生物醫學工程專業生物材料課程教學改革

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作為生物醫學工程(BiomedicalEngineering,簡稱BME)專業的主要方向之一,生物材料學在生命科學前沿研究中占據著極其重要的地位。生物材料學是目前涉及學科領域多且廣泛(如醫學、生物學、材料學、物理、化學、機電、信息等)的典型交叉學科代表,其研究與產業化在歐美日等發達國家已被視為戰略性地位。我國“十二五”科學和技術發展規劃中已明確指出生物材料是重要的技術領域。據統計,我國生物材料及其應用產品(醫療器械)產值約占GDP的0.4%,而生物材料學在讀本科生及研究生約僅占在讀大學生總數的0.016%,顯著低于該產業對GDP的貢獻率,由此可見我國生物材料學專業人才非常匱乏。因此,開設好生物材料這門課程不僅能為學生們打下良好基礎以適應社會需求,還能拓寬BME專業學生的知識面,增加就業機會。然而,國內自上世紀60年代出現BME專業以來,大部分高校開設的BME專業課程仍主要集中在儀器電子學等方面,對生物材料學相關專業課程涉及較少。鑒于此,積極推動BME專業的生物材料課程教學改革以培養高素質復合型人才,具有重要的現實意義與潛在戰略意義。以下是從教學實踐中汲取的一些經驗,供同行參考與探討。

1設計較為完整的生物材料課程知識體系

生物材料是一門分量較重的專業課程,主要通過學習生物醫用金屬材料、陶瓷材料與高分子材料的組成結構、物理化學性能以及生物相容性評價等,使學生對現代生物材料的基本原理、應用與發展趨勢形成較為全面的認識。通過借鑒國內外相關教材可以發現,較為完整的生物材料課程知識體系一般包括材料學與生物學層面的內容[3]。其中從材料學角度出發,生物材料課程需要講授的內容有生物材料的類型、性質、化學結構、物理性能、力學性能、降解、加工工藝、表面特性等。這些將為學生們打造良好的材料學基礎。從生物學層面來看,生物材料課程需要講授的內容有蛋白質、細胞與生物材料的相互作用、生物材料植入體引起的人體急性炎癥、血栓、免疫反應、感染、腫瘤和鈣化反應等。特別對于傳統的以儀器電子學為主要專業課的BME學生,由于較少接觸化學、醫學等基礎課程,可在生物材料課程里增授一些大學化學、生物化學、醫學免疫學等有關的基礎知識,以幫助學生更好的學習生物材料的基本知識。構建完整的生物材料課程知識體系具有重要意義,能讓BME專業學生報考國內外生物材料學方向的研究生時擁有更多的選擇空間。

2適當引入雙語教學環節

目前教育部鼓勵在大學課堂積極開展雙語教學活動,培養學生能夠熟練運用外語從事專業工作、學術交流的能力。適當引入雙語教學環節對于正處生命科學前沿領域研究熱點中的生物材料學意義更為重大。這不僅能及時向學生們介紹最新的研究進展,還能幫助學生們掌握生物材料的專業詞匯。這有利于學生們獨立閱讀外文資料或文獻,從而在潛移默化中鍛煉出獨立思考、探究的能力。這些是未來高素質復合型人才區別于普通人才的基本標志。當然,適當引入雙語教學環節也對授課教師也提出了更高的要求。筆者認為高水平的課堂不僅能熏陶出高素質的人才,還能更快地提升教師自身的授課、科研水平。

3增加實踐學習環節

生物材料學是一門實用性強的課程,在這幾年的授課經驗中發現如果將學生們帶到研究實驗室、醫院、企業觀摩學習將極大激發學生對生物材料的關注與深入學習的愿望。具體來說,在這些精心設計的實踐環節中學生們可以接觸到許多高尖新設備,如X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)等,通過觀摩學習能提高學生們對生物材料表征分析技術的理解,從而加深其理論知識。在臨床醫院或企業調研學習各類醫療材料(器械)的具體應用、生產加工,能讓學生了解不同生物材料在應用或生產中的優缺點、以及醫院、企業及對人才的需求。這些都將驅使學生更為積極主動的回到課堂學習生物材料基礎知識,為自己今后的擇業及人生規劃打下良好基礎。總之,生物材料是保障人類健康的重要必須品,現已成為各國政府優先支持研究開發的熱點。特別對于我國,生物材料不僅是解決看病難、看病貴以及建設小康社會的重要物質基礎,還將作為典型的低能耗、低環境污染、高技術附加值的新興產業,成為未來國民經濟中新的增長點。在生物材料課程的教學改革中施行上述辦法,將有效培養和鍛煉學生們的創新思維與綜合能力,能為培養更多優秀人才建設國家做出貢獻。致謝感謝河南科技大學青年科學基金(2015QN045)與博士科研啟動經費的資助。本文通訊作者為鄭軍博士。

作者：周為 鄭軍 單位：河南科技大學醫學技術與工程學院