“生物力學(xué)創(chuàng)新與實踐”課程建設(shè)與實踐

白逃萍 蔣文濤 陳宇 李亞蘭

[摘 要] “生物力學(xué)創(chuàng)新與實踐”是四川大學(xué)工程力學(xué)專業(yè)的創(chuàng)新實踐類課程之一。建構(gòu)和完善“生物力學(xué)創(chuàng)新與實踐”課程體系和教學(xué)方法對科教融合具有重要意義。課程面向工程力學(xué)“強基計劃”班、力學(xué)-軟件交叉專業(yè)實驗班、工程力學(xué)基地班。根據(jù)其對能力培養(yǎng)要求的不同，通過了解學(xué)生特點進(jìn)行創(chuàng)新實踐方向、科教融合式教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新與實踐引導(dǎo)、課程成效等方面的課程建設(shè)與教學(xué)實踐探索，以期與同行探討交流。

[關(guān)鍵詞] 創(chuàng)新實踐教育;生物力學(xué);課程建設(shè);教學(xué)實踐

[基金項目] 2020年度全國力學(xué)類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會“面向高端制造的力學(xué)-軟件工程跨學(xué)科交叉人才培養(yǎng)機制探索與實踐”（E-DZYQ20201427）

[作者簡介] 白逃萍（1990—），女，四川雅安人，博士，四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院助理研究員，主要從事生物力學(xué)研究;蔣文濤（1970—），男，四川宜賓人，博士，四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院教授（通信作者），主要從事生物力學(xué)研究;陳 宇（1972—），男，重慶人，博士，四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院教授，主要從事生物力學(xué)研究。

[中圖分類號] G642.3 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）24-0108-04 [收稿日期] 2021-07-19

將科研與教學(xué)相融合的科教融合理念是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的模式[1-3]，吸引和鼓勵學(xué)生以問題為導(dǎo)向，開展研究性學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生將基礎(chǔ)知識融入科研問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、思維和能力[4-6]。在教育部發(fā)布的“強基計劃”中，工程力學(xué)專業(yè)作為應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科，涉及社會發(fā)展前沿[7]。但目前傳統(tǒng)基礎(chǔ)課程要求學(xué)生進(jìn)行課堂學(xué)習(xí)，缺乏相對應(yīng)的實踐能力培養(yǎng)，而實驗課程僅是設(shè)置相對較傳統(tǒng)的固定實驗，缺乏創(chuàng)新性。特別是力學(xué)專業(yè)的本科學(xué)生，所學(xué)知識體系龐大、難度高，對于創(chuàng)新實踐的需求急迫。因此，許多高校對工科基礎(chǔ)課程進(jìn)行改革[8-13]，如優(yōu)化課程內(nèi)容，結(jié)合工程案例設(shè)置翻轉(zhuǎn)課堂等激發(fā)學(xué)生興趣，但輔助課程建設(shè)的缺乏導(dǎo)致科教融合困難。

“生物力學(xué)創(chuàng)新與實踐”是四川大學(xué)專門為工程力學(xué)專業(yè)本科生（工程力學(xué)基地班、工程力學(xué)強基班、“力學(xué)-軟件工程交叉專業(yè)實驗班”）設(shè)置的創(chuàng)新實踐類課程。該課程基于學(xué)生興趣，進(jìn)行小班化教學(xué)，充分結(jié)合每位學(xué)生的發(fā)展，激發(fā)創(chuàng)新和實踐能力。

一、根據(jù)不同班級學(xué)生特點，獲取創(chuàng)新實踐方向

四川大學(xué)工程力學(xué)專業(yè)入選國家“強基計劃”[14-16]，實行本碩博連讀方案，在本科教學(xué)中需要考慮與碩博的科研相結(jié)合，進(jìn)行充分的科教融合?！皬娀媱潯卑嗉壖哟罅藢φn程基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)難度，同時也要求學(xué)生對基礎(chǔ)知識能夠進(jìn)行一定的工程應(yīng)用。“力學(xué)-軟件工程交叉專業(yè)實驗班”是四川大學(xué)力學(xué)系辦學(xué)的特色，開創(chuàng)了國內(nèi)力學(xué)專業(yè)的先河，并促使力學(xué)本科教育發(fā)生重要轉(zhuǎn)變。對“力學(xué)-軟件工程交叉專業(yè)實驗班”的實踐能力要求與“強基計劃”不同，需要更強的知識應(yīng)用能力、解決實際問題的能力、建模能力、開發(fā)能力，在教學(xué)中需要設(shè)計相關(guān)的實踐。傳統(tǒng)實驗課中，實施大班教學(xué)，學(xué)生分成大組進(jìn)行集體實驗，實驗內(nèi)容相對固定，但每個學(xué)生得到的創(chuàng)新實踐并不足。本課程利用小班教學(xué)，益處是課程內(nèi)容可根據(jù)每位學(xué)生的特點進(jìn)行設(shè)置。在了解他們的就業(yè)方向、科研興趣、深造計劃等全方位的信息后，能夠制定出個性化科教方案。本門課程開設(shè)于大三，學(xué)生在前期大量力學(xué)基礎(chǔ)知識的累積后，對力學(xué)的認(rèn)知有了較大提升。同時，此時學(xué)生正是考慮今后發(fā)展的關(guān)鍵時期，包括考研、就業(yè)方向等。本門課程在課前進(jìn)行了問卷調(diào)研（見表1）。

二、科教融合式教學(xué)內(nèi)容

（一）科教融合方法探索與實踐

科教融合是高等教育發(fā)展的目標(biāo)，但諸多傳統(tǒng)專業(yè)課程在大量的基礎(chǔ)知識傳授中無法更好地實現(xiàn)科教融合，創(chuàng)新實踐類課程發(fā)展迅速，并努力實現(xiàn)科教融合，但教學(xué)的方式卻難以保障學(xué)生的主動性、探索性和創(chuàng)新性。實踐課程不僅要讓每位學(xué)生參與實踐，同時要有自我思考、主動解決問題、分析問題的能力，課程設(shè)計顯得更加重要。本門課程重在啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，激發(fā)自身能動性，因此科教融合方法的探索是關(guān)鍵。如果只有授課方式，學(xué)生的主動思考則不能充分體現(xiàn);而只有實踐內(nèi)容，學(xué)生則不能理解課題的來源和意義，不能啟發(fā)創(chuàng)新思考。因此，本課程的教學(xué)方法包括授課、討論課、翻轉(zhuǎn)課堂、實踐課等形式。課程總學(xué)時為48學(xué)時，其中理論課18學(xué)時，實踐課30學(xué)時（見表2）。

1.授課。包括科研方法、科研流程、文獻(xiàn)閱讀、內(nèi)容提取、論文結(jié)構(gòu)等方法，以及創(chuàng)新思維啟發(fā)。通過授課的方式將科研的基本知識、文獻(xiàn)閱讀和歸納等技巧進(jìn)行探討性學(xué)習(xí)，并提供大量的案例，使學(xué)生理解課題選擇、確定、論證、實踐、分析、獲得結(jié)論的整個過程。

2.課后文獻(xiàn)查閱。經(jīng)過前期學(xué)習(xí)，學(xué)生可在自己感興趣的方向查閱文獻(xiàn)，搜集信息。在搜集文獻(xiàn)的過程中，認(rèn)識更多領(lǐng)域，學(xué)習(xí)更多拓展知識。并在大量文獻(xiàn)中鎖定研究方向，認(rèn)識具體課題。

3.討論課。在前期授課和查閱文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，學(xué)生在課堂上自由討論，教師參與確定題目。

4.翻轉(zhuǎn)課堂。學(xué)生思考自己的課題，并以PPT的形式，講述自己的立論依據(jù)和可行性方案，并回答同學(xué)和教師的提問。

5.儀器學(xué)習(xí)。在實踐課進(jìn)入實驗室學(xué)習(xí)相關(guān)儀器使用方法、儀器原理，以及實驗可能用到的其他相關(guān)材料。

6.實踐。實驗室完全開放，便于學(xué)生和志愿者協(xié)商時間，實踐過程由學(xué)生自主安排?？筛鶕?jù)課題內(nèi)容制定實驗、模擬等方式，學(xué)生將單獨進(jìn)行相關(guān)實踐，在此過程中獨立解決問題，克服困難，教師酌情提供解決思路但不提供具體解決方案，由學(xué)生尋找途徑解決。

7.對實踐的成果，包括實驗流程、實驗結(jié)果結(jié)論、遇到的困難進(jìn)行溝通。并再次通過學(xué)生的成果進(jìn)行論文撰寫的指導(dǎo)。

8.課程成績組成，包括答辯分占20%（教師給分占10%、其他同學(xué)打分占10%），實驗分占30%，論文分占50%。

（二）微型科研教學(xué)

微型科研教學(xué)能夠啟發(fā)學(xué)生科研思維，同時培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)對未知困難、解決問題的能力，對學(xué)生的個人發(fā)展大有益處。工程力學(xué)是國家“強基計劃”專業(yè)，為國家的基礎(chǔ)和高精尖科技發(fā)展培養(yǎng)人才，對學(xué)生的創(chuàng)新思維要求更高，科教融合型課程的建設(shè)和發(fā)展必不可少。考慮到課程需按照學(xué)期開設(shè)，短時間的科研啟發(fā)需要探索微型科研的教學(xué)方式。本課程通過在理論課階段集中啟發(fā)學(xué)生的科研思維、熟悉科研流程、認(rèn)識科研工作，有效地實現(xiàn)了微型科研教學(xué)。主要包括：趣味式學(xué)習(xí)、具象化科研講解、分解分類、熟悉知識引導(dǎo)、案例學(xué)習(xí)等。

1.趣味式學(xué)習(xí)和具象化科研講解。拋出一個具有趣味性的科研問題，通過課堂互動，引發(fā)學(xué)生思考，并使學(xué)生思考如何解決問題，通過給出的結(jié)果，讓學(xué)生進(jìn)行分析和獲得結(jié)論。

2.分解分類。整個過程形成微型科研思路閉環(huán)：發(fā)現(xiàn)問題—提出問題—解決方法—獲取結(jié)果—分析結(jié)果—獲得結(jié)論—現(xiàn)實意義。并將七個步驟統(tǒng)分為四大部分（見表3）：Why（發(fā)現(xiàn)問題、提出問題）+How（解決方法）+What（獲取結(jié)果、分析結(jié)果）+Worth（獲得結(jié)論、意義）。

3.熟悉知識引導(dǎo)和案例學(xué)習(xí)。通過講解生物力學(xué)案例，將已學(xué)知識融入分析中，使學(xué)生熟悉科研流程：文獻(xiàn)搜集和學(xué)習(xí)能力、實踐創(chuàng)新方法、結(jié)果分析思路、論文寫作過程等。

三、創(chuàng)新與實踐引導(dǎo)

創(chuàng)新實踐課最主要的內(nèi)容是使學(xué)生形成創(chuàng)新思維，并能夠?qū)?chuàng)新想法通過實踐檢驗，獲得有意義的結(jié)果。在案例分析中，啟發(fā)科研創(chuàng)新思路，引導(dǎo)學(xué)生自主思考。通過課后文獻(xiàn)查閱，初步有了想法，通過課堂討論課，與教師和同學(xué)進(jìn)行交流校正，形成初步成熟的想法。

學(xué)生課題基本確定后，進(jìn)入實驗室儀器學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，通過儀器的學(xué)習(xí)、場地人員的了解后，再次修訂方案，形成更具備可行性的方案。隨后的實踐課程，學(xué)生自由安排實踐時間，自主尋找受試者。實踐過程中，充分鍛煉學(xué)生與人溝通協(xié)調(diào)的能力、解決困難的能力。實踐結(jié)束后，進(jìn)行一次成果交流活動，學(xué)生分享實踐過程中遇到的困難、有趣的事、測試的結(jié)果等。

四、課程建設(shè)成效

每個學(xué)生都確定了適合自己的課題，并通過各方面努力解決遇到的問題，通過文獻(xiàn)交互學(xué)習(xí)，總結(jié)歸納，認(rèn)識課題的意義和目的。學(xué)生認(rèn)真撰寫了科研論文，并通過反復(fù)修改，認(rèn)識到科研的嚴(yán)謹(jǐn)性和數(shù)據(jù)分析的探索性和樂趣。并在后期修改后進(jìn)行相關(guān)論文的發(fā)表，學(xué)生在整個過程中收獲頗多。

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Course Construction and Practice of Biomechanics Innovation and Practice： Exploration of Integrated Teaching of Science and Education

BAI Tao-ping， JIANG Wen-tao， CHEN Yu， LI Ya-lan

（College of Architecture and Environment， Sichuan University， Chengdu， Sichuan 610065， China）

Abstract： Biomechanics Innovation and Practice is one of the innovative practice courses of engineering mechanics major of Sichuan University. It is of great significance to construct and perfect the course system and the teaching method of this course for the integration of science and education. The course is oriented to the “Strengthening Foundation Program” Class， the Mechanics-software Cross-professional Experimental Class， and the Engineering Mechanics Base Class of engineering mechanics major. According to the different requirements for ability training， the course construction and teaching practice exploration are carried out in the aspects of the direction of innovative practice， the integrated teaching content of science and education， the guidance of innovation and practice， and the effectiveness of the course. We hope to communication with peers in this regard.

Key words： innovative practice education; biomechanics; curriculum construction; teaching practice