材料科学基础课程在生物医学工程专业中的教学探索

胡银春 黄棣 魏延 韩志军

[摘 要] 材料科学基础作为生物材料课程知识体系的重要基础理论课程，是生物医学工程专业培养生物材料专业人才的必修课程。为了提升生物医学工程专业材料科学基础课程教学质量，培养高素质复合型生物医学工程专业人才，基于生物医学工程专业特色，我们建立了适用的材料科学基础知识体系、引入启发诱导式教学模式和合理的考核机制。

[关键词] 材料科学基础;生物医学工程;教学探索

[基金项目] 国家自然科学基金（11802197）;山西省重点研发计划（201903D421064）

[作者简介] 胡银春（1983—），女，河南西华人，材料学博士，太原理工大学副教授，研究方向为生物材料领域。

[中图分类号] G423    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）42-0181-02    [收稿日期] 2020-03-06

引言

生物医学工程是包含多种技术并交叉融合的一个专业，综合了生物学、医学与工程学的理论和方法，其主要分支方向包括生物力学、组织工程学、生物材料、人工器官、生物医学信号、生物医学影像等。生物材料学是生物医学工程专业的主要研究方向之一，主要研究和人体机体相适应的、以诊断治疗或替换体内组织器官或增进其功能的材料，在生命科学前沿研究中占据极其重要的地位。目前生物材料已成功地应用于人工骨与关节、医用导管、人工肾、人工心脏瓣膜、人工植入物、如血管类等药物缓释载体等。生物材料學涉及学科领域多而广，如医学、生物学、材料学、物理、化学、机电、信息等，是典型的多学科交叉学科。生物材料是一门分量较重的专业课程，主要通过学习生物医用金属材料、陶瓷材料与高分子材料的组成结构、物理化学性能及生物相容性评价等，使学生对现代生物材料的基本原理、应用与发展趋势形成较为全面的认识。

通过调研国内外相关教材发现，较为完善的生物材料课程知识体系，一般包括材料学与生物学层面的内容。从材料学角度看，需要讲授的内容包括生物材料的类型、性质、化学结构、物理性能、力学性能、降解、加工工艺、表面特性等，为学生打造良好的材料科学基础;从生物学层面看，需要讲授的内容包括蛋白质、细胞与生物材料的相互作用、生物材料植入体引起的人体急性炎症、血栓、免疫反应、感染、肿瘤及钙化反应等。鉴于此，我校生物医学工程专业本科生的生物材料课程体系，由材料科学基础、生物材料与人工器官、生物医学工程导论等多门课程组成。

一、建立适用于生物医学工程专业的材料科学基础课程知识体系

材料科学基础课程是国内各大院校材料学相关专业开设的重要专业必修课程，是研究材料组成、结构、制备、性能及应用之间相互关系的一门重要学科，对学生后续材料类专业课程的学习具有重要意义。该课程具有知识点多、内容杂、难记忆等特点。我校生物医学工程专业生物材料方向的本科三年级学生开始此课程，作为专业基础必修课，课程安排在大三上学期。目的是强化学生的生物医学工程专业知识和专业思维，让学生学会运用已学的专业知识和基础理论分析生物材料科学问题，辅助学生锻炼专业能力、形成专业的生物材料科学素养。

结合专业培养目标，选用化学工业出版社出版，顾宜、赵长生等编著的《材料科学与工程基础》作为教材。主要理论和实践教学内容和课时安排如表所示。其中理论教学核心内容分为以下四个部分：第一部分是材料结构基础，介绍材料的尺度、电子结构、原子堆积状态、固体转变和材料表面等概念;第二部分是材料组成与结构，是对第一部分的深化理解，包括金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料四个部分;第三部分是材料的性能，介绍材料的力学性能、热学性能、光电磁性能及纳米效应;第四部分主要介绍材料的制备方法和成型加工工艺。同时将材料基础理论与专业实际应用相结合，开展新型生物材料调研报告会，引导学生将材料科学基础理论知识用于分析新型生物材料实际应用案例。从以上教学内容可以看出，本门课程内容多、涵盖面广、授课难度大。新材料发展日新月异，生物材料作为新兴的材料应用领域，要求生物医学工程专业的任课教师需要紧跟生物材料前沿动态，引导学生逐步深入理解材料科学基础知识，为将来进行灵活的生物材料设计和选择奠定材料学理论基础。

二、启发诱导式教学模式

材料科学基础课程主要通过对“材料科学，即为什么”和“材料工程，亦即怎样做”两个方面的学习，建立认识材料物质结构、性质、加工和使用性能之间的相互联系，并由此形成扎实的材料科学基础知识体系，为学生深入研究探索材料科学，更有效地在生物医学领域中的应用，提供理论基础。

三、建立合理的考核机制

考核是教学不可缺少的环节，多样化的教学方式需要配套的合理考核机制。学生的成绩不能仅仅由卷面成绩和出勤决定，需要结合文献查阅、课题调研及科研报告等方面考查学生的探索能力，从而更切实地给出学生的最终成绩。这种多方位的考核方式能客观地展现学生在本课程学习中的综合能力。本课程采用“平时+期末+实验”的考核模式，平时成绩包括出勤、作业、资料调研、科学探索等环节。

四、总结与展望

在材料科学迅猛发展的大背景下，生物材料与时俱进，生物医学工程专业的材料科学与工程基础课程的教学内容、教学方法都应该不断改革以适应新形势。基于生物医学工程专业的特点和现状，对材料科学与工程基础课程的教学改革进行了探索和研究。经过具体教学实践，学生的整体学习情况良好、学习主动性得到改善，相当一部分学生课下能够主动查阅延伸文献、积极讨论相关问题。今后应继续探索，制定适合本专业学生的教学内容和教育模式，提高教学质量，培养生物医学工程复合型高素质人才。

参考文献

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Teaching Exploration of the Course of Fundamental of Materials Science in Biomedical Engineering Specialty

HU Yin-chun，HUANG Di，WEI Yan，HAN Zhi-jun

（College of Biomedical Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan，Shanxi 030024，China）

Abstract：As an important basic theoretical course in the knowledge system of bio-materials curriculum，the course of Fundamental of Materials Science is a required course for the cultivation of bio-materials professionals in the specialty of biomedical engineering.In order to improve the teaching quality of the course of Fundamental of Materials Science of the biomedical engineering specialty and train high-quality compound biomedical engineering professionals，based on the characteristics of biomedical engineering specialty，we have established a suitable knowledge system of this course，introduced heuristic-induced teaching model and reasonable assessment mechanism.

Key words：Fundamental of Materials Science;biomedical engineering;teaching exploration