新時期高校本科生物材料學(xué)教學(xué)模式探索

李貴才，王亞玲，趙亞紅，張魯中，楊宇民

（1.南通大學(xué)，江蘇 南通 226001；2.南通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，江蘇 南通 226001）

生物材料是一類用于人體組織和器官診斷、修復(fù)或增進(jìn)其功能的天然或合成材料，包括金屬、陶瓷、無機(jī)及有機(jī)材料。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，人類對自身健康問題越來越重視，從整形醫(yī)學(xué)到組織工程和再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，生物材料都在其中發(fā)揮著不可或缺的作用。目前，生物材料已經(jīng)應(yīng)用到與臨床相關(guān)的各種組織工程、器官修復(fù)和醫(yī)療器械植入等領(lǐng)域[1]。但是，人們生活質(zhì)量的提高也對各種生物材料的質(zhì)量提出更高要求。生物材料學(xué)是一門多學(xué)科交叉性很強(qiáng)的基礎(chǔ)學(xué)科，涉及材料學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、物理、化學(xué)和計算機(jī)科學(xué)等學(xué)科，是生物（醫(yī)學(xué)）工程和臨床醫(yī)學(xué)等專業(yè)的基礎(chǔ)課程。在該課程學(xué)習(xí)過程中，往往是理論知識和應(yīng)用開發(fā)相結(jié)合，并始終將生物材料與生物機(jī)體的相互作用緊密聯(lián)系起來。學(xué)習(xí)生物材料學(xué)的目的是理論聯(lián)系實際，實現(xiàn)對新的用于人類健康的各類生物材料植入器械的研發(fā)和應(yīng)用。目前，我國有相當(dāng)數(shù)量的高校在材料學(xué)或生命科學(xué)相關(guān)專業(yè)開設(shè)了生物材料學(xué)課程，起到了較好的傳授生物材料學(xué)理論知識的作用。但是，多數(shù)學(xué)校在生物材料學(xué)教學(xué)中仍以填鴨式模式為主，而沒有充分開發(fā)學(xué)生在學(xué)習(xí)生物材料學(xué)理論知識方面的潛能，從而在一定程度上限制了學(xué)生自身的思維和創(chuàng)新能力[2]。只有充分認(rèn)識生物材料學(xué)在本科教學(xué)體系中的重要性，才能為學(xué)生今后從事生命科學(xué)相關(guān)工作奠定良好基礎(chǔ)。

針對上述存在的問題及生物材料學(xué)的學(xué)科特性，南通大學(xué)神經(jīng)科學(xué)系運(yùn)用現(xiàn)代教育理念，以培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力和發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題能力為出發(fā)點，以提高學(xué)生綜合素質(zhì)為中心，通過引入多元化教學(xué)方法，在生物材料學(xué)教學(xué)改革方面進(jìn)行了一些有益的嘗試和探索，并取得了較好的效果。

1 生物材料學(xué)的重要性

據(jù)悉，全球每年需要各種組織或器官修復(fù)的患者有上千萬，我國需要進(jìn)行支架植入和心臟瓣膜更換的患者數(shù)量也達(dá)上百萬，而各種體內(nèi)植入器械都是由不同種類的生物材料制備而成。生物材料是指可用于修復(fù)、治療或替代受損機(jī)體組織和器官的各種無機(jī)或有機(jī)材料，包括天然的或合成的高分子材料。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)治療水平的提高，常伴有新材料的出現(xiàn)或改進(jìn)，不同種類的生物材料已被廣泛應(yīng)用于臨床治療的各個環(huán)節(jié)。根據(jù)國家醫(yī)療器械分類標(biāo)準(zhǔn)，從屬于一類醫(yī)療器械的手術(shù)刀柄到屬于三類醫(yī)療器械的冠脈支架，均是由生物材料制備而成的。特別是用于開發(fā)體內(nèi)植入器械的各種生物材料，更是在人類健康中發(fā)揮著不可或缺的作用[3]。當(dāng)前，我國生物材料學(xué)教學(xué)多集中在研究生和博士生階段，而忽視了在本科期間的學(xué)習(xí)。鑒于生物材料學(xué)在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和人類健康中的重要作用，學(xué)生從本科階段對生物材料學(xué)進(jìn)行系統(tǒng)而深入的學(xué)習(xí)十分必要。

2 本科生物材料學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀

鑒于生物材料學(xué)科的意義及重要性，越來越多的高校開設(shè)了本科生物材料學(xué)課程。通過學(xué)習(xí)生物材料學(xué)，學(xué)生可以掌握生物材料的定義、組成、性能和分類，了解生物材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的作用，如藥物釋放、器官修復(fù)和組織再生等，能在應(yīng)用過程中合理選擇生物材料并對其進(jìn)行適當(dāng)設(shè)計或修飾，以提高材料的生物相容性。目前，我國多數(shù)本科院校的生物材料學(xué)課程，依然采用以教師為中心的填鴨模式，教師主要依據(jù)教材和教學(xué)大綱，用文字或幻燈片形式，進(jìn)行“以教師為主體，以講課為中心”的大班全程灌輸式教學(xué)[4]。理論授課的優(yōu)點是能保證教學(xué)的深度和廣度，知識比較全面、系統(tǒng)，重點明確；但其也存在一些明顯的不足，比如課堂教學(xué)氣氛沉悶，學(xué)生多是被動接受教學(xué)內(nèi)容，許多術(shù)語僅憑文字描述難以理解，考試靠死記硬背，學(xué)生易懈怠和依賴教師。這就導(dǎo)致學(xué)生對生物材料缺乏感性認(rèn)識，從而難以調(diào)動學(xué)習(xí)積極性，限制了發(fā)散性思維，也不利于創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。而且，生物材料學(xué)是一門理論性較強(qiáng)的學(xué)科，實驗課較少，課堂授課缺乏與實際應(yīng)用的直接聯(lián)系。另外，從課程設(shè)置上來講，大學(xué)本科生在學(xué)習(xí)這門課程時，缺乏對與生物材料直接相關(guān)的介入醫(yī)療器械的設(shè)計、研發(fā)和臨床應(yīng)用的感性認(rèn)識，對各種生物材料臨床應(yīng)用中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)及性能不了解，影響了對生物材料學(xué)基本理論的理解。久而久之，容易導(dǎo)致學(xué)生在實踐中缺乏發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題能力[5]。因此，如果不改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，就會在很大程度上挫傷或抑制學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3 開展多樣化教學(xué)，加強(qiáng)學(xué)生能力培養(yǎng)

為提高本科生物材料學(xué)教學(xué)質(zhì)量，同時提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題能力，我們教學(xué)過程中，除講授書本知識外，還采取了多樣化的教學(xué)模式，加強(qiáng)了對學(xué)生能力的培養(yǎng)。

3.1 以學(xué)生為中心的交叉互動教學(xué)模式

傳統(tǒng)教學(xué)以教師傳授知識為主，學(xué)生在臺下聽講，處于被動地位。而以學(xué)生為中心的交叉互動教學(xué)模式（Cross Interaction Teaching Model，CITM）是以“學(xué)生為主體，問題為中心”，在教師的整體把握和指導(dǎo)下，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主動參與，倡導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)[6-7]。以小組討論為形式，在輔導(dǎo)教師的參與下，學(xué)生圍繞某一問題進(jìn)行研究學(xué)習(xí)。與傳統(tǒng)教學(xué)模式不同，CITM改灌輸式為啟發(fā)式、互動式、自主學(xué)習(xí)式，采用辯論討論、文獻(xiàn)查閱和課堂報告等相互穿插的形式。在課程學(xué)習(xí)的不同階段，教師有針對性地選擇與教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)的題目，并設(shè)定相關(guān)的專題題目。學(xué)生以組為單位，每組限定3～4人，選出組長，然后選取不同的題目查閱資料，制作幻燈片，并在課堂上進(jìn)行模擬講課。其他學(xué)生適時補(bǔ)充，增強(qiáng)學(xué)生參與意識，發(fā)揮主觀能動性。講課結(jié)束，任課教師現(xiàn)場點評，并請全班學(xué)生進(jìn)行提問或者討論。隨后由各組組長對講課者按照事先制作好的評分細(xì)則進(jìn)行評分。CITM詳細(xì)過程如圖1所示。

CITM轉(zhuǎn)變了教師教學(xué)方式和學(xué)生學(xué)習(xí)方式，能更好地培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力和發(fā)現(xiàn)問題、解決問題能力。但CITM要求教師在教學(xué)中不斷補(bǔ)充、完善知識，對教學(xué)材料進(jìn)行深入研究；鼓勵學(xué)生對教材相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行自學(xué)，借助網(wǎng)絡(luò)等手段查閱文獻(xiàn)資料，從而拓寬知識面，加深對所學(xué)內(nèi)容的理解。例如，在進(jìn)行仿生學(xué)章節(jié)教學(xué)時，針對仿生制備生物材料的意義展開討論，引申出仿生學(xué)的發(fā)展史以及仿生學(xué)研究進(jìn)展。學(xué)生查閱相關(guān)資料，以“仿生學(xué)在生物材料和組織工程中的研究進(jìn)展及相關(guān)應(yīng)用”為專題，將查閱的資料整理好并制作成幻燈片，進(jìn)行集體討論，進(jìn)一步從不同角度對仿生學(xué)的進(jìn)展及其在組織工程和再生醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行更好的理解[8]。

圖1 CITM流程圖

CITM對于提高本科生物材料學(xué)教學(xué)質(zhì)量具有很多有益之處。第一，它改變了原有的“以教師為中心”的教學(xué)方法，以問題為引導(dǎo)，層層深入，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)主動性和積極性，鍛煉了自主學(xué)習(xí)能力。第二，學(xué)生站上講臺進(jìn)行模擬講課，可以培養(yǎng)表達(dá)能力、溝通交流能力，增強(qiáng)團(tuán)隊合作精神。第三，能夠?qū)崿F(xiàn)教學(xué)相長。“師者，傳道授業(yè)解惑也。”這就要求教師平時密切關(guān)注生物材料學(xué)發(fā)展動向，不斷學(xué)習(xí)新的理論和知識，經(jīng)常閱覽國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的期刊，并多參加學(xué)術(shù)會議，了解國內(nèi)外最新研究進(jìn)展，以使自己的知識跟上科技發(fā)展的步伐。另外，CITM不僅可以發(fā)揮學(xué)生的主動性，還建立了良好的師生關(guān)系，教師熱情的鼓勵和中肯的評價，能使學(xué)生找到努力的方向和前進(jìn)的動力，同時也使學(xué)生學(xué)術(shù)水平得到提高，初步培養(yǎng)了文獻(xiàn)檢索能力和科研能力[9-10]。而且，學(xué)生間相互學(xué)習(xí)，加深了對所學(xué)內(nèi)容的認(rèn)識，在分工查閱文獻(xiàn)過程中，明確了小組成員各自的工作職責(zé)及工作內(nèi)容，培養(yǎng)了團(tuán)隊協(xié)作精神，教學(xué)效果明顯提高。

但是，在采用CITM過程中，我們也發(fā)現(xiàn)了一些不足之處。首先，CITM需要學(xué)生具備一定的自學(xué)能力，在掌握書本知識的前提下，能通過圖書館和網(wǎng)絡(luò)自主查閱資料獲得更多更新的信息。這必然需要學(xué)生花費(fèi)很多時間，但是有些學(xué)生為了節(jié)約時間，采用偷工減料方式，直接將網(wǎng)上下載的資料不經(jīng)消化吸收后照搬照用，影響了學(xué)習(xí)質(zhì)量。其次，學(xué)生習(xí)慣了被動接受知識的傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，不能真正理解CITM的內(nèi)涵，很多學(xué)生第一次站上講臺不敢開口講，或過于緊張不能把問題講清楚。最后，因CITM對教師掌控課堂能力和臨場應(yīng)變能力要求較高，授課教師對此教學(xué)模式的研究尚處于初級階段，缺乏經(jīng)驗，需要進(jìn)一步提高相關(guān)教學(xué)技巧。

3.2 隨堂作業(yè)和課外見習(xí)實踐

生物材料學(xué)是一門多學(xué)科交叉的課程，組織工程和再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展與生物材料學(xué)的發(fā)展密切相關(guān)。但是，對于本科生來講，生物材料學(xué)知識相對比較枯燥、抽象，在學(xué)習(xí)過程中往往難以真正理解生物材料與實際應(yīng)用之間的關(guān)系。因此，可以通過以下兩種方式來拓展教學(xué)。第一是布置隨堂作業(yè)。教師就章節(jié)某一專題給學(xué)生布置作業(yè)，在規(guī)定時間內(nèi)上交作業(yè)，并要求全部用手寫。學(xué)生在完成作業(yè)過程中廣泛查閱資料，從而更好地了解生物材料學(xué)現(xiàn)狀和發(fā)展，以及生物材料在組織工程、再生醫(yī)學(xué)和臨床中的實際使用情況。第二是開展課外實踐活動[11-12]。教師可以根據(jù)課程安排，讓學(xué)生在空閑時間到生物材料相關(guān)實驗室進(jìn)行見習(xí)，或者通過參加大學(xué)生創(chuàng)新實踐方式加入生物材料研究小組。這能讓學(xué)生更深刻地體會和了解什么是生物材料，生物材料是如何被設(shè)計出來和加工制備的，生物材料如何進(jìn)行表征，以及生物材料如何進(jìn)行應(yīng)用。這樣既提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也很好地緩解了學(xué)生難學(xué)難懂的畏懼心理。當(dāng)教師再回到課堂上講解生物材料內(nèi)容時，學(xué)生就能比較容易地理解和接受。另外，由于現(xiàn)代生物材料學(xué)發(fā)展迅速，用生物材料制成的各種醫(yī)療器械更新?lián)Q代也越來越快[13]，因此，為了讓學(xué)生能及時了解各種新材料、新技術(shù)的臨床應(yīng)用情況，了解最新生物材料的研發(fā)動態(tài)和應(yīng)用方向，教師可以組織學(xué)生參加生物材料醫(yī)療器械展覽會，為他們將來走上工作崗位后能更快更好地掌握和應(yīng)用生物材料奠定基礎(chǔ)。

隨堂作業(yè)和課外實踐教學(xué)，可以激發(fā)學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)興趣和積極性。有些學(xué)生可能會對生物材料本身產(chǎn)生興趣，從而立志從事生物材料研究開發(fā)工作，這些都會對個人將來的職業(yè)定位產(chǎn)生重要影響。

3.3 加強(qiáng)實物展示及多媒體教學(xué)

鑒于生物材料學(xué)自身理論性較強(qiáng)的特點，學(xué)生在理解教材內(nèi)容上存在一定困難。因此，教師在講授課程內(nèi)容時，可以通過實物展示或多媒體教學(xué)來增強(qiáng)學(xué)生的認(rèn)識和理解[14-15]。例如，學(xué)習(xí)組織工程章節(jié)，可選擇成品神經(jīng)導(dǎo)管向?qū)W生直觀展示，增強(qiáng)其感性認(rèn)識，使原本抽象的內(nèi)容變得直觀、易于理解。在講解生物材料表面性質(zhì)與改性時，可利用多媒體，融圖像、動畫和聲音等信息于一體，對學(xué)生多種感官形成刺激，從而加深其對知識的理解和記憶。另外，視頻資料在生物材料學(xué)教學(xué)中也起到非常重要的作用。例如學(xué)習(xí)紅外光譜分析時，可以播放紅外光譜分析實驗的視頻講解資料，讓學(xué)生身臨其境感受紅外光譜實驗是如何進(jìn)行的，結(jié)果又是如何分析的，從而獲得生物材料表征的最直觀認(rèn)識，使整體教學(xué)效果變得更好。

4 結(jié)論

當(dāng)今，組織工程和再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展以及各種介入醫(yī)療器械在臨床上的良好應(yīng)用，均離不開生物材料學(xué)的發(fā)展。而生物材料學(xué)是應(yīng)用的基礎(chǔ)，對于指導(dǎo)優(yōu)異生物相容性的介入醫(yī)療器械的開發(fā)具有重要意義。這就需要我們在生物材料學(xué)教學(xué)過程中，不斷探索新的教學(xué)模式，提高質(zhì)量和效果。為了更好地開展教學(xué)，本文分析了傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足，探索了CITM、課外見習(xí)實踐、實物展示和多媒體教學(xué)等新的教學(xué)模式在生物材料學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，分析了各種教學(xué)模式的利弊，希望能在今后的教學(xué)過程中逐漸積累、總結(jié)經(jīng)驗，以達(dá)到各種教學(xué)模式的優(yōu)化組合，提高教學(xué)效果，培養(yǎng)高素質(zhì)生物材料專業(yè)人才。通過在生物材料學(xué)教學(xué)過程中采用多樣化的教學(xué)模式，可以充分調(diào)動學(xué)生的積極性和創(chuàng)造力，收到了較好的教學(xué)效果。另外，在該課程教學(xué)過程中，我們也深刻體會到要提高生物材料學(xué)課程教學(xué)效果和質(zhì)量，任課教師需要切切實實地投入時間與精力，認(rèn)真鉆研教學(xué)內(nèi)容，轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，并真正站在學(xué)生能力培養(yǎng)角度來施教，不斷探索和優(yōu)化多元化的實驗教學(xué)方法，從而提高教學(xué)水平。