生物醫學工程領域下“組織工程與再生醫學”課程教學研究與實踐

2024-12-31 00:00:00毛穎基盛治勇席珺王文銳梁猛

赤峰學院學報·自然科學版 2024年11期

摘要：“組織工程與再生醫學”是生物醫學工程領域的一門新興交叉學科。為了科學地提高學生生物醫學知識和技術實踐能力，我們針對生物醫學工程目前的教學現狀，以“組織工程與再生醫學”課程為載體，對教學內容、教學方法、教學實踐、教學平臺和評價考核體系等多方面進行了教學研究與改革。以此提升“組織工程與再生醫學”課程的教學效果，推動課程建設，提高學生的生物工程素養及綜合實踐能力，從而成功培養引領新一輪生物醫學技術變革的創新人才和領軍人才。

關鍵詞：生物醫學工程；組織工程與再生醫學；教學研究與實踐

中圖分類號：G642文獻標識碼：A文章編號：1673-260X（2024）11-0081-04

隨著生物學、醫學、生物工程學和材料學的發展與進步，20世紀80年代后期，誕生了組織工程學，又稱再生醫學，為生物醫學工程的研究發展開辟了嶄新的道路。“組織工程與再生醫學”是一門綜合運用工程學、材料學以及生命科學等學科的原理與方法，研究在體外培養生物組織并移植入體內損傷處，從而促進損傷處修復甚至完全治愈的學科。經過30多年的高速發展，該學科已經建立了一個比較完善的有機科學體系，在臨床治療中的應用也已取得初步成功[1]。而生物醫學工程則是一門綜合性交叉專業，良好的學習結構和交叉學科間的融合交流對推動其發展至關重要[2]。恰好“組織工程與再生醫學”作為生物醫學工程領域的新興學科，能很好地實現生物學、醫學、工程學和材料學等多個學科的融會貫通，極大地推動生物醫學工程的發展進步，并有效地鍛煉學生綜合運用多學科知識的能力。所以開設本門課程很重要，在參考以往教學經驗的基礎上，學習了國內外相關課程的優秀教學模式和先進教學思想，對本課程的體系建設進行了本土化的科學規劃，以便更好地培養出符合當今時代和社會要求的高精尖復合型人才。

1 課程教學的現狀分析

“組織工程和再生醫學”學科雖然只發展了短短三十幾年，但已經構建了大量理論基礎，實現了體外培養生物組織并植入動物體內損傷處幫助愈合等研究。不難想象，隨著生物學、醫學和材料學等相關學科與日俱進的研究發展，組織工程和再生醫學也將會開辟新的醫學道路。所以該課程的相關教學研究和實踐需要跟上時代發展，注意理論研究和實踐研究的前沿信息，使科學性和創新性相結合，才能培養出新一代擁有綜合科研素養的創新型人才。

1.1 “組織工程與再生醫學”課程教學內容

“組織工程與再生醫學”課程是圍繞發揮主要功能作用的種子細胞、可供細胞進行生命活動的生物支架材料以及調節細胞增殖分化的生物活性分子這三個方面的研究內容來開展的。其中種子細胞是該學科研究的核心部分，包括自體細胞、同種細胞、異種細胞以及基因改質細胞等，擔任著決定組織器官種類的重要作用。支架材料則給種子細胞提供了進行生命活動的場所，幫助細胞生長繁殖和新陳代謝，是組織工程研究的人造細胞外基質，支撐新組織的最終形成。生長因子則在這個過程中傳達細胞黏附、增殖、遷移與分化信息，三者相輔相成，才實現了體外組織器官的成功構建。然后為了達到修復創傷和重建生理功能的醫學治療效果，我們還需要用相應外科手段將構建物移入體表或者體內損傷處從而完成最終修復。

1.2 “組織工程與再生醫學”課程理論教學方法

“組織工程與再生醫學”課程理論教學的最大難點就是需要結合實際及時更新相關知識點。因為21世紀以來，“組織工程與再生醫學”發展更新極快，新的研究理論和技術不斷涌現，所以相關專業的老師和同學們所需要學習掌握的理論和技術也越來越多、越來越新，一旦更新不及時就容易產生學習漏洞。此外，國內現有的“組織工程與再生醫學”教科書大多是很多年前編寫的，知識點完全沒有更新，難以滿足本專業學生教學的實際需求[3]。而國外的大部分相關專業書雖然與時俱進，對組織工程與再生醫學的理論知識以及實踐運用做了最新的編寫[4]，但這些書籍都基本未被引入翻譯，本科生還沒有達到原文學習的水平，所以這些專業書并不適合作為本科生的教材，最多作為參考書給教學人員和專業研究人員學習和使用。因此開設該課程急需要一本符合本科生水平的教材，我們根據近期的相關科研文獻改編出了符合蚌埠醫科大學教學實際需要的特色講義，因地制宜地做到了基礎與尖端結合，不斷完善理論教學，讓學生切實理解掌握組織再生相關理論知識。

1.3 “組織工程與再生醫學”課程實踐教學方法

“組織工程與再生醫學”課程的最終目的是培養出具有綜合科研素養的創新型人才，所以僅教授理論知識是遠遠不夠的。我們在理論教學改革的基礎上還需要實踐教學改革從而提升學生的實踐創新能力，因此亟須在今后的教學中構建理論實踐相結合的教學體系，加強實踐教學。

據統計，在國內的生物醫學工程專業課教學中，實踐課程學時僅僅占理論課程學時的15%[5]。而且由于基礎設施、實驗環境以及學生個體差異等因素的影響，很多學校只開設大綱所規定的教學內容，導致想要培養出滿足社會需要的科研創新型人才很難[6]。因此，我們需要靈活改進教學模式，對部分學有余力又有興趣的學生提出更高的實踐要求。課外對其開展額外的創新型實踐教學，延長實驗室使用時長，使得學生能自由出入實驗室，利用課余時間設計探索新的實驗項目。這種教學模式引導學生自主思考、自主設計和自主探究，從而達到基礎性實驗—設計性試驗—探究性試驗的完美結合，更易培養出具有科學思維和超強動手能力的優秀生物醫學工程人才[7]。

2 “組織工程與再生醫學”課程教學研究與實踐

根據“組織工程與再生醫學”課程的實踐特性，明確生物技術專業的人才培養目標，結合課程存在的問題與意義，我們主要從以下幾個方面分層次地進行具體的課程教學研究與實踐探索。

2.1 教學方式

由于組織工程與再生醫學在這三十多年里發展迅猛，涉及的科目內容較多又較抽象，所以我們的教學方式需要與時俱進、因地制宜，采取多樣化教學模式，分基礎、提高和探索三個層次以滿足不同學生的學習需求。

2.1.1 基礎：信息化教學

充分利用校園網絡教學平臺，實現基礎課程學習資源共享。我們在校內建設網絡學習平臺，由教師上傳課程相關的講解視頻或者文本方便學生課前自學，提前打好基礎。這樣簡單的問題也不需要浪費課堂時間去尋求老師解答，學生自己就可以獨立查詢網絡學習平臺完成；基礎薄弱的學生也可以反復聽講自主復習，節省教師資源。網絡學習平臺的板塊包括網絡課程學習、網絡資源共享、師生留言交流等方面，促進學生學習效率，同時也輔助教學老師提升了教學質量。

2.1.2 提高：討論式教學

指導老師在開課前需要查閱文獻，再結合校內資源設計多種教學實驗。開課后，學生每3～4人組成實驗小組，根據自己興趣選擇實驗項目，在課堂上以小組為單位完成實驗過程以及討論。同時指導老師全面監管，隨機參與各小組的實驗或者討論過程，給予建議和幫助。在實驗進行期間，生物工程實驗室對本科生全天開放，隨時都要有任課教師在辦公室幫助答疑解惑。

2.1.2 探索：學科競賽教學

發展以學科競賽為引導的創新教學方法，讓學有余力又有想法的優秀學生可以自主設計課題參與學科競賽。借學科競賽中遇到的實際問題來鍛煉學生能力，令學生在解決問題的過程中不斷學習，真正做到理論與實際結合，在挫折中快速提高知識運用能力。另外學科競賽中以學生自主設計、自主實踐為主，能引導學生的積極性，不斷促進學生的學科綜合能力發展[8]。此外，在學校教育中最重要的就是培養學生樹立獨立自主學習的意識，而發展以學科競賽為引導的創新教學方法，正好有助于學生主動學習運用交叉學科知識，更容易形成融合性的創新思維和扎實全面的實際運用能力，能最大化地發展優秀學生的個人潛力。

2.2 切實加強實踐教學

在實踐中，人們更容易發現問題，自我思考。學生在實踐活動中會不可避免地遇到很多問題，進而就會引發他們的思考、討論甚至主動探索，事后學生一般也會對自己的問題進行反思并有意識地提升獨立思考和謹慎實踐的能力以防再犯。在這個過程中，學生經歷了實踐前準備、實踐中參與以及實踐后反思，有的還能自發地分析所遇到的問題并提出解決方案。所以我們鼓勵開展大量的教學實踐活動，用實踐來促進學生獨立思考和動手操作的能力，同時增強他們自主學習的意識[9]。

2.3 追蹤學科前沿研究

現代生物醫學工程的發展日新月異，課程團隊教師需要密切關注組織再生的最新發展及變化，積極主動地鉆研最新的技術，根據最新的科學研究對現有的教學實踐給予及時的改革與完善。閱讀國內外組織再生的學術文章，搜集并整合最新的科研成果及技術理論，完善教學內容并融入課堂。在實踐時必須充分根據最新科研成果，確保所教授的內容既實用又符合當代發展需求，從而更好地培養出創新型應用人才，解決新時代高校改革轉型的重要問題[10]。

2.4 建立科學的學生成績考核體制

成績評價是學生學習和教師教學情況的直接反饋，對學校了解并管理教學情況以及用人部門得知學生能力等均具有重大意義[11]。為了引導學生樹立端正的學習態度、養成良好的學習習慣，然后真實客觀地反映學生的學習效果，使成績評價具有合理性、科學性與系統性，我們制定了全新的學生成績考核體制：期末考試成績（50%）、實踐操作（35%）、網絡課程（10%）、線下課堂參與度（5%）和科研創新課題額外加分。靈活運用綜合全面的評價方法系統評價學生的能力，改變了以卷面成績為主的傳統評價方式，增加了實踐操作成績的評價占比，使學生能夠更加重視實踐綜合能力，積極參與課堂互動和實踐操作，切實提高學習效率。

3 “組織工程與再生醫學”課程教學效果

完成“組織工程與再生醫學”課程教學目標是培養創新型應用人才的關鍵，我們通過一系列措施全面提高生物技術專業學生的學習意識和實踐能力，主要取得了如下教學效果。

（1）學習主動性增加。在傳統教學活動中存在將教學任務當成必須完成的強制性目標的情況，機械地強調教學任務的重要性，十分容易引發教師的懈怠以及學生的厭學情緒[12]，不利于課程的學習。所以我們在新教學模式下因地制宜，考慮到每個學生的能力差異，結合教學滿足不同學生的學習進度。使學生的學習主動性大幅度上升，課堂參與和課后活動都十分積極，教學效果極好。

（2）課堂教學氣氛活躍。避免了傳統填鴨式教學，多采取小組式、自主式等教學模式，引導學生自己探究問題，給學生更多自主思考空間。這把教學的重心放到了學生身上，讓學生真正地參與課堂教學[13]。因此學生能夠積極活躍地參與教學，課堂學習氛圍十分輕松。

（3）生物工程素養顯著提高。學生以小組為單位自主參與實驗過程，基本每個人都掌握了相關知識點和操作要點。特別是優秀學生還在此基礎上自主設計參與創新科研項目，生物工程素養有了顯著提升。

（4）合作交流能力明顯增強。網絡平臺的資源共享以及課堂小組實驗都需要學生之間相互配合、合理分工、討論匯報和整合觀點，在這些連續性溝通過程中，學生的合作交流能力明顯增強，擁有了團隊互助意識。

（5）綜合成績較好。采取了多樣化教學方法使學生可以根據自身能力選擇相應的學習方法。基礎差的學生可以反復聽網絡基礎課程鞏固自己，而基礎非常好的學生也可以用更多的時間在創新實踐里研究，各取所需，互不影響。學生都不會感到很吃力，學習自主性都有所增強，綜合成績都有所上升。

4 結語

科研訓練是生物醫學工程專業學生培養過程中極其重要的實踐教學環節，在新工科背景下更顯重要和需要加強[14]。通過改革優化“組織工程與再生醫學”課程培養體系，加強實踐比重，讓學生在科研訓練中領悟到創新思維和科研方法。然后再結合大創項目、競賽項目等具體實施，能夠讓學生綜合運用所學知識，真正做到學以致用，切實提升自身學習能力和科研素養。這有助于我們培養出引領新一輪生物醫學技術變革的創新人才和領軍人才。

參考文獻：

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