“生物力学创新与实践”课程建设与实践

——科教融合型教学探索

          白逃萍，蒋文涛*，陈  宇，李亚兰

四川大学 建筑与环境学院，四川 成都 610065

【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。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，能力培养要求不同，教学设计和理念需要根据学生特点进行设置。建构和完善“生物力学创新与实践”的课程体系和教学方法对科教融合具有重要意义。笔者通过了解学生特点获取创新实践方向、科教融合式教学内容、创新与实践引导、课程成效等方面介绍课程建设及教学实践内容，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】2020，四川大学，中央高校基本科研业务费专项资金资助“肺损伤致阻抗改变对心血管系统影响的血流动力学研究”，2021SCU12128；2020，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，汉，四川雅安，博士，四川大学，助理研究员，研究方向为生物力学；蒋文涛，（1970-），男，汉，四川宜宾，博士，四川大学，教授（通讯作者），研究方向为生物力学；陈宇，（1972-），男，汉，四川奉节，博士，四川大学，教授，研究方向为生物力学；

【中图分类号】O39 【文献标识码】B     

十九大指出，将科研与教学相融合的科教融合理念是培养创新人才培养的模式^[]-][][]，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，培养创新精神、思维和能力^[]-][][]。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。但目前传统基础课程都要求学生进行课堂学习，缺乏对应的实践，而实验课程则是设置相对传统的固定实验，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^{[]-][][][][][]}，如课程内容的优化、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。

1 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”^[-][][]，实行的本硕博连读方案，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”班级对课程基础知识的学习加大了难度，同时也要求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”的实践能力培养与“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，大班教学，学生分成大组进行集体实验，实验内容相对固定，每位同学得到的创新实践并不足。本课程利用小班化教学，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。本门课程是大三课程，学生在前期大量力学基础知识的学习后，对力学的认知有了较大提升。同时，此时学生正是考虑以后发展的关键时期，包括考研、就业方向等。本门课程在课前进行问卷调研（表1）。

表1 课前学生情况调查问卷表

2 科教融合式教学内容

2.1 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中无法更好的实现科教融合，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。本门课程着重在于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48，理论课18学时，实践课30学时（表2）。

表2 课程的课时分配

①　授课：包括科研方法、科研流程、论文结构、文献阅读、内容提取等方法，以及创新思维启发。先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行学习，并提供大量的案例进行学习，使学生理解课题从选择、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，在自己感兴趣的方向查阅文献，搜集信息。在搜集文献过程中，认识更多的领域，学习更多的拓展知识。并在大量知识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，在课堂上学生们自由讨论，老师参与确定题目。

④ 翻转课堂：学生思考自己的课题，并做成PPT形式，讲述自己立论依据和可行性方案，其他学生和老师提问答辩。

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

⑥　实践：实践过程由学生随时安排，实验室完全开放，便于和志愿者协商时间。实践可有实验、模拟等方式根据课题内容制定，学生将单独进行相关实践，在此过程中独立解决问题，客服困难，老师酌情提供解决的途径但不提供具体解决方案，由学生寻找途径解决。

⑦　将实践的成果，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，重视过程化考核，包括答辩分20%（教师分10%，其他同学分10%），实验分30%，论文分50%。

2.2 微型科研教学

微型科研教学能够启发其科研思维，同时对学生应对未知困难，想办法解决问题的能力进行培养，对学生的个人发展大有益处。另一方面，工程力学是国家“强基计划”专业，学生培养的方向是为国家的基础和高精尖科技发展培养人才，对创新思维的要求更高，科教融合型课程的建设和发展必不可少。科教融合中考虑到课程按照学期开设，短时间的科研启发需要探索微型科研的教学方式。本课程中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，有效的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。

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，并使学生想办法解决问题，通过给出的结果，让学生进行分析和获得结论。

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（表4）：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）。

表4 微型科研分解分类

熟悉知识引导和案例学习：通过讲解生物力学案例，将已学知识融入到按分析中，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。

3 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，与老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最终方案。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，想办法解决遇到困难的能力。实践结束后，进行一次成果交流活动，每位同学分享实践过程中遇到的困难，有趣的事，测试的结果等。

4 课程建设成效

每位学生都确定了适合自己的课题，并通过各方面努力解决面对的问题，通过文献交互学习，总结归纳，认识课题的意义和目的。每位同学都认真撰写了科研论文，并通过反复修改，使其认识到科研的严谨性和数据分析的探索性和乐趣。并在后期反复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]

[1] 王德华,付钰琛,薛鹏翔,朱雅敏,宋达霞.新工科大学数学科教融合教学模式探索与实践[J].教育 教学 论坛, 2020(39):315-317.

[2] 朱为鸿,丁佳.“三链融合”的应用型高校“新工科”人才培养机制[J].成都师范学院学 报,2021,37(04):13-21.

[3] 张华,包强.新工科背景下产品设计人才培养模式探索[J].教育信息化论 坛,2019,3(07):114-115+122.

[4] 万里鹰,万紫涵.科研育人对大学生创新能力和素质提升的研究[J].大学教育, 2017(2):145-146.

[5] 曾勇,黄艳,向桂君,等.从新生项目课开始:新工科建设“成 电方案”的设计与实践[J].高等工程 教育研究, 2020(1):14-19

[6] 朱琳.科教融合视域下工科院校应用型人才培养模式的研究与示范[J].时代教育,2018(09):52.

[7] 教育部.教育部关于在部分高校开展基础学科招生改革试点工作的意见：（教学〔2020〕1 号） [EB/OL]. (2020-01-14) [2020-05-24].  http://www.moe.gov.cn/srcsite/A15/moe_776/s3258/202001/ t20200115_415589.html.

[8] 于翔,李金洪,邓雁希,王琳.新时代工科专业课程教学方式的探索与实践[J].中国地质教 育,2021,30(02):39-42

[9] 樊丽霞. 新工科背景下工科优势高校课程建设问题及对策研究[D].华东理工大学,2021

[10]许辉群,杨梦琼,李敏,王泽峰,赵桠松.主体性教育视角下的工科专业课程教学案例构建研究——以高 分辨率地震勘探课程为例[J].高教学刊,2021,7(18):75-78+83

[11]刘亚萍.线上教育教学方式创新研究与实践——针对工科课程[J].山西青年,2021,{4}(12):23-24

[12]王雪,颜鲁雁,赵伟东.结构力学教学优化的困境与对策[J].科教文汇(中旬刊),2021,{4}(05):79-80

[13]黄志刚,许竞,李小生,张念坤,王琨.运动生物力学实践课内容创新研究的教学效果分析[J].课程教育 研究,2016,{4}(02):206-207

[14]王洪才,刘红光.“强基计划”背后的价值取向与整合[J].河北师范大学学报(教育科学 版),2021,23(03):61-66

[15]“强基计划”对基础教育改革有重要影响[J].福建教育,2021,{4}(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,{4}(06):1.

^{Course Construction and Practice of "Biomechanics Innovation and Practice"}

^{——Exploration of Integrated Science and Education Teaching}

^{Bai Taoping, Jiang Wentao*, Chen Yu, Li Yalan}

^{School of Architecture and Environment, Sichuan University, Chengdu 610065, Sichuan, China}

【Abstract】 "Biomechanics Innovation and Practice" is one of the innovative practical courses of Sichuan University's Engineering Mechanics. The courses are oriented to the "Strong Basic Program" class of engineering mechanics, the mechanics-software cross-professional experimental class, and the engineering mechanics base class. The requirements for ability training are different, and the teaching design and concept need to be set according to the characteristics of students. Constructing and perfecting the curriculum system and teaching methods of "Biomechanics Innovation and Practice" is of great significance to the integration of science and education. The author introduces the curriculum construction and teaching practice content through understanding the characteristics of students to obtain 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, in order to discuss and exchange with peers.

【Keywords】innovative practical education, biomechanics, curriculum construction, teaching practice