jìn)展，通過結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活中那些看起來“高大上”的智能化設(shè)備研究，一方面激發(fā)學(xué)生對于科學(xué)研究的興趣，提高學(xué)習(xí)的熱情，另一方面啟發(fā)學(xué)生從生活中、自然界中思考問題、尋找解決問題的方法。學(xué)會“取其精華，去其糟粕”，充分發(fā)揮學(xué)科交叉的優(yōu)勢。

其次，教學(xué)與研究相結(jié)合，從被動授課到主動學(xué)習(xí)。將科研融入課堂教學(xué)，針對當(dāng)下的課程內(nèi)容，總結(jié)國內(nèi)外研究的最新文獻(xiàn)報(bào)道。例如，在介紹材料的改性和成型加工方法時(shí)，結(jié)合學(xué)生的研究課題，詢問學(xué)生課題中遇到的問題，引導(dǎo)學(xué)生更多的思考。從而在授課過程中，帶著學(xué)生的問題去講授不同的加工成型和改性方法。同時(shí)，在材料認(rèn)識和成型加工等不同章節(jié)之間實(shí)現(xiàn)課程內(nèi)容的互動。例如，應(yīng)用基礎(chǔ)版塊中學(xué)習(xí)的知識，解決進(jìn)階版塊中生物衍生材料的生物相容性、降解性、復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制備等不同方面的問題。一方面激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主觀能動性，另一方面培養(yǎng)學(xué)生靈活的思維模式，加強(qiáng)創(chuàng)新能力的提升和培養(yǎng)；教會學(xué)生如何解決問題。例如，在學(xué)習(xí)不同材料及認(rèn)識不同材料特點(diǎn)的時(shí)候?qū)W會總結(jié)規(guī)律：有的材料親水性好，有的材料疏水性好；骨科材料需要良好的力學(xué)支撐性，血管材料需要良好的柔順性；等等。通過總結(jié)規(guī)律進(jìn)而啟發(fā)學(xué)生，尋求存在于材料性能、需求等自然界中的平衡之道（圖1）。結(jié)合不同材料的特點(diǎn)，在解決心血管和骨科瓶頸問題的時(shí)候，引導(dǎo)學(xué)生討論并且有針對性地結(jié)合心血管和骨科的不同需求，針對需求設(shè)計(jì)納米無機(jī)材料、金屬材料與膠原復(fù)合的先進(jìn)復(fù)合材料。

最后，思政教育也是當(dāng)前高等教育關(guān)注的重點(diǎn)。引導(dǎo)學(xué)生思考和民生相關(guān)的醫(yī)學(xué)與生物醫(yī)學(xué)材料交叉領(lǐng)域的瓶頸問題，需要將思政教育融入教學(xué)過程，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感和創(chuàng)新意識，提高其學(xué)習(xí)動力[8]。比如目前在臨床上，骨缺損修復(fù)材料仍然需求巨大，當(dāng)前臨床中使用的高端生物材料進(jìn)口占了絕大部分，而我國自主研發(fā)的具有知識產(chǎn)權(quán)的高端生物材料還需要未來更多科研力量的共同努力。關(guān)注國家的政策導(dǎo)向，緊密結(jié)合“十四五”規(guī)劃中我國在醫(yī)藥健康等領(lǐng)域的發(fā)展需求。在學(xué)生思考問題、解決問題的同時(shí)，關(guān)注解決社會需求，提升其社會責(zé)任感。同時(shí)，解決社會需求也能激發(fā)學(xué)生對自身科研工作的認(rèn)可度和自豪感，激發(fā)學(xué)生科研創(chuàng)新的源動力。

三? 創(chuàng)新教學(xué)模式——資源引入與互動交流

除了調(diào)整課程內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方法以外，積極創(chuàng)新教學(xué)模式也是提高教學(xué)質(zhì)量的重要途經(jīng)。

首先，資源引入與整合，傳統(tǒng)模式不能丟。隨著線上教學(xué)、多媒體教學(xué)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)教學(xué)中的板書教學(xué)模式常常被忽視[9]。事實(shí)上，傳統(tǒng)的板書教學(xué)模式，雖然授課效率較低，但是對于重點(diǎn)知識點(diǎn)、知識框架的梳理，采用板書的形式，能夠在放慢授課節(jié)奏的同時(shí)使授課的重點(diǎn)更加突出。而且，板書的書寫過程能夠調(diào)動學(xué)生的多個(gè)感官，加深學(xué)生對知識的吸收。板書結(jié)合多媒體是現(xiàn)代教學(xué)模式的基礎(chǔ)。

資源引入與整合，多模式教學(xué)增加趣味性[10]。在小學(xué)、中學(xué)的教學(xué)中，教師們常常用趣味性教學(xué)的方法提高青少年的注意力和學(xué)習(xí)興趣，從而達(dá)到提升教學(xué)質(zhì)量的目的。而高校教師在授課中常常忽略了趣味教學(xué)的重要性。事實(shí)上，不論是青少年還是成年人，人的注意力都是有限的，學(xué)習(xí)的源動力也是一致的。趣味性的東西能夠顯著提升人的學(xué)習(xí)興趣。要在先進(jìn)生物醫(yī)學(xué)材料的研究生課堂中重啟趣味教學(xué)。首先，用學(xué)生聽的懂、更感興趣的故事或親身體驗(yàn)到的事情作為切入點(diǎn)，采用科普教學(xué)，理論聯(lián)系實(shí)際的方法，讓學(xué)生產(chǎn)生共鳴是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的關(guān)鍵點(diǎn)。其次，在學(xué)習(xí)過程中，需要播放與生物醫(yī)學(xué)材料相關(guān)的優(yōu)秀動畫演示視頻、時(shí)事新聞報(bào)導(dǎo)等。例如，在3D打印學(xué)習(xí)中，通過播放我國制造的世界最大的3D打印工程及4D和5D打印的新聞報(bào)道，直觀展示3D打印除了傳統(tǒng)科學(xué)研究外的廣闊應(yīng)用前景及當(dāng)前的科學(xué)前沿。引導(dǎo)學(xué)生緊跟時(shí)事的同時(shí)，激發(fā)學(xué)生的興趣，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，同時(shí)，調(diào)動學(xué)生的多個(gè)感官，拓寬知識吸收的渠道，加深對知識的理解。這類視頻的展示也將思政教育生動形象、自然而然地融合在了專業(yè)知識的學(xué)習(xí)中，達(dá)到了“潤物細(xì)無聲”的良好效果[11]。

研究生教學(xué)，討論和互動至關(guān)重要、必不可少。而與學(xué)生課題進(jìn)行聯(lián)系是引發(fā)學(xué)生主動討論和互動的關(guān)鍵。同時(shí)，結(jié)合最新的文獻(xiàn)研究成果，鼓勵學(xué)生閱讀和分析相關(guān)文獻(xiàn)，有針對性地將科研成果與課程內(nèi)容相結(jié)合并且展開討論和課程匯報(bào)，促進(jìn)學(xué)術(shù)研究與教學(xué)的有機(jī)融合。比如針對骨科和心血管方面應(yīng)用的可降解金屬材料中遇到的材料降解問題、腐蝕問題及力學(xué)強(qiáng)度和血液相容性等問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論。將科研思維和方法應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐，提高學(xué)生的綜合能力[12]。同時(shí)，通過科普故事、結(jié)合生活中遇到的小問題，比如從手術(shù)帶來的危害方面，引導(dǎo)學(xué)生對于可降解植入物的研發(fā)思考等。最后，與學(xué)生的互動、討論需要采用多種方式，與學(xué)生展開多方面的對話。例如在課后也需要多關(guān)心學(xué)生課題方面遇到的問題，通過課上、課下師生之間的互動交流，既活躍了學(xué)習(xí)氛圍，使學(xué)生在輕松的氛圍下學(xué)習(xí)，又增強(qiáng)了學(xué)生對知識的掌握。

四? 結(jié)束語

新的時(shí)代背景下面臨著新的問題和挑戰(zhàn)。生物醫(yī)學(xué)材料作為重要的學(xué)科分支介入醫(yī)療器械，其發(fā)展對于提高醫(yī)療水平、解決人民需求具有重要意義。在生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)研究生面對“醫(yī)工交叉”大環(huán)境背景下，針對北京工業(yè)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)研究生的特點(diǎn)及教學(xué)中存在的問題，在研究生核心課程先進(jìn)生物醫(yī)學(xué)材料的教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)針對學(xué)生專業(yè)背景進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整是提升教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)。教學(xué)方式是提升教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)具有獨(dú)立思考問題和解決問題能力的高水平人才的關(guān)鍵。而創(chuàng)新教學(xué)模式，是提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段。優(yōu)化課程內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方式和教學(xué)模式之間是相輔相成的，都是提高教學(xué)質(zhì)量的重要途徑（圖2）。

通過優(yōu)化課程內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方式和教學(xué)模式，引入相關(guān)資源，我們得到了良好的反饋，既平衡了不同專業(yè)背景學(xué)生之間的基礎(chǔ)差異，讓學(xué)生學(xué)習(xí)到了相關(guān)知識，又讓學(xué)生感到了輕松快樂，課堂的活躍度高，課程的教學(xué)質(zhì)量得到了顯著提升。希望在今后的教學(xué)過程中能夠積累、總結(jié)更多的經(jīng)驗(yàn)。這將有助于培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和身心健康的高素質(zhì)專業(yè)人才，推動生物醫(yī)學(xué)材料領(lǐng)域的發(fā)展，為新時(shí)代的人才培養(yǎng)需求作出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王莉，林佳，曹蕾，等.基于“新發(fā)展理念”的醫(yī)工融合教學(xué)探析——以《生物信息學(xué)前沿》為例[J].華北理工大學(xué)學(xué)報(bào)：社會科學(xué)版，2022，22（1）：142-146.

[2] 李德富，田永強(qiáng)，張永奎，等.“生物材料技術(shù)”探究式教學(xué)方式的改革與實(shí)踐[J].高等教育發(fā)展研究，2014（3）：93-96.

[3] 賈劍波，陸佳，張夢杰.專業(yè)類高校博士研究生課程教學(xué)中存在的問題及對策[J].科技視界，2021（18）：10-11.

[4] 陳丙先.論高校研究生課程教學(xué)存在的問題及改進(jìn)建議[J].智庫時(shí)代，2018（25）：80，82.

[5] 李慧麗，廖成竹，葉飛，等.新工科背景下生物材料教學(xué)實(shí)驗(yàn)體系建設(shè)的探索與實(shí)踐[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2020，17（14）：214-216.

[6] 羅珺，李建樹，楊佼佼.多學(xué)科交叉下的生物材料導(dǎo)論碩士研究生課程教學(xué)方法探討[J].教育教學(xué)論壇，2020（49）：333-334.

[7] 馬真.美國PBL教學(xué)模式及在我國高校研究生教學(xué)中的應(yīng)用研究[D].濟(jì)南：山東師范大學(xué)，2011.

[8] 喬愛科，杜田明，楊海勝，等.科普教學(xué)在“生物力學(xué)基礎(chǔ)”課程中的應(yīng)用案例[J].教育教學(xué)論壇，2022（40）：138-141.

[9] 袁杰，陳宗顏，曹生奎，等.基于混合式教學(xué)方式的環(huán)境影響評價(jià)課程教學(xué)模式探討與實(shí)踐[J].高教學(xué)刊，2023，9（7）：100-103.

[10] 許溶.雙減政策下的小學(xué)數(shù)學(xué)趣味性教學(xué)探索[J].數(shù)學(xué)之友，2023，37（3）：21-23.

[11] 陳朝暉，吳巍煒，胡波，等.前沿交叉學(xué)科“課程思政”教學(xué)改革實(shí)踐探索——以生物醫(yī)用材料課程為例[J].教育教學(xué)論壇，2020（47）：57-58.

[12] 廖建國，文靜.材料類專業(yè)研究生《生物材料學(xué)》課程的教學(xué)探討[J].科技資訊，2020，18（35）：143-145.