新时期高校本科生物材料学教学模式探索

李贵才，王亚玲，赵亚红，张鲁中，杨宇民

（1.南通大学，江苏 南通 226001；2.南通大学化学化工学院，江苏 南通 226001）

生物材料是一类用于人体组织和器官诊断、修复或增进其功能的天然或合成材料，包括金属、陶瓷、无机及有机材料。随着经济的发展和社会的进步，人类对自身健康问题越来越重视，从整形医学到组织工程和再生医学等领域，生物材料都在其中发挥着不可或缺的作用。目前，生物材料已经应用到与临床相关的各种组织工程、器官修复和医疗器械植入等领域[1]。但是，人们生活质量的提高也对各种生物材料的质量提出更高要求。生物材料学是一门多学科交叉性很强的基础学科，涉及材料学、医学、生物学、物理、化学和计算机科学等学科，是生物（医学）工程和临床医学等专业的基础课程。在该课程学习过程中，往往是理论知识和应用开发相结合，并始终将生物材料与生物机体的相互作用紧密联系起来。学习生物材料学的目的是理论联系实际，实现对新的用于人类健康的各类生物材料植入器械的研发和应用。目前，我国有相当数量的高校在材料学或生命科学相关专业开设了生物材料学课程，起到了较好的传授生物材料学理论知识的作用。但是，多数学校在生物材料学教学中仍以填鸭式模式为主，而没有充分开发学生在学习生物材料学理论知识方面的潜能，从而在一定程度上限制了学生自身的思维和创新能力[2]。只有充分认识生物材料学在本科教学体系中的重要性，才能为学生今后从事生命科学相关工作奠定良好基础。

针对上述存在的问题及生物材料学的学科特性，南通大学神经科学系运用现代教育理念，以培养学生自学能力和发现问题、分析问题、解决问题能力为出发点，以提高学生综合素质为中心，通过引入多元化教学方法，在生物材料学教学改革方面进行了一些有益的尝试和探索，并取得了较好的效果。

1 生物材料学的重要性

据悉，全球每年需要各种组织或器官修复的患者有上千万，我国需要进行支架植入和心脏瓣膜更换的患者数量也达上百万，而各种体内植入器械都是由不同种类的生物材料制备而成。生物材料是指可用于修复、治疗或替代受损机体组织和器官的各种无机或有机材料，包括天然的或合成的高分子材料。现代医学治疗水平的提高，常伴有新材料的出现或改进，不同种类的生物材料已被广泛应用于临床治疗的各个环节。根据国家医疗器械分类标准，从属于一类医疗器械的手术刀柄到属于三类医疗器械的冠脉支架，均是由生物材料制备而成的。特别是用于开发体内植入器械的各种生物材料，更是在人类健康中发挥着不可或缺的作用[3]。当前，我国生物材料学教学多集中在研究生和博士生阶段，而忽视了在本科期间的学习。鉴于生物材料学在现代医学和人类健康中的重要作用，学生从本科阶段对生物材料学进行系统而深入的学习十分必要。

2 本科生物材料学教学现状

鉴于生物材料学科的意义及重要性，越来越多的高校开设了本科生物材料学课程。通过学习生物材料学，学生可以掌握生物材料的定义、组成、性能和分类，了解生物材料在医学领域的作用，如药物释放、器官修复和组织再生等，能在应用过程中合理选择生物材料并对其进行适当设计或修饰，以提高材料的生物相容性。目前，我国多数本科院校的生物材料学课程，依然采用以教师为中心的填鸭模式，教师主要依据教材和教学大纲，用文字或幻灯片形式，进行“以教师为主体，以讲课为中心”的大班全程灌输式教学[4]。理论授课的优点是能保证教学的深度和广度，知识比较全面、系统，重点明确；但其也存在一些明显的不足，比如课堂教学气氛沉闷，学生多是被动接受教学内容，许多术语仅凭文字描述难以理解，考试靠死记硬背，学生易懈怠和依赖教师。这就导致学生对生物材料缺乏感性认识，从而难以调动学习积极性，限制了发散性思维，也不利于创造性思维的培养。而且，生物材料学是一门理论性较强的学科，实验课较少，课堂授课缺乏与实际应用的直接联系。另外，从课程设置上来讲，大学本科生在学习这门课程时，缺乏对与生物材料直接相关的介入医疗器械的设计、研发和临床应用的感性认识，对各种生物材料临床应用中的关键环节及性能不了解，影响了对生物材料学基本理论的理解。久而久之，容易导致学生在实践中缺乏发现问题、分析问题和解决问题能力[5]。因此，如果不改变传统教学模式，就会在很大程度上挫伤或抑制学生的学习积极性。

3 开展多样化教学，加强学生能力培养

为提高本科生物材料学教学质量，同时提高学生发现问题、分析问题和解决问题能力，我们教学过程中，除讲授书本知识外，还采取了多样化的教学模式，加强了对学生能力的培养。

3.1 以学生为中心的交叉互动教学模式

传统教学以教师传授知识为主，学生在台下听讲，处于被动地位。而以学生为中心的交叉互动教学模式（Cross Interaction Teaching Model，CITM）是以“学生为主体，问题为中心”，在教师的整体把握和指导下，强调学生的主动参与，倡导学生主动学习[6-7]。以小组讨论为形式，在辅导教师的参与下，学生围绕某一问题进行研究学习。与传统教学模式不同，CITM改灌输式为启发式、互动式、自主学习式，采用辩论讨论、文献查阅和课堂报告等相互穿插的形式。在课程学习的不同阶段，教师有针对性地选择与教学内容密切相关的题目，并设定相关的专题题目。学生以组为单位，每组限定3～4人，选出组长，然后选取不同的题目查阅资料，制作幻灯片，并在课堂上进行模拟讲课。其他学生适时补充，增强学生参与意识，发挥主观能动性。讲课结束，任课教师现场点评，并请全班学生进行提问或者讨论。随后由各组组长对讲课者按照事先制作好的评分细则进行评分。CITM详细过程如图1所示。

CITM转变了教师教学方式和学生学习方式，能更好地培养学生自学能力和发现问题、解决问题能力。但CITM要求教师在教学中不断补充、完善知识，对教学材料进行深入研究；鼓励学生对教材相关内容进行自学，借助网络等手段查阅文献资料，从而拓宽知识面，加深对所学内容的理解。例如，在进行仿生学章节教学时，针对仿生制备生物材料的意义展开讨论，引申出仿生学的发展史以及仿生学研究进展。学生查阅相关资料，以“仿生学在生物材料和组织工程中的研究进展及相关应用”为专题，将查阅的资料整理好并制作成幻灯片，进行集体讨论，进一步从不同角度对仿生学的进展及其在组织工程和再生医学中的应用进行更好的理解[8]。

图1 CITM流程图

CITM对于提高本科生物材料学教学质量具有很多有益之处。第一，它改变了原有的“以教师为中心”的教学方法，以问题为引导，层层深入，提高了学生学习主动性和积极性，锻炼了自主学习能力。第二，学生站上讲台进行模拟讲课，可以培养表达能力、沟通交流能力，增强团队合作精神。第三，能够实现教学相长。“师者，传道授业解惑也。”这就要求教师平时密切关注生物材料学发展动向，不断学习新的理论和知识，经常阅览国内外相关领域的期刊，并多参加学术会议，了解国内外最新研究进展，以使自己的知识跟上科技发展的步伐。另外，CITM不仅可以发挥学生的主动性，还建立了良好的师生关系，教师热情的鼓励和中肯的评价，能使学生找到努力的方向和前进的动力，同时也使学生学术水平得到提高，初步培养了文献检索能力和科研能力[9-10]。而且，学生间相互学习，加深了对所学内容的认识，在分工查阅文献过程中，明确了小组成员各自的工作职责及工作内容，培养了团队协作精神，教学效果明显提高。

但是，在采用CITM过程中，我们也发现了一些不足之处。首先，CITM需要学生具备一定的自学能力，在掌握书本知识的前提下，能通过图书馆和网络自主查阅资料获得更多更新的信息。这必然需要学生花费很多时间，但是有些学生为了节约时间，采用偷工减料方式，直接将网上下载的资料不经消化吸收后照搬照用，影响了学习质量。其次，学生习惯了被动接受知识的传统课堂教学模式，不能真正理解CITM的内涵，很多学生第一次站上讲台不敢开口讲，或过于紧张不能把问题讲清楚。最后，因CITM对教师掌控课堂能力和临场应变能力要求较高，授课教师对此教学模式的研究尚处于初级阶段，缺乏经验，需要进一步提高相关教学技巧。

3.2 随堂作业和课外见习实践

生物材料学是一门多学科交叉的课程，组织工程和再生医学的发展与生物材料学的发展密切相关。但是，对于本科生来讲，生物材料学知识相对比较枯燥、抽象，在学习过程中往往难以真正理解生物材料与实际应用之间的关系。因此，可以通过以下两种方式来拓展教学。第一是布置随堂作业。教师就章节某一专题给学生布置作业，在规定时间内上交作业，并要求全部用手写。学生在完成作业过程中广泛查阅资料，从而更好地了解生物材料学现状和发展，以及生物材料在组织工程、再生医学和临床中的实际使用情况。第二是开展课外实践活动[11-12]。教师可以根据课程安排，让学生在空闲时间到生物材料相关实验室进行见习，或者通过参加大学生创新实践方式加入生物材料研究小组。这能让学生更深刻地体会和了解什么是生物材料，生物材料是如何被设计出来和加工制备的，生物材料如何进行表征，以及生物材料如何进行应用。这样既提高了学生的学习兴趣，也很好地缓解了学生难学难懂的畏惧心理。当教师再回到课堂上讲解生物材料内容时，学生就能比较容易地理解和接受。另外，由于现代生物材料学发展迅速，用生物材料制成的各种医疗器械更新换代也越来越快[13]，因此，为了让学生能及时了解各种新材料、新技术的临床应用情况，了解最新生物材料的研发动态和应用方向，教师可以组织学生参加生物材料医疗器械展览会，为他们将来走上工作岗位后能更快更好地掌握和应用生物材料奠定基础。

随堂作业和课外实践教学，可以激发学生专业学习兴趣和积极性。有些学生可能会对生物材料本身产生兴趣，从而立志从事生物材料研究开发工作，这些都会对个人将来的职业定位产生重要影响。

3.3 加强实物展示及多媒体教学

鉴于生物材料学自身理论性较强的特点，学生在理解教材内容上存在一定困难。因此，教师在讲授课程内容时，可以通过实物展示或多媒体教学来增强学生的认识和理解[14-15]。例如，学习组织工程章节，可选择成品神经导管向学生直观展示，增强其感性认识，使原本抽象的内容变得直观、易于理解。在讲解生物材料表面性质与改性时，可利用多媒体，融图像、动画和声音等信息于一体，对学生多种感官形成刺激，从而加深其对知识的理解和记忆。另外，视频资料在生物材料学教学中也起到非常重要的作用。例如学习红外光谱分析时，可以播放红外光谱分析实验的视频讲解资料，让学生身临其境感受红外光谱实验是如何进行的，结果又是如何分析的，从而获得生物材料表征的最直观认识，使整体教学效果变得更好。

4 结论

当今，组织工程和再生医学的发展以及各种介入医疗器械在临床上的良好应用，均离不开生物材料学的发展。而生物材料学是应用的基础，对于指导优异生物相容性的介入医疗器械的开发具有重要意义。这就需要我们在生物材料学教学过程中，不断探索新的教学模式，提高质量和效果。为了更好地开展教学，本文分析了传统教学模式的不足，探索了CITM、课外见习实践、实物展示和多媒体教学等新的教学模式在生物材料学教学中的应用，分析了各种教学模式的利弊，希望能在今后的教学过程中逐渐积累、总结经验，以达到各种教学模式的优化组合，提高教学效果，培养高素质生物材料专业人才。通过在生物材料学教学过程中采用多样化的教学模式，可以充分调动学生的积极性和创造力，收到了较好的教学效果。另外，在该课程教学过程中，我们也深刻体会到要提高生物材料学课程教学效果和质量，任课教师需要切切实实地投入时间与精力，认真钻研教学内容，转变教学理念，并真正站在学生能力培养角度来施教，不断探索和优化多元化的实验教学方法，从而提高教学水平。