“生物医用纺织品”教学实践与创新

尤仁传，张 强，闫书芹，罗祖维，李秀芳

（武汉纺织大学 纺织科学与工程学院，湖北 武汉 430200）

生物医用纺织品以纤维为基础、纺织技术为制造方法、医疗及保健和防护为应用目的，是纺织前沿科技的重要方向之一[1]。在纺织科技发展的同时，纺织专业的教育教学也面临变革，多学科交叉融合、相互促进成为现代纺织专业发展和创新的特色[2]。我国生物医用纺织品的发展还远远落后于欧美国家，且整体水平不高、原创性低，高端生物医用纺织品长期被进口垄断，实现领域内的国产化替代之路还很漫长[3]。生物医用纺织品方向的人才培养能为医用纺织品领域从事研究、开发、生产、教学、贸易等方面的工作提供高级复合型专业人才。

为了顺应本科人才发展的需求，为生物医用纺织品的研发和应用培养更多的后备力量，近年来，纺织类高校陆续开设了“生物医用纺织品”课程。武汉纺织大学也为纺织类专业开设了“生物医用纺织品”选修课，笔者从2015年开始一直作为该课程的负责人。近年来，选择该课程的人比较多，一学期单个教学班人数可达100余人，学生对该课程表现出非常高的热情。

“生物医用纺织品”课程主要包括卫生、保健和防护用纺织品、体外用医用纺织制品、体内用医用纺织制品、人工器官用纺织材料、智能医用纺织品等知识点，培养学生纺织与生物、医学相结合的能力。该课程内容涉及高分子、纺织、医学、生物等多个学科的交叉融合，具有典型的学科交叉性和学科前沿性[4]，内容跨度大、教学难度高，迫切需要对现有教学模式进行改革，探索一套有效的教学模式及教学方法，实现创新型人才培养目标。本研究结合武汉纺织大学的具体情况，总结“生物医用纺织品”的教学模式和课程结构的改革与实践，探索在高质量创新工程人才及交叉学科人才培养中特色专业课程的教学模式和教学方法。

1 “生物医用纺织品”课程设置和实施

课程设置：武汉纺织大学纺织科学与工程学院在设置“生物医用纺织品”课程初期面向所有纺织类专业进行选修。在调整培养方案之后，“生物医用纺织品”主要面向纺织工程专业，在非织造材料与工程专业单独开设了“医疗卫生非织造材料”课程。

教学时数：“生物医用纺织品”和“医疗卫生非织造材料”的课程设置均为32学时。

教学内容：经过修订之后的最新一版2023年大纲规定的《生物医用纺织品》教学内容包括生物医用纺织品导论，生物医用纺织品的生物学基础和基本要求，生物医用高分子，卫生、保健、医用防护用品类纺织品，体外医疗类纺织品，体外医疗类纺织品，智能医用纺织品，生物医用纺织品的测试，医疗器械的分类、标准和相关法规文件。

教学手段：以理论授课为主，以多媒体幻灯片开展教学。

考核方式：最终成绩（S）=平时表现（A）×20%+作业（B）×20%+期末考试（C）×60%。

2 “生物医用纺织品”教学现存问题

2.1 培养方案对课程设置与学生学习热情之间的矛盾

武汉纺织大学纺织科学与工程学院为纺织类专业本科四年级学生开设了“生物医用纺织品”课程作为专业选修课，目的在于通过这门课的学习，使学生对生物材料的基本原理、应用及发展趋势产生初步的了解，扩大学生的知识面，拓宽其视野，使其能初步应用生命科学和材料科学相关知识分析和解决专业问题。然而，笔者发现目前普遍存在的问题是授课对象是毕业班的学生，大部分学生忙于考研和找工作，对该课程的学习热情不高，出勤率也不理想。

2.2 缺少与“生物医用纺织品”课程教纲内容相适应的教科书

现有的“生物医用纺织品”相关教材较少，该课程选用的教材为王璐主编的《生物医用纺织品》（2011年）。国内外还有一些其他可参考的教材，包括德国V.T.巴特尔斯的《医用纺织品手册》（Elsevier，2022年）、王璐的《生物医用纺织品测试与评价》（2022年）以及赵慧菁的《生物医用非织造材料》（2022年）。目前，市面上现有的教材在知识点的布局与武汉纺织大学现行的《生物医用纺织品》课程标准并不完全相符，不适用于纺织专业本科生的学习。同时，作为一门前沿交叉课程，教材知识点的不断更新是适应大学教学的必要前提。随着生物医用材料研究的迅猛发展，现有教材的内容更新速度显然无法适应目前教学内容的变化。

2.3 “生物医用纺织品”实践课的缺乏

“生物医用纺织品”学科特点决定了实验操作对课程学习的重要性，尤其涉及细胞生物学、组织工程等与纺织学科跨度较大的知识点，教学实践和实验课能在极大程度上提升学生的学习兴趣和理解能力，但是纺织类院系基本不具备生物医用材料的教学实验室和实践平台。

2.4 学生学习兴趣和创新能力的不足

兴趣是最好的学习动力，但在教学过程中，提高学生的学习兴趣并不容易。由于“生物医用纺织品”是涉及多学科的交叉前沿学科，而纺织专业学生的生物学基础欠缺，直接导致学生对该课程的学习兴趣低。同时，高等教育的任务是培养具有创新精神的高级专门人才，但如何将多学科的最新科学进展充分融入学科交叉的课堂教学中是本科教育的难点。

3 “生物医用纺织品”教学改革和创新

3.1 不断修订人才培养方案以及课程标准

由于“生物医用纺织品”是涉及多学科的交叉前沿学科，为顺应该学科的发展，体现相关领域最新的科学理念，对人才培养方案及课程标准进行及时修订已成为当务之急。为了实现高效率的人才培养，笔者对“生物医用纺织品”课程培养方案进行了多轮修订。武汉纺织大学纺织科学与工程学院在设置“生物医用纺织品”课程初期，是面向学校纺织类专业进行选修，涉及专业包括纺织工程和非织造材料与工程。为了适应产业对人才培养的需求，2020年对该课程进行了进一步细化，在非织造材料与工程专业单独开设了“医疗卫生非织造材料”课程，但课程体系和要求与纺织工程专业的“生物医用纺织品”基本类似，只是在内容上进一步强化了非织造材料与技术部分。

毕业班大部分学生忙于考研和求职，学生缺乏学习兴趣，出勤率不理想，这是高校本科培养面临的现实问题[5]。针对这种情况，学校在培养方案修订过程中调整了课程设置，大四毕业班的课程以学年论文、实践类课程为主，理论选修课程大部分调整到大三学习。前期，“生物医用纺织品”课程是面向纺织类专业大四学生进行选修，在经与系、院部讨论之后，从2022年开始该课程调整到大三下学期开设。课程调整后，课堂教学效果显著提高。

在课程考核上，早期采用课程论文的方式进行考核，效果较差，主要原因是本科生文献的调研和总结能力较差，缺乏相应的前期训练。从2021年开始，该课程采用期末试卷考试的方式进行考核：最终成绩（S）=平时表现（A）×20%+作业（B）×20%+期末考试（C）×60%。从试卷分析结果对比来看，学生对基本知识点的掌握程度显著提高。

3.2 教学内容的选择

交叉学科教育的核心是知识的整合，其过程是各个学科的相互作用，其目标是培养学生解决复杂问题的能力[6]。正确把握教学内容、及时调整课程大纲以建立学科之间的联系是提高教学质量和效率的重要环节。武汉纺织大学纺织科学与工程学院“生物医用纺织品”最早的大纲规定的教学内容如下：生物医用纺织品导论、医用纺织品的生物学基础、生物医用纤维材料、移植用制品、体外治疗用制品、卫生保健医用纺织品、人工器官用制品、组织工程医用产品、医用制品标准及基本法规、医用制品的产业化及其供给体系。

在充分考虑生物医用纺织品领域的快速发展、交叉学科教学的特点以及学生的知识背景基础上，将2018版的大纲内容调整如下：生物医用纺织品导论，生物医用纺织品的生物学基础（重点强调纤维材料/细胞和机体相互作用），生物医用材料的基本要求、医疗器械的分类和相关的法规文件，生物医用高分子，卫生、保健、防护用品纺织用品，体外医疗纺织用品，人工器官用纺织制品，植入性医用纺织材料和器件。

在征集学生的反馈意见和考虑医用纺织品的发展趋势之后，在最新一版2023年大纲中作了进一步调整。将四大板块“移植用制品、体外用制品、人工器官用制品、卫生保健（护）用品”调整为“体外用制品、卫生保健（护）用品、体内用制品、智能医用纺织品”，具体如下：将“人工器官用制品”章节删除（人工器官虽然某些关键技术或者辅材会使用到纺织材料，比如人工肾使用了中空纤维，但主要是由复杂的机械、电子设备组成的系统，纺织类专业学生对相关内容接受非常困难）；“生物医用高分子”章节主要集中讲解能规模化纺丝的常见高分子及其纺丝工艺（包括纤维素、甲壳素、蚕丝蛋白、胶原和临床应用的合成高分子），删除了以非纤维形式应用的生物医用高分子；由于柔性传感器件在医疗、健康领域的快速发展和临床转化，更加强调智能医用纺织品；将医疗器械的分类、标准和相关法规文件介绍调整到最后部分，更有利于学生对知识点的理解；增加了“生物医用纺织品的测试”，将材料的细胞生物学评价和抗菌用纺织品内的抗菌测试集中调整到此章节。

3.3 解决《生物医用纺织品》教材缺乏问题

当前生物医用纺织材料及其产品正处于快速发展时期，课程知识点涉及当今科技前沿和热点，但与这一新兴课程相关的本科教材较为缺乏。组织教研小组编写与学校课程大纲相适应的教材是解决目前教材缺乏问题的有效方法[7]。课程教研小组组织多位教师历经两年编写了《生物医用纺织材料》书稿。书稿充分考虑了新版课程大纲要求的内容以及学校的特色研究方向，虽然暂未正式出版和仍需进一步修订，但作为参考教材供学生使用效果良好，这也充分体现了教材和课程大纲的匹配度在教学中的重要性。在教材面世之前，可为学生制定与教学相关的参考书单，比如将王璐的《生物医用纺织品》（2011年）和德国V.T.巴特尔斯的《医用纺织品手册》（Elsevier，2022年）推荐给学生分别作为学习教材和参考教材。

“生物医用纺织品”学科交叉性和前沿性强，涵盖知识面较广，需要具备一定的专业知识才能更好地理解和学习，在教学内容上不应局限于教材[8]。授课教师在平时应多收集一些相关经典文献和前沿文献，尤其是英文文献，供学生预习和参考。在教学过程中，笔者尝试将经典文献和最新前沿文献汇总成册后供学生作为学习参考资料，取得了良好的效果。此外，为了让学生能真正接触到该研究领域的前沿知识，还需指导学生在学校购买的数据库上快速搜索、筛选与整理最新文献与知识。

3.4 实践教学的安排

考虑到纺织院系不具备生物方向的教学实验室和实践平台，难以设立实验和实习课，应发挥教师团队科研平台的作用。笔者的科研团队主要从事生物材料的研究，能为学生提供课后实践平台。从历年选课人数来看，该课程选课人数较多。考虑到学生人数较多和生物实验室条件有限，也无法同时为学生提供足够的实验场地，故以课后实验室交流的方式进行实践练习。

笔者安排了学生课后进入自己的科研实验室学习，大大增强了学生的学习积极性和对课程内容的理解。在实际操作过程中，可以采取相对灵活的方式，在选定特定章节之后，组织感兴趣的学生分批次进入实验室观摩学习。通过跟随研究生进行细胞培养和生物材料支架的制备，学生同样可以了解相关知识要点，教师可以在讲授完支架材料制备的相关技术以后，让学生自行利用课外时间跟随研究生完成，并将其纳入平时成绩考核体系。

3.5 科研项目驱动的教学创新

笔者对科技创新项目驱动教学进行了研究，将跨学科研究理念融入交叉学科的教学中，以提升学生的学习兴趣和创新能力，实现创新型人才的培养。借助笔者主持的湖北省教学研究项目“基于科技创新项目驱动的应用型“生物医用纺织品”教学研究与实践”，对科研项目驱动的课程教学进行了探索。通过对课程内容进行解构，对解构单元进行提炼形成不同研究方向的以学生为主体的科技创新项目，将科研项目嵌入课堂教学与课后教学中，建立理论教学与实践教学的联系，让学生在“理论学习—探索性研究—课程实践”交互式学习过程中对解构单元进行交叉融合，建立该课程完整的知识体系，提升教学效果。根据课题研究的实际需要进行项目设计，以学生为中心、教师为主导、兴趣为主线、大学生科技创新项目和教师科研项目为驱动、实验室和“三创中心”为实践平台，使学生在完成任务的过程中掌握知识、技能和方法，并学以致用、触类旁通，可以根据教纲和教材内容，尝试选择几类典型生物医用纺织品，让学生通过团队形式选择一个研究课题[8]。比如其中一届学生的课题：（1）纱布敷料的表面功能化改性及性能测试；（2）蚕丝手术缝合线的设计、制备及功能化研究；（3）静电纺丝纳米纤维管状组织工程支架的制备及性能研究；（4）纤维基传感器件用于健康监测的研究。

在具体实施过程中，不能以产出科研成果的思路要求学生，而是要以教学实践的思路指导学生，可以适当发挥科研成果的引导作用，尝试将科技创新纳入课程考核体系，调动学生的积极性。（1）将“参与科技创新活动”纳入平时成绩的考核体系中；（2）明确如果能在课程学习的学期内、在教师的指导下获得课程教纲规定内容的方向排名第一的科研成果（论文投稿、专利申请或者比赛获奖），可以直接认定成绩优秀，期末免考；（3）直接将研究项目扩展为毕业设计，通过“课程学习—课程实践—科研项目参与—毕业论文”不断深化的过程，直接引导学生形成从课程学习到毕业设计的思路。在近几年的“生物医用纺织品”教学过程中，多名学生积极参与到大学生科技创新项目和教师的科研项目中，利用业余时间投入实验室，数名本科生以第一作者的身份发表了高水平的学术论文，取得了良好的教学和科研相互促进的学习效果。

4 结语

本研究主要对纺织类专业“生物医用纺织品”课程教学所面临的一些问题进行了分析和总结，并对该课程的教学内容、教学方式、创新性改革等方面进行了不断改进。经过多年来对该课程的教学进行持续改革和创新后，学生的学习积极性得到了较大程度的提高，取得了良好的教学效果。立足该课程的带动和辐射作用，学生在学术论文发表、发明专利申请、学生竞赛等方面也取得了优异的成绩，课程论文、学年论文、毕业论文等其他课程方面的学习效果也得以提升，达到了科教融合的效果。相信通过对“生物医用纺织品”教学的持续研究和改革，能充分提升学生的知识能力和创新能力，提高学生的专业素质，全面提高教学质量。