“生物醫用紡織品”教學實踐與創新

尤仁傳，張 強，閆書芹，羅祖維，李秀芳

（武漢紡織大學 紡織科學與工程學院，湖北 武漢 430200）

生物醫用紡織品以纖維為基礎、紡織技術為制造方法、醫療及保健和防護為應用目的，是紡織前沿科技的重要方向之一[1]。在紡織科技發展的同時，紡織專業的教育教學也面臨變革，多學科交叉融合、相互促進成為現代紡織專業發展和創新的特色[2]。我國生物醫用紡織品的發展還遠遠落后于歐美國家，且整體水平不高、原創性低，高端生物醫用紡織品長期被進口壟斷，實現領域內的國產化替代之路還很漫長[3]。生物醫用紡織品方向的人才培養能為醫用紡織品領域從事研究、開發、生產、教學、貿易等方面的工作提供高級復合型專業人才。

為了順應本科人才發展的需求，為生物醫用紡織品的研發和應用培養更多的后備力量，近年來，紡織類高校陸續開設了“生物醫用紡織品”課程。武漢紡織大學也為紡織類專業開設了“生物醫用紡織品”選修課，筆者從2015年開始一直作為該課程的負責人。近年來，選擇該課程的人比較多，一學期單個教學班人數可達100余人，學生對該課程表現出非常高的熱情。

“生物醫用紡織品”課程主要包括衛生、保健和防護用紡織品、體外用醫用紡織制品、體內用醫用紡織制品、人工器官用紡織材料、智能醫用紡織品等知識點，培養學生紡織與生物、醫學相結合的能力。該課程內容涉及高分子、紡織、醫學、生物等多個學科的交叉融合，具有典型的學科交叉性和學科前沿性[4]，內容跨度大、教學難度高，迫切需要對現有教學模式進行改革，探索一套有效的教學模式及教學方法，實現創新型人才培養目標。本研究結合武漢紡織大學的具體情況，總結“生物醫用紡織品”的教學模式和課程結構的改革與實踐，探索在高質量創新工程人才及交叉學科人才培養中特色專業課程的教學模式和教學方法。

1 “生物醫用紡織品”課程設置和實施

課程設置：武漢紡織大學紡織科學與工程學院在設置“生物醫用紡織品”課程初期面向所有紡織類專業進行選修。在調整培養方案之后，“生物醫用紡織品”主要面向紡織工程專業，在非織造材料與工程專業單獨開設了“醫療衛生非織造材料”課程。

教學時數：“生物醫用紡織品”和“醫療衛生非織造材料”的課程設置均為32學時。

教學內容：經過修訂之后的最新一版2023年大綱規定的《生物醫用紡織品》教學內容包括生物醫用紡織品導論，生物醫用紡織品的生物學基礎和基本要求，生物醫用高分子，衛生、保健、醫用防護用品類紡織品，體外醫療類紡織品，體外醫療類紡織品，智能醫用紡織品，生物醫用紡織品的測試，醫療器械的分類、標準和相關法規文件。

教學手段：以理論授課為主，以多媒體幻燈片開展教學。

考核方式：最終成績（S）=平時表現（A）×20%+作業（B）×20%+期末考試（C）×60%。

2 “生物醫用紡織品”教學現存問題

2.1 培養方案對課程設置與學生學習熱情之間的矛盾

武漢紡織大學紡織科學與工程學院為紡織類專業本科四年級學生開設了“生物醫用紡織品”課程作為專業選修課，目的在于通過這門課的學習，使學生對生物材料的基本原理、應用及發展趨勢產生初步的了解，擴大學生的知識面，拓寬其視野，使其能初步應用生命科學和材料科學相關知識分析和解決專業問題。然而，筆者發現目前普遍存在的問題是授課對象是畢業班的學生，大部分學生忙于考研和找工作，對該課程的學習熱情不高，出勤率也不理想。

2.2 缺少與“生物醫用紡織品”課程教綱內容相適應的教科書

現有的“生物醫用紡織品”相關教材較少，該課程選用的教材為王璐主編的《生物醫用紡織品》（2011年）。國內外還有一些其他可參考的教材，包括德國V.T.巴特爾斯的《醫用紡織品手冊》（Elsevier，2022年）、王璐的《生物醫用紡織品測試與評價》（2022年）以及趙慧菁的《生物醫用非織造材料》（2022年）。目前，市面上現有的教材在知識點的布局與武漢紡織大學現行的《生物醫用紡織品》課程標準并不完全相符，不適用于紡織專業本科生的學習。同時，作為一門前沿交叉課程，教材知識點的不斷更新是適應大學教學的必要前提。隨著生物醫用材料研究的迅猛發展，現有教材的內容更新速度顯然無法適應目前教學內容的變化。

2.3 “生物醫用紡織品”實踐課的缺乏

“生物醫用紡織品”學科特點決定了實驗操作對課程學習的重要性，尤其涉及細胞生物學、組織工程等與紡織學科跨度較大的知識點，教學實踐和實驗課能在極大程度上提升學生的學習興趣和理解能力，但是紡織類院系基本不具備生物醫用材料的教學實驗室和實踐平臺。

2.4 學生學習興趣和創新能力的不足

興趣是最好的學習動力，但在教學過程中，提高學生的學習興趣并不容易。由于“生物醫用紡織品”是涉及多學科的交叉前沿學科，而紡織專業學生的生物學基礎欠缺，直接導致學生對該課程的學習興趣低。同時，高等教育的任務是培養具有創新精神的高級專門人才，但如何將多學科的最新科學進展充分融入學科交叉的課堂教學中是本科教育的難點。

3 “生物醫用紡織品”教學改革和創新

3.1 不斷修訂人才培養方案以及課程標準

由于“生物醫用紡織品”是涉及多學科的交叉前沿學科，為順應該學科的發展，體現相關領域最新的科學理念，對人才培養方案及課程標準進行及時修訂已成為當務之急。為了實現高效率的人才培養，筆者對“生物醫用紡織品”課程培養方案進行了多輪修訂。武漢紡織大學紡織科學與工程學院在設置“生物醫用紡織品”課程初期，是面向學校紡織類專業進行選修，涉及專業包括紡織工程和非織造材料與工程。為了適應產業對人才培養的需求，2020年對該課程進行了進一步細化，在非織造材料與工程專業單獨開設了“醫療衛生非織造材料”課程，但課程體系和要求與紡織工程專業的“生物醫用紡織品”基本類似，只是在內容上進一步強化了非織造材料與技術部分。

畢業班大部分學生忙于考研和求職，學生缺乏學習興趣，出勤率不理想，這是高校本科培養面臨的現實問題[5]。針對這種情況，學校在培養方案修訂過程中調整了課程設置，大四畢業班的課程以學年論文、實踐類課程為主，理論選修課程大部分調整到大三學習。前期，“生物醫用紡織品”課程是面向紡織類專業大四學生進行選修，在經與系、院部討論之后，從2022年開始該課程調整到大三下學期開設。課程調整后，課堂教學效果顯著提高。

在課程考核上，早期采用課程論文的方式進行考核，效果較差，主要原因是本科生文獻的調研和總結能力較差，缺乏相應的前期訓練。從2021年開始，該課程采用期末試卷考試的方式進行考核：最終成績（S）=平時表現（A）×20%+作業（B）×20%+期末考試（C）×60%。從試卷分析結果對比來看，學生對基本知識點的掌握程度顯著提高。

3.2 教學內容的選擇

交叉學科教育的核心是知識的整合，其過程是各個學科的相互作用，其目標是培養學生解決復雜問題的能力[6]。正確把握教學內容、及時調整課程大綱以建立學科之間的聯系是提高教學質量和效率的重要環節。武漢紡織大學紡織科學與工程學院“生物醫用紡織品”最早的大綱規定的教學內容如下：生物醫用紡織品導論、醫用紡織品的生物學基礎、生物醫用纖維材料、移植用制品、體外治療用制品、衛生保健醫用紡織品、人工器官用制品、組織工程醫用產品、醫用制品標準及基本法規、醫用制品的產業化及其供給體系。

在充分考慮生物醫用紡織品領域的快速發展、交叉學科教學的特點以及學生的知識背景基礎上，將2018版的大綱內容調整如下：生物醫用紡織品導論，生物醫用紡織品的生物學基礎（重點強調纖維材料/細胞和機體相互作用），生物醫用材料的基本要求、醫療器械的分類和相關的法規文件，生物醫用高分子，衛生、保健、防護用品紡織用品，體外醫療紡織用品，人工器官用紡織制品，植入性醫用紡織材料和器件。

在征集學生的反饋意見和考慮醫用紡織品的發展趨勢之后，在最新一版2023年大綱中作了進一步調整。將四大板塊“移植用制品、體外用制品、人工器官用制品、衛生保健（護）用品”調整為“體外用制品、衛生保健（護）用品、體內用制品、智能醫用紡織品”，具體如下：將“人工器官用制品”章節刪除（人工器官雖然某些關鍵技術或者輔材會使用到紡織材料，比如人工腎使用了中空纖維，但主要是由復雜的機械、電子設備組成的系統，紡織類專業學生對相關內容接受非常困難）；“生物醫用高分子”章節主要集中講解能規模化紡絲的常見高分子及其紡絲工藝（包括纖維素、甲殼素、蠶絲蛋白、膠原和臨床應用的合成高分子），刪除了以非纖維形式應用的生物醫用高分子；由于柔性傳感器件在醫療、健康領域的快速發展和臨床轉化，更加強調智能醫用紡織品；將醫療器械的分類、標準和相關法規文件介紹調整到最后部分，更有利于學生對知識點的理解；增加了“生物醫用紡織品的測試”，將材料的細胞生物學評價和抗菌用紡織品內的抗菌測試集中調整到此章節。

3.3 解決《生物醫用紡織品》教材缺乏問題

當前生物醫用紡織材料及其產品正處于快速發展時期，課程知識點涉及當今科技前沿和熱點，但與這一新興課程相關的本科教材較為缺乏。組織教研小組編寫與學校課程大綱相適應的教材是解決目前教材缺乏問題的有效方法[7]。課程教研小組組織多位教師歷經兩年編寫了《生物醫用紡織材料》書稿。書稿充分考慮了新版課程大綱要求的內容以及學校的特色研究方向，雖然暫未正式出版和仍需進一步修訂，但作為參考教材供學生使用效果良好，這也充分體現了教材和課程大綱的匹配度在教學中的重要性。在教材面世之前，可為學生制定與教學相關的參考書單，比如將王璐的《生物醫用紡織品》（2011年）和德國V.T.巴特爾斯的《醫用紡織品手冊》（Elsevier，2022年）推薦給學生分別作為學習教材和參考教材。

“生物醫用紡織品”學科交叉性和前沿性強，涵蓋知識面較廣，需要具備一定的專業知識才能更好地理解和學習，在教學內容上不應局限于教材[8]。授課教師在平時應多收集一些相關經典文獻和前沿文獻，尤其是英文文獻，供學生預習和參考。在教學過程中，筆者嘗試將經典文獻和最新前沿文獻匯總成冊后供學生作為學習參考資料，取得了良好的效果。此外，為了讓學生能真正接觸到該研究領域的前沿知識，還需指導學生在學校購買的數據庫上快速搜索、篩選與整理最新文獻與知識。

3.4 實踐教學的安排

考慮到紡織院系不具備生物方向的教學實驗室和實踐平臺，難以設立實驗和實習課，應發揮教師團隊科研平臺的作用。筆者的科研團隊主要從事生物材料的研究，能為學生提供課后實踐平臺。從歷年選課人數來看，該課程選課人數較多。考慮到學生人數較多和生物實驗室條件有限，也無法同時為學生提供足夠的實驗場地，故以課后實驗室交流的方式進行實踐練習。

筆者安排了學生課后進入自己的科研實驗室學習，大大增強了學生的學習積極性和對課程內容的理解。在實際操作過程中，可以采取相對靈活的方式，在選定特定章節之后，組織感興趣的學生分批次進入實驗室觀摩學習。通過跟隨研究生進行細胞培養和生物材料支架的制備，學生同樣可以了解相關知識要點，教師可以在講授完支架材料制備的相關技術以后，讓學生自行利用課外時間跟隨研究生完成，并將其納入平時成績考核體系。

3.5 科研項目驅動的教學創新

筆者對科技創新項目驅動教學進行了研究，將跨學科研究理念融入交叉學科的教學中，以提升學生的學習興趣和創新能力，實現創新型人才的培養。借助筆者主持的湖北省教學研究項目“基于科技創新項目驅動的應用型“生物醫用紡織品”教學研究與實踐”，對科研項目驅動的課程教學進行了探索。通過對課程內容進行解構，對解構單元進行提煉形成不同研究方向的以學生為主體的科技創新項目，將科研項目嵌入課堂教學與課后教學中，建立理論教學與實踐教學的聯系，讓學生在“理論學習—探索性研究—課程實踐”交互式學習過程中對解構單元進行交叉融合，建立該課程完整的知識體系，提升教學效果。根據課題研究的實際需要進行項目設計，以學生為中心、教師為主導、興趣為主線、大學生科技創新項目和教師科研項目為驅動、實驗室和“三創中心”為實踐平臺，使學生在完成任務的過程中掌握知識、技能和方法，并學以致用、觸類旁通，可以根據教綱和教材內容，嘗試選擇幾類典型生物醫用紡織品，讓學生通過團隊形式選擇一個研究課題[8]。比如其中一屆學生的課題：（1）紗布敷料的表面功能化改性及性能測試；（2）蠶絲手術縫合線的設計、制備及功能化研究；（3）靜電紡絲納米纖維管狀組織工程支架的制備及性能研究；（4）纖維基傳感器件用于健康監測的研究。

在具體實施過程中，不能以產出科研成果的思路要求學生，而是要以教學實踐的思路指導學生，可以適當發揮科研成果的引導作用，嘗試將科技創新納入課程考核體系，調動學生的積極性。（1）將“參與科技創新活動”納入平時成績的考核體系中；（2）明確如果能在課程學習的學期內、在教師的指導下獲得課程教綱規定內容的方向排名第一的科研成果（論文投稿、專利申請或者比賽獲獎），可以直接認定成績優秀，期末免考；（3）直接將研究項目擴展為畢業設計，通過“課程學習—課程實踐—科研項目參與—畢業論文”不斷深化的過程，直接引導學生形成從課程學習到畢業設計的思路。在近幾年的“生物醫用紡織品”教學過程中，多名學生積極參與到大學生科技創新項目和教師的科研項目中，利用業余時間投入實驗室，數名本科生以第一作者的身份發表了高水平的學術論文，取得了良好的教學和科研相互促進的學習效果。

4 結語

本研究主要對紡織類專業“生物醫用紡織品”課程教學所面臨的一些問題進行了分析和總結，并對該課程的教學內容、教學方式、創新性改革等方面進行了不斷改進。經過多年來對該課程的教學進行持續改革和創新后，學生的學習積極性得到了較大程度的提高，取得了良好的教學效果。立足該課程的帶動和輻射作用，學生在學術論文發表、發明專利申請、學生競賽等方面也取得了優異的成績，課程論文、學年論文、畢業論文等其他課程方面的學習效果也得以提升，達到了科教融合的效果。相信通過對“生物醫用紡織品”教學的持續研究和改革，能充分提升學生的知識能力和創新能力，提高學生的專業素質，全面提高教學質量。