“生物力学创新与实践”课程建设与实践

白逃萍 蒋文涛 陈宇 李亚兰

[摘 要] “生物力学创新与实践”是四川大学工程力学专业的创新实践类课程之一。建构和完善“生物力学创新与实践”课程体系和教学方法对科教融合具有重要意义。课程面向工程力学“强基计划”班、力学-软件交叉专业实验班、工程力学基地班。根据其对能力培养要求的不同，通过了解学生特点进行创新实践方向、科教融合式教学内容、创新与实践引导、课程成效等方面的课程建设与教学实践探索，以期与同行探讨交流。

[关键词] 创新实践教育;生物力学;课程建设;教学实践

[基金项目] 2020年度全国力学类专业教学指导委员会“面向高端制造的力学-软件工程跨学科交叉人才培养机制探索与实践”（E-DZYQ20201427）

[作者简介] 白逃萍（1990—），女，四川雅安人，博士，四川大学建筑与环境学院助理研究员，主要从事生物力学研究;蒋文涛（1970—），男，四川宜宾人，博士，四川大学建筑与环境学院教授（通信作者），主要从事生物力学研究;陈 宇（1972—），男，重庆人，博士，四川大学建筑与环境学院教授，主要从事生物力学研究。

[中图分类号] G642.3 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）24-0108-04 [收稿日期] 2021-07-19

將科研与教学相融合的科教融合理念是创新人才培养的模式[1-3]，吸引和鼓励学生以问题为导向，开展研究性学习，激发学生将基础知识融入科研问题的能力，培养学生的创新精神、思维和能力[4-6]。在教育部发布的“强基计划”中，工程力学专业作为应用基础学科，涉及社会发展前沿[7]。但目前传统基础课程要求学生进行课堂学习，缺乏相对应的实践能力培养，而实验课程仅是设置相对较传统的固定实验，缺乏创新性。特别是力学专业的本科学生，所学知识体系庞大、难度高，对于创新实践的需求急迫。因此，许多高校对工科基础课程进行改革[8-13]，如优化课程内容，结合工程案例设置翻转课堂等激发学生兴趣，但辅助课程建设的缺乏导致科教融合困难。

“生物力学创新与实践”是四川大学专门为工程力学专业本科生（工程力学基地班、工程力学强基班、“力学-软件工程交叉专业实验班”）设置的创新实践类课程。该课程基于学生兴趣，进行小班化教学，充分结合每位学生的发展，激发创新和实践能力。

一、根据不同班级学生特点，获取创新实践方向

四川大学工程力学专业入选国家“强基计划”[14-16]，实行本硕博连读方案，在本科教学中需要考虑与硕博的科研相结合，进行充分的科教融合。“强基计划”班级加大了对课程基础知识的学习难度，同时也要求学生对基础知识能够进行一定的工程应用。“力学-软件工程交叉专业实验班”是四川大学力学系办学的特色，开创了国内力学专业的先河，并促使力学本科教育发生重要转变。对“力学-软件工程交叉专业实验班”的实践能力要求与“强基计划”不同，需要更强的知识应用能力、解决实际问题的能力、建模能力、开发能力，在教学中需要设计相关的实践。传统实验课中，实施大班教学，学生分成大组进行集体实验，实验内容相对固定，但每个学生得到的创新实践并不足。本课程利用小班教学，益处是课程内容可根据每位学生的特点进行设置。在了解他们的就业方向、科研兴趣、深造计划等全方位的信息后，能够制定出个性化科教方案。本门课程开设于大三，学生在前期大量力学基础知识的累积后，对力学的认知有了较大提升。同时，此时学生正是考虑今后发展的关键时期，包括考研、就业方向等。本门课程在课前进行了问卷调研（见表1）。

二、科教融合式教学内容

（一）科教融合方法探索与实践

科教融合是高等教育发展的目标，但诸多传统专业课程在大量的基础知识传授中无法更好地实现科教融合，创新实践类课程发展迅速，并努力实现科教融合，但教学的方式却难以保障学生的主动性、探索性和创新性。实践课程不仅要让每位学生参与实践，同时要有自我思考、主动解决问题、分析问题的能力，课程设计显得更加重要。本门课程重在启发学生的创新思维，激发自身能动性，因此科教融合方法的探索是关键。如果只有授课方式，学生的主动思考则不能充分体现;而只有实践内容，学生则不能理解课题的来源和意义，不能启发创新思考。因此，本课程的教学方法包括授课、讨论课、翻转课堂、实践课等形式。课程总学时为48学时，其中理论课18学时，实践课30学时（见表2）。

1.授课。包括科研方法、科研流程、文献阅读、内容提取、论文结构等方法，以及创新思维启发。通过授课的方式将科研的基本知识、文献阅读和归纳等技巧进行探讨性学习，并提供大量的案例，使学生理解课题选择、确定、论证、实践、分析、获得结论的整个过程。

2.课后文献查阅。经过前期学习，学生可在自己感兴趣的方向查阅文献，搜集信息。在搜集文献的过程中，认识更多领域，学习更多拓展知识。并在大量文献中锁定研究方向，认识具体课题。

3.讨论课。在前期授课和查阅文献的基础上，学生在课堂上自由讨论，教师参与确定题目。

4.翻转课堂。学生思考自己的课题，并以PPT的形式，讲述自己的立论依据和可行性方案，并回答同学和教师的提问。

5.仪器学习。在实践课进入实验室学习相关仪器使用方法、仪器原理，以及实验可能用到的其他相关材料。

6.实践。实验室完全开放，便于学生和志愿者协商时间，实践过程由学生自主安排。可根据课题内容制定实验、模拟等方式，学生将单独进行相关实践，在此过程中独立解决问题，克服困难，教师酌情提供解决思路但不提供具体解决方案，由学生寻找途径解决。

7.对实践的成果，包括实验流程、实验结果结论、遇到的困难进行沟通。并再次通过学生的成果进行论文撰写的指导。

8.课程成绩组成，包括答辩分占20%（教师给分占10%、其他同学打分占10%），实验分占30%，论文分占50%。

（二）微型科研教学

微型科研教学能够启发学生科研思维，同时培养学生应对未知困难、解决问题的能力，对学生的个人发展大有益处。工程力学是国家“强基计划”专业，为国家的基础和高精尖科技发展培养人才，对学生的创新思维要求更高，科教融合型课程的建设和发展必不可少。考虑到课程需按照学期开设，短时间的科研启发需要探索微型科研的教学方式。本课程通过在理论课阶段集中启发学生的科研思维、熟悉科研流程、认识科研工作，有效地实现了微型科研教学。主要包括：趣味式学习、具象化科研讲解、分解分类、熟悉知识引导、案例学习等。

1.趣味式学习和具象化科研讲解。抛出一个具有趣味性的科研问题，通过课堂互动，引发学生思考，并使学生思考如何解决问题，通过给出的结果，让学生进行分析和获得结论。

2.分解分类。整个过程形成微型科研思路闭环：发现问题—提出问题—解决方法—获取结果—分析结果—获得结论—现实意义。并将七个步骤统分为四大部分（见表3）：Why（发现问题、提出问题）+How（解决方法）+What（获取结果、分析结果）+Worth（获得结论、意义）。

3.熟悉知识引导和案例学习。通过讲解生物力学案例，将已学知识融入分析中，使学生熟悉科研流程：文献搜集和学习能力、实践创新方法、结果分析思路、论文写作过程等。

三、创新与实践引导

创新实践课最主要的内容是使学生形成创新思维，并能够将创新想法通过实践检验，获得有意义的结果。在案例分析中，启发科研创新思路，引导学生自主思考。通过课后文献查阅，初步有了想法，通过课堂讨论课，与教师和同学进行交流校正，形成初步成熟的想法。

学生课题基本确定后，进入实验室仪器学习环节，通过仪器的学习、场地人员的了解后，再次修订方案，形成更具备可行性的方案。随后的实践课程，学生自由安排实践时间，自主寻找受试者。实践过程中，充分锻炼学生与人沟通协调的能力、解决困难的能力。实践结束后，进行一次成果交流活动，学生分享实践过程中遇到的困难、有趣的事、测试的结果等。

四、课程建设成效

每个学生都确定了适合自己的课题，并通过各方面努力解决遇到的问题，通过文献交互学习，总结归纳，认识课题的意义和目的。学生认真撰写了科研论文，并通过反复修改，认识到科研的严谨性和数据分析的探索性和乐趣。并在后期修改后进行相关论文的发表，学生在整个过程中收获颇多。

参考文献

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[15]“强基计划”对基础教育改革有重要影响[J].福建教育，2021（13）：62.

[16]本刊编辑部.践行“强基计划”，全力推进基础教育向纵深领域发展[J].天津教育，2021（6）：1.

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