“超声医学+材料学”医工交叉研究生培养模式探讨

王丽芸 向茜 唐远姣 朱笔挥 邱逦

随着人类社会和科学技术的飞速发展，单一学科很难解决人类发展中遇到的复杂挑战，学科在高度分化的基础上又出现了交叉融合趋势，世界各国对于交叉学科的发展越来越重视，尤其是在生命科学领域，对医工交叉人才的需要越来越大[1-2]。我国也在《国家教育事业发展“十三五”规划》《国家教育事业发展“十一五”规划纲要》中提出高校需加强学科间的协同创新，组建交叉学科群，国家层面要重视和推进双一流大学的学科建设[3]。在《“健康中国2030”规划纲要》中提出构建国家医学科技创新体系，国家优先发展战略应当包括医疗卫生健康服务业，打开了科学研究的全新格局，交叉学科未来发展前沿将是医工融合、协同创新[4-5]。《国务院办公厅关于加快医学教育创新发展的指导意见》也明确指出：“加快高层次复合型医学人才培养，设置交叉学科，促进医工、医理、医文学科交叉融合[6]”。医学和工学的交叉融合，不仅能为传统学科带来新的发展，也将为现代医学发展指明方向，推动未来医学的进步[7-8]。“医学+材料”是医工交叉的重要方向[9]，主要面向国家民生重大需求，着力解决高端生物医用材料“卡脖子”问题，目标是实现医学与材料核心技术突破，推动我国生物医用材料相关学科与产业实现新的跨越式发展，推进生物医用产品临床转化应用的重要举措[10-11]。但合作形式较为单一是交叉学科发展中普遍存在的问题[12]，目前在医工交叉领域也同样存在该问题，科学研究方面多由材料学方向和医学方向的研究生分任务合作，而解决实际的医工交叉领域的问题则要求学生具有在“医”与“工”两种思维方式间自由切换的交叉型思维方式，但在传统单纯的医学和或工学教学实践中很少涉及[13]。医工交叉型思维方式的缺乏可能会导致研究生无法很好适应今后从事的相关医工交叉研究工作，同时缺乏创新力，进而无法满足将来用人单位的需求[14]。这一问题在研究生培养阶段亟待解决。并且交叉型思维要求学生不仅要掌握相关医学、工学领域的基础知识和前沿进展，还要能找到医工结合的契合点，打破现有的框架和体系，寻找研究领域的创新点。因此如何培养“医学+材料”高层次复合型研究生是当下医学高等教育的重点与难点。超声医学的发展与材料学的发展息息相关，新材料和新技术促进了超声医学的进步，而超声医学在临床实践中的需求也为材料学的发展提供了研究的方向。笔者团队依托四川大学医学技术专业超声方向和高分子材料、生物医学工程等多学科背景，从2020 年起开始招收超声医工交叉学科研究生，包括本科为材料学交叉到超声医学的研究生以及本科为超声医学交叉到材料学的研究生。在培养的过程中也暴露出一些问题：传统单一医学或材料学研究生培养课程体系多局限于单一学科范围，缺乏专门为“超声医学+材料”交叉研究生打造的交叉课程，也缺少针对来自不同专业背景的研究生构建的全面特色的交叉培养和考核方案，院系、学科之间相互协同管理机制尚未有效建立等。为了更好地培养超声医工交叉高层次复合型研究生，迫切需要对其培养体系、课程设置、考核评价方案等进行充分的探索，为未来超声医学+材料的发展培养人才。

1 针对培养超声医工交叉高层次复合型研究生的探索系统的、差异性的交叉培养模式

目前，越来越多的国内外知名院校开始重视和推广医学和其他学科，特别是工学的交叉融合，早在1970 年，哈佛-麻省理工医疗科技学院便开创性地以交叉学科模式培养了许多具有多学科知识，包括工程、物理、生物等，和临床经验的复合型人才，是国际医工交叉人才培养典范[15]。杜克大学（Duke University）和新加坡国立大学（National University，NUS）于2005 年合作成立了一所新的医学院，即杜克-新加坡国大医学院（Duke-NUS），学生本科在NUS 进行工程专业学习，获得学士学位后，进入杜克-新加坡国大医学院学习并获得医学硕士学位，实现了工程技术和医学专业的交叉融合[16]。2008 年，日本东北大学对医学、牙科和医学研究生院、工程与信息系统研究生院进行改革和整合，建立了日本东北大学医学工程研究生院，通过工学促进医学领域发展[17]。20世纪80 年代末期，我国医工交叉热潮随着医科类院校与综合性大学或理工科大学的合并而逐渐兴起，进入21世纪以来，国内高校也陆续建立了各种多学科交叉平台，包括医学与信息、医学与工程等[18-20]。同济大学基于其多学科背景的优势，开设了一批本科生交叉通识课程[21]。2015 年成立的清华-伯克利深圳学院精准医学与公共健康交叉学科研究中心，既整合了中美两所顶尖大学的优质教育资源，还得到了深圳市政府和相关产业公司的大力支持[22]。以上这些比较成功医工交叉培养模式的案例，也给未来医工交叉的发展带来了启示：首先需要明确培养目标，注重医工交叉专业人才培养；其次，需要设置合理的医工交叉课程，同时要有扎实的科研实践训练；此外，医工交叉配套支撑条件也必不可少，要集结全方位资源；最后，各院校可依靠自身优势学科领域建立医工交叉特色的研究生培养模式。

近年来，四川大学也提出了强化“医学+”引领辐射作用，构建医工融合三中心一平台（“医学+信息”中心、“医学+制造”中心、“医学+材料”中心和5G 医学转化应用平台）的核心发展方案。培养“医+X”复合型拔尖创新人才，推进医工交叉研究，已成为当前医学高等教育的核心问题。通过总结既往交叉学科培养模式和近年来的实践，初步探索了“一研究、双导师”的新型研究生培养模式。同时具有医学和材料学交叉背景的教师是非常稀少紧缺的，在短期内也很难建立起一支具有医工交叉背景的师资队伍。因此，对于“医学+材料”研究生尝试由医学方向和材料学方向各1 位导师联合培养，明确交叉学科研究生培养目标定位，开展导师团队建设，是更加现实可行的方案。医学方向导师主要职责是指导研究生学习医学知识并提高临床实践技能[23]；材料学导师的主要职责则是指导研究生将新材料切入临床及市场的需求点，提高研究的创新性和成果转化。双导师制优势互补促进“产、学、研、医”一体化发展，激发联合培养研究生不断探索的积极性和热情。两位导师和研究生需定期见面，讨论培养方案和进行交叉学科课题指导，加强导师与导师，导师与学生之间的交流。同时，学校也需进一步加强交叉学科导师师资队伍的建设，一方面从国内外引进具有交叉学科研究背景的骨干教师提升师资结构，另一方面加强对本校教师的培养，鼓励教师结合自身研究背景、不断拓宽研究领域，特别着重关注新兴、医工交叉学科领域，学校也应对教师在学术、学历等方面的提升给予政策和经济上的支持与协助，鼓励材料学导师与临床医生保持紧密联系，更加了解临床的实际需求，鼓励医学导师与材料学研究人员、企业等加强交流，了解更多前沿新技术，从而提高双方导师的教学科研能力。具体到超声医工交叉师资体系的构建，超声医学本身就涉及仪器原理、仪器调节等以声学为基础的工学知识，因此超声医学导师需加强对相关知识的理解，同时与开发高频超声、光声成像等先进显像技术的实验室、公司加强合作，提升自身学术研究水平，才能更好地对超声医工交叉研究生进行指导。

2 构建为超声医工交叉研究生打造的特色交叉课程体系

构建特色的“医学+材料”医工交叉课程体系是培养新型复合型医工交叉人才的基础，需要避免简单的医学和材料学课程的堆砌。全新的课程体系不仅需要满足材料学教育的需求，也需要能应对医学教育的新发展，突出医工交叉特色，需调整现有的授课形式，以培养高层次复合型创新应用人才为目标，课程结构也需要全面评估、重新整合，目的是打破学科间的知识壁垒，防止学科间边缘过于细化、僵化。

具体而言，首先要调研超声设备和相关医药材料企业、各大医院超声研究室等对医材复合型创新人才的知识和技能的需求，梳理相关学科知识结构与课程模块，通过院系、学科之间相互协同，对构建“超声医学+材料”的新课程体系提出建议。其次可按照超声医学具体应用整合教学内容，体现医工交叉。从临床实际需求出发，将所需涉及的材料学前沿进展及具体的临床需求相整合，例如新型超声仪器和技术的研发、新型超声造影剂的开发、人工智能在超声检查的应用、超声联合材料治疗各种疾病，包括肿瘤、关节炎等应用，综合学习相关前沿方法，实现材料学和超声医学的深度融合。再者，课程在内容上要层次丰富、逻辑延续，选择代表性和前沿的内容。随着医学和材料学的飞速发展，超声和材料学地结合在临床应用相关的研究方面起着重要作用，因此课程内容的设置应紧密联系材料学和超声新技术的前沿进展。

研究和探索临床医生和材料学教师联合授课的新模式，不仅要训练学生的专业能力和扎实的材料学及影像学基础，也要培养学生跨学科思维能力，开设超声医学联合材料学在显像及治疗的最新应用等交叉学科课程，培养学生面向超声相关医用材料开发、制备的知识和具体应用的能力。教学内容中注重“医工渗透”，教学方法上注重“医工联合”，教学过程中强调“医工结合”，专业实践中注重“工为医用”，从而达到“医工融合”，并探究新模式对研究生创新能力的培养作用。构建医工交叉知识体系和课程设置，尽量避免单一模块化的课程培养，而是构建全新的交叉课程体系，即“双线并进”交叉培养模式。同时再与本专业“超声医学+材料”人才创新能力培养主线相结合，将特色的材料学、医学影像学基础和超声医用材料最新发展动态贯穿研究生的培养，大致可分为三个阶段。第一阶段根据学生本科背景的不同，重点补充自身缺乏的材料学或医学影像学基础知识，学生可直接参与相关专业本科生或研究生的教学课程；第二阶段以“超声医学+材料”交叉融合课程为主，内容上可分为新技术在超声诊断和治疗应用两个主要方面，包括基础概念的讲解，如介绍超声最新的超声造影、弹性成像、微血流成像、人工智能辅助诊断等；其次是学习最新的研究文献，英文文献的学习可采用学生自主学习并进行文献汇报的形式展开，学生既了解了最新研究方向，也学习了相关专业英语。同时，该阶段由医学及材料两位导师与学生一起共同拟定医工交叉的毕业课题，学生开展相关研究，定期与两位导师汇报课题进度；第三阶段可加入教学实践课程，如在医院或相关医药企业的实习，在临床上了解超声新技术在疾病诊断中的实际应用，比如弹性成像在肝纤维化评估的应用、超高频超声在浅表皮肤疾病诊断的应用、超声造影在甲状腺、乳腺、腹部各种肿瘤性病变诊断中的应用等，以及超声联合各种材料在实验动物各种疾病治疗上的应用。“超声医学+材料”两条主线并进，互相融合，在不同的学习阶段主次分明，形成了阶段分明、多点融合的新型超声医工交叉研究生专业课程体系。

3 探索适用于超声医工交叉研究生的考核方案

教学过程中不可或缺的环节是教学考核，也是检验教学效果、评价学生是否掌握教学内容的重要手段，而全新的医工交叉培养模式也需要全面改革考核方案。既往有学者提出“多角度、多层次、多方面”的三多考核体系是值得借鉴的[24]。即由教师、学生进行多角度的相互评价使学生充分认识自己的学习效果，并及时进行调整；由传统期末考试转变为多维度对学生的学习过程进行考核，包括课堂表现、阶段性测试等，目的是让学生积极、主动、全程学习；从“基础性、综合性、拓展性”多层次进行考核评价，全面评估学生的学习情况。

针对超声医工交叉研究生的考核需要进行多维度的讨论。首先是材料学和超声医学基础知识类的课程可沿用原有的考核评价体系，但考核内容应侧重于交叉学科更相关的基础知识部分，如在超声影像学基础部分应着重考核各种成像技术的原理，在材料学基础部分应重点考核不同材料的特性和应用。其次，需要加大交叉学科课程考核与能力考核比重，最终成绩构成其形式应当多种多样，可以由课堂表现、企业或医院实践表现、阶段及期末考试、期末课程设计汇报等共同构成，为培养学生毕业后继续进行交叉学科学习的能力，应注重其文献阅读能力的培养，文献汇报、撰写文献综述应作为重要的考核内容。最重要的是医工交叉的毕业课题及学位论文的审核，高校应逐步成立跨学科学位评定委员会，负责受理跨学科培养研究生的学位申请，监督和评估跨学科研究生培养方案的实施，保障跨学科研究生培养质量[25]。超声医工交叉研究生的学位论文应由医学和材料学领域的专家共同审核并参与学位论文的答辩，从而保证医工交叉毕业课题的高质量完成。除了最终的学位论文审核和答辩，过程考核也是非常重要的，应每年进行年度考核，交叉学科研究生开题前应进行开题报告，评估交叉研究课题的合理性和可行性；课题进展中应进行中期汇报，重点把握课题的进度，确保按时完成课题；课题完成进行毕业论文撰写前，需医学和材料学两位导师共同探讨课题内容是否完善，及时进行查漏补缺和相关实验的补充，保证医工交叉研究生毕业课题的高质量完成。

综上所述，本文对“超声医学+材料学”医工交叉研究生的培养模式、课程体系的构建调整以及考核指标的优化多方面并结合专业特点进行了探索，希望能为今后的医工交叉教学工作中能提供指导，进而提升超声医工交叉研究生培养的教学质量，更好地养成学生和教师医工交叉型思维方式，从而培养出一批符合社会需求的超声医工交叉高层次复合型研究生。