医材交叉融合培养材料类本科创新人才研究

汤玉斐　吴子祥　赵康　张国君

[摘 要] 生物医用材料是目前材料与医学领域交叉的重要方向之一，生物醫用材料企业对学科交叉创新人才的需求日益增长。以地方工科无医学院高校——西安理工大学为例，针对目前医材交叉融合培养本科创新人才中存在的问题，在新工科建设的基础上，以阶段性、多点式在材料类人才培养中融入医学，形成医材交叉融合创新人才培养模式，对推进新工科与新医科结合培养交叉创新型人才的培养水平、促进两学科的高质量融合发展具有重要的意义。

[关键词] 学科交叉;医材融合;人才培养;创新能力;新工科

[基金项目] 2019年度陕西省高等教育教学改革研究项目“面向新工科的‘材料++创新人才培养模式改革与实践”（19BY045）;2020年度陕西省新工科研究与实践项目“‘医工交叉融合创新型本科人才工程教育组织模式研究与实践”（陕教

〔2020〕75）;2018年度西安理工大学教学研究项目“材料类本科创新人才分类培养模式的探索与改革”（xjy1844）

[作者简介] 汤玉斐（1982—），男，陕西西安人，工学博士，西安理工大学材料科学与工程学院副院长，教授，博士生导师，主要从事功能材料研究;吴子祥（1978—），男，安徽蚌埠人，医学博士，中国人民解放军空军军医大学西京医院骨科副主任，副教授，副主任医师，主要从事骨科临床医学研究;赵 康（1963—），男，山东济宁人，工学博士，西安理工大学校长助理，教授，博士生导师，主要从事功能陶瓷研究。

[中图分类号] G420   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）16-0013-04    [收稿日期] 2021-01-20

一、引言

“十三五”以来，我国生物医用材料发展迅速，目前市场规模已超过4000亿元[1]，同时受中国利好政策的支持、人口老龄化日益严重、国民收入逐步提升等因素的驱动，未来还将保持高速发展。随着我国科技创新能力的提升，对国外进口医用材料的依赖程度大幅降低，近五年来国内的生物医用材料企业数量急剧增加，特别是非沿海发达地区的企业数量突飞猛增，对于生物医用材料领域创新人才的需求也大幅增加。

材料作为人类社会三大支柱之一，具有与生俱来的创新性以及交叉特性，在与其他学科进行交叉融合时具有先天优势，如电子行业、航空航天、生物医用领域的发展和突破均离不开材料的支持[2]。其中，在生物医用材料企业中，也面临着产业升级转型和社会需求的变化，这就使其对人才的知识广度、知识深度、实践技能以及创新能力有着更高的要求，因此，多学科交叉融合已成为材料类专业创新人才培养面临的新问题。那么材料类专业在新工科建设的基础上，以阶段性、多点式将新工科与新医科进行融合，形成医材交叉融合创新人才培养模式是目前解决生物医用材料企业人才迫切需求的主要路径之一。

二、医材交叉融合培养本科创新人才的现状

（一）医工交叉融合以综合性大学的医学类专业学生为主体，且以校内医工交叉为主

20世纪末，在我国高校结构改革过程中，部分综合性大学或工科高校与医科院校进行合并，组建成了新的高水平综合性大学[3]。这就为医工交叉融合提供了新的契机，临床医学专业与图像处理专业、电子信息工程专业在科学研究、产品研发等方面都有着较为深入的合作，对推动医疗水平提高起到积极作用。但是，受当时产业需求的影响，上述合作一般都以医学专业的学生为主体，特别是在影像学、检验学等具有跨学科需求的专业人才培养中，增加计算机、电子、信息化等专业的课程，使其了解对应的工科背景知识。同时，为了便于教学，这类交叉大都在拥有医学院的综合性大学中开展，这在一定程度上实现了跨学科交叉培养复合型人才[4]。然而，在目前生物医用材料企业对人才的需求方面，医学专业与材料类专业的培养体系和知识领域差异非常大，仅具有材料知识背景的医学专业毕业生并不能满足生物医用材料企业的人才需求，特别是研发和生产岗位。医学专业人才更多是面向治疗，对于生物医用材料主要是直接使用以及基于使用提出进一步改进的需求，实际属于用户方，而材料类专业人才主要是根据使用需求进行研发和生产，这才与生物医用材料企业的需求相符。

（二）生物医用材料企业对医材复合专业人才的需求与现行培养模式契合度不高

近年来，随着人们对健康问题的重视，生物医用材料企业和医疗器械企业对于人才的需求已经从单一的医学毕业生和材料类毕业生逐渐转变为医材复合型专业人才。部分高校将生物医学类与材料类专业合并，设立了少量专门的交叉学科专业，如生物医学工程，但是尽管涉及材料和加工方法，该类专业从事的仍主要是生物学和医学等方面的研究。此外，也有高校以科技竞赛为纽带推进材料类与医学类学生的联合培养，然而在现行的人才培养模式下两类专业仍是各自关注于本学科专业的知识与技能，只是相互开设少量选修课，这使得两者间知识体系的壁垒仍然存在。在科技竞赛过程中，医学类学生和材料类学生往往仍旧扮演着本专业的技术角色，严格的分工也使得医工复合型人才的培养并没有实质的成效。

（三）医材交叉融合聚焦科研合作和研究生教育，对本科人才培养重视不足，生物医用材料企业人才需求缺口大

现有医材学科交叉人才培养大都聚焦于两学科的科研合作，并以科研课题的合作为载体培养了大量学科交叉的硕士和博士研究生。然而，对于本科人才培养如何开展，医材交叉融合的重视程度不足，特别是没有医学院的高校在这方面更为艰难，这已成为新工科如何与新医科有机融合亟待解决的关键问题。以西安理工大学为典型代表的地方工科高校主要承担着本科人才的培养，毕业生主要服务于地方企业和行业，在地方工科高校材料类专业开展医材交叉融合可以培养大量的复合型人才，可以有效解决生物医用材料企业的本科人才需求问题。

三、地方工科高校医材交叉融合的改革研究

（一）凝练特色，发挥医学与材料两专业现有优势，以临床需求为依托打破学科知识壁垒

西安理工大学材料科学与工程学院的办学始于1946年，70余年的办学历史使其形成了鲜明的特色，依托的材料科学与工程在教育部第四轮学科评估中为B，培养的本科生在行业内具有较好的声誉。为培养能满足新时代行业和社会需求的材料专业高素质创新人才，开展了多方位的教学模式和专业培养改革，其中在校企联合培养提升工程实践能力方面取得显著成效。此外，近年来学院在陕西省教育教学改革项目、陕西省新工科实践与研究项目的支持下，开展学科交叉融合培养本科创新人才的探索与实践，新增一个专业进入国家一流专业建设点、两个专业进入陕西省一流专业建设点，并在此基础上获得陕西省教学成果特等奖两项、一等和二等奖多项。

合作开展医材交叉培养的中国人民解放军空军军医大学的临床医学专业是西北地区优势医学类专业，依托的学科为国家重点学科，通过“器官—系统—疾病”为主线的教学模式，为军队和地方培养了大批具有科学完整医学知识体系和丰富实践经验的优秀人才。在教学实践过程中，以外科学、口腔医学为代表的专业方向与材料科学的联系非常紧密，植入材料和医疗器械材料的进步推动着临床治疗水平的提升。因此，基于临床需求与西安理工大学有着十余年的科研合作，全部以临床治疗过程中对材料的实际需求为依托，包括骨科植入材料、骨水泥、医疗器械材料、齿科材料等。同时，首先开展了研究生的联合培养，部分医生和教员也被聘为西安理工大学兼职导师或合作指导教师。目前，学科交叉培养已从研究生延伸到本科生，在课程体系、实践项目、学科交叉培养平台和师资方面进行了改革探索，尤其在本科生毕业设计、创新创业项目、学科竞赛等方面也取得了显著的成绩，获得国家和省部级多项奖项。

（二）需求导向，构建学科交叉融合的“材料+医学”新型专业课程体系

调研生物医用材料企业对医材复合型创新人才的知识和技能需求，在现有培养方案基础上进行课程体系重构，既不能脱离材料类专业本身，又能在人才培养全过程融入医材交叉知识。在课程总体规划方面，80%左右学分的专业课程仍以本专业知识为主，培养学生扎实的材料专业基础和创新能力，同时约20%的学分用于开设与医学前沿最新内容、临床治疗需求、企业生产需求相融合的交叉学科课程群，培养学生面向生物医用材料研发、生产的知识背景和应用能力。

在课程设置和知识体系构建中，避免了简单的模块式课程培养，而是创新性探索出“双线并进”融合培养模式。首先，结合本专业人才创新能力培养主线，将生物医用材料需求和最新发展动态贯穿四年的培养，包括大一“神奇的材料”新生研讨课程、大二“创新创业指导”创新能力拓展课程、大三“生产实习”专业实践课程、大四“材料科学技术前沿”学科前沿课程等;其次，在三、四年级专业方向课和选修课中设置医材交叉融合课程，在专业能力培养主线中融入医学知识，包括“生物医用材料”“材料生物力学”等，同时，修订课程大纲时在现有的材料专业课程中多点式融入相关生物医用材料专业知识，包括“高分子材料概论”“材料表面工程”“陶瓷材料学”和“功能材料”等。两条主线的脉络清晰但又相互融合，在不同的时期主次分明，形成了阶段式、多点式交叉融合的“材料+医学”新型专业课程体系。

（三）兴趣驱动，建立分层次多类别的“材料+医学”创新实践平台，实现创新实践与专业实践深度融合

在实践教学过程中，结合当前创新人才培养所要求的多学科协同交叉融合的新趋势，建成医用金属、医用陶瓷、医用高分子和医用器械创新人才培养平台，面向不同年级学生开展“做中学——创新思维训练”（一年级）、“学中研——创新方法实践”（二、三年级）和“研中创——创新能力提升”（四年级）三个层次的培养模式，通过细化创新学分认定制度、实施创新基金保障制度、制定指导教师指导创新实践激励制度等，依托优势科研团队形成了四类开放交叉学科平台，实现创新实践活动与专业实践活动相融合。

通过实践教学和创新活动两大渠道，在医材交叉课程体系培养的基础上进行创新能力的培养。实践教学渠道主要包括专业课程设计、专业综合实验、毕业设计三个环节，其中依托医学和材料间的科研合作，以真实课题和项目的形式将所学专业知识应用到实际中。创新活动渠道包括学院的“晶体之光”科技竞赛，学校以及跨校的科技竞赛、各级各类大学生创新创业训练计划项目和学科竞赛等，以前期产生的科技成果为依托培养学生创新创业能力。近年来，本科生在毕业设计中参与生物医用材料的研发取得了显著成效，参与发表SCI高水平论文和申请中国发明专利的人数大幅提升，每年占比約15%，特别典型的是在医用钛合金螺钉、医用骨水泥材料、医用金属支架、齿科生物陶瓷等领域，获得中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛铜奖两项，本科生主持的生物医用材料类国家和省级大学生创新创业计划项目十余项。双选就业时，具有医学背景知识的材料类创新人才备受欢迎，在生物医用材料企业工作的毕业生人数迅速增加。

（四）教研融合，建设跨学科、跨学校交叉融合“材料+医学”师资团队，并开放材料创新实验室和细胞学实验室

与分层次多类别创新实践平台相对应，依托优势科研团队，建立了跨学科、跨学校交叉融合的“骨科无机材料”“可降解医用金属”“医用高分子材料”“运动辅助器械”四大“材料+医学”师资团队，涉及材料学、临床医学、机械等学科，定期与西京医院等医疗单位、生物医用材料企业开展技术需求、产品需求以及人才知识、能力需求的研讨，以多学科交叉融合为基础，促进学科交叉融合向科学交叉融合转变，以“大创项目、挑战杯、互联网+”等竞赛为纽带，以本科毕业设计为主阵地，提升学生的创新能力。

通过开放材料类的创新实验室和医学类细胞实验室，同时聘请大量高年资医生、生物医用材料企业技术骨干等为企业导师进入教学团队，以卓越工程师培养计划为中心辐射整个材料类专业，开展医材交叉融合本科人才的培养，毕业生在材料专业知识的基础上，充分了解生物医用材料在医学方面的需求、生物医用材料企业在产品开发和生产方面的要求，具备利用两专业交叉的知识解决问题的能力和创新能力，能够更有针对性地从事生物应用材料及其产品的研发、生产、销售工作，为生物医用材料企业的发展、升级提供智力支持。同时，基于生物医用材料产品的需求，还可以通过教学反哺交叉学科的发展，促进医材交叉科学研究的合作，推动生物医用材料的落地转化进程。近两年，生物医用材料成果转化四项，其中一项成果获得陕西省技术发明一等奖。

四、結语

《关于高等学校加快“双一流”建设的指导意见》中强调“构建协调可持续发展的学科体系”，“打破传统学科之间的壁垒”，“整合相关传统学科资源，促进基础学科、应用学科交叉融合”。因此，面向材料类工科专业开设“新工科+新医科”交叉学科课程，建立分层次多类别的“材料+医学”创新实践平台，建设跨学科、跨学校交叉融合“材料+医学”师资团队，以医学和材料学科交叉融合为基础提升本科生创新能力，将成为面向新工科创新人才培养的新途径，促进学科交叉融合向科学交叉融合转变，既满足我国新时代社会经济发展需要，又能为新兴的医疗健康产业的突破性发展提供智力支持。

参考文献

[1]2021年中国生物医用材料行业市场运营格局分析及发展前景预测[R].中金企信国际咨询，2021：1-3.

[2]李磊，曲选辉.材料类创新型本科人才培养的探索与实践[J].中国大学教学，2015（4）：40-42+50.

[3]王大珅，张涛，房蓓.生物医学工程专业“医·工”结合教学改革的研究[J].高教学刊，2019（12）：59-61.

[4]刘巧红.医学院校医工结合的教育改革探索及对策建议[J].教育教学论坛，2017（46）：143-144.

Research on Cultivating Innovative Undergraduate Talents in Materials Major by the Interdisciplinary Integration of Medicine and Materials

TANG Yu-fei1， WU Zi-xiang2， ZHAO Kang1， ZHANG Guo-jun1

（1.School of Materials Science and Engineering， Xi'an University of Technology， Xi'an， Shaanxi 710048， China; 2. Xijing Hospital， PlA Air Force Military Medical University， Xi'an，

Shaanxi 710032， China）

Abstract： The biomedical materials is one of the important directions in the interdisciplinary field of materials and medicine. Biomedical materials enterprises have an increasing demand for interdisciplinary innovative talents. Xi'an University of Technology， a local engineering university without a medical school， is taken as an example in this paper. In view of the existing problems in the interdisciplinary integration of medicine and materials training for undergraduate innovative talents， and on the basis of "emerging engineering education" construction， we should integrate medicine into the training of materials talents in a phased and multi-point way， so as to form the interdisciplinary integration of medicine and materials training model for innovative talents， which is of great significance to promote the training level of interdisciplinary innovation talents through the combination of "emerging engineering education" and "new medical science"， and to promote the high quality integrated development of the two disciplines.

Key words： interdisciplinary; integration of medicine and materials; talent cultivation; innovation ability; "emerging engineering education"