Исследования и инновации на кафедре биомедицинской инженерии Техасского университета A&M часто сосредоточены на клиническом применении полученных знаний у пациентов. Однако за пределами лаборатории некоторые преподаватели совершают прорывы и в учебном процессе.
Доктор Чарльз Патрик, профессор-практик, опубликовал результаты своего исследования в журнале Biomedical Engineering Education. В исследовании подробно описывается его успех во внедрении в учебный процесс модели обучения на основе исследовательского подхода с пошаговыми инструкциями. Патрик обнаружил, что результаты обучения улучшились благодаря подходу, который позволял студентам практиковаться в проектировании в течение семестра, прежде чем приступить к итоговому проекту.
«Студенты были очень вовлечены в процесс, и хорошо известно, что чем больше вовлечен студент, тем больше он усваивает информации. Они работали в небольших группах, что помогло развить их навыки командной работы и общения. Мы также измерили их уровень воображения в начале семестра с помощью проверенных опросников. Этот показатель повысился к концу семестра», — сказал Патрик.
Патрик протестировал этот подход на курсе под названием «Биомимикрия, биомиметика и биоинспирированные подходы к проектированию медицинских устройств и технологий». Цель курса — научить студентов использовать природу в качестве модели для решения инженерных задач.
«Этот курс направлен на обучение студентов тому, как не обязательно начинать с чистого листа, а изучать природу и видеть, как она оптимизировала или повлияла на тот или иной аспект медицинского дизайна. Мы можем создать точную копию природы, или подражать ей, или просто вдохновляться ею», — сказал он.
Именно природа лежит в основе некоторых из самых известных изобретений в мире. Например, семена репейника послужили источником вдохновения для липучки-застёжки, а плавники китов — для ветряных турбин.
Исследователи в области биомедицинской инженерии из Техасского университета A&M, доктора Тейлор Уэр и Абхисек Джайн, черпали вдохновение в природе. Уэр разработал самособирающиеся полимеры, вдохновленные огненными муравьями, а Джайн — чипы, имитирующие микрососудистую систему человека.
«Природа уже оптимизировала энергетические и механические процессы, в то время как мы все еще пытаемся сделать медицинские приборы эффективными. Мы обращаемся к природе за уроком оптимизации инженерных решений», — сказал Патрик.
Этот курс является одним из трех направлений проектирования, которые кафедра предлагает студентам для развития компетенций и получения опыта перед итоговым проектом, в рамках которого они работают с компаниями над усовершенствованием или проектированием реального биомедицинского устройства.
«Этот курс основан на принципах, вдохновленных природой, — сказал Патрик. — Другой курс разработан совместно с НАСА — это концепция проектирования космической техники, — а третий — это основная концепция биодизайна, разработанная кафедрой. Студенты могут изучать все три различных типа концепций проектирования».
Чтобы познакомить студентов с принципами биомимикрии, Патрик использовал три урока для повышения квалификации перед финальным проектом. В первом задании использовались наборы LEGO в качестве простого способа ознакомления студентов с процессом, используя уже знакомый им метод. Он черпал вдохновение из опыта других университетов, а также из опыта своих собственных детей, которые использовали LEGO Serious Play в качестве средства обучения.
В рамках задания ученикам предлагается взять в руки жёлтый шар. Патрик предоставляет им тщательно подобранный список «существ» на выбор — например, ястреба — чтобы они могли придумать, как бы они взяли этот предмет. Затем ученики решают, как они будут имитировать или копировать эту функцию.
«Мне хотелось создать что-то знакомое, что при этом стимулировало бы творчество. В нем достаточно разных элементов, чтобы они могли имитировать то, что видят в природе. Это снижает энергию активации благодаря знакомству с материалом. Они могут проявлять творчество, но при этом одновременно изучать новые концепты», — сказал Патрик.
После проекта с конструктором LEGO студенты использовали инструменты виртуальной реальности для перепроектирования хирургических инструментов. Наконец, они отправились в сады Техасского университета A&M, чтобы почерпнуть вдохновение для своего заключительного проекта.
«Будь то пчела, определенный цветок или растение, или животное, которое они видят, это становится для них источником вдохновения для их итогового дизайн-проекта. Каждый раз, когда я это делаю, студенты говорят, что это первый раз, когда они действительно выходят за пределы класса, чтобы выполнить задание. Им нравится возможность мыслить нестандартно и смотреть на вещи с другой точки зрения», — сказал Патрик.
Патрик надеется, что этот курс придаст студентам уверенности в своих силах и позволит им использовать свое воображение в инженерной деятельности.
«В нашей системе образования на уровне начальной и средней школы хорошо получается то, что она учит учеников использовать свое воображение и творческие способности, — сказал Патрик. — Когда студенты поступают в колледж, по какой-то причине мы часто это прекращаем. Самое замечательное — это чистый лист бумаги и карандаш, безграничная фантазия и мозговой штурм. Этот курс помогает им в этом».
Источник: Texas A&M University. Автор: Бейли Ноа. На заглавном фото: студенты тестируют свое биомиметическое устройство из LEGO. Фото: Инженерный факультет Техасского университета A&M.
