“生物醫(yī)用紡織品”教學(xué)實踐與創(chuàng)新

尤仁傳，張 強，閆書芹，羅祖維，李秀芳

（武漢紡織大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430200）

生物醫(yī)用紡織品以纖維為基礎(chǔ)、紡織技術(shù)為制造方法、醫(yī)療及保健和防護為應(yīng)用目的，是紡織前沿科技的重要方向之一[1]。在紡織科技發(fā)展的同時，紡織專業(yè)的教育教學(xué)也面臨變革，多學(xué)科交叉融合、相互促進成為現(xiàn)代紡織專業(yè)發(fā)展和創(chuàng)新的特色[2]。我國生物醫(yī)用紡織品的發(fā)展還遠遠落后于歐美國家，且整體水平不高、原創(chuàng)性低，高端生物醫(yī)用紡織品長期被進口壟斷，實現(xiàn)領(lǐng)域內(nèi)的國產(chǎn)化替代之路還很漫長[3]。生物醫(yī)用紡織品方向的人才培養(yǎng)能為醫(yī)用紡織品領(lǐng)域從事研究、開發(fā)、生產(chǎn)、教學(xué)、貿(mào)易等方面的工作提供高級復(fù)合型專業(yè)人才。

為了順應(yīng)本科人才發(fā)展的需求，為生物醫(yī)用紡織品的研發(fā)和應(yīng)用培養(yǎng)更多的后備力量，近年來，紡織類高校陸續(xù)開設(shè)了“生物醫(yī)用紡織品”課程。武漢紡織大學(xué)也為紡織類專業(yè)開設(shè)了“生物醫(yī)用紡織品”選修課，筆者從2015年開始一直作為該課程的負責(zé)人。近年來，選擇該課程的人比較多，一學(xué)期單個教學(xué)班人數(shù)可達100余人，學(xué)生對該課程表現(xiàn)出非常高的熱情。

“生物醫(yī)用紡織品”課程主要包括衛(wèi)生、保健和防護用紡織品、體外用醫(yī)用紡織制品、體內(nèi)用醫(yī)用紡織制品、人工器官用紡織材料、智能醫(yī)用紡織品等知識點，培養(yǎng)學(xué)生紡織與生物、醫(yī)學(xué)相結(jié)合的能力。該課程內(nèi)容涉及高分子、紡織、醫(yī)學(xué)、生物等多個學(xué)科的交叉融合，具有典型的學(xué)科交叉性和學(xué)科前沿性[4]，內(nèi)容跨度大、教學(xué)難度高，迫切需要對現(xiàn)有教學(xué)模式進行改革，探索一套有效的教學(xué)模式及教學(xué)方法，實現(xiàn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)。本研究結(jié)合武漢紡織大學(xué)的具體情況，總結(jié)“生物醫(yī)用紡織品”的教學(xué)模式和課程結(jié)構(gòu)的改革與實踐，探索在高質(zhì)量創(chuàng)新工程人才及交叉學(xué)科人才培養(yǎng)中特色專業(yè)課程的教學(xué)模式和教學(xué)方法。

1 “生物醫(yī)用紡織品”課程設(shè)置和實施

課程設(shè)置：武漢紡織大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院在設(shè)置“生物醫(yī)用紡織品”課程初期面向所有紡織類專業(yè)進行選修。在調(diào)整培養(yǎng)方案之后，“生物醫(yī)用紡織品”主要面向紡織工程專業(yè)，在非織造材料與工程專業(yè)單獨開設(shè)了“醫(yī)療衛(wèi)生非織造材料”課程。

教學(xué)時數(shù)：“生物醫(yī)用紡織品”和“醫(yī)療衛(wèi)生非織造材料”的課程設(shè)置均為32學(xué)時。

教學(xué)內(nèi)容：經(jīng)過修訂之后的最新一版2023年大綱規(guī)定的《生物醫(yī)用紡織品》教學(xué)內(nèi)容包括生物醫(yī)用紡織品導(dǎo)論，生物醫(yī)用紡織品的生物學(xué)基礎(chǔ)和基本要求，生物醫(yī)用高分子，衛(wèi)生、保健、醫(yī)用防護用品類紡織品，體外醫(yī)療類紡織品，體外醫(yī)療類紡織品，智能醫(yī)用紡織品，生物醫(yī)用紡織品的測試，醫(yī)療器械的分類、標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)法規(guī)文件。

教學(xué)手段：以理論授課為主，以多媒體幻燈片開展教學(xué)。

考核方式：最終成績（S）=平時表現(xiàn)（A）×20%+作業(yè)（B）×20%+期末考試（C）×60%。

2 “生物醫(yī)用紡織品”教學(xué)現(xiàn)存問題

2.1 培養(yǎng)方案對課程設(shè)置與學(xué)生學(xué)習(xí)熱情之間的矛盾

武漢紡織大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院為紡織類專業(yè)本科四年級學(xué)生開設(shè)了“生物醫(yī)用紡織品”課程作為專業(yè)選修課，目的在于通過這門課的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對生物材料的基本原理、應(yīng)用及發(fā)展趨勢產(chǎn)生初步的了解，擴大學(xué)生的知識面，拓寬其視野，使其能初步應(yīng)用生命科學(xué)和材料科學(xué)相關(guān)知識分析和解決專業(yè)問題。然而，筆者發(fā)現(xiàn)目前普遍存在的問題是授課對象是畢業(yè)班的學(xué)生，大部分學(xué)生忙于考研和找工作，對該課程的學(xué)習(xí)熱情不高，出勤率也不理想。

2.2 缺少與“生物醫(yī)用紡織品”課程教綱內(nèi)容相適應(yīng)的教科書

現(xiàn)有的“生物醫(yī)用紡織品”相關(guān)教材較少，該課程選用的教材為王璐主編的《生物醫(yī)用紡織品》（2011年）。國內(nèi)外還有一些其他可參考的教材，包括德國V.T.巴特爾斯的《醫(yī)用紡織品手冊》（Elsevier，2022年）、王璐的《生物醫(yī)用紡織品測試與評價》（2022年）以及趙慧菁的《生物醫(yī)用非織造材料》（2022年）。目前，市面上現(xiàn)有的教材在知識點的布局與武漢紡織大學(xué)現(xiàn)行的《生物醫(yī)用紡織品》課程標(biāo)準(zhǔn)并不完全相符，不適用于紡織專業(yè)本科生的學(xué)習(xí)。同時，作為一門前沿交叉課程，教材知識點的不斷更新是適應(yīng)大學(xué)教學(xué)的必要前提。隨著生物醫(yī)用材料研究的迅猛發(fā)展，現(xiàn)有教材的內(nèi)容更新速度顯然無法適應(yīng)目前教學(xué)內(nèi)容的變化。

2.3 “生物醫(yī)用紡織品”實踐課的缺乏

“生物醫(yī)用紡織品”學(xué)科特點決定了實驗操作對課程學(xué)習(xí)的重要性，尤其涉及細胞生物學(xué)、組織工程等與紡織學(xué)科跨度較大的知識點，教學(xué)實踐和實驗課能在極大程度上提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和理解能力，但是紡織類院系基本不具備生物醫(yī)用材料的教學(xué)實驗室和實踐平臺。

2.4 學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力的不足

興趣是最好的學(xué)習(xí)動力，但在教學(xué)過程中，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并不容易。由于“生物醫(yī)用紡織品”是涉及多學(xué)科的交叉前沿學(xué)科，而紡織專業(yè)學(xué)生的生物學(xué)基礎(chǔ)欠缺，直接導(dǎo)致學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)興趣低。同時，高等教育的任務(wù)是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的高級專門人才，但如何將多學(xué)科的最新科學(xué)進展充分融入學(xué)科交叉的課堂教學(xué)中是本科教育的難點。

3 “生物醫(yī)用紡織品”教學(xué)改革和創(chuàng)新

3.1 不斷修訂人才培養(yǎng)方案以及課程標(biāo)準(zhǔn)

由于“生物醫(yī)用紡織品”是涉及多學(xué)科的交叉前沿學(xué)科，為順應(yīng)該學(xué)科的發(fā)展，體現(xiàn)相關(guān)領(lǐng)域最新的科學(xué)理念，對人才培養(yǎng)方案及課程標(biāo)準(zhǔn)進行及時修訂已成為當(dāng)務(wù)之急。為了實現(xiàn)高效率的人才培養(yǎng)，筆者對“生物醫(yī)用紡織品”課程培養(yǎng)方案進行了多輪修訂。武漢紡織大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院在設(shè)置“生物醫(yī)用紡織品”課程初期，是面向?qū)W校紡織類專業(yè)進行選修，涉及專業(yè)包括紡織工程和非織造材料與工程。為了適應(yīng)產(chǎn)業(yè)對人才培養(yǎng)的需求，2020年對該課程進行了進一步細化，在非織造材料與工程專業(yè)單獨開設(shè)了“醫(yī)療衛(wèi)生非織造材料”課程，但課程體系和要求與紡織工程專業(yè)的“生物醫(yī)用紡織品”基本類似，只是在內(nèi)容上進一步強化了非織造材料與技術(shù)部分。

畢業(yè)班大部分學(xué)生忙于考研和求職，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣，出勤率不理想，這是高校本科培養(yǎng)面臨的現(xiàn)實問題[5]。針對這種情況，學(xué)校在培養(yǎng)方案修訂過程中調(diào)整了課程設(shè)置，大四畢業(yè)班的課程以學(xué)年論文、實踐類課程為主，理論選修課程大部分調(diào)整到大三學(xué)習(xí)。前期，“生物醫(yī)用紡織品”課程是面向紡織類專業(yè)大四學(xué)生進行選修，在經(jīng)與系、院部討論之后，從2022年開始該課程調(diào)整到大三下學(xué)期開設(shè)。課程調(diào)整后，課堂教學(xué)效果顯著提高。

在課程考核上，早期采用課程論文的方式進行考核，效果較差，主要原因是本科生文獻的調(diào)研和總結(jié)能力較差，缺乏相應(yīng)的前期訓(xùn)練。從2021年開始，該課程采用期末試卷考試的方式進行考核：最終成績（S）=平時表現(xiàn)（A）×20%+作業(yè)（B）×20%+期末考試（C）×60%。從試卷分析結(jié)果對比來看，學(xué)生對基本知識點的掌握程度顯著提高。

3.2 教學(xué)內(nèi)容的選擇

交叉學(xué)科教育的核心是知識的整合，其過程是各個學(xué)科的相互作用，其目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力[6]。正確把握教學(xué)內(nèi)容、及時調(diào)整課程大綱以建立學(xué)科之間的聯(lián)系是提高教學(xué)質(zhì)量和效率的重要環(huán)節(jié)。武漢紡織大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院“生物醫(yī)用紡織品”最早的大綱規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容如下：生物醫(yī)用紡織品導(dǎo)論、醫(yī)用紡織品的生物學(xué)基礎(chǔ)、生物醫(yī)用纖維材料、移植用制品、體外治療用制品、衛(wèi)生保健醫(yī)用紡織品、人工器官用制品、組織工程醫(yī)用產(chǎn)品、醫(yī)用制品標(biāo)準(zhǔn)及基本法規(guī)、醫(yī)用制品的產(chǎn)業(yè)化及其供給體系。

在充分考慮生物醫(yī)用紡織品領(lǐng)域的快速發(fā)展、交叉學(xué)科教學(xué)的特點以及學(xué)生的知識背景基礎(chǔ)上，將2018版的大綱內(nèi)容調(diào)整如下：生物醫(yī)用紡織品導(dǎo)論，生物醫(yī)用紡織品的生物學(xué)基礎(chǔ)（重點強調(diào)纖維材料/細胞和機體相互作用），生物醫(yī)用材料的基本要求、醫(yī)療器械的分類和相關(guān)的法規(guī)文件，生物醫(yī)用高分子，衛(wèi)生、保健、防護用品紡織用品，體外醫(yī)療紡織用品，人工器官用紡織制品，植入性醫(yī)用紡織材料和器件。

在征集學(xué)生的反饋意見和考慮醫(yī)用紡織品的發(fā)展趨勢之后，在最新一版2023年大綱中作了進一步調(diào)整。將四大板塊“移植用制品、體外用制品、人工器官用制品、衛(wèi)生保?。ㄗo）用品”調(diào)整為“體外用制品、衛(wèi)生保健（護）用品、體內(nèi)用制品、智能醫(yī)用紡織品”，具體如下：將“人工器官用制品”章節(jié)刪除（人工器官雖然某些關(guān)鍵技術(shù)或者輔材會使用到紡織材料，比如人工腎使用了中空纖維，但主要是由復(fù)雜的機械、電子設(shè)備組成的系統(tǒng)，紡織類專業(yè)學(xué)生對相關(guān)內(nèi)容接受非常困難）；“生物醫(yī)用高分子”章節(jié)主要集中講解能規(guī)模化紡絲的常見高分子及其紡絲工藝（包括纖維素、甲殼素、蠶絲蛋白、膠原和臨床應(yīng)用的合成高分子），刪除了以非纖維形式應(yīng)用的生物醫(yī)用高分子；由于柔性傳感器件在醫(yī)療、健康領(lǐng)域的快速發(fā)展和臨床轉(zhuǎn)化，更加強調(diào)智能醫(yī)用紡織品；將醫(yī)療器械的分類、標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)法規(guī)文件介紹調(diào)整到最后部分，更有利于學(xué)生對知識點的理解；增加了“生物醫(yī)用紡織品的測試”，將材料的細胞生物學(xué)評價和抗菌用紡織品內(nèi)的抗菌測試集中調(diào)整到此章節(jié)。

3.3 解決《生物醫(yī)用紡織品》教材缺乏問題

當(dāng)前生物醫(yī)用紡織材料及其產(chǎn)品正處于快速發(fā)展時期，課程知識點涉及當(dāng)今科技前沿和熱點，但與這一新興課程相關(guān)的本科教材較為缺乏。組織教研小組編寫與學(xué)校課程大綱相適應(yīng)的教材是解決目前教材缺乏問題的有效方法[7]。課程教研小組組織多位教師歷經(jīng)兩年編寫了《生物醫(yī)用紡織材料》書稿。書稿充分考慮了新版課程大綱要求的內(nèi)容以及學(xué)校的特色研究方向，雖然暫未正式出版和仍需進一步修訂，但作為參考教材供學(xué)生使用效果良好，這也充分體現(xiàn)了教材和課程大綱的匹配度在教學(xué)中的重要性。在教材面世之前，可為學(xué)生制定與教學(xué)相關(guān)的參考書單，比如將王璐的《生物醫(yī)用紡織品》（2011年）和德國V.T.巴特爾斯的《醫(yī)用紡織品手冊》（Elsevier，2022年）推薦給學(xué)生分別作為學(xué)習(xí)教材和參考教材。

“生物醫(yī)用紡織品”學(xué)科交叉性和前沿性強，涵蓋知識面較廣，需要具備一定的專業(yè)知識才能更好地理解和學(xué)習(xí)，在教學(xué)內(nèi)容上不應(yīng)局限于教材[8]。授課教師在平時應(yīng)多收集一些相關(guān)經(jīng)典文獻和前沿文獻，尤其是英文文獻，供學(xué)生預(yù)習(xí)和參考。在教學(xué)過程中，筆者嘗試將經(jīng)典文獻和最新前沿文獻匯總成冊后供學(xué)生作為學(xué)習(xí)參考資料，取得了良好的效果。此外，為了讓學(xué)生能真正接觸到該研究領(lǐng)域的前沿知識，還需指導(dǎo)學(xué)生在學(xué)校購買的數(shù)據(jù)庫上快速搜索、篩選與整理最新文獻與知識。

3.4 實踐教學(xué)的安排

考慮到紡織院系不具備生物方向的教學(xué)實驗室和實踐平臺，難以設(shè)立實驗和實習(xí)課，應(yīng)發(fā)揮教師團隊科研平臺的作用。筆者的科研團隊主要從事生物材料的研究，能為學(xué)生提供課后實踐平臺。從歷年選課人數(shù)來看，該課程選課人數(shù)較多?？紤]到學(xué)生人數(shù)較多和生物實驗室條件有限，也無法同時為學(xué)生提供足夠的實驗場地，故以課后實驗室交流的方式進行實踐練習(xí)。

筆者安排了學(xué)生課后進入自己的科研實驗室學(xué)習(xí)，大大增強了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和對課程內(nèi)容的理解。在實際操作過程中，可以采取相對靈活的方式，在選定特定章節(jié)之后，組織感興趣的學(xué)生分批次進入實驗室觀摩學(xué)習(xí)。通過跟隨研究生進行細胞培養(yǎng)和生物材料支架的制備，學(xué)生同樣可以了解相關(guān)知識要點，教師可以在講授完支架材料制備的相關(guān)技術(shù)以后，讓學(xué)生自行利用課外時間跟隨研究生完成，并將其納入平時成績考核體系。

3.5 科研項目驅(qū)動的教學(xué)創(chuàng)新

筆者對科技創(chuàng)新項目驅(qū)動教學(xué)進行了研究，將跨學(xué)科研究理念融入交叉學(xué)科的教學(xué)中，以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力，實現(xiàn)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。借助筆者主持的湖北省教學(xué)研究項目“基于科技創(chuàng)新項目驅(qū)動的應(yīng)用型“生物醫(yī)用紡織品”教學(xué)研究與實踐”，對科研項目驅(qū)動的課程教學(xué)進行了探索。通過對課程內(nèi)容進行解構(gòu)，對解構(gòu)單元進行提煉形成不同研究方向的以學(xué)生為主體的科技創(chuàng)新項目，將科研項目嵌入課堂教學(xué)與課后教學(xué)中，建立理論教學(xué)與實踐教學(xué)的聯(lián)系，讓學(xué)生在“理論學(xué)習(xí)—探索性研究—課程實踐”交互式學(xué)習(xí)過程中對解構(gòu)單元進行交叉融合，建立該課程完整的知識體系，提升教學(xué)效果。根據(jù)課題研究的實際需要進行項目設(shè)計，以學(xué)生為中心、教師為主導(dǎo)、興趣為主線、大學(xué)生科技創(chuàng)新項目和教師科研項目為驅(qū)動、實驗室和“三創(chuàng)中心”為實踐平臺，使學(xué)生在完成任務(wù)的過程中掌握知識、技能和方法，并學(xué)以致用、觸類旁通，可以根據(jù)教綱和教材內(nèi)容，嘗試選擇幾類典型生物醫(yī)用紡織品，讓學(xué)生通過團隊形式選擇一個研究課題[8]。比如其中一屆學(xué)生的課題：（1）紗布敷料的表面功能化改性及性能測試；（2）蠶絲手術(shù)縫合線的設(shè)計、制備及功能化研究；（3）靜電紡絲納米纖維管狀組織工程支架的制備及性能研究；（4）纖維基傳感器件用于健康監(jiān)測的研究。

在具體實施過程中，不能以產(chǎn)出科研成果的思路要求學(xué)生，而是要以教學(xué)實踐的思路指導(dǎo)學(xué)生，可以適當(dāng)發(fā)揮科研成果的引導(dǎo)作用，嘗試將科技創(chuàng)新納入課程考核體系，調(diào)動學(xué)生的積極性。（1）將“參與科技創(chuàng)新活動”納入平時成績的考核體系中；（2）明確如果能在課程學(xué)習(xí)的學(xué)期內(nèi)、在教師的指導(dǎo)下獲得課程教綱規(guī)定內(nèi)容的方向排名第一的科研成果（論文投稿、專利申請或者比賽獲獎），可以直接認定成績優(yōu)秀，期末免考；（3）直接將研究項目擴展為畢業(yè)設(shè)計，通過“課程學(xué)習(xí)—課程實踐—科研項目參與—畢業(yè)論文”不斷深化的過程，直接引導(dǎo)學(xué)生形成從課程學(xué)習(xí)到畢業(yè)設(shè)計的思路。在近幾年的“生物醫(yī)用紡織品”教學(xué)過程中，多名學(xué)生積極參與到大學(xué)生科技創(chuàng)新項目和教師的科研項目中，利用業(yè)余時間投入實驗室，數(shù)名本科生以第一作者的身份發(fā)表了高水平的學(xué)術(shù)論文，取得了良好的教學(xué)和科研相互促進的學(xué)習(xí)效果。

4 結(jié)語

本研究主要對紡織類專業(yè)“生物醫(yī)用紡織品”課程教學(xué)所面臨的一些問題進行了分析和總結(jié)，并對該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、創(chuàng)新性改革等方面進行了不斷改進。經(jīng)過多年來對該課程的教學(xué)進行持續(xù)改革和創(chuàng)新后，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性得到了較大程度的提高，取得了良好的教學(xué)效果。立足該課程的帶動和輻射作用，學(xué)生在學(xué)術(shù)論文發(fā)表、發(fā)明專利申請、學(xué)生競賽等方面也取得了優(yōu)異的成績，課程論文、學(xué)年論文、畢業(yè)論文等其他課程方面的學(xué)習(xí)效果也得以提升，達到了科教融合的效果。相信通過對“生物醫(yī)用紡織品”教學(xué)的持續(xù)研究和改革，能充分提升學(xué)生的知識能力和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)，全面提高教學(xué)質(zhì)量。