新时代背景下先进生物医学材料研究生课程教学质量提升方法探讨

杜田明 乔爱科

摘  要：该文旨在探讨新时代“医工交叉”融合背景下，如何通过优化课程内容、创新教学方法、教学模式和引入相关资源，提升先进生物医学材料研究生课程的教学质量。在内容上，针对学生的背景不同，区分基础板块和进阶板块。基础板块围绕生物材料的发展历程、基本特点和分类展开。进阶板块注重材料的先进性问题围绕具有广阔发展前景和应用空间先进生物材料展开。同时，采用多模式、多途径教学，理论联系实际，通过启发思考、方法传授、趣味教学与传统教学和多媒体教学相结合，引入不同的学习资源，提高教学效果。同时，注重思政教育，将思政教育融入教学过程，引导学生思考与民生问题相关的医学与生物材料交叉领域问题。课上、课下与学生互动交流，提高学生的学习效果和兴趣，培养具有创新能力和实践能力的专业人才。

关键词：先进生物医学材料；教研结合；教学模式；教学案例；资源引入

中图分类号：G643        文献标志码：A          文章编号：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

中國特色社会主义发展进入了新时代，党和国家越来越重视、关注高层次人才的培养以满足人民日益增长的对提高生活水平和生活质量的追求。医学水平的提高和进步是切实解决人民需求的重中之重。而生物医学材料领域的快速发展对于推动医学进步和提高人民健康水平具有重要意义。随着“医工交叉”新时代的到来，生物医学工程学科应运而生。而生物医学材料是生物医学工程学科的重要分支。因此，进行高水平的研究生课程建设，提升先进生物医学材料研究生课程的教学质量，对于促进“医工交叉”融合，培养具有创新能力和实践能力的专业人才，满足社会需求具有重要意义[1]。

生物医学材料又称为生物材料，是许多高校争相发展的重要学科方向，是生物医学工程专业的重要组成部分。生物医学材料最鲜明的特点就是多学科交叉，融合了医学、材料学、生物学、化学和工程学等多个学科的知识[2]。研究生作为高层次人才，其培养过程更加重视先进性，关注学科领域的发展前沿，因而先进生物医学材料成为培养高水平生物医学工程专业硕士、博士研究生的专业核心课程。

但是，在研究生的培养和课程教学中发现，存在着诸如由于本科阶段不同学校授课的侧重点不同、生物医学工程专业的强交叉性，学生对于专业背景知识的学习不同，学生的专业背景呈现多样化；学生对于研究生课程的重视程度不够；教师教学模式单一等问题[3-4]。这些问题阻碍了教学水平的提高，以及培养具有独立自主思考和学习能力的高层次人才目标的实现。

因此，基于对新时代“医工交叉”融合背景与以上研究生培养及教学中出现问题的思考和探究，在面向硕士、博士研究生的先进生物医学材料课程实际教学活动中，笔者针对北京工业大学生物医学工程专业硕士、博士研究生的生物医学工程专业背景及实际研究课题方向的相关性等客观情况，着力创新教学与科研相融合的教学理念和服务模式，通过优化课程内容、创新教学方法、教学模式，引入相关资源等来提升教学质量和研究生的自主学习能力。

一  优化课程内容——基础教学与先进性相结合

先进生物医学材料课程面向的是生物医学工程专业的硕士研究生和博士研究生。针对北京工业大学生物医学工程专业学术型和专业型硕士、博士研究生的学科背景偏向电子信息及医学图像处理等，对生物材料基础知识背景缺乏的问题，本课程的学习内容分为基础版块和进阶版块两部分，能够满足多学科交叉背景下不同层次研究生的学习需求[5]。

基础版块的主要内容是围绕生物材料的基本要求、发展历程、分类方法、表面改性、成型加工，以及按照材料来源划分的高分子生物医用材料、无机生物医用材料、金属生物医用材料等开展课堂教学，让学生快速认识什么是生物医学材料。同时，通过系统梳理生物材料中涉及的基本知识框架，大大提高了学生对课堂知识的输出效率。同时，由于研究生即将或正在进行自己的课题研究，比如金属生物医用材料与大部分同学的课题研究紧密相关。针对这一特点，对应的金属生物医用材料课程内容将更加详细，包括但不限于金属生物医用材料的基本特点、分类、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临的问题和挑战。当然，受课时限制，其他不同类型的生物医学材料相关知识，在课程内容上将进行缩减。突出以学生为核心的课程前沿特色和服务理念[6]。

进阶版块的主要内容围绕材料的先进性展开。由于面向的是硕士、博士研究生群体，其本身的研究课题所在领域较为前沿，相关知识未包含在教材中等原因，课程内容围绕近年来处于前沿领域的纳米材料、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热点（3D打印、生物打印和等离子改性等）开展课堂教学，提高学生对课堂知识的学习兴趣，拓展学生的视野。同时，通过更加具有针对性的案例分析和实践操作提升学生的实践和应用能力。以胶原基生物医用材料为例，胶原基生物医学材料作为重要的生物衍生材料，其在心血管和骨科中应用前景广阔，那么胶原的结构特点、改性、加工成型和应用拓展等都是课程介绍的重点。

二  創新教学方法——启发与教学并行，人文与科学并重

针对本科生和研究生之间的显著区别，对研究生教学应该更加注重培养学生独立思考问题和解决问题的能力。创新教学方法和教学模式[7]。

首先，采用启发式教学，从授人以鱼，到授人以渔。引导学生学会思考。使学生具有发散思维模式，从不同角度、不同学科学习借鉴，充分发挥学科交叉的优势。例如，在介绍生物仿生材料时，不仅介绍生物材料，还结合了最新的智能机器人、防水服、隐身服和向日葵的向阳性等仿生学的前沿进展，通过结合现实生活中那些看起来“高大上”的智能化设备研究，一方面激发学生对于科学研究的兴趣，提高学习的热情，另一方面启发学生从生活中、自然界中思考问题、寻找解决问题的方法。学会“取其精华，去其糟粕”，充分发挥学科交叉的优势。

其次，教学与研究相结合，从被动授课到主动学习。将科研融入课堂教学，针对当下的课程内容，总结国内外研究的最新文献报道。例如，在介绍材料的改性和成型加工方法时，结合学生的研究课题，询问学生课题中遇到的问题，引导学生更多的思考。从而在授课过程中，带着学生的问题去讲授不同的加工成型和改性方法。同时，在材料认识和成型加工等不同章节之间实现课程内容的互动。例如，应用基础版块中学习的知识，解决进阶版块中生物衍生材料的生物相容性、降解性、复杂结构设计制备等不同方面的问题。一方面激发学生的学习兴趣和主观能动性，另一方面培养学生灵活的思维模式，加强创新能力的提升和培养；教会学生如何解决问题。例如，在学习不同材料及认识不同材料特点的时候学会总结规律：有的材料亲水性好，有的材料疏水性好；骨科材料需要良好的力学支撑性，血管材料需要良好的柔顺性；等等。通过总结规律进而启发学生，寻求存在于材料性能、需求等自然界中的平衡之道（图1）。结合不同材料的特点，在解决心血管和骨科瓶颈问题的时候，引导学生讨论并且有针对性地结合心血管和骨科的不同需求，针对需求设计纳米无机材料、金属材料与胶原复合的先进复合材料。

最后，思政教育也是当前高等教育关注的重点。引导学生思考和民生相关的医学与生物医学材料交叉领域的瓶颈问题，需要将思政教育融入教学过程，培养学生的社会责任感和创新意识，提高其学习动力[8]。比如目前在临床上，骨缺损修复材料仍然需求巨大，当前临床中使用的高端生物材料进口占了绝大部分，而我国自主研发的具有知识产权的高端生物材料还需要未来更多科研力量的共同努力。关注国家的政策导向，紧密结合“十四五”规划中我国在医药健康等领域的发展需求。在学生思考问题、解决问题的同时，关注解决社会需求，提升其社会责任感。同时，解决社会需求也能激发学生对自身科研工作的认可度和自豪感，激发学生科研创新的源动力。

三  创新教学模式——资源引入与互动交流

除了调整课程内容、创新教学方法以外，积极创新教学模式也是提高教学质量的重要途经。

首先，资源引入与整合，传统模式不能丢。随着线上教学、多媒体教学的快速发展，传统教学中的板书教学模式常常被忽视[9]。事实上，传统的板书教学模式，虽然授课效率较低，但是对于重点知识点、知识框架的梳理，采用板书的形式，能够在放慢授课节奏的同时使授课的重点更加突出。而且，板书的书写过程能够调动学生的多个感官，加深学生对知识的吸收。板书结合多媒体是现代教学模式的基础。

资源引入与整合，多模式教学增加趣味性[10]。在小学、中学的教学中，教师们常常用趣味性教学的方法提高青少年的注意力和学习兴趣，从而达到提升教学质量的目的。而高校教师在授课中常常忽略了趣味教学的重要性。事实上，不论是青少年还是成年人，人的注意力都是有限的，学习的源动力也是一致的。趣味性的东西能够显著提升人的学习兴趣。要在先进生物医学材料的研究生课堂中重启趣味教学。首先，用学生听的懂、更感兴趣的故事或亲身体验到的事情作为切入点，采用科普教学，理论联系实际的方法，让学生产生共鸣是激发学生学习兴趣的关键点。其次，在学习过程中，需要播放与生物医学材料相关的优秀动画演示视频、时事新闻报导等。例如，在3D打印学习中，通过播放我国制造的世界最大的3D打印工程及4D和5D打印的新闻报道，直观展示3D打印除了传统科学研究外的广阔应用前景及当前的科学前沿。引导学生紧跟时事的同时，激发学生的兴趣，引导学生深入思考，同时，调动学生的多个感官，拓宽知识吸收的渠道，加深对知识的理解。这类视频的展示也将思政教育生动形象、自然而然地融合在了专业知识的学习中，达到了“润物细无声”的良好效果[11]。

研究生教学，讨论和互动至关重要、必不可少。而与学生课题进行联系是引发学生主动讨论和互动的关键。同时，结合最新的文献研究成果，鼓励学生阅读和分析相关文献，有针对性地将科研成果与课程内容相结合并且展开讨论和课程汇报，促进学术研究与教学的有机融合。比如针对骨科和心血管方面应用的可降解金属材料中遇到的材料降解问题、腐蚀问题及力学强度和血液相容性等问题，引导学生进行讨论。将科研思维和方法应用于教学实践，提高学生的综合能力[12]。同时，通过科普故事、结合生活中遇到的小问题，比如从手术带来的危害方面，引导学生对于可降解植入物的研发思考等。最后，与学生的互动、讨论需要采用多种方式，与学生展开多方面的对话。例如在课后也需要多关心学生课题方面遇到的问题，通过课上、课下师生之间的互动交流，既活跃了学习氛围，使学生在轻松的氛围下学习，又增强了学生对知识的掌握。

四  结束语

新的时代背景下面临着新的问题和挑战。生物医学材料作为重要的学科分支介入医疗器械，其发展对于提高医疗水平、解决人民需求具有重要意义。在生物医学工程专业研究生面对“医工交叉”大环境背景下，针对北京工业大学生物医学工程专业研究生的特点及教学中存在的问题，在研究生核心课程先进生物医学材料的教学中，我们发现针对学生专业背景進行教学内容的调整是提升教学质量的基础。教学方式是提升教学质量、培养具有独立思考问题和解决问题能力的高水平人才的关键。而创新教学模式，是提高教学质量的重要手段。优化课程内容、创新教学方式和教学模式之间是相辅相成的，都是提高教学质量的重要途径（图2）。

通过优化课程内容、创新教学方式和教学模式，引入相关资源，我们得到了良好的反馈，既平衡了不同专业背景学生之间的基础差异，让学生学习到了相关知识，又让学生感到了轻松快乐，课堂的活跃度高，课程的教学质量得到了显著提升。希望在今后的教学过程中能够积累、总结更多的经验。这将有助于培养具有创新能力、实践能力和身心健康的高素质专业人才，推动生物医学材料领域的发展，为新时代的人才培养需求作出贡献。

参考文献：

[1] 王莉，林佳，曹蕾，等.基于“新发展理念”的医工融合教学探析——以《生物信息学前沿》为例[J].华北理工大学学报：社会科学版，2022，22（1）：142-146.

[2] 李德富，田永强，张永奎，等.“生物材料技术”探究式教学方式的改革与实践[J].高等教育发展研究，2014（3）：93-96.

[3] 贾剑波，陆佳，张梦杰.专业类高校博士研究生课程教学中存在的问题及对策[J].科技视界，2021（18）：10-11.

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[7] 马真.美国PBL教学模式及在我国高校研究生教学中的应用研究[D].济南：山东师范大学，2011.

[8] 乔爱科，杜田明，杨海胜，等.科普教学在“生物力学基础”课程中的应用案例[J].教育教学论坛，2022（40）：138-141.

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[10] 许溶.双减政策下的小学数学趣味性教学探索[J].数学之友，2023，37（3）：21-23.

[11] 陈朝晖，吴巍炜，胡波，等.前沿交叉学科“课程思政”教学改革实践探索——以生物医用材料课程为例[J].教育教学论坛，2020（47）：57-58.

[12] 廖建国，文静.材料类专业研究生《生物材料学》课程的教学探讨[J].科技资讯，2020，18（35）：143-145.