口腔医学专业“生物力学”课程光弹性实验教学改革与实践

王辉 宋红芳 吴宝平 张昆亚 钱秀清 闫松华

摘 要：针对首都医科大学口腔医学专业“生物力学”课程光弹性实验教学中存在的问题，从教学内容、教学方法及教具等方面进行了改革。通过教学改革，不仅提高了教学效率，改善了教学效果，还增强了学生的学习积极性和实验动手能力。

关键词：口腔医学；生物力学；光弹性实验；教学改革

中图分类号：G642.3 文献标识码：B DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2018.12.004

文章编号：1006-1959（2018）12-0014-02

Abstract：Aiming at the problems existing in the photoelastic experiment teaching of"biomechanics"course in the Department of Stomatology of Capital Medical University，the reform has been carried out from the aspects of teaching contents，teaching methods and teaching aids and so on.Through the teaching reform， not only the teaching efficiency is improved，the teaching effect is improved，but also enhances studentsmotivation for learning and their experimental hands-on capabilities.

Key words：Stomatology；Biomechanics；Photoelastic experiment；Teaching reform

“生物力学”实验课对培养学生的基本技能和动手能力、提高学生的实验素养起重要的作用[1，2]。光弹性实验是该课程实验教学的主要内容之一。光弹性实验是由光学与弹性理论相结合，用以对结构和零件进行应力分析的力学实验[3]。相比于电测实验，光弹性实验具有全场性、实时性及直观性的特点，趣味性也较强，用于生物力学实验，有利于使学生加强对应力集中、边界应力及圣维南原理等概念的理解，同时，随着光弹性应力分析法在口腔医学的不断发展和应用[4，5]，光彈性实验在口腔医学专业“生物力学”课程教学过程中能起到不可忽视的作用。

1 实验教学中存在的问题

1.1光弹性应力分析的基础理论太专 光弹性应力分析法综合了材料力学、光学、晶体力学、高分子化学、相似理论和弹性理论等原理而建成的一种实验力学方法。虽说长学制口腔医学专业的学生有较好的知识储备和学习能力，但要想全面掌握光弹性应力分析，除了需要具备较强的数学、力学及物理学基础外，仍然需要在课下花功夫学习补充相关的知识，况且该实验课时仅有135 min，实验课上不可能用大量的时间对相关的理论知识进行讲解。

1.2缺乏对光弹性应力分析的发展及应用的讲解 光弹性实验会涉及弹性力学、材料力学及理论力学等课程相关的概念、原理和结论，这几门课程都不是口腔医学专业的必修课程。光弹性实验方法的特点是直观性强，用它不但可以解决二维模型的应力分析问题，而且也可以有效地解决三维模型的应力分析问题，为强度设计提供比较完善的信息。这个方法尤其对从强度观点寻求结构或零件的合理设计和确定应力集中系数更为有效，这对承受重复应力作用的零件的设计和制造具有重要的实际意义。光弹性实验的这个优点，除了在工程上应用广泛外，已经逐渐应用在口腔医学中了。

1.3缺乏专业的实验教具 光弹性实验教学提供的只是标准教具，只能开展标准实验的演示，如圆盘对径实验、小孔应力集中以及三点弯曲实验。这些实验主要是用来验证材料力学和弹性力学中的有关理论和实验现象，综合性、设计性实验及专业相关性欠缺。

1.4教学模式单一 现在的光弹性实验教学由于受课时和教学内容的限制，基本上是单一的教学模式，学生只能按照教师的要求去完成教学内容，几乎没有选择的余地，且实验过程中只注重光弹性应力知识的学习及掌握，缺乏应用性的指导，不利于拓宽学生的知识面和激发学生的创新积极性。

2 教学内容改革

2.1弱化光弹性应力分析的基础理论知识讲解 为了使学生能够在实验课开始前后很好的学习和掌握光弹性理论，加强对光弹性实验中一些现象的理解和认识，制作了详细的光弹性实验指导书。从实验原理、概念介绍、公式推演到应力计算都有详细的描述。这样学生可以做到课前预习、课中有的放矢、课后释疑，从而提高课堂教学效率。

2.2理论授课引入光弹性应力分析的发展及应用 为了使学生明白实验课不是为了实验或学习而开展的道理，在理论授课时增加了关于光弹性应力分析的发展及在临床上的应用的多媒体课件，并且多采用直观的图片或影像去讲授，从而激发学生学习、动手实验的积极性和趣味性，提高学生对光弹性实验的认知和参与度。

2.3制备具有口腔专业特色的光弹性实验教具 光弹性法可以测量几何形状与载荷条件较为复杂的构件应力，特别是可测量其它方法难于解决的应力集中及内部应力问题。由于口腔颌骨的结构复杂，口腔临床中的正畸、修复、种植等都跟生物力学相关，目前并没有特别好的方法对这些术式进行评估。如果将颌骨制作成具有双折射的光弹模型，就可以通过光弹性实验对不同条件不同术式的模型进行力学评估。基于此，作者制备了具有口腔专业特色的实验教具，并在实验教学中进行对比演示及讲解，不仅使课堂效果显得具体、真实，还拉近了课程内容与专业之间的距离。图1是制备的下颌骨-种植体复合光弹模型。可以通过数字光弹应力分析方法观测冠修复体牙合面受载后种植体周围骨内应力达峰值时间，以及加载后的模型内各测量点的等效应力值，从而探讨冠部修复材料对种植体周围应力的影响。

3 教学方法改革

3.1引导学生带着问题进行实验 在接触光弹性实验之前，有些学生或多或少会对实验课带着一种无所谓、跟着实验步骤操作、有问题找老师的心态来上课，课前不认真预习，不认真写实验预习报告，实验课上不动脑筋机械式的按部就班，这种“填鸭式”的学习状态只会降低实验课的教学效果。因此，在实验课开始前的1 周，就要引导学生在做好预习报告的同时，结合专业特色调研与光弹性应力分析相关的资料，每位学生给自己提出至少一个与之相关的问题，并写在预习实验报告中，在课中通过实验去探索答案，最后在实验报告中进行分析总结。

3.2增加实验组数，减小实验小组的人数 由于实验仪器及实验场所的限制，一次实验课不能够多组多人同时进行。而且光弹性实验是要求学生要动手操作的实验项目，因此在给学生分组时，尽可能的多分组，每组不超过4人，保证每人动手操作的时间都足够充分完成实验的设计要求。

3.3设计开放式实验 之前光弹性实验课的组成都是基础验证性实验，包括圆盘对径压缩、小孔应力集中以及三点弯曲等实验。现在结合了口腔医学的专业特色，制作了具有光彈性应力分析的实验教具能够进行一些综合性、设计性实验。但是学生的层次不同，有些学生不满足于这些基础验证性以及综合设计性实验，还要进行一些科研探讨式的开放性实验。实验课题可以由教师或学生提供，学生去调研文献，然后进行讨论，拟定实验方案，然后由教师进行指导，方案通过后再由学生具体开展实验。

4 总结

虽然光弹性实验只是一个演示性实验，但作者充分结合专业特色，利用真实的具有专业特色的实验教具，把演示、讲解同组织课堂讨论相结合，充分调动了学生观察分析的积极性，使光弹性实验教学过程变得轻松活泼有效，学生的实验素养和科研意识都得到了显著提高。

参考文献：

[1]赵改平，王殊轶，周颖.生物力学课程教学方法改革浅析[J].生物医学工程学进展，2016（4）：245-246.

[2]张昆亚，刘志成，闫松华，等.生物力学课程实验的改革与实践[J].医学信息，2013，26（12）：36.

[3]谭包生.生物力学对种植体长期存留的影响[J].中华老年口腔医学杂志，2014（1）：58.

[4]宋红芳，闫松华，钱秀清，等.医学院校中生物力学课程的教学改革与实践[J].医学信息，2014，27（11）：5-6.

[5]张冬梅.光弹性应力分析法在口腔生物力学研究中的应用[J].华北国防医药，2010，22（4）：1-3.

收稿日期：2017-10-13；修回日期：2017-10-23

编辑/钱洪飞