“生物力學創(chuàng)新與實踐”課程建設與實踐

白逃萍 蔣文濤 陳宇 李亞蘭

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

[關鍵詞] 創(chuàng)新實踐教育;生物力學;課程建設;教學實踐

[基金項目] 2020年度全國力學類專業(yè)教學指導委員會“面向高端制造的力學-軟件工程跨學科交叉人才培養(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，四川大學建筑與環(huán)境學院助理研究員，主要從事生物力學研究;蔣文濤（1970—），男，四川宜賓人，博士，四川大學建筑與環(huán)境學院教授（通信作者），主要從事生物力學研究;陳 宇（1972—），男，重慶人，博士，四川大學建筑與環(huán)境學院教授，主要從事生物力學研究。

[中圖分類號] G642.3 [文獻標識碼] 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]，吸引和鼓勵學生以問題為導向，開展研究性學習，激發(fā)學生將基礎知識融入科研問題的能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神、思維和能力[4-6]。在教育部發(fā)布的“強基計劃”中，工程力學專業(yè)作為應用基礎學科，涉及社會發(fā)展前沿[7]。但目前傳統(tǒng)基礎課程要求學生進行課堂學習，缺乏相對應的實踐能力培養(yǎng)，而實驗課程僅是設置相對較傳統(tǒng)的固定實驗，缺乏創(chuàng)新性。特別是力學專業(yè)的本科學生，所學知識體系龐大、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課程進行改革[8-13]，如優(yōu)化課程內容，結合工程案例設置翻轉課堂等激發(fā)學生興趣，但輔助課程建設的缺乏導致科教融合困難。

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

一、根據不同班級學生特點，獲取創(chuàng)新實踐方向

四川大學工程力學專業(yè)入選國家“強基計劃”[14-16]，實行本碩博連讀方案，在本科教學中需要考慮與碩博的科研相結合，進行充分的科教融合。“強基計劃”班級加大了對課程基礎知識的學習難度，同時也要求學生對基礎知識能夠進行一定的工程應用。“力學-軟件工程交叉專業(yè)實驗班”是四川大學力學系辦學的特色，開創(chuàng)了國內力學專業(yè)的先河，并促使力學本科教育發(fā)生重要轉變。對“力學-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，需要更強的知識應用能力、解決實際問題的能力、建模能力、開發(fā)能力，在教學中需要設計相關的實踐。傳統(tǒng)實驗課中，實施大班教學，學生分成大組進行集體實驗，實驗內容相對固定，但每個學生得到的創(chuàng)新實踐并不足。本課程利用小班教學，益處是課程內容可根據每位學生的特點進行設置。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。本門課程開設于大三，學生在前期大量力學基礎知識的累積后，對力學的認知有了較大提升。同時，此時學生正是考慮今后發(fā)展的關鍵時期，包括考研、就業(yè)方向等。本門課程在課前進行了問卷調研（見表1）。

二、科教融合式教學內容

（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，但諸多傳統(tǒng)專業(yè)課程在大量的基礎知識傳授中無法更好地實現科教融合，創(chuàng)新實踐類課程發(fā)展迅速，并努力實現科教融合，但教學的方式卻難以保障學生的主動性、探索性和創(chuàng)新性。實踐課程不僅要讓每位學生參與實踐，同時要有自我思考、主動解決問題、分析問題的能力，課程設計顯得更加重要。本門課程重在啟發(fā)學生的創(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鍵。如果只有授課方式，學生的主動思考則不能充分體現;而只有實踐內容，學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，本課程的教學方法包括授課、討論課、翻轉課堂、實踐課等形式。課程總學時為48學時，其中理論課18學時，實踐課30學時（見表2）。

1.授課。包括科研方法、科研流程、文獻閱讀、內容提取、論文結構等方法，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、文獻閱讀和歸納等技巧進行探討性學習，并提供大量的案例，使學生理解課題選擇、確定、論證、實踐、分析、獲得結論的整個過程。

2.課后文獻查閱。經過前期學習，學生可在自己感興趣的方向查閱文獻，搜集信息。在搜集文獻的過程中，認識更多領域，學習更多拓展知識。并在大量文獻中鎖定研究方向，認識具體課題。

3.討論課。在前期授課和查閱文獻的基礎上，學生在課堂上自由討論，教師參與確定題目。

4.翻轉課堂。學生思考自己的課題，并以PPT的形式，講述自己的立論依據和可行性方案，并回答同學和教師的提問。

5.儀器學習。在實踐課進入實驗室學習相關儀器使用方法、儀器原理，以及實驗可能用到的其他相關材料。

6.實踐。實驗室完全開放，便于學生和志愿者協商時間，實踐過程由學生自主安排。可根據課題內容制定實驗、模擬等方式，學生將單獨進行相關實踐，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，由學生尋找途徑解決。

7.對實踐的成果，包括實驗流程、實驗結果結論、遇到的困難進行溝通。并再次通過學生的成果進行論文撰寫的指導。

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

（二）微型科研教學

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

1.趣味式學習和具象化科研講解。拋出一個具有趣味性的科研問題，通過課堂互動，引發(fā)學生思考，并使學生思考如何解決問題，通過給出的結果，讓學生進行分析和獲得結論。

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

3.熟悉知識引導和案例學習。通過講解生物力學案例，將已學知識融入分析中，使學生熟悉科研流程：文獻搜集和學習能力、實踐創(chuàng)新方法、結果分析思路、論文寫作過程等。

三、創(chuàng)新與實踐引導

創(chuàng)新實踐課最主要的內容是使學生形成創(chuàng)新思維，并能夠將創(chuàng)新想法通過實踐檢驗，獲得有意義的結果。在案例分析中，啟發(fā)科研創(chuàng)新思路，引導學生自主思考。通過課后文獻查閱，初步有了想法，通過課堂討論課，與教師和同學進行交流校正，形成初步成熟的想法。

學生課題基本確定后，進入實驗室儀器學習環(huán)節(jié)，通過儀器的學習、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，充分鍛煉學生與人溝通協調的能力、解決困難的能力。實踐結束后，進行一次成果交流活動，學生分享實踐過程中遇到的困難、有趣的事、測試的結果等。

四、課程建設成效

每個學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，通過文獻交互學習，總結歸納，認識課題的意義和目的。學生認真撰寫了科研論文，并通過反復修改，認識到科研的嚴謹性和數據分析的探索性和樂趣。并在后期修改后進行相關論文的發(fā)表，學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