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首頁 > 教育論文 > > 基于復合式教學體系的《生物醫用材料》課程教改
基于復合式教學體系的《生物醫用材料》課程教改
>2024-06-04 09:00:00



1引言

生物醫用材料,指用于生理系統疾病的診斷、治療、修復或替換生物體組織或器官,增進或恢復其功能的特種功能材料.研究領域涉及到材料學、醫學、生命科學等,是典型的交叉學科,基礎知識面廣、知識更新速度快.《生物醫用材料》課程是華東理工大學材料科學與工程學院面向研究生開設的一門主干課[1],該課程將生物材料的基本原理和學科發展前沿聯系起來,概要介紹生物醫用材料的研究方法及研究成果,包含生物醫用無機材料、金屬材料、高分子材料、復合材料、納米材料,組織工程相關材料,仿生材料及生物分子器件,藥物控釋系統,檢測、診斷及介入材料,以及材料生物安全性問題和生物醫用材料最新進展,反映生物材料研究中多學科的交融滲透.

本課程的開設旨在為具有材料工程學科背景的學生補充生物學基礎知識,為具有生物醫學背景的學生補充材料學基礎知識,在此基礎上介紹本學科特有的學科知識.通過本課程的學習,可使學生了解醫用生物材料的研究熱點和發展趨勢,對未來生物體組織或器官治療、修復或替換的重大學科方向和領域的知識有所涉獵,以便發現不同學科之間的交叉點,激發其創新思維的火花,培養學生的創新能力.同時也希望借助視頻媒介,提高廣大人民群眾的醫學保健常識,提高科學文化素養.

作為典型的交叉學科,《生物醫用材料》課程的教授具有一定的難度.首先,課程內容涉及知識面廣,因此難以在有限的課堂教學時間內全面系統地深入介紹學科內容,容易導致沒有節制的填鴨式教學,使學生無法在短時間內消化,影響后續課程的學習.如何準確把握課程的基礎理論框架,引導學生開展自主學習,是授課教師在設計課程內容時需要解決的重要問題.其次,課程內容前沿性強,知識更新速度快,研究熱點不斷變化,新的研究方向與研究成果層出不窮,這就需要授課教師投入更多的時間和精力縱覽多個學科的發展,以便能夠站在交叉學科的前沿引領學生去認知和創新性思考,同時也要求學生積極主動地檢索相關資料,能互動地參與到整個課程教學的過程中來.再次,教學手段缺乏新意,仍然采用以授課教師說教為主導的傳統教學模式,教與學之間缺乏互動性,導致授課教師"教得辛苦",學生"學得難受",教學沒有成效.

2交叉學科與復合式教學體系

交叉學科是指在科學研究活動中,發生了兩門或兩門以上學科間理論的交叉、融合和滲透,形成了不同于原理論的新理論,并最終形成具有內在邏輯、獨立知識體系的學科,它具有交叉性、開放性和復合性[2].學科的交叉融合是科學發展的必然趨勢,也是推動高等學??蒲泻蛯W科建設的重要力量,發展交叉學科已成為許多高等院??缭绞桨l展的戰略之一.培養高級復合型人才,大力發展交叉學科是取得創新成果的突破口和重要途徑.

交叉學科的交叉性和復合性要求高等教育的教學在方法、手段和內容等方面進行復和和多樣化.而復合式教學體系能夠實現交叉學科教學活動在多學科、多領域的融合和滲透.交叉學科復合式教學體系是指以交叉學科為基礎,以培養復合型人才為目標,遵循系統原則,采用復合式設計方法,對教學要素\\(教學理念、教學目標、教學原則、教學主體、教學內容、教學方法、教學手段、教學管理、教學評價等\\)進行交叉復合,達到優化匹配,形成高效的人才生成的復雜系統,具有實踐性、復雜性、開放性、實用性、綜合性及創新性等特征的教學體系[3].

目前,交叉學科教學改革的理論和實踐研究已成為 國 內 各 大 高 校 的 研 究 熱 點[2~11].胡 樹 華等[2,3]在交叉學科教學體系發展方向的指導下,研究和提出了交叉學科復合式教學體系,采用復合設計方法從教學理念、教學主體、教學方法等要素對交叉學科教學體系進行了復合設計.李建樹等[4]深入探討了交叉學科的本科生教學中,"教師引領、學生互動"的積極作用,而肖定邦等[5]則圍繞研究生課程的教學目標,在基礎知識教學、前沿專題研討和實踐能力強化三個方面進行了探索.龐紹芳等[6~9]在物理學的交叉學科背景下,針對大眾教育普通工科院校學生的實際學習情況和特點,討論了如何滲透和推動人文教育,培養適應社會發展的合格人才.

3基于復合式教學體系的《生物醫用材料》課程教改

《生物醫用材料》課程教改的目標是:轉變教學理念,注重綜合能力的培養,提高課堂教學質量,培養適應社會發展需要的復合型人才.

3.1復合之一:教學時空的復合

我們從改變傳統的單一授課方式入手進行課程教改,在技術層面把計算機技術、多媒體技術、網絡技術和現代化教學方法有機結合,為學生提供了新型的學習和授課方式-網絡公開課,使學生擺脫時間和地域的限制,充分利用網上教學資源,快速了解本學科及相關學科科研和實踐發展的新動向.

《生物醫用材料》是典型的交叉學科課程,視頻課件\\(圖1\\)以2009年清華大學出版社出版的《生物材料概論》為主要參考用書[12],內容共包括五個章節,主要介紹生物醫用材料的概念、分類、特性、研究內容與研究手段、在人體組織的應用.重點介紹生物醫用無機材料、金屬材料、高分子材料和納米材料.同時對生物醫用材料產業的現狀與發展前景作概要介紹.

結合不同的教學內容,授課教師運用 "提問式"、"討論式"、"探索式"等方法講授,注重與學生的互動.對于理論性較強的內容,多采用圖片形式展示,注重語言的深入淺出,在解惑的同時,激發學生的學習熱情和投身其研究的興趣.視頻課件內容豐富、信息量大,學生可以從中學到更多的知識,教師可以利用這個契機引入更多與課程相關的新知識、新技術和新成果.

本課程是經過教學實踐檢驗的優質課程,注重突出華東理工大學的辦學特色和學科優勢.視頻課程由生物材料領域的著名專家、國家杰出青年基金獲得者、教育部"長江學者"特聘教授、國家重大科學研究計劃首席科學家、"人工骨"的發明人劉昌勝教授親自執教[1],確保了授課內容的全面性、權威性和前沿性,入選2013年教育部第三批"精品視頻公開課"名單[13].

Figure 1 Vedio of"biomedical materials"圖1《生物醫用材料》視頻公開課《生物醫用材料》視頻公開課自上傳到"愛課程"網站以來,反響強烈,好評如潮[1],"媒體表現形式也很不錯,形象生動,不乏味"、"多學科的交叉和融合,廣闊的研發前景,造福人類的工作,深入淺出的講解"、"一口氣看了兩集,感覺是導論性質的課程,比較容易接受.期待上新,也會推薦給父母看看".借助精品視頻公開課傳播渠道的優勢,我們將教學體系擴展至社會環境,向廣大人民群眾普及最基本的生物醫用材料學知識,并從研究者的角度介紹市場上流行的生物醫用材料產品的研發概況,對于普通民眾更好地了解產品特性,甄別選取適合自身的產品,具有重要指導意義.

3.2復合之二:教學與科學研究的復合

《生物醫用材料》課程的授課對象主要為研究生,他們已具備較好的基礎理論與自學能力,而研究能力和創新能力則是開設本課程的重要目的,即培養研究生開展學科交叉的意識,尋找學科交叉研究的切入點,成就高水平科研成果.

培養學生應用所學的知識解決實際問題的能力,就是開展與課程相關的課題研究的能力,包括動手能力和撰寫論文的能力.教學團隊承擔有國家973重大科學研究計劃項目、國家"十一五"支撐計劃項目、教育部長江學者創新團隊項目、國家自然科學基金杰出青年基金項目、重點基金項目等一系列國家和部委級重大科研項目.我們根據教學進度和學生的具體情況選擇1~2個典型項目,安排優秀學生參與到項目申請、方案設計與實施、研究熱點提煉等各個環節.科研項目申請報告的撰寫不僅使學生了解本領域的前沿技術和發展動向,而且鍛煉了對方案設計和實施的分析能力;科研項目實施的過程需要學生回顧歸納基礎知識,有助于學生掌握基礎知識的應用能力;而學術論文的構思與撰寫過程則培養了學生總結歸納研究成果的能力.

交叉學科的特點之一是內容前沿性強,針對理論問題開展研究,并通過學術論文對研究成果進行總結、提煉是一項非常重要的科研能力.我們每學期都會邀請國內外生物材料專家做專題報告和前沿講座,使學生和教師能夠及時了解前沿技術與發展動態;結合教學內容,提出若干個本學科的研究熱點問題,學生根據個人興趣,自由選擇其中的命題進行文獻檢索并形成書面調研報告,與課堂討論相結合,不僅增強了師生間的互動、活躍了課堂氣氛,還提高了學生的技術查新能力、總結能力和表達能力.

3.3復合之三:教學主體的復合

"興趣是最好的老師",激發學生的興趣和動機是在教學過程中培養創新型人才的重要環節[14].《生物醫用材料》課程教改的首要目標是實現角色翻轉,充分調動學生參與的積極性.學生首先利用視頻課件主動完成自學,在課堂教學中由被動聽課改為主動發問,授課教師則主要進行傾聽和參與討論,教學更有針對性.為配合教學,實驗室每年舉辦"生物材料實驗室開放日"活動,組織學生到實驗室參觀學習.實驗室擁有材料合成室、細胞培養室、動物房和檢測室,配備有先進的儀器設備,學生可觀摩參與部分實驗環節,極大提高了學生的動手能力,開拓了視野,激發了他們的學習熱情和探索精神.

交叉學科除了能在學術前沿激發出更多的創新性火花外,往往還可以通過學科的融合設計、生產出大量的實用制品.我們改變以往以教師為主體的單一教學形式,把學生、教師、企業進行有效融合,充分調動學生的學習主動性,培養學生的創新能力.本學科涉及的產業主要為醫療行業和醫療器械企業,因此,創造條件結合實踐進行教學成為本課程的重要組成部分.例如,我們組織部分學生深入張江高科的醫療器械企業參觀產品的生產線,了解產品的設計原理和市場銷售情況,組織學生前往上海市第九人民醫院口腔科參觀一些醫療器械產品的臨床使用情況.通過這些生動的"教材",充分調動起學生的自主求知能力,強化了課堂教學內容,并使學生真正體會到什么是"學以致用".師生角色的多元化賦予教學生動、豐富的內涵和魅力,實際經驗豐富的企業家和醫生的加入豐富了教學內容,強化了教學效果,開拓了學生的視野,鍛煉了動手能力.

3.4復合之四:復合多種教學理念,傳播正能量

依據交叉學科復合式教學理念,我們在進行以傳授科學知識為中心任務的科學主義教學和注重社會教化作用的理想主義教學的同時,更注重以促進學生的和諧發展為目標的人文主8義教學,目的是培養具有社會責任感、具備人文關懷和現代科學視野的高級復合型人才.

自學能力、基本的社交能力、動手能力和創新能力,是人文教育的重要組成部分.交叉學科的交叉性和前沿性要求學生具有非常強的自學能力,這一能力的強弱對學生的繼續深造或就業影響深遠,學習能力突出的學生在今后的生活和學習中不會再有恐懼心理.交叉學科研究往往由來自不同學科的人員組成,每個人都是這個團隊不可或缺的一份子,大家相互交流、各抒己見,為一個共同的目標團結協作,在互相探討交流的過程中,鍛煉了學生的交際能力,為以后的生活和學習打下堅實的基礎.我們在教學過程中經常穿插一些科學家的傳記,講述他們的生活和工作,突出這些科學家堅忍不拔、珍惜時間、善于質疑、團結協作等高尚品質,給予學生正面的積極引導.生物醫用材料的美妙之處還在于其許多的設計原則和設計靈感都來源于生物體經過長期進化形成的自身的特有結構和功能,生物材料科學家們在對自然界進行解剖并揭示其精妙設計的同時,利用現代的科學技術對其進行結構仿制以期獲得理想的生物功能,這成為解決生物材料領域科學問題的重要思路,并貫穿于我們課堂教學的始末,這將幫助學生深入理解和感悟相關理論,活躍學術思想,培養學術志趣.

4結束語

生物醫用材料學從她誕生的那一刻起,就肩負著提高人類生命質量的重任.伴隨悠悠數千載的文明進步,生物醫用材料也取得了長足發展,并成為二十一世紀最熱門的學科和高附加值的產業之一,很多新的生物醫用材料產品如血管支架、心臟起搏器、人工關節、牙種植體、心臟瓣膜等從實驗室走向臨床應用,成為保障人類健康和實現救死扶傷的重要物質基礎.在交叉學科蓬勃發展的大背景下,我們分析了《生物醫用材料》課程的特點和教學改革面臨的挑戰,借鑒復合式教學體系探討了如何提高課堂教學質量、注重培養綜合能力、培養適合社會發展需要的復合型人才.

附中文參考文獻:

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