基于复合式教学体系的《生物医用材料》课程教改

　　1引言

　　生物医用材料,指用于生理系统疾病的诊断、治疗、修复或替换生物体组织或器官,增进或恢复其功能的特种功能材料.研究领域涉及到材料学、医学、生命科学等,是典型的交叉学科,基础知识面广、知识更新速度快.《生物医用材料》课程是华东理工大学材料科学与工程学院面向研究生开设的一门主干课[1],该课程将生物材料的基本原理和学科发展前沿联系起来,概要介绍生物医用材料的研究方法及研究成果,包含生物医用无机材料、金属材料、高分子材料、复合材料、纳米材料,组织工程相关材料,仿生材料及生物分子器件,药物控释系统,检测、诊断及介入材料,以及材料生物安全性问题和生物医用材料最新进展,反映生物材料研究中多学科的交融渗透.

　　本课程的开设旨在为具有材料工程学科背景的学生补充生物学基础知识,为具有生物医学背景的学生补充材料学基础知识,在此基础上介绍本学科特有的学科知识.通过本课程的学习,可使学生了解医用生物材料的研究热点和发展趋势,对未来生物体组织或器官治疗、修复或替换的重大学科方向和领域的知识有所涉猎,以便发现不同学科之间的交叉点,激发其创新思维的火花,培养学生的创新能力.同时也希望借助视频媒介,提高广大人民群众的医学保健常识,提高科学文化素养.

　　作为典型的交叉学科,《生物医用材料》课程的教授具有一定的难度.首先,课程内容涉及知识面广,因此难以在有限的课堂教学时间内全面系统地深入介绍学科内容,容易导致没有节制的填鸭式教学,使学生无法在短时间内消化,影响后续课程的学习.如何准确把握课程的基础理论框架,引导学生开展自主学习,是授课教师在设计课程内容时需要解决的重要问题.其次,课程内容前沿性强,知识更新速度快,研究热点不断变化,新的研究方向与研究成果层出不穷,这就需要授课教师投入更多的时间和精力纵览多个学科的发展,以便能够站在交叉学科的前沿引领学生去认知和创新性思考,同时也要求学生积极主动地检索相关资料,能互动地参与到整个课程教学的过程中来.再次,教学手段缺乏新意,仍然采用以授课教师说教为主导的传统教学模式,教与学之间缺乏互动性,导致授课教师"教得辛苦",学生"学得难受",教学没有成效.

　　2交叉学科与复合式教学体系

　　交叉学科是指在科学研究活动中,发生了两门或两门以上学科间理论的交叉、融合和渗透,形成了不同于原理论的新理论,并最终形成具有内在逻辑、独立知识体系的学科,它具有交叉性、开放性和复合性[2].学科的交叉融合是科学发展的必然趋势,也是推动高等学校科研和学科建设的重要力量,发展交叉学科已成为许多高等院校跨越式发展的战略之一.培养高级复合型人才,大力发展交叉学科是取得创新成果的突破口和重要途径.

　　交叉学科的交叉性和复合性要求高等教育的教学在方法、手段和内容等方面进行复和和多样化.而复合式教学体系能够实现交叉学科教学活动在多学科、多领域的融合和渗透.交叉学科复合式教学体系是指以交叉学科为基础,以培养复合型人才为目标,遵循系统原则,采用复合式设计方法,对教学要素(教学理念、教学目标、教学原则、教学主体、教学内容、教学方法、教学手段、教学管理、教学评价等)进行交叉复合,达到优化匹配,形成高效的人才生成的复杂系统,具有实践性、复杂性、开放性、实用性、综合性及创新性等特征的教学体系[3].

　　目前,交叉学科教学改革的理论和实践研究已成为 国 内 各 大 高 校 的 研 究 热 点[2~11].胡 树 华等[2,3]在交叉学科教学体系发展方向的指导下,研究和提出了交叉学科复合式教学体系,采用复合设计方法从教学理念、教学主体、教学方法等要素对交叉学科教学体系进行了复合设计.李建树等[4]深入探讨了交叉学科的本科生教学中,"教师引领、学生互动"的积极作用,而肖定邦等[5]则围绕研究生课程的教学目标,在基础知识教学、前沿专题研讨和实践能力强化三个方面进行了探索.庞绍芳等[6~9]在物理学的交叉学科背景下,针对大众教育普通工科院校学生的实际学习情况和特点,讨论了如何渗透和推动人文教育,培养适应社会发展的合格人才.

　　3基于复合式教学体系的《生物医用材料》课程教改

　　《生物医用材料》课程教改的目标是:转变教学理念,注重综合能力的培养,提高课堂教学质量,培养适应社会发展需要的复合型人才.

　　3.1复合之一:教学时空的复合

　　我们从改变传统的单一授课方式入手进行课程教改,在技术层面把计算机技术、多媒体技术、网络技术和现代化教学方法有机结合,为学生提供了新型的学习和授课方式-网络公开课,使学生摆脱时间和地域的限制,充分利用网上教学资源,快速了解本学科及相关学科科研和实践发展的新动向.

　　《生物医用材料》是典型的交叉学科课程,视频课件(图1)以2009年清华大学出版社出版的《生物材料概论》为主要参考用书[12],内容共包括五个章节,主要介绍生物医用材料的概念、分类、特性、研究内容与研究手段、在人体组织的应用.重点介绍生物医用无机材料、金属材料、高分子材料和纳米材料.同时对生物医用材料产业的现状与发展前景作概要介绍.

　　结合不同的教学内容,授课教师运用 "提问式"、"讨论式"、"探索式"等方法讲授,注重与学生的互动.对于理论性较强的内容,多采用图片形式展示,注重语言的深入浅出,在解惑的同时,激发学生的学习热情和投身其研究的兴趣.视频课件内容丰富、信息量大,学生可以从中学到更多的知识,教师可以利用这个契机引入更多与课程相关的新知识、新技术和新成果.

　　本课程是经过教学实践检验的优质课程,注重突出华东理工大学的办学特色和学科优势.视频课程由生物材料领域的着名专家、国家杰出青年基金获得者、教育部"长江学者"特聘教授、国家重大科学研究计划首席科学家、"人工骨"的发明人刘昌胜教授亲自执教[1],确保了授课内容的全面性、权威性和前沿性,入选2013年教育部第三批"精品视频公开课"名单[13].

　　Figure 1 Vedio of"biomedical materials"图1《生物医用材料》视频公开课《生物医用材料》视频公开课自上传到"爱课程"网站以来,反响强烈,好评如潮[1],"媒体表现形式也很不错,形象生动,不乏味"、"多学科的交叉和融合,广阔的研发前景,造福人类的工作,深入浅出的讲解"、"一口气看了两集,感觉是导论性质的课程,比较容易接受.期待上新,也会推荐给父母看看".借助精品视频公开课传播渠道的优势,我们将教学体系扩展至社会环境,向广大人民群众普及最基本的生物医用材料学知识,并从研究者的角度介绍市场上流行的生物医用材料产品的研发概况,对于普通民众更好地了解产品特性,甄别选取适合自身的产品,具有重要指导意义.

　　3.2复合之二:教学与科学研究的复合

　　《生物医用材料》课程的授课对象主要为研究生,他们已具备较好的基础理论与自学能力,而研究能力和创新能力则是开设本课程的重要目的,即培养研究生开展学科交叉的意识,寻找学科交叉研究的切入点,成就高水平科研成果.

　　培养学生应用所学的知识解决实际问题的能力,就是开展与课程相关的课题研究的能力,包括动手能力和撰写论文的能力.教学团队承担有国家973重大科学研究计划项目、国家"十一五"支撑计划项目、教育部长江学者创新团队项目、国家自然科学基金杰出青年基金项目、重点基金项目等一系列国家和部委级重大科研项目.我们根据教学进度和学生的具体情况选择1~2个典型项目,安排优秀学生参与到项目申请、方案设计与实施、研究热点提炼等各个环节.科研项目申请报告的撰写不仅使学生了解本领域的前沿技术和发展动向,而且锻炼了对方案设计和实施的分析能力;科研项目实施的过程需要学生回顾归纳基础知识,有助于学生掌握基础知识的应用能力;而学术论文的构思与撰写过程则培养了学生总结归纳研究成果的能力.

　　交叉学科的特点之一是内容前沿性强,针对理论问题开展研究,并通过学术论文对研究成果进行总结、提炼是一项非常重要的科研能力.我们每学期都会邀请国内外生物材料专家做专题报告和前沿讲座,使学生和教师能够及时了解前沿技术与发展动态;结合教学内容,提出若干个本学科的研究热点问题,学生根据个人兴趣,自由选择其中的命题进行文献检索并形成书面调研报告,与课堂讨论相结合,不仅增强了师生间的互动、活跃了课堂气氛,还提高了学生的技术查新能力、总结能力和表达能力.

　　3.3复合之三:教学主体的复合

　　"兴趣是最好的老师",激发学生的兴趣和动机是在教学过程中培养创新型人才的重要环节[14].《生物医用材料》课程教改的首要目标是实现角色翻转,充分调动学生参与的积极性.学生首先利用视频课件主动完成自学,在课堂教学中由被动听课改为主动发问,授课教师则主要进行倾听和参与讨论,教学更有针对性.为配合教学,实验室每年举办"生物材料实验室开放日"活动,组织学生到实验室参观学习.实验室拥有材料合成室、细胞培养室、动物房和检测室,配备有先进的仪器设备,学生可观摩参与部分实验环节,极大提高了学生的动手能力,开拓了视野,激发了他们的学习热情和探索精神.

　　交叉学科除了能在学术前沿激发出更多的创新性火花外,往往还可以通过学科的融合设计、生产出大量的实用制品.我们改变以往以教师为主体的单一教学形式,把学生、教师、企业进行有效融合,充分调动学生的学习主动性,培养学生的创新能力.本学科涉及的产业主要为医疗行业和医疗器械企业,因此,创造条件结合实践进行教学成为本课程的重要组成部分.例如,我们组织部分学生深入张江高科的医疗器械企业参观产品的生产线,了解产品的设计原理和市场销售情况,组织学生前往上海市第九人民医院口腔科参观一些医疗器械产品的临床使用情况.通过这些生动的"教材",充分调动起学生的自主求知能力,强化了课堂教学内容,并使学生真正体会到什么是"学以致用".师生角色的多元化赋予教学生动、丰富的内涵和魅力,实际经验丰富的企业家和医生的加入丰富了教学内容,强化了教学效果,开拓了学生的视野,锻炼了动手能力.

　　3.4复合之四:复合多种教学理念,传播正能量

　　依据交叉学科复合式教学理念,我们在进行以传授科学知识为中心任务的科学主义教学和注重社会教化作用的理想主义教学的同时,更注重以促进学生的和谐发展为目标的人文主8义教学,目的是培养具有社会责任感、具备人文关怀和现代科学视野的高级复合型人才.

　　自学能力、基本的社交能力、动手能力和创新能力,是人文教育的重要组成部分.交叉学科的交叉性和前沿性要求学生具有非常强的自学能力,这一能力的强弱对学生的继续深造或就业影响深远,学习能力突出的学生在今后的生活和学习中不会再有恐惧心理.交叉学科研究往往由来自不同学科的人员组成,每个人都是这个团队不可或缺的一份子,大家相互交流、各抒己见,为一个共同的目标团结协作,在互相探讨交流的过程中,锻炼了学生的交际能力,为以后的生活和学习打下坚实的基础.我们在教学过程中经常穿插一些科学家的传记,讲述他们的生活和工作,突出这些科学家坚忍不拔、珍惜时间、善于质疑、团结协作等高尚品质,给予学生正面的积极引导.生物医用材料的美妙之处还在于其许多的设计原则和设计灵感都来源于生物体经过长期进化形成的自身的特有结构和功能,生物材料科学家们在对自然界进行解剖并揭示其精妙设计的同时,利用现代的科学技术对其进行结构仿制以期获得理想的生物功能,这成为解决生物材料领域科学问题的重要思路,并贯穿于我们课堂教学的始末,这将帮助学生深入理解和感悟相关理论,活跃学术思想,培养学术志趣.

　　4结束语

　　生物医用材料学从她诞生的那一刻起,就肩负着提高人类生命质量的重任.伴随悠悠数千载的文明进步,生物医用材料也取得了长足发展,并成为二十一世纪最热门的学科和高附加值的产业之一,很多新的生物医用材料产品如血管支架、心脏起搏器、人工关节、牙种植体、心脏瓣膜等从实验室走向临床应用,成为保障人类健康和实现救死扶伤的重要物质基础.在交叉学科蓬勃发展的大背景下,我们分析了《生物医用材料》课程的特点和教学改革面临的挑战,借鉴复合式教学体系探讨了如何提高课堂教学质量、注重培养综合能力、培养适合社会发展需要的复合型人才.

　　附中文参考文献:

　　[1] 《生物医 用材 料》公 开 课 [EB/OL].[2012-02-12].

　　[2] 胡树华,兰飞,范文芳.交叉学科的复合式教学体系设计研究[J].江苏高教,2007(4):69-71.

　　[3] 张梅俊.交叉学科复合式教学体系的理论与实践研究[D].武汉:武汉理工大学,2008.

　　[4] 李建树,赵长生.交叉学科的本科教学中教师引领、学生互动的几点思考与体会[J].教育教学论坛,2013(7):143-145.

　　[5] 肖定邦,辛华,吴学忠,等.交叉学科研究生课程教学的探索与实践[J].高等教育研究学报,2012,35(3):115-117.

　　[6] 庞绍芳,张永元.交叉学科背景下的" 大学物理" 教学改革初探[J].中国电力教育,2012(14):85-86.

　　[7] 石少波,郭力.大学物理教学渗透人文教育的实践与思考[J].长春师范学院学报(自然科学版),2010,(3):120-122.

　　[8] 谷运红,王海科.物理学家传记对促进大学物理素质教育及教学效果的研究[J].吉林师范大学学报(自然科学版),2010(3):74-76.

　　[9] 袁泉,李久会.以培养素质为根本推进大学物理教学改革[J].辽宁工业大学学报(社会科学版),2011(1):137-139.

　　[10]曹译文.浅谈艺术设计与计算机技术交叉学科的教学方法[J].广西轻工业,2010(8):213-214.

　　[11]魏静,许珊,王伟玲.浅谈新兴交叉学科教学改革的探讨-以计算机辅助药物设计课程为例[J].中国科教创新导刊,2011(7):21.

　　[12]冯庆玲.生物材料概论[M].清华大学出版社,2009.

　　[13]教育部高等教育司.教育部关于公布第三批" 精品视频公开课" 名 单 的 通 知 [EB/OL].[2013-05-30].

　　[14]吴宜灿.学科交叉与创新型人才培养的实践与思考[J].中国科学院院刊,2009,24(5):511-517.