生物醫用紡織材料“共創式”實踐教學體系的研究

林 婧， 管曉寧， 王富軍， 關國平， 高 晶， 王 璐

(東華大學 紡織學院 紡織面料技術教育部重點實驗室，上海 201620)

0 引 言

2016年4月，美國國防部長卡特宣布成立美國國家制造創新網絡中的第八家制造創新機構——革命性纖維與織物制造創新機構，提供超過3億美元的合作資金，開發面向未來的纖維和織物，助力美國紡織品制造業的加速復蘇。而我國，在國務院發布的《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006—2020)》中，將“攻克醫用材料創制關鍵技術”作為“人口與健康”重點領域的發展思路，并將“開發人體組織器官替代等新型生物醫用材料”列為優先主題。國家發展和改革委員會和中國紡織工業協會聯合發布的《紡織工業發展規劃(2016—2020年)》，也將“研發和推廣醫用植入型紡織材料”列為我國紡織工業的重點發展領域。可見，國內外的一系列重大舉措對于生物醫用紡織材料是一個契機。

生物醫用紡織材料是一個高速發展的新興產業[1]。作為一種多孔的柔性生物材料，在維護人類健康、解除疾患、提高生活質量的醫療保障體系中扮演著重要的角色，尤其是在恢復、修補、更換或替代受到侵害或損傷、病變或可能產生病變的人體組織方面，由其加工的制品已然成為臨床醫學的關鍵醫療器械[2-4]。國家的戰略需求及產業的迅猛發展對于生物醫用紡織材料方向的人才培養提出了巨大的挑戰，因此，迫切需要深入研究生物醫用紡織材料方向的實踐教學體系；此外，作為一門交叉性及前沿性強的學科，傳統的教學體系已不再適用，而被譽為“教練技術指導的圣經”的《共創式教練：轉變思維，蛻變人生》[5]對本教學體系的構建有所啟示，從而在生物醫用紡織材料方向輸送更多擁有專業知識及實踐動手能力的復合型人才。

1 “共創式”實踐教學理念

“共創”指在教練與被教練者之間的教練關系是積極且協作的[5]。在課堂上，其含義可被理解為教師與學生之間的知識傳授由“單向灌輸”轉變為“雙向互動創造”的過程。這也正是生物醫用紡織材料方向實踐教學理念的核心所在。生物醫用紡織材料的內容覆蓋生物醫用材料、紡織工程、醫學基礎等基礎理論知識，是一門注重多學科交叉融合的課程[6-8]。該方向涵蓋多門實踐課程，以產品設計與工藝結合的“典型生物醫用紡織品的成形與性能測試”課程為例。針對我院學生的紡織專業背景，相關學科的基礎知識有限，因此學生掌握典型生物醫用紡織材料的功能設計原理、材料成形原理以及產品測試方法等有一定困難；學生對成形設備比較陌生，缺乏感性認識[9-10]。實踐教學是應用型人才培養不可或缺的手段和教學途徑[11]，因此，在實踐性教學中，合理安排專業課實驗，強調“做中學、練中學”，通過6個典型生物醫用紡織品課題以及學生自選內容來幫助同學理解和掌握所學內容。課程組老師還利用課余時間指導學生參與生物醫用紡織品設計開發等課外科技活動。通過實驗室的全日制開放，極大地提高了學生們的課程學習興趣和應用所學知識的能力。

2 “共創式”實踐教學內容

為了在有限的學時內，使學生較全面掌握典型生物醫用紡織品成形和測試方面的專業知識，課程組教師根據自身的科研工作實踐，并結合市場對生物醫用紡織材料及制品的需求，進一步優化了教學內容，增加科技前沿，突出重點，強化實踐教學。并結合“十三五”部委級規劃教材的建設，進一步梳理和優化課程內容。選擇6類典型生物醫用紡織品，涵蓋機織、針織、編織等主要紡織工藝，包括人工血管、手術縫合線、疝氣修復補片等主要醫療器械，以“材料選擇→產品功能設計→制備方法→結構評價→性能測試”為主線，進行理論知識、工藝流程及實驗方法的講授與演示。具體內容有：①機織人工血管的設計、制備及結構與性能的研究；②機織敷料的設計、制備及結構與性能的研究；③針織緯編小口徑支架管的設計、制備及結構與性能的研究；④針織經編疝氣修復補片的設計、制備及結構與性能的研究；⑤編織縫合線的設計、制備及結構與性能的研究；⑥編織小口徑支架管的設計、制備及結構與性能的研究。

為了發揮學生的創造性，學生在掌握所有學習內容后，通過團隊形式選擇一個研究課題，且基于臨床問題和市場需求，自行為所制備的產品賦予一個功能特性，并進行深入研究。如人工血管需要具有抗血栓功能、疝氣修復補片需要有防粘連功能、敷料需要有抗菌保濕功能等。教師也必須根據學生所選擇的功能進行學習、求證，從而保證課題的順利開展。

3 “共創式”實踐教學方法

在教學方法上，為了充分提高實踐動手環節，除了常規的課堂教學外，還拓展了課后教學，以增加學生的主觀能動性。

3.1 課堂教學

為了改變單一的“教師講課，學生聽課”的傳統授課方式，發揮“共創式”中教師與學生的積極互動性以及激發學生學習的主動性，除了正常授課外，還増設了許多其他環節，以提升學生的參與度：

(1) 應用現代化的教學手段。課堂教學中充分利用“大數據”時代的網絡資源，組織課堂觀看生物醫用紡織產品的臨床應用及醫學手術錄像，提高學生的感性認識，激發他們的好奇心及創造力；同時增強知識點的直觀性，加深他們對難點、重點問題的理解。

(2) 體現“練中學、做中學”。針對實驗內容，讓學生自己動手制備生物醫用紡織品(見圖1)，并讓其直接體會到本課程并不是遠離社會、脫離實際的理論，而是與生產實際、社會發展緊密結合的，可以激發學生豐富的想象力和創新思維。提高學習的主動性，鍛煉自主獲取知識的能力；

(3) 邀請企業及生物醫用紡織材料領域專家為學生授課及做講座。讓學生更為直觀地了解生產線上典型生物醫用紡織品的功能設計及成形制備重點、難點及核心內容。

(4) 學生以團隊形式。基于自己的興趣點，自行通過查閱文獻及書籍，為教師及其他學生講授生物醫用紡織材料領域的最新研究內容。通過“教與學”身份的臨時轉換，發揮學生能動性以及對知識體系的梳理及歸納能力，同時表達能力及團隊協作能力也得到了鍛煉。

圖1 學生在制備實驗中

3.2 課后教學

實踐教學每學期的課時僅為32學時，課堂上主要是理論知識及實驗方法的講授及演示，且受到成形設備臺套數的限制，導致單純的課堂教學的整體學生實踐覆蓋度低，已經無法滿足學生“紙上得來終覺淺，覺知此事要躬行”的迫切需求。因此，通過“共創式”教學方法的啟發，開創實踐教學的“課后學堂”。

通過實驗室智能管理系統(見圖2)及攝像監控系統的輔助，實現生物醫用紡織材料實驗室的24 h開放。學生在課后，根據團隊的自選研究內容，自行進行相關實驗儀器的預約，并通過實驗室智能管理系統統計學生的課后實踐時間，而攝像監控系統則用于關注學生的實踐過程。此外，為了促進教師與學生課后的溝通與指導，與每個團隊建立了“微信群”，實時互動授課，并且在線互相傳遞最新文獻及資料，共同學習；同時掌握學生課題的研究進展情況，并根據學生的能力，不斷提出更高的研究要求。經過實踐，證明課后教學更能激發學生的學習興趣及主觀能動性，同時，對教師也提出了更高的要求。在整個“共創”互動過程中，淋漓盡致的彰顯“教學相長”的求知過程。

圖2 實驗室智能管理系統預約界面

4 “共創式”實踐教學評價體系

本實驗課程的評價體系主要由課題表現、實踐報告、課外實踐時間、制備成品、實踐成果匯報、同學互評及教師評價6部分共同構成(見表1)。圖3是部分學生的PPT成果匯報。通過這種全方位、多角度、彈性靈活的專業能力為主的考核方式，引導學生自主研究探索興趣，提高其分析問題、解決問題的能力，使學生從積極思考和創新中得到快樂，可以最大限度地激發學生的學習熱情，促進創新[12-13]和團結協作能力，以及自身專業綜合素質的提升[14-15]。

表1 生物醫用紡織品實驗課程學生成績評價體系

圖3 學生PPT成果匯報截圖

5 結 語

通過3年努力，生物醫用紡織材料“共創式”實踐教學體系的主要成效表現在：①學生獲國家及上海市大學生創新創業訓練項目25項；②學生參與教師主持的縱橫向科研項目15項；④學生申請國家發明專利12項，已授權3項；⑤學生本科畢業后出國深造率為35%～50%。

更為重要的是，“共創式”的實踐教學體系對生物醫用紡織材料與制品方向創新人才培養、教學改革與實踐產生較大影響，切實體現生物醫用紡織材料方向寬口徑、重交叉的培養原則。先進的多樣化授課方法與手段對生物醫用紡織材料實踐教學建設和人才培養質量的提高起到了顯著作用。