德州农工大学生物医学工程系的研究与创新通常聚焦于对患者的临床影响，但该系部分教师也将创新延伸至课堂教学。

该校实践教授查尔斯·帕特里克（Charles Patrick）博士近日在《生物医学工程教育》（Biomedical Engineering Education）期刊发表研究，介绍其在课程中实施分阶段探究式学习模型的教学实践。帕特里克在研究中表示，通过让学生在整个学期持续进行设计练习，并在期末完成总结性设计项目，学生的学习效果得到提升。

帕特里克称，课程采用小组协作形式，以促进团队合作与沟通能力培养。他还提到，课程在学期初使用经过验证的调查工具测量学生的想象力能力，并在学期末再次测量，结果显示该能力有所提升。

上述方法在一门名为“仿生学、仿生技术及生物启发的医疗器械与技术设计”的课程中进行测试。课程目标是引导学生以自然为模型，寻找解决工程问题的思路。帕特里克表示，课程强调学生不必从“空白纸张”开始，而是通过观察自然界如何优化或影响某些过程，从而为医疗设计提供可借鉴的方向；学生可以选择精确复制自然结构、进行功能模仿，或仅从中获取灵感。

研究同时提及，仿生学已促成多项知名发明，例如蒴果种子启发了魔术贴，鲸鱼鳍启发了风力涡轮机。在德州农工大学生物医学工程系内，研究人员泰勒·韦尔（Tyler Ware）博士开发了受火蚁启发的自组装聚合物，阿比谢克·贾因（Abhishek Jain）博士则通过模仿人体微血管系统构建了血管芯片。

帕特里克表示，自然界在能量与机械过程方面已实现优化，而医疗器械仍在追求更高效率，因此课程希望帮助学生学习如何借鉴自然来优化工程设计。

据介绍，该课程是该系为学生提供的三种设计框架之一，旨在帮助学生在进入最终顶点课程前建立能力并积累经验。顶点课程中，学生将与企业合作，完善或设计真实的生物医学设备。除仿生学框架外，另外两种框架分别为与NASA合作的太空工程设计框架，以及该系核心的生物设计框架，学生可在三者中进行选择。

为帮助学生掌握仿生设计原理，帕特里克将课程设计为三个循序渐进的环节，并以最终项目收束。第一项作业使用乐高套装，作为低风险方式让学生在熟悉的材料与方法中理解设计流程。作业要求学生设计抓取黄色球体的方案，教师提供一份精选的“生物”清单（如鹰）供学生参考，学生据此决定如何模仿或复制相关功能。

在完成乐高项目后，学生使用虚拟现实工具对外科手术器械进行再设计。随后，学生前往德州农工大学植物园，从观察到的蜜蜂、花卉植物或动物等对象中获取灵感，完成期末总结性项目。帕特里克称，学生反馈这是他们首次真正走出教室完成作业，并认可这种从不同角度思考问题的方式。

帕特里克表示，希望课程能帮助学生在工程设计中重新建立使用想象力的信心。他指出，基础教育阶段通常重视想象力与创造力培养，但进入大学后相关训练往往减少，而课程希望通过“白纸、铅笔与头脑风暴”的方式，促使学生重新运用想象力开展设计。