科普教學(xué)在“生物力學(xué)基礎(chǔ)”課程中的應(yīng)用案例

喬愛科，杜田明，楊海勝，南 群，劉有軍

（北京工業(yè)大學(xué) 環(huán)境與生命學(xué)部，北京 100124）

引言

中國特色社會(huì)主義進(jìn)入了新時(shí)代，黨和國家越來越重視科學(xué)普及工作，以滿足人民日益增長(zhǎng)的對(duì)提升科學(xué)素養(yǎng)的追求。在2016年召開的全國科技創(chuàng)新大會(huì)、兩院院士大會(huì)、中國科協(xié)第九次全國代表大會(huì)上，習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)：“科技創(chuàng)新、科學(xué)普及是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的兩翼，要把科學(xué)普及放在與科技創(chuàng)新同等重要的位置?！保?］這一講話深刻詮釋了科學(xué)普及（以下簡(jiǎn)稱“科普”）與科學(xué)研究二者之間相輔相成的辯證關(guān)系，肯定了科普的地位和重要性，是科普工作的指導(dǎo)方針，也為科技工作者開展科普活動(dòng)提出了理論支撐與明確要求。

科普是指以深入淺出、通俗易懂的方式，向大眾介紹自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)知識(shí)的一種活動(dòng)。除了普及基本的科學(xué)知識(shí)與基本科學(xué)概念之外，其主要內(nèi)容還包括科學(xué)方法、科學(xué)思想與科學(xué)精神的傳播及實(shí)用技術(shù)的推廣。

從事科普事業(yè)是科技和教育工作者的職責(zé)所在，特別是就高校教師而言，在新時(shí)代更加突出強(qiáng)化了這一職責(zé)［2，3］。要想做好科普工作，從業(yè)者既要有較高的知識(shí)水平，又要有很好的創(chuàng)新能力和表達(dá)能力；既要能確?？破諆?nèi)容的科學(xué)性、原創(chuàng)性，又要有較強(qiáng)的文學(xué)性、藝術(shù)性和趣味性。目前，科普的形式已經(jīng)不拘于過去常見的報(bào)刊或書籍，需要科技工作者利用微信、微博等現(xiàn)代手段［4，5］，針對(duì)科普對(duì)象的特點(diǎn)開展更有成效的科學(xué)傳播。譬如筆者創(chuàng)建了醫(yī)用生物力學(xué)微信公眾號(hào)，其中的科普文章緊密結(jié)合日常生活中習(xí)以為常的事情，配以生動(dòng)幽默的文字和圖片，剖析其背后蘊(yùn)含的科學(xué)道理，讓人喜聞樂見。

在面向本科生的“生物力學(xué)基礎(chǔ)”課程的教學(xué)活動(dòng)中，筆者針對(duì)學(xué)生的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)背景及力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)薄弱的客觀情況［6，7］，著力創(chuàng)新科普理念和服務(wù)模式；將醫(yī)用生物力學(xué)微信公眾號(hào)的課外科普故事融入課堂教學(xué)內(nèi)容中，一方面吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，另一方面培養(yǎng)學(xué)生的觀察、思考和自學(xué)能力；并且把課程思政融入科普教學(xué)中［8］。在課上、課下都增強(qiáng)了師生之間的互動(dòng)交流，活躍了學(xué)習(xí)和討論的氣氛。下面略舉幾例進(jìn)行案例分析。

一、案例分析

“生物力學(xué)基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介：本課程面向本科生，教學(xué)目的是讓生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的學(xué)生初步而較全面地了解面向臨床、保健、運(yùn)動(dòng)等應(yīng)用領(lǐng)域的生物力學(xué)基本概念、基本原理和分析方法，以及相關(guān)的研究?jī)?nèi)容和研究進(jìn)展等。除了相應(yīng)的知識(shí)對(duì)該學(xué)科的人才非常重要外，一些基本的問題求解技術(shù)、方法和思想更為重要。本課程依據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)，以身邊的生物力學(xué)為主線，以人體組織、器官、系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和力學(xué)為主要內(nèi)容，討論人體運(yùn)動(dòng)和變形的力學(xué)現(xiàn)象及其相關(guān)的方法和原理。本課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握“生物力學(xué)基礎(chǔ)”中的基本概念、基本理論、基本方法，從運(yùn)動(dòng)和力學(xué)的角度再認(rèn)識(shí)生物和醫(yī)學(xué)問題，提升生物醫(yī)學(xué)工程問題求解的水平，增強(qiáng)系統(tǒng)能力，體驗(yàn)實(shí)現(xiàn)生物醫(yī)學(xué)問題的力學(xué)解釋和求解的樂趣；培養(yǎng)學(xué)生的理想信念、家國情懷、民族自信、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、職業(yè)素養(yǎng)、行為規(guī)范等，寓價(jià)值觀引導(dǎo)于知識(shí)傳授之中；樹立科學(xué)研究的批判意識(shí)和理想信念，為發(fā)展我國醫(yī)療器材民族產(chǎn)業(yè)建立家國情懷、民族自信、責(zé)任擔(dān)當(dāng)。為了達(dá)成以上目標(biāo)，本課程將科普知識(shí)貫穿教育教學(xué)環(huán)節(jié)中，以便于知識(shí)的傳授，激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣。

（一）從授人以魚到授人以漁——科普故事“醫(yī)學(xué)聽診器的發(fā)明”

聽診器是臨床醫(yī)生最常用的診斷用具。聽診是用耳朵或聽診器探聽人體內(nèi)自行發(fā)出的聲音，多用于聽心音、呼吸音等。通過聽診，醫(yī)護(hù)人員可根據(jù)聲音的特性與變化（如聲音的頻率高低、強(qiáng)弱、間隔時(shí)間、雜音等）診斷相關(guān)臟器有無病變。

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)即始于聽診器的發(fā)明。在聽診器發(fā)明之前，醫(yī)師需將耳朵直接貼附于被檢查者的體壁上進(jìn)行聽診，這種方法叫作直接聽診法。該方法所能聽到的體內(nèi)聲音很弱，只有在某些特殊和緊急情況下才會(huì)采用。

用聽診器進(jìn)行聽診的方法叫作間接聽診法。此法操作方便且效果好，可以在任何體位聽診時(shí)應(yīng)用。聽診器對(duì)器官活動(dòng)的聲音有一定的放大作用，且能阻斷環(huán)境中的噪音。應(yīng)用范圍廣，除用于心、肺、腹的聽診外，還可以聽取身體其他部分發(fā)出的聲音，如血管聲、皮下氣腫聲、肌束顫動(dòng)聲、關(guān)節(jié)活動(dòng)聲、骨折面摩擦聲等。

聽診器是1819年由法國醫(yī)師雷奈克創(chuàng)制的。當(dāng)時(shí)，雷奈克為一胸痛的肥胖病人看病，需要將耳朵貼在病人的胸前，但是由于病人肥胖的胸部隔音效果太強(qiáng)了，雷奈克聽不到從內(nèi)部傳出來的聲音。他非常懊惱，在小路上漫步也在思考這個(gè)問題。正好有兩個(gè)小孩蹲在一條長(zhǎng)木梁兩端游戲，一個(gè)小孩敲他那一端木梁，另一端的孩子則把耳朵貼在木梁上，靜聽彼端傳來的聲音。雷奈克思路頓開，立刻返回醫(yī)院，用紙卷成圓錐筒，用寬大的錐底置于病人的胸部，傾聽了一陣，驚喜地發(fā)現(xiàn)，可以聽到病人胸部?jī)?nèi)的聲音了。經(jīng)過多次試驗(yàn)，試用了多種材料和形狀的聽筒，最終形成了目前聽診器的原型。目前聽診器的兩端都是喇叭形的，這與其對(duì)聲音的聚集和放大作用原理是密切相關(guān)的。由于創(chuàng)制了聽診器，雷奈克被后人尊為“胸腔醫(yī)學(xué)之父”。雷奈克的好奇心和善于思考，給醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來了革命性的便利和深遠(yuǎn)的影響。

案例解析：從教授知識(shí)到教授知識(shí)發(fā)現(xiàn)的過程，把尋常的聽診器發(fā)明來歷和科學(xué)知識(shí)融為一體；從科學(xué)發(fā)明創(chuàng)造的故事中啟發(fā)學(xué)生從身邊的事物中挖掘科學(xué)知識(shí)。進(jìn)一步地，可以延伸講解聽診器的力學(xué)原理及聽診器設(shè)計(jì)中的材料和結(jié)構(gòu)對(duì)其性能的影響，還可以啟發(fā)學(xué)生結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)改進(jìn)設(shè)計(jì)新型電子聽診器等。通過這種方式，從形式到內(nèi)容，深度挖掘科普教學(xué)在“生物力學(xué)基礎(chǔ)”課程中的應(yīng)用效果。

（二）從理工科教育到人文教育——科普故事“從哈維‘棄文從醫(yī)’到魯迅‘棄醫(yī)從文’”

英國著名醫(yī)生、生理學(xué)家威廉·哈維（1578—1657）以畢生的精力研究和發(fā)現(xiàn)了血液循環(huán)系統(tǒng)，從而確立了生理學(xué)的科學(xué)地位。哈維的功績(jī)?nèi)缤鐐惒及l(fā)現(xiàn)美洲新大陸那樣偉大，因此，威廉·哈維被尊稱為“生理學(xué)之父”。威廉·哈維1597年畢業(yè)獲文學(xué)學(xué)士學(xué)位。但是，哈維真正的興趣在醫(yī)學(xué)，所以他立志“棄文從醫(yī)”。從劍橋大學(xué)畢業(yè)后，哈維進(jìn)入了位于意大利的歐洲最著名的高級(jí)科學(xué)學(xué)府——帕多瓦大學(xué)，進(jìn)行解剖動(dòng)物和人體的研究，被稱為“小解剖家”。由于哈維學(xué)習(xí)刻苦，獨(dú)立操作能力強(qiáng)，他于1602年獲得了醫(yī)學(xué)博士學(xué)位。隨后，又獲得了劍橋大學(xué)的解剖學(xué)博士學(xué)位。面對(duì)統(tǒng)治歐洲1000多年的蓋侖之說，哈維沒有盲從；面對(duì)教廷的殘酷威脅，哈維沒有卻步。哈維對(duì)血液循環(huán)進(jìn)行了計(jì)量實(shí)驗(yàn)，完全駁倒了蓋侖的“血液流動(dòng)、一去不復(fù)還”的謬論，創(chuàng)立了著名的、具有劃時(shí)代意義的“血液循環(huán)學(xué)說”。

我國著名文豪魯迅（1881—1936）一生在文學(xué)創(chuàng)作、文學(xué)批評(píng)和思想研究等多個(gè)領(lǐng)域具有重大貢獻(xiàn)。他對(duì)于五四運(yùn)動(dòng)以后的中國社會(huì)思想文化發(fā)展具有重大影響，蜚聲世界文壇，被譽(yù)為“二十世紀(jì)東亞文化地圖上占最大領(lǐng)土的作家”。魯迅13歲時(shí)，其父親很不幸得了肺病，經(jīng)常吐血。魯迅就立志學(xué)醫(yī)，治病救人，并改善被譏為“東亞病夫”的中國人的健康狀況。魯迅于1905年在日本仙臺(tái)學(xué)習(xí)的時(shí)候碰到了一件事情。課間放的電影場(chǎng)景里，日軍抓了一個(gè)中國人要槍斃，一群雖強(qiáng)壯但麻木不仁的中國人正津津有味地圍觀，看熱鬧……這時(shí)，有的日本學(xué)生斜著眼睛看著魯迅，議論說：“看看中國人這樣子，中國一定會(huì)滅亡?！边@件事情使魯迅改變了學(xué)醫(yī)的志向，他發(fā)現(xiàn)醫(yī)生能救治的也只是少量的人，醫(yī)學(xué)并非一件緊要的事情；如果中國人的思想不能覺醒，即使體格如何強(qiáng)壯，還不是被帝國主義者抓去殺頭？還不是只能成為示眾的材料和麻木的看客？病死多少人倒不是主要的，主要的在于改變?nèi)藗兊木?，要喚醒人們，中國才能有希望。而文字可以喚醒大量沉睡中的人們。于是，魯迅離開仙臺(tái)醫(yī)學(xué)專門學(xué)校，開始了他的文學(xué)創(chuàng)作生涯。魯迅“棄醫(yī)從文”的意義十分重大，就魯迅自己而言，是一次個(gè)人的覺醒；就中國民眾而言，則是一場(chǎng)前所未有的思想覺醒的開端。魯迅把目光集中到社會(huì)最底層，描寫這些底層人民的日常生活狀況和精神狀況，而且自由、大膽地表現(xiàn)現(xiàn)代人的情感和情緒體驗(yàn)。魯迅的小說作品數(shù)量不多，意義卻十分重大。他提出了“立國”必先“立人”的重要思想，并熱情地呼喚“立意在反抗，指歸在動(dòng)作”的“精神界之戰(zhàn)士”。魯迅是不朽的戰(zhàn)士，他的作品和思想，是鼓舞人民從事新的歷史創(chuàng)造活動(dòng)的永具生命力的精神遺產(chǎn)。

案例解析：“生物力學(xué)基礎(chǔ)”講授的內(nèi)容包含生物力學(xué)機(jī)理及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用。將科學(xué)與人文相結(jié)合，在工科教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的人文情懷，也是本課程教學(xué)的重要內(nèi)容。哈維和魯迅，來自東西方的兩位名人，走向了兩條完全相反的人生路線，而最終的目標(biāo)卻是一樣的——“治病救人”。作為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)理工科學(xué)生，除了接受工程專業(yè)知識(shí)教育以外，也需要接受人文歷史知識(shí)的熏陶。“以銅為鑒，可正衣冠，以人為鑒，可知得失，以史為鑒，可知興替。”學(xué)習(xí)歷史，深刻把握人類文明和科學(xué)發(fā)展的歷史規(guī)律，汲取智慧、走向未來，一直是國家熱切倡導(dǎo)人們的行動(dòng)主題之一，也是培養(yǎng)學(xué)生歷史責(zé)任感的很好途徑。

（三）從科學(xué)教育到思政教育——科普故事“舒服不如躺著”

俗話說得好：“舒服不如躺著，好吃不如餃子?！碧芍淖藙?shì)確實(shí)是舒服?。〔恍?？我們從生物力學(xué)的角度分析一下。身體不同姿勢(shì)對(duì)腰椎造成的壓力各有不同，如果以站立時(shí)的壓力為100 作為參照標(biāo)準(zhǔn)，那么躺平是其中壓力最小的一種姿勢(shì)。

然而，躺著對(duì)身體健康的負(fù)面影響完全抵消了舒服的程度。長(zhǎng)期躺著不動(dòng)，身體各個(gè)器官都可能出現(xiàn)廢用性退變，即退行性病變。從生物力學(xué)的角度來看，結(jié)構(gòu)和功能相伴，如果功能不需要了，那么結(jié)構(gòu)就會(huì)萎縮、退化、衰竭、消滅；這樣下去，整個(gè)人就成廢物啦！

常言道：“毀掉一個(gè)人，最簡(jiǎn)單的方法就是讓他舒服地待著?！甭?lián)想到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)流行詞“躺平”，它是指無論對(duì)方做出什么反應(yīng)，你內(nèi)心都毫無波瀾，對(duì)此不會(huì)有任何反應(yīng)或者反抗，表示順從心理；有得過且過、隨遇而安、漫無目的、缺乏斗志的消極含義。

“內(nèi)卷”的巨大競(jìng)爭(zhēng)壓力確實(shí)讓不“躺平”不會(huì)像“躺平”那樣舒服。不拼搏、不奮斗連做夢(mèng)的機(jī)會(huì)都沒有（“躺平”能做夢(mèng)，那也是“白日夢(mèng)”）；唯有奮力突圍，才有鳳凰涅槃、浴火重生的那一天。

青年，站起來吧！看看，蝸牛都在賽道上奮力狂奔，你還有什么理由舒服地“躺平”？不管是“內(nèi)卷”“外卷”，還是“花卷”，統(tǒng)統(tǒng)把它們踏在腳下，全方位出擊，突破禁錮，尋找更多的發(fā)展機(jī)會(huì)，夢(mèng)想就是屬于你的！

案例解析：從生物力學(xué)的專業(yè)角度可以明確，身體健康是堅(jiān)持鍛煉而爭(zhēng)取得來的；從社會(huì)學(xué)的角度可以知道，競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力是積極進(jìn)取而磨煉出來的。這個(gè)科普故事一方面解釋了“舒服不如躺著”的生物力學(xué)科學(xué)原理；另一方面引申了其社會(huì)學(xué)含義，并給學(xué)生灌注正能量的情節(jié)，把課程思政的內(nèi)容很自然地融入科學(xué)知識(shí)的教學(xué)過程中［9］，既教育了學(xué)生，又能博得學(xué)生的會(huì)心一笑。本案例對(duì)于工科理論課程教學(xué)的啟發(fā)意義在于，要善于聯(lián)想，把社會(huì)學(xué)的故事聯(lián)系到生物力學(xué)的科學(xué)問題上，其中的關(guān)鍵點(diǎn)是“交叉”與“跨界”。大膽的聯(lián)想，容易產(chǎn)生意想不到的交叉融合效果，大大提高思想政治教育的潛移默化作用和潤(rùn)物細(xì)無聲的教學(xué)效果。

二、結(jié)論與展望

黨中央在頂層設(shè)計(jì)中，把科學(xué)普及與科技創(chuàng)新放在同等重要的位置，要求廣大科技工作者把普及科學(xué)知識(shí)、弘揚(yáng)科學(xué)精神、傳播科學(xué)思想、倡導(dǎo)科學(xué)方法作為義不容辭的責(zé)任，傳播正確的科學(xué)知識(shí)、弘揚(yáng)正能量的科學(xué)精神，推動(dòng)社會(huì)各階層形成講科學(xué)、愛科學(xué)、學(xué)科學(xué)、用科學(xué)的良好氛圍。

筆者堅(jiān)決響應(yīng)黨的號(hào)召，認(rèn)真貫徹落實(shí)科普教育在大學(xué)生課程教學(xué)中的應(yīng)用。針對(duì)“生物力學(xué)基礎(chǔ)”基礎(chǔ)理論課程教學(xué)，創(chuàng)新科普理念和服務(wù)模式，把生澀的理論知識(shí)融入日常生活中司空見慣的現(xiàn)象里，將課堂教學(xué)內(nèi)容延伸到互聯(lián)網(wǎng)提供的便捷平臺(tái)上，把生物力學(xué)的科學(xué)知識(shí)聯(lián)系到社會(huì)學(xué)的問題中［10］，把工程科學(xué)、人文歷史、思想政治建設(shè)串聯(lián)在科普故事里。在形式上運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)大力推進(jìn)科普信息化，在內(nèi)容上增強(qiáng)科普教育的知識(shí)性和趣味性，提高基礎(chǔ)理論課程的吸引力和感染力，并在培養(yǎng)大學(xué)生正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀、科學(xué)觀等方面起到了潛移默化、潤(rùn)物細(xì)無聲的效果［11］。在今后的教學(xué)實(shí)踐中，我們將繼續(xù)努力打造醫(yī)用生物力學(xué)微信公眾號(hào)這一網(wǎng)絡(luò)科普資源，把課堂教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)資源構(gòu)建成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的教學(xué)平臺(tái)［12］，大力拓展科普教學(xué)在“生物力學(xué)基礎(chǔ)”課程中的應(yīng)用實(shí)效。