“双一流”建设下增材制造与生物医学交叉学科人才培养机制创新与实践.pdf
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1、2023年第20期总第596期No.20,2023Sum No.596Journal of Science and Education2017年2月以来,教育部全面改造升级传统工科专业,将高校新工科建设的推进集中在教育理念的现代化、专业结构的创新、人才培养模式的改革以及教育教学质量的改善等方面1。与传统工科相比,新工科建设强调“宽口径、夯基础、重交叉”的人才培养模式。因此,如何实现跨界、交叉、融合、创新,培养具备创新实践能力和跨界整合能力的新工科人才,成为高校“双一流”建设的主要目标2-3。材料科学作为一门涉及多领域的交叉类前沿学科,在许多尖端技术行业具有举足轻重的地位,已成为衡量一个国家综合
2、国力的重要标志。增材制造技术(俗称3D打印)是材料科学中常见的金属材料加工工艺之一,它以计算机三维模型为基础,利用材料加工与成型技术,以挤压喷射、熔融沉积、光固化等多种材料堆积方式来制造零件或实物。与传统的加工模式相比,该技术能更好地实现对复杂零部件的生产。相比之下,生物材料属于近几年材料学领域的新兴产业,但常因材料自身结构复杂而无法得到工业化进程的快速推进。增材制造技术恰好可以通过对生物材料或活细胞进行 3D 打印,构建复杂的三维生物结构。以3D打印技术为基础的组织工程支架及器官打印技术,是目前3D打印技术研究的前沿领域,也是3D打印技术中最具活力和发展前景的方向之一。为实现材料领域的多元化
3、、产业化和市场化发展,利用现有学科基础和工艺手段,将生物材料作为研究对象,结合增材制造工艺,使二者交叉融合,将3D打印多元化发展和生物材料工业化转型升级“双一流”建设下增材制造与生物医学交叉学科人才培养机制创新与实践吴 宏 刘佳敏(中南大学粉末冶金研究院 湖南 长沙 410083)摘要:面对“双一流”建设的挑战和契机,提升高校学生教育质量,培养具有多维度知识、复合型能力、全面素质的高层次创新人才,已成为当务之急。该文通过分析材料科学与工程专业“增材制造与生物医学”结合的必要性及其发展现状,从教学制度、教学手段、资源配置等方面进行了相应的改革与探索,提出专业课程的教学体制要重视材料学和生物医学的
4、交叉融合,分析了新形势下建立多导师联合培养机制的具体思路和方法,并探究了创新跨多学科论坛模式、加强交叉类人才项目资助力度、优化资源共享方式等一系列举措,对推进增材制造与生物医学融合发展、培养高质量人才具有重要意义。关键词:交叉学科;双一流;教改实践;人才培养中图分类号:G642 文献标识码:A DOI:10.16871/ki.kjwh.2023.20.026基金项目:2021年湖南省研究生教改项目“双一流 建设下增材制造与生物医学交叉学科研究生培养机制创新与实践”(2021JGYB029);2021年度中南大学研究生教育教学改革研究项目“双一流 建设下增材制造与生物医学交叉学科研究生培养机制创
5、新与实践”(2021JGB020);2021年度中南大学研究生课程思政建设项目“立德树人理念下研究生思政教育路径探究”(2021YJSKSA12);2021年度中南大学本科生教育教学改革研究项目“工科建设下增材制造与生物医学交叉学科本科生培养机制研究与实践”(2021jy019)。作者简介:吴宏(1982),男,博士研究生,研究员,研究方向为增材制造、生物医用材料、创新创业教育;刘佳敏(1997),女,硕士研究生,研究方向为生物医用材料。99等要素作为高校交叉学科中的一项教学目标,对于培养交叉学科人才、进一步强化我国“双一流”建设及提高我国生物材料领域科研水平均具有深刻意义。1 国内外发展现状
6、随着教育创新意识的不断强化和教育改革的不断深入,学科交叉在逐步发展和完善。在国外,加州理工大学建立了50多个跨学科研究所,每个研究所都涉及6个以上不同的学科专业。基于跨学科研究的共识和创新需求,麻省理工学院与哈佛大学合作创立了一家基因组医学研究所,通过生物化学、基因学和分子生物学的多学科交叉,为促进生物医学的稳步提升提供了有效资源和平台。斯坦福大学启动了一项名为“Bio-X计划”的跨学科研究和教育项目,旨在推动生物学与其他各学科的交叉融合发展4。在国内,很多科研机构也意识到跨学科研究的重要性,加大了对跨学科研究的投入力度。1985年全国首届交叉科学学术讨论会成功举办,标志着交叉学科这一概念正式
7、进入我国教育研究领域的视野。多年来,我国各大高校积极探索跨学科人才培养的新模式。浙江大学于1998年提出将“学科交叉”作为一个重要方向,于2016年设立了培养交叉学科博士研究生的专项计划。2006年,北京大学设立了一所跨学科研究和人才培养的综合性机构前沿交叉学科研究院,为培养一流交叉学科人才、促进前沿科学发展提供了好的发展通道和平台。复旦大学于2008年成立了交叉学科学部学位评定委员会,开始了复合型本科人才交叉培养的实践与探索。3D打印是一个快速发展的研究领域,为工程、科学、医学等领域的创新做出了重要贡献。近几年发展起来的3D生物打印是一门涉及医学、生物学、机械工程和材料科学的交叉科学。3D打
8、印作为强大的制造技术,通过逐层定位产品中的材料、生物分子甚至活细胞,能够准确、高效、经济和高重现性地制造各种复杂和定制的生物医学产品。随着科技的发展,多种高新3D打印技术不断出现,为新一代生物仿生材料的制备提供了技术支持。但在打印构建物成型、营养传输、血供和长期存活等方面依旧面临着不小的挑战,需要研究者进一步攻坚克难,以便为数百万患者提供高质量和新颖的产品5。应对这些挑战需要整合材料科学工程、生物科学和医学方面的技术进步。因此,高校培养出新型增材制造生物医用材料领域的高端人才,从而带动国家相关产业的高效发展,就显得尤为重要。2 教学改革的实践探索2.1 完善人才培养体系,重构课程教学体制加强招
9、生制度改革,鼓励大学生报考学科交叉专业。对考题设计、面试环节、录取环节进行一系列改革,为交叉学科人才培养提供更优厚的条件和良好的环境。在制度和政策上,高校和科研机构可给予适当倾斜和支持,提倡和鼓励生物医学与医学专业的学生跨考材料专业。在考题设计上,不局限于单一的材料学知识点,尽可能多选择材料学和生物医学交叉的热点问题作为考题,鼓励考生从不同专业角度分析解答;在面试环节,注重对学生专业基础知识和多维度思考能力的考查;在录取环节,适当提高跨专业考生的录取概率。加强研究生跨学科课程建设。研究生的专业课程配置应该与研究生基础课程形成明显区分,以体现研究生课程的专业性、前沿性和学术性。其课程配置应在增材
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