生物醫(yī)用紡織材料“共創(chuàng)式”實(shí)踐教學(xué)體系的研究

林 婧， 管曉寧， 王富軍， 關(guān)國(guó)平， 高 晶， 王 璐

(東華大學(xué) 紡織學(xué)院 紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201620)

0 引 言

2016年4月，美國(guó)國(guó)防部長(zhǎng)卡特宣布成立美國(guó)國(guó)家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)中的第八家制造創(chuàng)新機(jī)構(gòu)——革命性纖維與織物制造創(chuàng)新機(jī)構(gòu)，提供超過3億美元的合作資金，開發(fā)面向未來的纖維和織物，助力美國(guó)紡織品制造業(yè)的加速?gòu)?fù)蘇。而我國(guó)，在國(guó)務(wù)院發(fā)布的《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020)》中，將“攻克醫(yī)用材料創(chuàng)制關(guān)鍵技術(shù)”作為“人口與健康”重點(diǎn)領(lǐng)域的發(fā)展思路，并將“開發(fā)人體組織器官替代等新型生物醫(yī)用材料”列為優(yōu)先主題。國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)和中國(guó)紡織工業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合發(fā)布的《紡織工業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016—2020年)》，也將“研發(fā)和推廣醫(yī)用植入型紡織材料”列為我國(guó)紡織工業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。可見，國(guó)內(nèi)外的一系列重大舉措對(duì)于生物醫(yī)用紡織材料是一個(gè)契機(jī)。

生物醫(yī)用紡織材料是一個(gè)高速發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)[1]。作為一種多孔的柔性生物材料，在維護(hù)人類健康、解除疾患、提高生活質(zhì)量的醫(yī)療保障體系中扮演著重要的角色，尤其是在恢復(fù)、修補(bǔ)、更換或替代受到侵害或損傷、病變或可能產(chǎn)生病變的人體組織方面，由其加工的制品已然成為臨床醫(yī)學(xué)的關(guān)鍵醫(yī)療器械[2-4]。國(guó)家的戰(zhàn)略需求及產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展對(duì)于生物醫(yī)用紡織材料方向的人才培養(yǎng)提出了巨大的挑戰(zhàn)，因此，迫切需要深入研究生物醫(yī)用紡織材料方向的實(shí)踐教學(xué)體系；此外，作為一門交叉性及前沿性強(qiáng)的學(xué)科，傳統(tǒng)的教學(xué)體系已不再適用，而被譽(yù)為“教練技術(shù)指導(dǎo)的圣經(jīng)”的《共創(chuàng)式教練：轉(zhuǎn)變思維，蛻變?nèi)松穂5]對(duì)本教學(xué)體系的構(gòu)建有所啟示，從而在生物醫(yī)用紡織材料方向輸送更多擁有專業(yè)知識(shí)及實(shí)踐動(dòng)手能力的復(fù)合型人才。

1 “共創(chuàng)式”實(shí)踐教學(xué)理念

“共創(chuàng)”指在教練與被教練者之間的教練關(guān)系是積極且協(xié)作的[5]。在課堂上，其含義可被理解為教師與學(xué)生之間的知識(shí)傳授由“單向灌輸”轉(zhuǎn)變?yōu)椤半p向互動(dòng)創(chuàng)造”的過程。這也正是生物醫(yī)用紡織材料方向?qū)嵺`教學(xué)理念的核心所在。生物醫(yī)用紡織材料的內(nèi)容覆蓋生物醫(yī)用材料、紡織工程、醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)等基礎(chǔ)理論知識(shí)，是一門注重多學(xué)科交叉融合的課程[6-8]。該方向涵蓋多門實(shí)踐課程，以產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝結(jié)合的“典型生物醫(yī)用紡織品的成形與性能測(cè)試”課程為例。針對(duì)我院學(xué)生的紡織專業(yè)背景，相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)有限，因此學(xué)生掌握典型生物醫(yī)用紡織材料的功能設(shè)計(jì)原理、材料成形原理以及產(chǎn)品測(cè)試方法等有一定困難；學(xué)生對(duì)成形設(shè)備比較陌生，缺乏感性認(rèn)識(shí)[9-10]。實(shí)踐教學(xué)是應(yīng)用型人才培養(yǎng)不可或缺的手段和教學(xué)途徑[11]，因此，在實(shí)踐性教學(xué)中，合理安排專業(yè)課實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)“做中學(xué)、練中學(xué)”，通過6個(gè)典型生物醫(yī)用紡織品課題以及學(xué)生自選內(nèi)容來幫助同學(xué)理解和掌握所學(xué)內(nèi)容。課程組老師還利用課余時(shí)間指導(dǎo)學(xué)生參與生物醫(yī)用紡織品設(shè)計(jì)開發(fā)等課外科技活動(dòng)。通過實(shí)驗(yàn)室的全日制開放，極大地提高了學(xué)生們的課程學(xué)習(xí)興趣和應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力。

2 “共創(chuàng)式”實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容

為了在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，使學(xué)生較全面掌握典型生物醫(yī)用紡織品成形和測(cè)試方面的專業(yè)知識(shí)，課程組教師根據(jù)自身的科研工作實(shí)踐，并結(jié)合市場(chǎng)對(duì)生物醫(yī)用紡織材料及制品的需求，進(jìn)一步優(yōu)化了教學(xué)內(nèi)容，增加科技前沿，突出重點(diǎn)，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)。并結(jié)合“十三五”部委級(jí)規(guī)劃教材的建設(shè)，進(jìn)一步梳理和優(yōu)化課程內(nèi)容。選擇6類典型生物醫(yī)用紡織品，涵蓋機(jī)織、針織、編織等主要紡織工藝，包括人工血管、手術(shù)縫合線、疝氣修復(fù)補(bǔ)片等主要醫(yī)療器械，以“材料選擇→產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)→制備方法→結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)→性能測(cè)試”為主線，進(jìn)行理論知識(shí)、工藝流程及實(shí)驗(yàn)方法的講授與演示。具體內(nèi)容有：①機(jī)織人工血管的設(shè)計(jì)、制備及結(jié)構(gòu)與性能的研究；②機(jī)織敷料的設(shè)計(jì)、制備及結(jié)構(gòu)與性能的研究；③針織緯編小口徑支架管的設(shè)計(jì)、制備及結(jié)構(gòu)與性能的研究；④針織經(jīng)編疝氣修復(fù)補(bǔ)片的設(shè)計(jì)、制備及結(jié)構(gòu)與性能的研究；⑤編織縫合線的設(shè)計(jì)、制備及結(jié)構(gòu)與性能的研究；⑥編織小口徑支架管的設(shè)計(jì)、制備及結(jié)構(gòu)與性能的研究。

為了發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性，學(xué)生在掌握所有學(xué)習(xí)內(nèi)容后，通過團(tuán)隊(duì)形式選擇一個(gè)研究課題，且基于臨床問題和市場(chǎng)需求，自行為所制備的產(chǎn)品賦予一個(gè)功能特性，并進(jìn)行深入研究。如人工血管需要具有抗血栓功能、疝氣修復(fù)補(bǔ)片需要有防粘連功能、敷料需要有抗菌保濕功能等。教師也必須根據(jù)學(xué)生所選擇的功能進(jìn)行學(xué)習(xí)、求證，從而保證課題的順利開展。

3 “共創(chuàng)式”實(shí)踐教學(xué)方法

在教學(xué)方法上，為了充分提高實(shí)踐動(dòng)手環(huán)節(jié)，除了常規(guī)的課堂教學(xué)外，還拓展了課后教學(xué)，以增加學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

3.1 課堂教學(xué)

為了改變單一的“教師講課，學(xué)生聽課”的傳統(tǒng)授課方式，發(fā)揮“共創(chuàng)式”中教師與學(xué)生的積極互動(dòng)性以及激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，除了正常授課外，還増?jiān)O(shè)了許多其他環(huán)節(jié)，以提升學(xué)生的參與度：

(1) 應(yīng)用現(xiàn)代化的教學(xué)手段。課堂教學(xué)中充分利用“大數(shù)據(jù)”時(shí)代的網(wǎng)絡(luò)資源，組織課堂觀看生物醫(yī)用紡織產(chǎn)品的臨床應(yīng)用及醫(yī)學(xué)手術(shù)錄像，提高學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，激發(fā)他們的好奇心及創(chuàng)造力；同時(shí)增強(qiáng)知識(shí)點(diǎn)的直觀性，加深他們對(duì)難點(diǎn)、重點(diǎn)問題的理解。

(2) 體現(xiàn)“練中學(xué)、做中學(xué)”。針對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，讓學(xué)生自己動(dòng)手制備生物醫(yī)用紡織品(見圖1)，并讓其直接體會(huì)到本課程并不是遠(yuǎn)離社會(huì)、脫離實(shí)際的理論，而是與生產(chǎn)實(shí)際、社會(huì)發(fā)展緊密結(jié)合的，可以激發(fā)學(xué)生豐富的想象力和創(chuàng)新思維。提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，鍛煉自主獲取知識(shí)的能力；

(3) 邀請(qǐng)企業(yè)及生物醫(yī)用紡織材料領(lǐng)域?qū)＜覟閷W(xué)生授課及做講座。讓學(xué)生更為直觀地了解生產(chǎn)線上典型生物醫(yī)用紡織品的功能設(shè)計(jì)及成形制備重點(diǎn)、難點(diǎn)及核心內(nèi)容。

(4) 學(xué)生以團(tuán)隊(duì)形式?；谧约旱呐d趣點(diǎn)，自行通過查閱文獻(xiàn)及書籍，為教師及其他學(xué)生講授生物醫(yī)用紡織材料領(lǐng)域的最新研究?jī)?nèi)容。通過“教與學(xué)”身份的臨時(shí)轉(zhuǎn)換，發(fā)揮學(xué)生能動(dòng)性以及對(duì)知識(shí)體系的梳理及歸納能力，同時(shí)表達(dá)能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力也得到了鍛煉。

圖1 學(xué)生在制備實(shí)驗(yàn)中

3.2 課后教學(xué)

實(shí)踐教學(xué)每學(xué)期的課時(shí)僅為32學(xué)時(shí)，課堂上主要是理論知識(shí)及實(shí)驗(yàn)方法的講授及演示，且受到成形設(shè)備臺(tái)套數(shù)的限制，導(dǎo)致單純的課堂教學(xué)的整體學(xué)生實(shí)踐覆蓋度低，已經(jīng)無法滿足學(xué)生“紙上得來終覺淺，覺知此事要躬行”的迫切需求。因此，通過“共創(chuàng)式”教學(xué)方法的啟發(fā)，開創(chuàng)實(shí)踐教學(xué)的“課后學(xué)堂”。

通過實(shí)驗(yàn)室智能管理系統(tǒng)(見圖2)及攝像監(jiān)控系統(tǒng)的輔助，實(shí)現(xiàn)生物醫(yī)用紡織材料實(shí)驗(yàn)室的24 h開放。學(xué)生在課后，根據(jù)團(tuán)隊(duì)的自選研究?jī)?nèi)容，自行進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器的預(yù)約，并通過實(shí)驗(yàn)室智能管理系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)生的課后實(shí)踐時(shí)間，而攝像監(jiān)控系統(tǒng)則用于關(guān)注學(xué)生的實(shí)踐過程。此外，為了促進(jìn)教師與學(xué)生課后的溝通與指導(dǎo)，與每個(gè)團(tuán)隊(duì)建立了“微信群”，實(shí)時(shí)互動(dòng)授課，并且在線互相傳遞最新文獻(xiàn)及資料，共同學(xué)習(xí)；同時(shí)掌握學(xué)生課題的研究進(jìn)展情況，并根據(jù)學(xué)生的能力，不斷提出更高的研究要求。經(jīng)過實(shí)踐，證明課后教學(xué)更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及主觀能動(dòng)性，同時(shí)，對(duì)教師也提出了更高的要求。在整個(gè)“共創(chuàng)”互動(dòng)過程中，淋漓盡致的彰顯“教學(xué)相長(zhǎng)”的求知過程。

圖2 實(shí)驗(yàn)室智能管理系統(tǒng)預(yù)約界面

4 “共創(chuàng)式”實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)體系

本實(shí)驗(yàn)課程的評(píng)價(jià)體系主要由課題表現(xiàn)、實(shí)踐報(bào)告、課外實(shí)踐時(shí)間、制備成品、實(shí)踐成果匯報(bào)、同學(xué)互評(píng)及教師評(píng)價(jià)6部分共同構(gòu)成(見表1)。圖3是部分學(xué)生的PPT成果匯報(bào)。通過這種全方位、多角度、彈性靈活的專業(yè)能力為主的考核方式，引導(dǎo)學(xué)生自主研究探索興趣，提高其分析問題、解決問題的能力，使學(xué)生從積極思考和創(chuàng)新中得到快樂，可以最大限度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，促進(jìn)創(chuàng)新[12-13]和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力，以及自身專業(yè)綜合素質(zhì)的提升[14-15]。

表1 生物醫(yī)用紡織品實(shí)驗(yàn)課程學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系

圖3 學(xué)生PPT成果匯報(bào)截圖

5 結(jié) 語

通過3年努力，生物醫(yī)用紡織材料“共創(chuàng)式”實(shí)踐教學(xué)體系的主要成效表現(xiàn)在：①學(xué)生獲國(guó)家及上海市大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目25項(xiàng)；②學(xué)生參與教師主持的縱橫向科研項(xiàng)目15項(xiàng)；④學(xué)生申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利12項(xiàng)，已授權(quán)3項(xiàng)；⑤學(xué)生本科畢業(yè)后出國(guó)深造率為35%～50%。

更為重要的是，“共創(chuàng)式”的實(shí)踐教學(xué)體系對(duì)生物醫(yī)用紡織材料與制品方向創(chuàng)新人才培養(yǎng)、教學(xué)改革與實(shí)踐產(chǎn)生較大影響，切實(shí)體現(xiàn)生物醫(yī)用紡織材料方向?qū)捒趶?、重交叉的培養(yǎng)原則。先進(jìn)的多樣化授課方法與手段對(duì)生物醫(yī)用紡織材料實(shí)踐教學(xué)建設(shè)和人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高起到了顯著作用。