醫材交叉融合培養材料類本科創新人才研究

湯玉斐　吳子祥　趙康　張國君

[摘 要] 生物醫用材料是目前材料與醫學領域交叉的重要方向之一，生物醫用材料企業對學科交叉創新人才的需求日益增長。以地方工科無醫學院高校——西安理工大學為例，針對目前醫材交叉融合培養本科創新人才中存在的問題，在新工科建設的基礎上，以階段性、多點式在材料類人才培養中融入醫學，形成醫材交叉融合創新人才培養模式，對推進新工科與新醫科結合培養交叉創新型人才的培養水平、促進兩學科的高質量融合發展具有重要的意義。

[關鍵詞] 學科交叉;醫材融合;人才培養;創新能力;新工科

[基金項目] 2019年度陜西省高等教育教學改革研究項目“面向新工科的‘材料++創新人才培養模式改革與實踐”（19BY045）;2020年度陜西省新工科研究與實踐項目“‘醫工交叉融合創新型本科人才工程教育組織模式研究與實踐”（陜教

〔2020〕75）;2018年度西安理工大學教學研究項目“材料類本科創新人才分類培養模式的探索與改革”（xjy1844）

[作者簡介] 湯玉斐（1982—），男，陜西西安人，工學博士，西安理工大學材料科學與工程學院副院長，教授，博士生導師，主要從事功能材料研究;吳子祥（1978—），男，安徽蚌埠人，醫學博士，中國人民解放軍空軍軍醫大學西京醫院骨科副主任，副教授，副主任醫師，主要從事骨科臨床醫學研究;趙 康（1963—），男，山東濟寧人，工學博士，西安理工大學校長助理，教授，博士生導師，主要從事功能陶瓷研究。

[中圖分類號] G420? ?[文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）16-0013-04? ? [收稿日期] 2021-01-20

一、引言

“十三五”以來，我國生物醫用材料發展迅速，目前市場規模已超過4000億元[1]，同時受中國利好政策的支持、人口老齡化日益嚴重、國民收入逐步提升等因素的驅動，未來還將保持高速發展。隨著我國科技創新能力的提升，對國外進口醫用材料的依賴程度大幅降低，近五年來國內的生物醫用材料企業數量急劇增加，特別是非沿海發達地區的企業數量突飛猛增，對于生物醫用材料領域創新人才的需求也大幅增加。

材料作為人類社會三大支柱之一，具有與生俱來的創新性以及交叉特性，在與其他學科進行交叉融合時具有先天優勢，如電子行業、航空航天、生物醫用領域的發展和突破均離不開材料的支持[2]。其中，在生物醫用材料企業中，也面臨著產業升級轉型和社會需求的變化，這就使其對人才的知識廣度、知識深度、實踐技能以及創新能力有著更高的要求，因此，多學科交叉融合已成為材料類專業創新人才培養面臨的新問題。那么材料類專業在新工科建設的基礎上，以階段性、多點式將新工科與新醫科進行融合，形成醫材交叉融合創新人才培養模式是目前解決生物醫用材料企業人才迫切需求的主要路徑之一。

二、醫材交叉融合培養本科創新人才的現狀

（一）醫工交叉融合以綜合性大學的醫學類專業學生為主體，且以校內醫工交叉為主

20世紀末，在我國高校結構改革過程中，部分綜合性大學或工科高校與醫科院校進行合并，組建成了新的高水平綜合性大學[3]。這就為醫工交叉融合提供了新的契機，臨床醫學專業與圖像處理專業、電子信息工程專業在科學研究、產品研發等方面都有著較為深入的合作，對推動醫療水平提高起到積極作用。但是，受當時產業需求的影響，上述合作一般都以醫學專業的學生為主體，特別是在影像學、檢驗學等具有跨學科需求的專業人才培養中，增加計算機、電子、信息化等專業的課程，使其了解對應的工科背景知識。同時，為了便于教學，這類交叉大都在擁有醫學院的綜合性大學中開展，這在一定程度上實現了跨學科交叉培養復合型人才[4]。然而，在目前生物醫用材料企業對人才的需求方面，醫學專業與材料類專業的培養體系和知識領域差異非常大，僅具有材料知識背景的醫學專業畢業生并不能滿足生物醫用材料企業的人才需求，特別是研發和生產崗位。醫學專業人才更多是面向治療，對于生物醫用材料主要是直接使用以及基于使用提出進一步改進的需求，實際屬于用戶方，而材料類專業人才主要是根據使用需求進行研發和生產，這才與生物醫用材料企業的需求相符。

（二）生物醫用材料企業對醫材復合專業人才的需求與現行培養模式契合度不高

近年來，隨著人們對健康問題的重視，生物醫用材料企業和醫療器械企業對于人才的需求已經從單一的醫學畢業生和材料類畢業生逐漸轉變為醫材復合型專業人才。部分高校將生物醫學類與材料類專業合并，設立了少量專門的交叉學科專業，如生物醫學工程，但是盡管涉及材料和加工方法，該類專業從事的仍主要是生物學和醫學等方面的研究。此外，也有高校以科技競賽為紐帶推進材料類與醫學類學生的聯合培養，然而在現行的人才培養模式下兩類專業仍是各自關注于本學科專業的知識與技能，只是相互開設少量選修課，這使得兩者間知識體系的壁壘仍然存在。在科技競賽過程中，醫學類學生和材料類學生往往仍舊扮演著本專業的技術角色，嚴格的分工也使得醫工復合型人才的培養并沒有實質的成效。

（三）醫材交叉融合聚焦科研合作和研究生教育，對本科人才培養重視不足，生物醫用材料企業人才需求缺口大

現有醫材學科交叉人才培養大都聚焦于兩學科的科研合作，并以科研課題的合作為載體培養了大量學科交叉的碩士和博士研究生。然而，對于本科人才培養如何開展，醫材交叉融合的重視程度不足，特別是沒有醫學院的高校在這方面更為艱難，這已成為新工科如何與新醫科有機融合亟待解決的關鍵問題。以西安理工大學為典型代表的地方工科高校主要承擔著本科人才的培養，畢業生主要服務于地方企業和行業，在地方工科高校材料類專業開展醫材交叉融合可以培養大量的復合型人才，可以有效解決生物醫用材料企業的本科人才需求問題。

三、地方工科高校醫材交叉融合的改革研究

（一）凝練特色，發揮醫學與材料兩專業現有優勢，以臨床需求為依托打破學科知識壁壘

西安理工大學材料科學與工程學院的辦學始于1946年，70余年的辦學歷史使其形成了鮮明的特色，依托的材料科學與工程在教育部第四輪學科評估中為B，培養的本科生在行業內具有較好的聲譽。為培養能滿足新時代行業和社會需求的材料專業高素質創新人才，開展了多方位的教學模式和專業培養改革，其中在校企聯合培養提升工程實踐能力方面取得顯著成效。此外，近年來學院在陜西省教育教學改革項目、陜西省新工科實踐與研究項目的支持下，開展學科交叉融合培養本科創新人才的探索與實踐，新增一個專業進入國家一流專業建設點、兩個專業進入陜西省一流專業建設點，并在此基礎上獲得陜西省教學成果特等獎兩項、一等和二等獎多項。

合作開展醫材交叉培養的中國人民解放軍空軍軍醫大學的臨床醫學專業是西北地區優勢醫學類專業，依托的學科為國家重點學科，通過“器官—系統—疾病”為主線的教學模式，為軍隊和地方培養了大批具有科學完整醫學知識體系和豐富實踐經驗的優秀人才。在教學實踐過程中，以外科學、口腔醫學為代表的專業方向與材料科學的聯系非常緊密，植入材料和醫療器械材料的進步推動著臨床治療水平的提升。因此，基于臨床需求與西安理工大學有著十余年的科研合作，全部以臨床治療過程中對材料的實際需求為依托，包括骨科植入材料、骨水泥、醫療器械材料、齒科材料等。同時，首先開展了研究生的聯合培養，部分醫生和教員也被聘為西安理工大學兼職導師或合作指導教師。目前，學科交叉培養已從研究生延伸到本科生，在課程體系、實踐項目、學科交叉培養平臺和師資方面進行了改革探索，尤其在本科生畢業設計、創新創業項目、學科競賽等方面也取得了顯著的成績，獲得國家和省部級多項獎項。

（二）需求導向，構建學科交叉融合的“材料+醫學”新型專業課程體系

調研生物醫用材料企業對醫材復合型創新人才的知識和技能需求，在現有培養方案基礎上進行課程體系重構，既不能脫離材料類專業本身，又能在人才培養全過程融入醫材交叉知識。在課程總體規劃方面，80%左右學分的專業課程仍以本專業知識為主，培養學生扎實的材料專業基礎和創新能力，同時約20%的學分用于開設與醫學前沿最新內容、臨床治療需求、企業生產需求相融合的交叉學科課程群，培養學生面向生物醫用材料研發、生產的知識背景和應用能力。

在課程設置和知識體系構建中，避免了簡單的模塊式課程培養，而是創新性探索出“雙線并進”融合培養模式。首先，結合本專業人才創新能力培養主線，將生物醫用材料需求和最新發展動態貫穿四年的培養，包括大一“神奇的材料”新生研討課程、大二“創新創業指導”創新能力拓展課程、大三“生產實習”專業實踐課程、大四“材料科學技術前沿”學科前沿課程等;其次，在三、四年級專業方向課和選修課中設置醫材交叉融合課程，在專業能力培養主線中融入醫學知識，包括“生物醫用材料”“材料生物力學”等，同時，修訂課程大綱時在現有的材料專業課程中多點式融入相關生物醫用材料專業知識，包括“高分子材料概論”“材料表面工程”“陶瓷材料學”和“功能材料”等。兩條主線的脈絡清晰但又相互融合，在不同的時期主次分明，形成了階段式、多點式交叉融合的“材料+醫學”新型專業課程體系。

（三）興趣驅動，建立分層次多類別的“材料+醫學”創新實踐平臺，實現創新實踐與專業實踐深度融合

在實踐教學過程中，結合當前創新人才培養所要求的多學科協同交叉融合的新趨勢，建成醫用金屬、醫用陶瓷、醫用高分子和醫用器械創新人才培養平臺，面向不同年級學生開展“做中學——創新思維訓練”（一年級）、“學中研——創新方法實踐”（二、三年級）和“研中創——創新能力提升”（四年級）三個層次的培養模式，通過細化創新學分認定制度、實施創新基金保障制度、制定指導教師指導創新實踐激勵制度等，依托優勢科研團隊形成了四類開放交叉學科平臺，實現創新實踐活動與專業實踐活動相融合。

通過實踐教學和創新活動兩大渠道，在醫材交叉課程體系培養的基礎上進行創新能力的培養。實踐教學渠道主要包括專業課程設計、專業綜合實驗、畢業設計三個環節，其中依托醫學和材料間的科研合作，以真實課題和項目的形式將所學專業知識應用到實際中。創新活動渠道包括學院的“晶體之光”科技競賽，學校以及跨校的科技競賽、各級各類大學生創新創業訓練計劃項目和學科競賽等，以前期產生的科技成果為依托培養學生創新創業能力。近年來，本科生在畢業設計中參與生物醫用材料的研發取得了顯著成效，參與發表SCI高水平論文和申請中國發明專利的人數大幅提升，每年占比約15%，特別典型的是在醫用鈦合金螺釘、醫用骨水泥材料、醫用金屬支架、齒科生物陶瓷等領域，獲得中國國際“互聯網+”大學生創新創業大賽銅獎兩項，本科生主持的生物醫用材料類國家和省級大學生創新創業計劃項目十余項。雙選就業時，具有醫學背景知識的材料類創新人才備受歡迎，在生物醫用材料企業工作的畢業生人數迅速增加。

（四）教研融合，建設跨學科、跨學校交叉融合“材料+醫學”師資團隊，并開放材料創新實驗室和細胞學實驗室

與分層次多類別創新實踐平臺相對應，依托優勢科研團隊，建立了跨學科、跨學校交叉融合的“骨科無機材料”“可降解醫用金屬”“醫用高分子材料”“運動輔助器械”四大“材料+醫學”師資團隊，涉及材料學、臨床醫學、機械等學科，定期與西京醫院等醫療單位、生物醫用材料企業開展技術需求、產品需求以及人才知識、能力需求的研討，以多學科交叉融合為基礎，促進學科交叉融合向科學交叉融合轉變，以“大創項目、挑戰杯、互聯網+”等競賽為紐帶，以本科畢業設計為主陣地，提升學生的創新能力。

通過開放材料類的創新實驗室和醫學類細胞實驗室，同時聘請大量高年資醫生、生物醫用材料企業技術骨干等為企業導師進入教學團隊，以卓越工程師培養計劃為中心輻射整個材料類專業，開展醫材交叉融合本科人才的培養，畢業生在材料專業知識的基礎上，充分了解生物醫用材料在醫學方面的需求、生物醫用材料企業在產品開發和生產方面的要求，具備利用兩專業交叉的知識解決問題的能力和創新能力，能夠更有針對性地從事生物應用材料及其產品的研發、生產、銷售工作，為生物醫用材料企業的發展、升級提供智力支持。同時，基于生物醫用材料產品的需求，還可以通過教學反哺交叉學科的發展，促進醫材交叉科學研究的合作，推動生物醫用材料的落地轉化進程。近兩年，生物醫用材料成果轉化四項，其中一項成果獲得陜西省技術發明一等獎。

四、結語

《關于高等學校加快“雙一流”建設的指導意見》中強調“構建協調可持續發展的學科體系”，“打破傳統學科之間的壁壘”，“整合相關傳統學科資源，促進基礎學科、應用學科交叉融合”。因此，面向材料類工科專業開設“新工科+新醫科”交叉學科課程，建立分層次多類別的“材料+醫學”創新實踐平臺，建設跨學科、跨學校交叉融合“材料+醫學”師資團隊，以醫學和材料學科交叉融合為基礎提升本科生創新能力，將成為面向新工科創新人才培養的新途徑，促進學科交叉融合向科學交叉融合轉變，既滿足我國新時代社會經濟發展需要，又能為新興的醫療健康產業的突破性發展提供智力支持。

參考文獻

[1]2021年中國生物醫用材料行業市場運營格局分析及發展前景預測[R].中金企信國際咨詢，2021：1-3.

[2]李磊，曲選輝.材料類創新型本科人才培養的探索與實踐[J].中國大學教學，2015（4）：40-42+50.

[3]王大珅，張濤，房蓓.生物醫學工程專業“醫·工”結合教學改革的研究[J].高教學刊，2019（12）：59-61.

[4]劉巧紅.醫學院校醫工結合的教育改革探索及對策建議[J].教育教學論壇，2017（46）：143-144.

Research on Cultivating Innovative Undergraduate Talents in Materials Major by the Interdisciplinary Integration of Medicine and Materials

TANG Yu-fei1， WU Zi-xiang2， ZHAO Kang1， ZHANG Guo-jun1

（1.School of Materials Science and Engineering， Xi'an University of Technology， Xi'an， Shaanxi 710048， China; 2. Xijing Hospital， PlA Air Force Military Medical University， Xi'an，

Shaanxi 710032， China）

Abstract： The biomedical materials is one of the important directions in the interdisciplinary field of materials and medicine. Biomedical materials enterprises have an increasing demand for interdisciplinary innovative talents. Xi'an University of Technology， a local engineering university without a medical school， is taken as an example in this paper. In view of the existing problems in the interdisciplinary integration of medicine and materials training for undergraduate innovative talents， and on the basis of "emerging engineering education" construction， we should integrate medicine into the training of materials talents in a phased and multi-point way， so as to form the interdisciplinary integration of medicine and materials training model for innovative talents， which is of great significance to promote the training level of interdisciplinary innovation talents through the combination of "emerging engineering education" and "new medical science"， and to promote the high quality integrated development of the two disciplines.

Key words： interdisciplinary; integration of medicine and materials; talent cultivation; innovation ability; "emerging engineering education"