生物医用高分子课程教学改革探索

2022-06-15颜世峰伍思敏刘引烽

高教学刊 2022年15期

颜世峰伍思敏刘引烽

摘要：生物医用高分子课程是上海大学为高分子材料与工程专业大三学生开设的一门专业选修课。为提高教学质量，培养学生自主学习能力和创新精神，授课教师结合教学实践、相关科研工作及该课程特点，进行教学改革探索。文章较详细地阐述课程目标、教学内容与方法、教学考核及成果，并加以讨论，探求适合的课程教学方案。

关键词：生物医用高分子;教学方案;教学改革;专业选修课

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2022）15-0135-04

Abstract： Biomedical Polymer is a professional elective course offered by Shanghai University for junior students majoring in Polymer Materials and Engineering. In order to improve the teaching quality and cultivate students' autonomous learning ability and consciousness of innovation， the teachers combined teaching practice， related scientific research work and the characteristics of the course to explore the teaching reform. This paper elaborates the course objective， the teaching content and method， the teaching examination and the achievement in detail， and discusses them to seek the suitable course teaching scheme.

Keywords： Biomedical Polymer; teaching schemes; teaching reform; specialized optional course

一、课程概述

生物医用高分子材料是用于与生命系统接触和发生相互作用的一类特殊功能高分子材料，具有对受损组织和器官进行治疗、替换或增进其功能的作用。现代医学技术正处在高速发展阶段，医学领域对生物材料和器械的依赖越来越强，生物医用高分子材料凭借其独特的优势，在人工器官、组织工程、药物控释、医疗器械、外科修复等医学领域得到广泛的应用[1-2]。近年来，随着国民生活水平的不断提升，对于生命健康的重视度越来越高，对于生物医用高分子材料的需求也不断增加。生物医用高分子是高分子材料学、医学、生物学、物理学和化学等诸多领域交叉的一门学科，对其研究可推进医学技术的进步，提高国民的健康水平，具有重大的社会意义和经济价值[1，3-4]。

生物医用高分子是高分子材料与工程专业的一门重点专业选修课程，上海大学高分子材料科学与工程专业开设这门课程多年，旨在让本专业学生能够掌握生物医用高分子材料的基本原理与基本方法，培养学生自主学习、创新能力与实践操作能力，为社会输送更多高水平、高素质的专业人才。根据本专业学生对专业知识的掌握程度和本课程的学科特点，不断进行教学内容设计，并经过多年的课程教学实践，积累了大量教学素材，为该课程建立了完备的教学体系。自生物医用高分子课程开课以来，随着生物医用高分子领域新技术、新方法的不断涌现，教育教学思想的不断革新，授课教师与时俱进，持续更新教学内容，改进教学方法，优化教学方案。近年来，该课程按照研究型挑战性课程的教学模式[5]，形成了Outcome based education（OBE）教学大纲，并于2020年入选上海大学“第二批研究型挑战性课程”和上海市教育委员会“2020年度上海高校市级重点课程”。

生物医用高分子虽然是一门专业选修课，但是其与多学科领域的交叉渗透使得如何讲好这门课程具有一定难度。笔者结合自己十余年的授课经验和在生物医用高分子领域的科研心得，以及生物医用高分子课程的特点，从教学目标、教学方法和教学内容等方面尝试进行教学改革探索，以期提高教学质量与学生的学习效果，教学相长。

二、课程目标

课程目标是评价课程效果的指標之一，明确课程目标，有益于授课教师确定教学内容与教学方法，帮助教师更好地开展教学活动。在课程结束后，教师也能够根据教学目标完成情况来检验课程的教学质量，及时反思，进行教学内容和方法的进一步调整。生物医用高分子的课程目标主要有三个方面：一是让学生了解生物医用高分子相关的基本专业知识，掌握生物医用高分子理论体系、基本原理与方法;二是让学生能够将生物医用高分子材料的理论知识与实际应用相结合，激发学生对生物医用高分子领域的兴趣;三是提高学生学习积极性，培养学生自主学习能力和可持续发展的潜能，为将来进入社会做好准备。

（一）掌握相关专业知识

生物医用高分子课程共讲授30个课时，课程内容分为六个章节，分别介绍了生物医用高分子的基本概念、常见的天然与合成类生物医用高分子材料，以及生物医用高分子在组织工程、药物控释等不同领域的应用，从而建立完整的生物医用高分子理论知识框架。为了帮助学生更好地掌握知识要点，拓展学生的知识面，每个章节还设置了一些挑战性教学问题，需要学生结合教师课堂讲解内容，课后查阅资料，独立思考后进行解答。

（二）结合实际应用

传统课堂教学只关注学生理论知识的掌握，忽视了对学生的实践能力的培养。学生仅掌握理论知识，“纸上谈兵”，不能够将理论与实际相联系，理论学习也就成为无本之木，无源之水。生物医用高分子课程教师除了在课堂上进行理论知识教学外，还在课后召集并遴选部分对生物医用高分子领域感兴趣的学生参与相关科研项目，让学生能够结合课堂所学，将理论知识应用到科研项目实践中。理论学习与实际应用相结合，激发了学生对专业课程的兴趣，培养了学生的创新精神，锻炼了学生的工程实践能力。

（三）提升自主学习能力

传统的灌输式教学忽略了对学生自主学习能力的培养，不利于学生今后长久的发展。大学教育，应该让学生自己主导学习，充分调动起学生学习积极性，提升学生可持续发展潜能。生物医用高分子课程通过小组课程项目设置，不仅能够帮助学生巩固和拓展课堂所学知识，还能够激发学生学习兴趣，培养团队合作精神、自主学习的主动性和可持续发展潜力[5]，让学生在知识快速更新的时代更具竞争优势。

三、教学内容

生物医用高分子是一门多学科交叉课程，涉及多个领域，学生需要同时具备材料学、物理学、生物学、化学及医学等专业基础知识。但是，高分子材料与工程专业学生在物理学、生物学、医学等方面的知识储备明显不足。考虑到这一点，授课教师在课程内容的安排与教学方法的选择上，除讲授生物医用高分子材料相关知识外，还兼顾物理、生物等学科基础知识的讲解，合理安排教学内容，帮助学生更好地掌握本课程涉及的多学科知识。

在教学过程中，主要参考的教材是曾戎和屠美编著的《生物医用仿生高分子材料》（2010版）[6]以及俞耀庭主编的《生物医用材料》（2000版）[7]。参考教材涉及生物医用高分子材料的基本概念、相关学科基础知识、制备方法及重要的应用领域[6-7]，基本满足生物医用高分子课程对基础理论讲解的教学需要。然而医用高分子发展日新月异，上述教材已出版多年，需要对某些内容不断进行更新，与时俱进。在教学过程中，笔者结合生物医用高分子领域最新前沿进展，依托上海大学图书馆丰富的网上数据库资源，不断对教学内容进行拓展和补充，以拓宽学生视野，培养学生创新精神。

将教材内容与网上数据库资源等素材综合加工后，结合学生大三选课时的知识储备与平均水平，将课程教学内容分为六个章节。第一章是绪论，讲授医用高分子的概念及其分类、医用高分子材料的基本要求，让学生初步了解生物医用高分子，建立一个生物医用高分子学科理论体系基本认知框架。第二、三、四章分别介绍可降解与吸收高分子材料、用于组织工程的高分子材料和药物控释高分子材料，让学生对生物医用高分子的原理、结构设计、成型加工和医学应用等有较深入的理解与掌握，从而深化生物医用高分子理论知识以夯实基础。最后两章瞄准医用高分子的学科前沿，分别介绍高分子材料在人工脏器上的研究应用进展，以及在眼科、齿科、骨科及创伤外科等的研究应用进展，让学生更多接触前沿知识，拓宽视野，培养学生的创新能力。

为了使学生更好地理解知识要点，在每个章节的引言部分尽量结合日常生活实例。例如，在讲授组织工程技术之前，先通过设问，“当人体的某些组织和器官受损时，有哪些治疗措施？这些措施各有什么优缺点？应用前景如何？”从而引导学生认真思考，积极发言讨论，自然而然地引出组织工程技术。在讲解对组织工程支架要求的时候，将细胞所处支架环境与人类居家环境进行类比，引导学生理解组织工程支架的设计原理。为了有效拓展教学内容的广度和深度，在每个章节结束后，都会给学生设计相应的挑战性问题，让学生结合课堂所学内容，通过课后查阅资料，充分调研后得出答案，培养学生对文献资料的归纳总结能力，锻炼学生思辨能力[8-9]。通过课程内容的层层递进，逐步深入，让学生对生物医用高分子知识的掌握不再流于表面，帮助学生抓住生物医用高分子课程的要点与本质。

四、教学方法

近年來，生物医用高分子课程在教育教学改革思想的指导下，结合上海大学高分子材料与工程专业学生的实际情况，采用研讨式教学、网络教学、课内外联动（包括讲座教学、实践教学）、课程思政等多种教学方法与手段，进行教学方式改革的探索，以期提升教学效果，激发学生学习热情，改变学生过去“被动学习”的习惯，养成自主学习的习惯，以此提高学生的综合素质。

（一）研讨教学

传统的讲授法教学，教师满堂讲，学生被动听，抑制了学生主动学习、独立思考的积极性，容易让学生产生被动学习依赖性[10]。生物医用高分子课程中有10个课时采用研讨教学模式，以课堂讨论为主。将每3～4名学生分为一个学习协作小组，利用Science Finder、Web of Science、中国知网等网络资源，对某一专题进行文献查找、分析与整理，制作PPT。依次进行小组演讲展示，同学互动研讨，老师综合点评。通过开展小组协作项目，学生分析问题的能力得到锻炼，解决问题的能力得到培养，团结协作、自主学习的积极性得到提升;通过课堂研讨，调动了课堂氛围，同时也增加了师生间的互动性，学生独立思考、沟通交流与质疑能力得到培养;而教师的点评与适当引导，能够适时补充学生研讨过程中欠缺之处，引导追踪学科前沿领域，加强学生学科交叉意识，培养学生创新思维。

（二）网络教学

随着互联网时代的到来，学生对手机、平板、笔记本电脑等电子产品的使用也越来越频繁，网络教学也逐渐成为学生获取知识的一种重要方式[11]。网络教学利用电子产品和多媒体网络平台，突破了时空的界限，使学生在课余也能够通过线上教学平台获取知识，有利于丰富学生的知识储备，提升教学效率。特别是2020年新冠肺炎疫情期间，受物理空间的限制，传统授课教学大幅“停摆”，而随着大规模网课的实践，疫情期间知识传授的主战场逐渐转变为线上课堂[12-13]。通过将课程教学与信息技术深度融合，利用上海大学提供的超星网络教学互动平台，该课程已完成网上建设，并在网络教学平台上提供了丰富多样、鲜活生动的视频与图片学习素材。在新冠肺炎疫情期间，通过线上直播、视频录播、在线讨论与答疑等教学方式，有效保障和成功实施了该课程的在线教学与考核。今后，也将不断关注生物医用高分子领域涌现的新理论、新技术，不断完善网上课程内容，充实相关素材和挑战性教学问题、项目库，使学生在课后也能充分利用该课程网络教学平台上的教学资源，复习和巩固所学知识，进行拓展性学习。借助线上交流平台，师生之间展开讨论和交流，巩固和扩大学习成果。

（三）课程思政

生物医用高分子课程将思政教育元素与教学过程相结合，通过教学案例和教学互动，结合生动的信息技术展示手段，将课程思政自然融入课程教学。在教授理论知识的同时，在潜移默化中引导学生的价值取向，润物无声，充分发挥教书育人的作用。例如，在讲授组织工程技术这一章节时，通过组织工程前驱者Joseph Vacanti和Robert Langer培养出“人耳鼠”的故事，让学生体会多领域合作的重要性，培养学生的创新精神;在讲解可降解与吸收高分子材料时，结合可降解聚乳酸的案例，引导学生树立可持续科学发展观和绿色生态技术观;结合生物医用高分子技术前沿，以张俐娜院士开创低温溶解纤维素新技术的故事，培养学生为祖国的科研和教育事业无私奉献的精神和面对困难坚持不懈、迎难而上的开拓精神;聚焦几位在医用高分子领域做出开创性工作的国内学者，通过课外网上调研、课内讨论等方式展现其工作成就、意义和背后的故事，增强民族自豪感。

（四）课内外联动教学

课程采用讲座教学与实践教学相结合的教学方式，开阔学生视野，培养学生的实践能力。上海位于长三角经济圈的中心，独特的地域优势使得上海的医用高分子材料相关企业与日俱增，利用这些优秀的企业资源，可以为生物医用高分子课程教学提供鲜活实例和素材。课程通过邀请世界500强企业和优秀民营企业的老总或专家来校讲座，从管理者和创业者的角度对学生的学习提出有益建议，让学生了解在校期间应做的准备，增强学生学习的积极性。并通过召集并遴选部分学生参与教学团队的医用高分子材料相关课题项目以及大学生科创项目，实现课内外有效联动，小组分工协作，定期总结，激发学生对创新实践的兴趣。通过将理论与实际结合，巩固和加深知识体系，锻炼学生理解与综合运用知识的能力。

五、教学考核及效果

在传统教学考核中，课程考试的比例占据很大一部分，这导致很多学生仅以通过考试为目的，平时不认真学习，临考前死记硬背，难以真正掌握所学知识，学生的综合素质也得不到提升，违背了开设课程的初衷[14]。生物医用高分子课程的教学考核将课程考试与过程考核相结合，实现课前、课中与课后全过程的跟踪。过程考核涵盖出勤、随堂讨论、课前与课后的挑战性教学问题、项目考核、课程论文等，以此强化过程监控，弱化知识记忆在教学考核中所占比例。过程考核能够有效提高学生的课程参与度，检验学生对课程知识真实的掌握程度，对评价教学成果具有重要的参考价值。

通过生物医用高分子课程的学习，学生对生物医用高分子的相关基础知识及其应用有了更加深刻的理解与掌握，分析和解决问题得到了锻炼，独立思考能力得到了有效提升，自主学习能力得到增强，查阅、整理文献资料的能力也得到了锻炼。在掌握基础知识的同时，锻炼了学生的思辨能力和创新意识，综合素质得以提升，较好地实现了课程目标。

六、结束语

生物医用高分子课程对学生专业知识的学习、创新精神的培养和自主学习能力的提高有重要意义。自开课以来，教学团队结合专业前沿知识与新兴教育思想，不断尝试进行课程教学改革，以期提高教学效果，力争将课程建设成为一门精品示范课程，使学生學有所思、学有所悟、学有所践、学有所获。

参考文献：

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[4]李海银，师进生，耿发，等.《生物医用高分子材料》课程教学探索[J].教育教学论坛，2014（38）：198-199.

[5]金青，何虹.应用型地方高校课程挑战性学习模式设计与实践[J].中国职业技术教育，2019（26）：33-40.

[6]曾戎，屠美.生物医用仿生高分子材料[M].广州：华南理工大学出版社，2010.

[7]俞耀庭.生物医用材料[M].天津：天津大学出版社，2000.

[8]JASON H M，KRISTA B H，STEPHEN M L，et al. Hard but not too hard： challenging courses and engineering students[J]. College Teaching，2008，56（2）.

[9]孙宏斌，冯婉玲，马璟.挑战性学习课程的提出与实践[J].中国大学教学，2016（7）：26-31.