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生物材料与人类健康

主讲教师:朱迎男

教师团队:共4

  • 朱迎男
  • 黄佳佳
  • 董雨泽
  • 王志
学校: 郑州大学
开课院系: 化工学院[03]
开课专业: 化工、材料、医学、生物类专业
课程负责人: 朱迎男
课程英文名称: Biomaterials and Human Health
课程编号: 039002
学分: 2
课时: 32
课程介绍
本课程针对生物材料这一新兴领域,以医学需求为牵引,通过综合介绍材料学、化学、生物学和人工智能等交叉学科前沿的相关知识,使学生熟知生物材料的基本概念、分类和特性,以及在人类疾病的诊断、治疗与康复中的重要作用。同时对该领域的科学规律和发展趋势有宏观的认识,了解生物材料研究领域的最新进展和未来发展方向,了解科技前沿领域。培养学生跨学科创新的理念,激发学生与其他领域研究者交流合作的积极性。
课程特色:以人类健康和医学需求为牵引,聚焦生物与医药结合的前沿领域,强调生物材料在人类疾病的诊断、治疗与康复中的重要作用,以健康中国战略强化责任担当,诊疗技术变革拓展前沿视野,将“医工融合发展、创新引领未来”的责任意识内化于心、外化于行。
教师团队

朱迎男

职称:副教授

单位:郑州大学

部门:药学院

黄佳佳

职称:副教授

单位:郑州大学

部门:化工学院

职位:副院长

董雨泽

职称:副教授

单位:郑州大学

部门:药学院

王志

职称:讲师

单位:郑州大学

部门:化工学院

教学方法

1. 基于问题的学习(PBL)

方法描述:让学生围绕实际医学需求或研究问题进行学习。教师提出一个开放性问题,如“如何设计一种新型生物材料用于骨骼修复?”学生通过查阅资料、实验设计和数据分析等步骤,自主解决问题。

目标:培养学生的独立思考和问题解决能力,同时加深对生物材料实际应用的理解。

实施步骤:

• 问题设定:教师设定一个与生物材料相关的真实问题。

• 小组合作:学生分成小组,自主分工合作。

• 研究与讨论:学生查阅资料、设计实验、讨论方案。

• 成果展示:各组展示研究成果,互相评价和讨论。

2. 翻转课堂

方法描述:将传统的课堂讲授与课外自学相结合。学生在课前通过视频、文章等资源自学基础知识,课堂上进行讨论、答疑和实践活动。

目标:提高课堂互动性,培养学生的自主学习能力和团队合作精神。

实施步骤:

• 课前准备:教师提供学习资源,如视频讲解、阅读材料等。

• 课中活动:课堂上进行讨论、案例分析和实验操作等活动。

• 课后反馈:学生完成作业并反馈学习效果,教师根据反馈调整教学内容。

3. 案例教学

方法描述:通过具体案例让学生分析和讨论生物材料在实际医疗中的应用。教师提供案例背景,学生进行讨论和解决方案设计。

目标:培养学生的批判性思维和实际应用能力。

实施步骤:

• 案例选择:选择具有代表性的生物材料应用案例。

• 背景介绍:教师介绍案例背景和相关知识。

• 小组讨论:学生分组讨论案例,提出问题和解决方案。

• 总结与反馈:教师总结讨论结果,提供反馈和补充知识。

4. AI助学

方法描述:根据学生的兴趣和学习进度,个性化推荐学习材料和资源,指导学生通过使用AI工具辅助完成学习任务。通过AI助教分析学生的学习记录和反馈,推荐适合的学术文章、实验视频、在线课程等资源。

目标:帮助学生掌握更深层次的知识,促进个性化学习和自主学习能力。

实施步骤:

• 需求分析:评估课程内容和学生需求,确定AI工具的应用场景。

• 工具选择与配置:选择适合的AI工具((如KimiChat、ChatGPT、文心一言、讯飞星火、Midjourney、秘塔AI搜索等),进行配置和集成。

• 学生练习:引导学生使用机器学习和数据分析工具进行研究项目。例如,分析生物材料的实验数据,预测材料性能,优化设计方案等。

• 展示与反馈:小组分享和展示学生利用AI工具完成学习任务的案例,优秀案例制作视频上传线上课堂。

5. 跨学科讲座与研讨会

方法描述:邀请不同学科的专家进行讲座和研讨会,让学生了解生物材料的多学科应用和最新研究进展。

目标:拓宽学生的视野,激发跨学科合作和创新的积极性。

实施步骤:

• 讲座安排:定期安排不同学科专家的讲座和报告。

• 互动交流:讲座后安排互动环节,学生可以提问和交流。

• 专题研讨:组织专题研讨会,学生进行小组讨论和汇报。

通过以上多种教学方法,可以全面提升学生对生物材料的理解和应用能力,培养他们的高阶思维能力和数字素养,为未来的跨学科创新和研究打下坚实基础。



教学效果
结合课程性质和教学方法,预期的教学效果可以总结如下:

1. 增强学生的跨学科创新和合作意识

通过课程讲授、学术讲座和小组合作项目,学生将:

• 了解生物材料研究领域的最新进展和科技前沿。

• 激发与其他领域研究者交流合作的积极性。

• 培养跨学科创新的理念,增强团队合作意识。

2. 提升高阶思维能力

采用基于问题的学习(PBL)、项目驱动学习、案例教学等方法,学生将:

• 发展批判性思维和问题解决能力。

• 学会独立思考和自主学习,培养探索精神。

• 能够分析和解决复杂的实际问题,进行创新设计和实验。

3. 提高数字素养和数据分析能力

通过引入AI和大数据分析工具,学生将:

• 学会使用机器学习和数据分析工具处理生物材料相关数据。

• 提高对数字工具和技术的理解和应用能力。

• 能够进行数据驱动的研究和决策,提高科研水平。

6. 提升个性化学习体验

通过智能导师系统和个性化推荐系统,学生将:

• 获得个性化的学习资源和指导,提高学习效果。

• 能够根据自身兴趣和需求,定制学习路径和目标。

• 提高学习自主性和主动性,增强学习动力。

参考教材

主要参考教材:

1.胡盛寿 主编,《医用材料概论》,人民卫生出版社,2019

2.周长忍 主编, 《先进生物材料学》 ,暨南大学出版社,2014

3.吕杰 主编,《生物医用材料导论》,同济大学出版社,2016

参考阅读书目:

1.Ratner B D, Biomaterials Science: an introduction to materials in medicine.  3rd,2013 

2. Roger N,Biomedical Materials,2009

3.顾忠伟, 《生物材料科学:医用材料导论》 ,科学出版社,2011

AI介绍视频:

  1. 《万字科普GPT4为何会颠覆现有工作流;为何你要关注微软Copilot、文心一言等大模型》, https://www.bilibili.com/video/BV1MY4y1R7EN/

  2. 吴恩达《AI for everyone》给所有人的AI课,https://www.bilibili.com/video/BV1yC4y127uj/


教学资源
课程章节 | 文件类型   | 修改时间 | 大小 | 备注
1.1 课程导学
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视频
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1.2 绪论
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文档
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1.3 生物材料的定义与概况
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视频
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视频
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视频
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2.1 发展历史与分类方法
文档
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视频
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2.2 有机生物材料
文档
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视频
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作业
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2.3 无机生物材料
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视频
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3.1 生物材料的功能化修饰
文档
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3.2 生物材料的物理和化学表征
文档
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3.3 生物材料的生物学表征
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4.1 止血材料、医用粘合剂
文档
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4.2 伤口敷料
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5.1 人工心脏瓣膜、心脏起搏器
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5.2 冠状动脉支架、人造血管
文档
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6.1 角膜接触镜、人工晶状体
文档
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6.2 人工角膜及其他应用
文档
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7.1 简介及人工关节
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7.2 人工骨和人工软骨
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8.1 口腔修复材料
文档
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8.2 根管充填材料、口腔植入材料
文档
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9.1 美容注射材料、乳房假体
文档
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9.2 颅面部修复材料与整形外科
文档
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9.3 组织工程支架
文档
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9.4 支架材料的未来发展趋势
文档
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10.1 先进生物材料及展望
文档
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