材料科學基礎課程在生物醫(yī)學工程專業(yè)中的教學探索

胡銀春 黃棣 魏延 韓志軍

[摘 要] 材料科學基礎作為生物材料課程知識體系的重要基礎理論課程，是生物醫(yī)學工程專業(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)學工程專業(yè)材料科學基礎課程教學質量，培養(yǎng)高素質復合型生物醫(yī)學工程專業(yè)人才，基于生物醫(yī)學工程專業(yè)特色，我們建立了適用的材料科學基礎知識體系、引入啟發(fā)誘導式教學模式和合理的考核機制。

[關鍵詞] 材料科學基礎;生物醫(yī)學工程;教學探索

[基金項目] 國家自然科學基金（11802197）;山西省重點研發(fā)計劃（201903D421064）

[作者簡介] 胡銀春（1983—），女，河南西華人，材料學博士，太原理工大學副教授，研究方向為生物材料領域。

[中圖分類號] G423? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）42-0181-02? ? [收稿日期] 2020-03-06

引言

生物醫(yī)學工程是包含多種技術并交叉融合的一個專業(yè)，綜合了生物學、醫(yī)學與工程學的理論和方法，其主要分支方向包括生物力學、組織工程學、生物材料、人工器官、生物醫(yī)學信號、生物醫(yī)學影像等。生物材料學是生物醫(yī)學工程專業(yè)的主要研究方向之一，主要研究和人體機體相適應的、以診斷治療或替換體內組織器官或增進其功能的材料，在生命科學前沿研究中占據(jù)極其重要的地位。目前生物材料已成功地應用于人工骨與關節(jié)、醫(yī)用導管、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。生物材料學涉及學科領域多而廣，如醫(yī)學、生物學、材料學、物理、化學、機電、信息等，是典型的多學科交叉學科。生物材料是一門分量較重的專業(yè)課程，主要通過學習生物醫(yī)用金屬材料、陶瓷材料與高分子材料的組成結構、物理化學性能及生物相容性評價等，使學生對現(xiàn)代生物材料的基本原理、應用與發(fā)展趨勢形成較為全面的認識。

通過調研國內外相關教材發(fā)現(xiàn)，較為完善的生物材料課程知識體系，一般包括材料學與生物學層面的內容。從材料學角度看，需要講授的內容包括生物材料的類型、性質、化學結構、物理性能、力學性能、降解、加工工藝、表面特性等，為學生打造良好的材料科學基礎;從生物學層面看，需要講授的內容包括蛋白質、細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、感染、腫瘤及鈣化反應等。鑒于此，我校生物醫(yī)學工程專業(yè)本科生的生物材料課程體系，由材料科學基礎、生物材料與人工器官、生物醫(yī)學工程導論等多門課程組成。

一、建立適用于生物醫(yī)學工程專業(yè)的材料科學基礎課程知識體系

材料科學基礎課程是國內各大院校材料學相關專業(yè)開設的重要專業(yè)必修課程，是研究材料組成、結構、制備、性能及應用之間相互關系的一門重要學科，對學生后續(xù)材料類專業(yè)課程的學習具有重要意義。該課程具有知識點多、內容雜、難記憶等特點。我校生物醫(yī)學工程專業(yè)生物材料方向的本科三年級學生開始此課程，作為專業(yè)基礎必修課，課程安排在大三上學期。目的是強化學生的生物醫(yī)學工程專業(yè)知識和專業(yè)思維，讓學生學會運用已學的專業(yè)知識和基礎理論分析生物材料科學問題，輔助學生鍛煉專業(yè)能力、形成專業(yè)的生物材料科學素養(yǎng)。

結合專業(yè)培養(yǎng)目標，選用化學工業(yè)出版社出版，顧宜、趙長生等編著的《材料科學與工程基礎》作為教材。主要理論和實踐教學內容和課時安排如表所示。其中理論教學核心內容分為以下四個部分：第一部分是材料結構基礎，介紹材料的尺度、電子結構、原子堆積狀態(tài)、固體轉變和材料表面等概念;第二部分是材料組成與結構，是對第一部分的深化理解，包括金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料和復合材料四個部分;第三部分是材料的性能，介紹材料的力學性能、熱學性能、光電磁性能及納米效應;第四部分主要介紹材料的制備方法和成型加工工藝。同時將材料基礎理論與專業(yè)實際應用相結合，開展新型生物材料調研報告會，引導學生將材料科學基礎理論知識用于分析新型生物材料實際應用案例。從以上教學內容可以看出，本門課程內容多、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用領域，要求生物醫(yī)學工程專業(yè)的任課教師需要緊跟生物材料前沿動態(tài)，引導學生逐步深入理解材料科學基礎知識，為將來進行靈活的生物材料設計和選擇奠定材料學理論基礎。

二、啟發(fā)誘導式教學模式

材料科學基礎課程主要通過對“材料科學，即為什么”和“材料工程，亦即怎樣做”兩個方面的學習，建立認識材料物質結構、性質、加工和使用性能之間的相互聯(lián)系，并由此形成扎實的材料科學基礎知識體系，為學生深入研究探索材料科學，更有效地在生物醫(yī)學領域中的應用，提供理論基礎。

三、建立合理的考核機制

考核是教學不可缺少的環(huán)節(jié)，多樣化的教學方式需要配套的合理考核機制。學生的成績不能僅僅由卷面成績和出勤決定，需要結合文獻查閱、課題調研及科研報告等方面考查學生的探索能力，從而更切實地給出學生的最終成績。這種多方位的考核方式能客觀地展現(xiàn)學生在本課程學習中的綜合能力。本課程采用“平時+期末+實驗”的考核模式，平時成績包括出勤、作業(yè)、資料調研、科學探索等環(huán)節(jié)。

四、總結與展望

在材料科學迅猛發(fā)展的大背景下，生物材料與時俱進，生物醫(yī)學工程專業(yè)的材料科學與工程基礎課程的教學內容、教學方法都應該不斷改革以適應新形勢?；谏镝t(yī)學工程專業(yè)的特點和現(xiàn)狀，對材料科學與工程基礎課程的教學改革進行了探索和研究。經(jīng)過具體教學實踐，學生的整體學習情況良好、學習主動性得到改善，相當一部分學生課下能夠主動查閱延伸文獻、積極討論相關問題。今后應繼續(xù)探索，制定適合本專業(yè)學生的教學內容和教育模式，提高教學質量，培養(yǎng)生物醫(yī)學工程復合型高素質人才。

參考文獻

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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