科普教學在“生物力學基礎”課程中的應用案例

喬愛科，杜田明，楊海勝，南 群，劉有軍

（北京工業大學 環境與生命學部，北京 100124）

引言

中國特色社會主義進入了新時代，黨和國家越來越重視科學普及工作，以滿足人民日益增長的對提升科學素養的追求。在2016年召開的全國科技創新大會、兩院院士大會、中國科協第九次全國代表大會上，習近平總書記強調：“科技創新、科學普及是實現創新發展的兩翼，要把科學普及放在與科技創新同等重要的位置。”［1］這一講話深刻詮釋了科學普及（以下簡稱“科普”）與科學研究二者之間相輔相成的辯證關系，肯定了科普的地位和重要性，是科普工作的指導方針，也為科技工作者開展科普活動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和社會科學知識的一種活動。除了普及基本的科學知識與基本科學概念之外，其主要內容還包括科學方法、科學思想與科學精神的傳播及實用技術的推廣。

從事科普事業是科技和教育工作者的職責所在，特別是就高校教師而言，在新時代更加突出強化了這一職責［2，3］。要想做好科普工作，從業者既要有較高的知識水平，又要有很好的創新能力和表達能力；既要能確保科普內容的科學性、原創性，又要有較強的文學性、藝術性和趣味性。目前，科普的形式已經不拘于過去常見的報刊或書籍，需要科技工作者利用微信、微博等現代手段［4，5］，針對科普對象的特點開展更有成效的科學傳播。譬如筆者創建了醫用生物力學微信公眾號，其中的科普文章緊密結合日常生活中習以為常的事情，配以生動幽默的文字和圖片，剖析其背后蘊含的科學道理，讓人喜聞樂見。

在面向本科生的“生物力學基礎”課程的教學活動中，筆者針對學生的生物醫學工程專業背景及力學基礎知識薄弱的客觀情況［6，7］，著力創新科普理念和服務模式；將醫用生物力學微信公眾號的課外科普故事融入課堂教學內容中，一方面吸引學生的學習興趣，另一方面培養學生的觀察、思考和自學能力；并且把課程思政融入科普教學中［8］。在課上、課下都增強了師生之間的互動交流，活躍了學習和討論的氣氛。下面略舉幾例進行案例分析。

一、案例分析

“生物力學基礎”課程簡介：本課程面向本科生，教學目的是讓生物醫學工程專業的學生初步而較全面地了解面向臨床、保健、運動等應用領域的生物力學基本概念、基本原理和分析方法，以及相關的研究內容和研究進展等。除了相應的知識對該學科的人才非常重要外，一些基本的問題求解技術、方法和思想更為重要。本課程依據學生的特點，以身邊的生物力學為主線，以人體組織、器官、系統的運動和力學為主要內容，討論人體運動和變形的力學現象及其相關的方法和原理。本課程的教學目標是使學生掌握“生物力學基礎”中的基本概念、基本理論、基本方法，從運動和力學的角度再認識生物和醫學問題，提升生物醫學工程問題求解的水平，增強系統能力，體驗實現生物醫學問題的力學解釋和求解的樂趣；培養學生的理想信念、家國情懷、民族自信、責任擔當、職業素養、行為規范等，寓價值觀引導于知識傳授之中；樹立科學研究的批判意識和理想信念，為發展我國醫療器材民族產業建立家國情懷、民族自信、責任擔當。為了達成以上目標，本課程將科普知識貫穿教育教學環節中，以便于知識的傳授，激發學生對科學知識的學習興趣。

（一）從授人以魚到授人以漁——科普故事“醫學聽診器的發明”

聽診器是臨床醫生最常用的診斷用具。聽診是用耳朵或聽診器探聽人體內自行發出的聲音，多用于聽心音、呼吸音等。通過聽診，醫護人員可根據聲音的特性與變化（如聲音的頻率高低、強弱、間隔時間、雜音等）診斷相關臟器有無病變。

現代醫學即始于聽診器的發明。在聽診器發明之前，醫師需將耳朵直接貼附于被檢查者的體壁上進行聽診，這種方法叫作直接聽診法。該方法所能聽到的體內聲音很弱，只有在某些特殊和緊急情況下才會采用。

用聽診器進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應用。聽診器對器官活動的聲音有一定的放大作用，且能阻斷環境中的噪音。應用范圍廣，除用于心、肺、腹的聽診外，還可以聽取身體其他部分發出的聲音，如血管聲、皮下氣腫聲、肌束顫動聲、關節活動聲、骨折面摩擦聲等。

聽診器是1819年由法國醫師雷奈克創制的。當時，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了，雷奈克聽不到從內部傳出來的聲音。他非常懊惱，在小路上漫步也在思考這個問題。正好有兩個小孩蹲在一條長木梁兩端游戲，一個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，驚喜地發現，可以聽到病人胸部內的聲音了。經過多次試驗，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，這與其對聲音的聚集和放大作用原理是密切相關的。由于創制了聽診器，雷奈克被后人尊為“胸腔醫學之父”。雷奈克的好奇心和善于思考，給醫學領域帶來了革命性的便利和深遠的影響。

案例解析：從教授知識到教授知識發現的過程，把尋常的聽診器發明來歷和科學知識融為一體；從科學發明創造的故事中啟發學生從身邊的事物中挖掘科學知識。進一步地，可以延伸講解聽診器的力學原理及聽診器設計中的材料和結構對其性能的影響，還可以啟發學生結合現代信息技術改進設計新型電子聽診器等。通過這種方式，從形式到內容，深度挖掘科普教學在“生物力學基礎”課程中的應用效果。

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

英國著名醫生、生理學家威廉·哈維（1578—1657）以畢生的精力研究和發現了血液循環系統，從而確立了生理學的科學地位。哈維的功績如同哥倫布發現美洲新大陸那樣偉大，因此，威廉·哈維被尊稱為“生理學之父”。威廉·哈維1597年畢業獲文學學士學位。但是，哈維真正的興趣在醫學，所以他立志“棄文從醫”。從劍橋大學畢業后，哈維進入了位于意大利的歐洲最著名的高級科學學府——帕多瓦大學，進行解剖動物和人體的研究，被稱為“小解剖家”。由于哈維學習刻苦，獨立操作能力強，他于1602年獲得了醫學博士學位。隨后，又獲得了劍橋大學的解剖學博士學位。面對統治歐洲1000多年的蓋侖之說，哈維沒有盲從；面對教廷的殘酷威脅，哈維沒有卻步。哈維對血液循環進行了計量實驗，完全駁倒了蓋侖的“血液流動、一去不復還”的謬論，創立了著名的、具有劃時代意義的“血液循環學說”。

我國著名文豪魯迅（1881—1936）一生在文學創作、文學批評和思想研究等多個領域具有重大貢獻。他對于五四運動以后的中國社會思想文化發展具有重大影響，蜚聲世界文壇，被譽為“二十世紀東亞文化地圖上占最大領土的作家”。魯迅13歲時，其父親很不幸得了肺病，經常吐血。魯迅就立志學醫，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年在日本仙臺學習的時候碰到了一件事情。課間放的電影場景里，日軍抓了一個中國人要槍斃，一群雖強壯但麻木不仁的中國人正津津有味地圍觀，看熱鬧……這時，有的日本學生斜著眼睛看著魯迅，議論說：“看看中國人這樣子，中國一定會滅亡。”這件事情使魯迅改變了學醫的志向，他發現醫生能救治的也只是少量的人，醫學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，主要的在于改變人們的精神，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，魯迅離開仙臺醫學專門學校，開始了他的文學創作生涯。魯迅“棄醫從文”的意義十分重大，就魯迅自己而言，是一次個人的覺醒；就中國民眾而言，則是一場前所未有的思想覺醒的開端。魯迅把目光集中到社會最底層，描寫這些底層人民的日常生活狀況和精神狀況，而且自由、大膽地表現現代人的情感和情緒體驗。魯迅的小說作品數量不多，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，指歸在動作”的“精神界之戰士”。魯迅是不朽的戰士，他的作品和思想，是鼓舞人民從事新的歷史創造活動的永具生命力的精神遺產。

案例解析：“生物力學基礎”講授的內容包含生物力學機理及其醫學應用。將科學與人文相結合，在工科教學中培養學生的人文情懷，也是本課程教學的重要內容。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，而最終的目標卻是一樣的——“治病救人”。作為生物醫學工程專業理工科學生，除了接受工程專業知識教育以外，也需要接受人文歷史知識的熏陶。“以銅為鑒，可正衣冠，以人為鑒，可知得失，以史為鑒，可知興替。”學習歷史，深刻把握人類文明和科學發展的歷史規律，汲取智慧、走向未來，一直是國家熱切倡導人們的行動主題之一，也是培養學生歷史責任感的很好途徑。

（三）從科學教育到思政教育——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。”躺著的姿勢確實是舒服啊！不信？我們從生物力學的角度分析一下。身體不同姿勢對腰椎造成的壓力各有不同，如果以站立時的壓力為100 作為參照標準，那么躺平是其中壓力最小的一種姿勢。

然而，躺著對身體健康的負面影響完全抵消了舒服的程度。長期躺著不動，身體各個器官都可能出現廢用性退變，即退行性病變。從生物力學的角度來看，結構和功能相伴，如果功能不需要了，那么結構就會萎縮、退化、衰竭、消滅；這樣下去，整個人就成廢物啦！

常言道：“毀掉一個人，最簡單的方法就是讓他舒服地待著。”聯想到一個網絡流行詞“躺平”，它是指無論對方做出什么反應，你內心都毫無波瀾，對此不會有任何反應或者反抗，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。

“內卷”的巨大競爭壓力確實讓不“躺平”不會像“躺平”那樣舒服。不拼搏、不奮斗連做夢的機會都沒有（“躺平”能做夢，那也是“白日夢”）；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“內卷”“外卷”，還是“花卷”，統統把它們踏在腳下，全方位出擊，突破禁錮，尋找更多的發展機會，夢想就是屬于你的！

案例解析：從生物力學的專業角度可以明確，身體健康是堅持鍛煉而爭取得來的；從社會學的角度可以知道，競爭實力是積極進取而磨煉出來的。這個科普故事一方面解釋了“舒服不如躺著”的生物力學科學原理；另一方面引申了其社會學含義，并給學生灌注正能量的情節，把課程思政的內容很自然地融入科學知識的教學過程中［9］，既教育了學生，又能博得學生的會心一笑。本案例對于工科理論課程教學的啟發意義在于，要善于聯想，把社會學的故事聯系到生物力學的科學問題上，其中的關鍵點是“交叉”與“跨界”。大膽的聯想，容易產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物細無聲的教學效果。

二、結論與展望

黨中央在頂層設計中，把科學普及與科技創新放在同等重要的位置，要求廣大科技工作者把普及科學知識、弘揚科學精神、傳播科學思想、倡導科學方法作為義不容辭的責任，傳播正確的科學知識、弘揚正能量的科學精神，推動社會各階層形成講科學、愛科學、學科學、用科學的良好氛圍。

筆者堅決響應黨的號召，認真貫徹落實科普教育在大學生課程教學中的應用。針對“生物力學基礎”基礎理論課程教學，創新科普理念和服務模式，把生澀的理論知識融入日常生活中司空見慣的現象里，將課堂教學內容延伸到互聯網提供的便捷平臺上，把生物力學的科學知識聯系到社會學的問題中［10］，把工程科學、人文歷史、思想政治建設串聯在科普故事里。在形式上運用互聯網技術大力推進科普信息化，在內容上增強科普教育的知識性和趣味性，提高基礎理論課程的吸引力和感染力，并在培養大學生正確的世界觀、人生觀、價值觀、科學觀等方面起到了潛移默化、潤物細無聲的效果［11］。在今后的教學實踐中，我們將繼續努力打造醫用生物力學微信公眾號這一網絡科普資源，把課堂教學和網絡資源構建成優勢互補的教學平臺［12］，大力拓展科普教學在“生物力學基礎”課程中的應用實效。