胡銀春 黃棣 魏延 韓志軍

[摘 要] 材料科學(xué)基礎(chǔ)作為生物材料課程知識(shí)體系的重要基礎(chǔ)理論課程，是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)培養(yǎng)生物材料專業(yè)人才的必修課程。為了提升生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)材料科學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)人才，基于生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)特色，我們建立了適用的材料科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)體系、引入啟發(fā)誘導(dǎo)式教學(xué)模式和合理的考核機(jī)制。

[關(guān)鍵詞] 材料科學(xué)基礎(chǔ);生物醫(yī)學(xué)工程;教學(xué)探索

[基金項(xiàng)目] 國(guó)家自然科學(xué)基金（11802197）;山西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（201903D421064）

[作者簡(jiǎn)介] 胡銀春（1983—），女，河南西華人，材料學(xué)博士，太原理工大學(xué)副教授，研究方向?yàn)樯锊牧项I(lǐng)域。

[中圖分類號(hào)] G423? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2020）42-0181-02? ? [收稿日期] 2020-03-06

引言

生物醫(yī)學(xué)工程是包含多種技術(shù)并交叉融合的一個(gè)專業(yè)，綜合了生物學(xué)、醫(yī)學(xué)與工程學(xué)的理論和方法，其主要分支方向包括生物力學(xué)、組織工程學(xué)、生物材料、人工器官、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)、生物醫(yī)學(xué)影像等。生物材料學(xué)是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的主要研究方向之一，主要研究和人體機(jī)體相適應(yīng)的、以診斷治療或替換體內(nèi)組織器官或增進(jìn)其功能的材料，在生命科學(xué)前沿研究中占據(jù)極其重要的地位。目前生物材料已成功地應(yīng)用于人工骨與關(guān)節(jié)、醫(yī)用導(dǎo)管、人工腎、人工心臟瓣膜、人工植入物、如血管類等藥物緩釋載體等。生物材料學(xué)涉及學(xué)科領(lǐng)域多而廣，如醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、材料學(xué)、物理、化學(xué)、機(jī)電、信息等，是典型的多學(xué)科交叉學(xué)科。生物材料是一門分量較重的專業(yè)課程，主要通過學(xué)習(xí)生物醫(yī)用金屬材料、陶瓷材料與高分子材料的組成結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性能及生物相容性評(píng)價(jià)等，使學(xué)生對(duì)現(xiàn)代生物材料的基本原理、應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)形成較為全面的認(rèn)識(shí)。

通過調(diào)研國(guó)內(nèi)外相關(guān)教材發(fā)現(xiàn)，較為完善的生物材料課程知識(shí)體系，一般包括材料學(xué)與生物學(xué)層面的內(nèi)容。從材料學(xué)角度看，需要講授的內(nèi)容包括生物材料的類型、性質(zhì)、化學(xué)結(jié)構(gòu)、物理性能、力學(xué)性能、降解、加工工藝、表面特性等，為學(xué)生打造良好的材料科學(xué)基礎(chǔ);從生物學(xué)層面看，需要講授的內(nèi)容包括蛋白質(zhì)、細(xì)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(yīng)、感染、腫瘤及鈣化反應(yīng)等。鑒于此，我校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本科生的生物材料課程體系，由材料科學(xué)基礎(chǔ)、生物材料與人工器官、生物醫(yī)學(xué)工程導(dǎo)論等多門課程組成。

一、建立適用于生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的材料科學(xué)基礎(chǔ)課程知識(shí)體系

材料科學(xué)基礎(chǔ)課程是國(guó)內(nèi)各大院校材料學(xué)相關(guān)專業(yè)開設(shè)的重要專業(yè)必修課程，是研究材料組成、結(jié)構(gòu)、制備、性能及應(yīng)用之間相互關(guān)系的一門重要學(xué)科，對(duì)學(xué)生后續(xù)材料類專業(yè)課程的學(xué)習(xí)具有重要意義。該課程具有知識(shí)點(diǎn)多、內(nèi)容雜、難記憶等特點(diǎn)。我校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)生物材料方向的本科三年級(jí)學(xué)生開始此課程，作為專業(yè)基礎(chǔ)必修課，課程安排在大三上學(xué)期。目的是強(qiáng)化學(xué)生的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)知識(shí)和專業(yè)思維，讓學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用已學(xué)的專業(yè)知識(shí)和基礎(chǔ)理論分析生物材料科學(xué)問題，輔助學(xué)生鍛煉專業(yè)能力、形成專業(yè)的生物材料科學(xué)素養(yǎng)。

結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，選用化學(xué)工業(yè)出版社出版，顧宜、趙長(zhǎng)生等編著的《材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)》作為教材。主要理論和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和課時(shí)安排如表所示。其中理論教學(xué)核心內(nèi)容分為以下四個(gè)部分：第一部分是材料結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，介紹材料的尺度、電子結(jié)構(gòu)、原子堆積狀態(tài)、固體轉(zhuǎn)變和材料表面等概念;第二部分是材料組成與結(jié)構(gòu)，是對(duì)第一部分的深化理解，包括金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料四個(gè)部分;第三部分是材料的性能，介紹材料的力學(xué)性能、熱學(xué)性能、光電磁性能及納米效應(yīng);第四部分主要介紹材料的制備方法和成型加工工藝。同時(shí)將材料基礎(chǔ)理論與專業(yè)實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，開展新型生物材料調(diào)研報(bào)告會(huì)，引導(dǎo)學(xué)生將材料科學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)用于分析新型生物材料實(shí)際應(yīng)用案例。從以上教學(xué)內(nèi)容可以看出，本門課程內(nèi)容多、涵蓋面廣、授課難度大。新材料發(fā)展日新月異，生物材料作為新興的材料應(yīng)用領(lǐng)域，要求生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的任課教師需要緊跟生物材料前沿動(dòng)態(tài)，引導(dǎo)學(xué)生逐步深入理解材料科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，為將來(lái)進(jìn)行靈活的生物材料設(shè)計(jì)和選擇奠定材料學(xué)理論基礎(chǔ)。

二、啟發(fā)誘導(dǎo)式教學(xué)模式

材料科學(xué)基礎(chǔ)課程主要通過對(duì)“材料科學(xué)，即為什么”和“材料工程，亦即怎樣做”兩個(gè)方面的學(xué)習(xí)，建立認(rèn)識(shí)材料物質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、加工和使用性能之間的相互聯(lián)系，并由此形成扎實(shí)的材料科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)體系，為學(xué)生深入研究探索材料科學(xué)，更有效地在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用，提供理論基礎(chǔ)。

三、建立合理的考核機(jī)制

考核是教學(xué)不可缺少的環(huán)節(jié)，多樣化的教學(xué)方式需要配套的合理考核機(jī)制。學(xué)生的成績(jī)不能僅僅由卷面成績(jī)和出勤決定，需要結(jié)合文獻(xiàn)查閱、課題調(diào)研及科研報(bào)告等方面考查學(xué)生的探索能力，從而更切實(shí)地給出學(xué)生的最終成績(jī)。這種多方位的考核方式能客觀地展現(xiàn)學(xué)生在本課程學(xué)習(xí)中的綜合能力。本課程采用“平時(shí)+期末+實(shí)驗(yàn)”的考核模式，平時(shí)成績(jī)包括出勤、作業(yè)、資料調(diào)研、科學(xué)探索等環(huán)節(jié)。

四、總結(jié)與展望

在材料科學(xué)迅猛發(fā)展的大背景下，生物材料與時(shí)俱進(jìn)，生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法都應(yīng)該不斷改革以適應(yīng)新形勢(shì)?；谏镝t(yī)學(xué)工程專業(yè)的特點(diǎn)和現(xiàn)狀，對(duì)材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革進(jìn)行了探索和研究。經(jīng)過具體教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生的整體學(xué)習(xí)情況良好、學(xué)習(xí)主動(dòng)性得到改善，相當(dāng)一部分學(xué)生課下能夠主動(dòng)查閱延伸文獻(xiàn)、積極討論相關(guān)問題。今后應(yīng)繼續(xù)探索，制定適合本專業(yè)學(xué)生的教學(xué)內(nèi)容和教育模式，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)生物醫(yī)學(xué)工程復(fù)合型高素質(zhì)人才。

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Teaching Exploration of the Course of Fundamental of Materials Science in Biomedical Engineering Specialty

HU Yin-chun，HUANG Di，WEI Yan，HAN Zhi-jun

（College of Biomedical Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan，Shanxi 030024，China）

Abstract：As an important basic theoretical course in the knowledge system of bio-materials curriculum，the course of Fundamental of Materials Science is a required course for the cultivation of bio-materials professionals in the specialty of biomedical engineering.In order to improve the teaching quality of the course of Fundamental of Materials Science of the biomedical engineering specialty and train high-quality compound biomedical engineering professionals，based on the characteristics of biomedical engineering specialty，we have established a suitable knowledge system of this course，introduced heuristic-induced teaching model and reasonable assessment mechanism.

Key words：Fundamental of Materials Science;biomedical engineering;teaching exploration