一、生物类专业大学物理教学案例收集的方法与途径
生物物理学典型教学案例的选择和构建需要一定的针对性，只有准确地把握生物类各个专业的学科内容与专业特点，才能挑选出合适的教学案例，以便让不同专业的学生能够关注到生物类专业科学知识中的物理学问题，并充分认识到大学物理知识和教学方法对生物类专业学生后期学习与研究的基础性和重要性作用。面对这样的问题，学校应注重4个主要条件的积累。首先，学校的物理学教研室通过有计划地加强生物物理学教师团队的构建，让教师团队成员都具有一定的生物学研究经历，对物理学和生物学的交叉学科亦有深刻的认识；其次，学校对公共基础课程教学实施研究生助教助学的政策，这个政策有效地缓解了因“大班上课”导致的主讲教师工作量大的问题，使得主讲教师有更多的时间进行教学改革与课程创新设计；再次，教师的授课对象应以创新实验学院、生命科学院、动物科技学院、动物医学院的生物类专业学生为主，通过将课程论文和报告引入到大学物理教学环节中，让学生最大程度地参与到教学过程中，充分展现学生的学习诉求；最后，学校要加强与相关专业教师的沟通，了解学生后续课程的教学内容以及教师的科研状况，梳理出生物类专业学生后续学习与科研工作的重点。
综合前期的调研，笔者有计划地选取了生物流体力学、生物电磁学与电磁生物学、生物声学与超声生物学、生物光子学与激光生物学、辐射生物学等5个框架性主题，对生物学中涉及到的物理知识和研究方法作了简单介绍。该部分内容已在2008年高等教育出版社版的普通高等教育“十一五”部级规划教材《大学物理学》中有所体现，并将在2013年的教材修订版中有所加强，但这部分教材内容依然强调物理学基础理论的讲授。以此为基础，任课教师根据自身的专业特长，分工合作，加强对典型案例的科学性、代表性和综合性进行考究，在研究生助教和专业学生的协助与参与下，逐渐把5大框架性主题丰富起来，这5大框架性主题主要涉及到物理学在植物科学、动物科学、动物医学和人体医学方面的应用实例。而且每个专题都要注意到研究对象和教学对象的扩展问题，每个主题都有多个可以选择的案例，方便教师在不同的专业教学中使用。
教师根据选定的案例，调整具体的教学内容与教学计划，并据此修改通用的大学物理电子教案，教案多采用PPT（含图片）和小短片的形式，力求做到短小精悍。为实现教学案例的动态更新并检查案例教学的效果，笔者有针对性地制定了与调整后的教学内容和教学计划相匹配的课后作业体系。首先，选定一些专业取向性较强的小型研究题目，考察学生独立解决专业问题的能力；其次，在以多媒体技术为主的教学环境下，采用板书和教具演示相结合的教学模式，增加教学的互动性；再次，对新的教学方法进行及时的总结和反思，并对先前选定的教学案例和教学内容作相应的改进与完善。
二、生物类专业大学物理教学典型案例库的构建
作为公共基础必修课程，大学物理的基础内容包含了力学、热学、光学、电磁学、原子物理等内容。为体现教学案例的代表性和针对性，笔者选取了生物流体力学、生物电磁学与电磁生物学、生物声学与超声生物学、生物光子学与激光生物学、辐射生物学等5个主题作详细的介绍。
（一）生物流体力学
大学力学是在高中力学知识的基础上引入高等数学来展现的，知识点上的新意性不多，生物流体力学的引入则能够让学生充分认识到力学在生物类专业中的应用。生物流体力学着重研究动植物体内生理流体的力学问题，如血液的剪切流动同血管内皮细胞的生长和形态有关，血液流动也总是同氧气和营养物质传输、生化反应及信号传导相联系，这些信号能在一定层面上反映动物个体的生理和病理状态，有助于人们了解动物生理病理，对动物的繁殖育种和增产增质具有积极意义；对于人体而言，血液和淋巴循环是最典型的生物流体力学问题，与每个人的健康生活息息相关，血液粘度的大小和其流动的类型及生理病理状态有直接的对应关系，这些介绍显然要比用简单的数学模型更有意思、更能深入人心。而液体在植物导管和筛管中的传导过程总是伴随着无机和有机营养物质的交换和贮存，对这些液体在植物中的流动及其变化规律的研究将有助于农作物的浇灌、施肥、采光等一系列生产实践，对农作物的抗旱、抗盐、抗寒、增产增质具有实际的指导意义。这些常见的生物流体力学现象极大地激发了学生的学习兴趣，有效地调动了学生的学习积极性，由此奠定了大学物理学习的良好基础。
（二）生物电磁学与电磁生物学
生物电磁学和电磁生物学是生物电磁现象的2个不同方面。首先，生物体本身就是带电体，绝大部分电荷以离子、离子基团、电偶极子的形式存在。细胞膜上的多种磷脂分子都存在离子基团或电偶极子，组成蛋白质的多种氨基酸在水中能离解形成离子基团或表现出电偶极子的特性。这些电荷的运动和相互作用使生物分子保持一定的空间构象，并行使各自特定的生物学功能。生物电磁学与电磁生物学是研究生物体的电磁特性以及在电磁场中的生物学效应的一门边缘科学。从电学介质的角度来看，生物物质或生物体具有电阻、容抗和感抗3大特性。采用生物电阻抗检测技术，可以监测水果的采后生理情况，在水果的非破坏性监测中具有重要意义；同样该技术还可用于研究作物叶片在不同逆境胁迫条件下的阻抗特性，其结果可作为筛选抗逆作物品种的参考。分子与细胞电泳技术的设计原理则能够让学生真正认识、理解和分析细胞、分子电泳的实验结果，能够根据实验结果有效地改进实验设计和数据采集模式，也能对细胞和分子的电学特性有更直观的了解和深层认识。关于电磁场的生物学效应问题是另一个激发学生学习兴趣的突破口，它主要涉及到植物光合作用过程中的光捕获、电子传递、自由基活动、蛋白质活性、生物膜通透性变化等多方面的基础研究。这些材料的引入能让学生直观地感受到电磁场的作用是无处不在的，使得不易理解的电磁规律变得形象、学生的注意力变得高度集中。
（三）生物声学与超声生物学
声波作为机械波，是典型的纵波，相关的基础理论在大学物理学习甚至在物理学专业的学习中一直不是重点。如果教师只局限于介绍振动和波动的概念，学生将不会产生兴趣。但如果教师从“昆虫的鸣叫”“植物也能享受音乐”“不同动物对地震波的感知”“次声与晕车”等声学实例介绍入手，很容易调动起学生学习的积极性。基于学校的专业特点，笔者结合自身的研究经历，向学生介绍了仓储昆虫音频检测装置的研发过程，包括装置研发的科学意义、实验设计原理、实验的困惑和误区、试验成功的经验等，让学生认识到声学在农业生物学应用上的重要性。另外，笔者从超声入手，向学生介绍超声检测（如B超）、超声治疗（超声手术、声动力学疗法）、超声清洗／杀菌等知识在生物学中的应用，有效地吸引了学生的注意力。这些生活常识、生产经验与研究成果在现象上都与学生的专业背景有较好的匹配，在物理机理上又与机械波的物理特性有密切的联系，通过生物声学和超声生物学的介绍，学生对机械波的产生、传播及其与介质的相互作用的理解得到了进一步强化，也为学生后继光学部分的学习做了良好的铺垫。
（四）生物光子学与激光生物学
由于波动光学的许多基本概念与原理都来自电磁学、机械振动与波动，所以笔者可将教学重点转向光的吸收、散射、色散和偏振。光的这些特性在生物学研究中具有广泛的应用，因此笔者首先从介绍光与物质相互作用的光生物学和现代光学技术的生物学应用实例入手，让学生感觉到自己离光学很近，然后向学生介绍二者所包含的物理学基础知识，让学生学会从现象看本质的学习方法，调动学生的学习积极性和主动性。除了激光外，在光学领域最引人入胜的就要数同步辐射光源，目前绝大部分的蛋白结构的解析都是在同步辐射光源上进行的，而相关的结构生物学研究在植物学、动物学、动物医学、人体医学、药学研究领域有丰富的应用实例。笔者结合自己的研究经历，向学生详细介绍了同步辐射的基本原理、实验设计、安全设施、工作模式等，并在课后让具有同步辐射工作经验的研究生助教对学生的问题进行解答，让学生深刻认识到团队合作的重要性以及当前所学知识的先进性与实用性。
（五）辐射生物学
辐射广泛存在于人们的工作与生活环境中，对人类的生产、生活有着巨大的影响。这种影响总是包含有利和危害2个方面，对于有利的方面，人们一直在尝试利用它来造福人类；而对于危害的方面，人们总在设法规避伤害。因此，笔者认为对于二者的了解将有助于人类合理使用辐射资源。如利用同位素示踪原子技术研究农作物生产过程中营养物质的合成、运输、贮存和代谢的路径，这将对作物生产过程中的环节进行人为控制，以保证粮食的安全和质量。另外，辐射育种技术是实际的农业生产中应用最广泛的辐射生物学技术，该技术可以用于农作物的品种改良。当前我国的载人航天事业正在如火如荼地进行着，但其实航天员无时无刻都要面临辐射的威胁，如果我们对太空的辐射环境没有足够了解，对航天员没有做好辐射防护，那将会对航天员的身体造成巨大的伤害。这些事例非常贴近学生的信息圈，也是当前社会讨论的热点问题，容易引起学生的关注。
三、生物类专业大学物理教学典型案例库的使用效果
在教学过程中构建案例库和实施案例教学是2个相辅相成的过程，要进行案例教学首先得构建一定数量和质量的案例素材。目前笔者的教学案例由过去的50余条增加为200余条，这使笔者有足够的案例来进行更具专业针对性的案例教学。学生参与教学过程的积极性和主动性得到了大幅度提高，学生也在尝试利用大学物理所学知识进行一些创新实验研究，已申请相关的试验计划20余项。典型教学案例的构建和案例教学法的实施，有效地促进了教学团队的建设。因为每位团队成员的专业研究方向和兴趣点不一样，所以采取分工合作的方式制作生物物理学案例、实施团队分章节授课，这样使得案例教学显得更为专业、生动，导向性更科学。随着案例教学的逐步开展，案例库已初步成型，以“引入生物物理知识构建生物类专业大学物理课程教学典型案例库”为题的教改项目已经获得2011年度西北农林科技大学校级教学改革项目的支持，同时构建的案例库也将以光盘资料的方式随新版的高教社《大学物理学》教材一同出版发行。随着案例库构建和教学团队建设的成功，笔者已经尝试把团队授课的案例教学模式推广到全校。在参与的几次全国性教改会议上，交流了我们的研究成果，得到了广泛的认可。
四、总结
总之，构建案例库的出发点是为了系统地开展案例教学，是为了通过案例把大学物理基础课程内容与生物类专业课程的学习结合起来，加深生物类专业学生对基本物理学概念、物理理论体系的理解，提高学生学学物理知识的积极性。于此同时，团队授课和案例教学的有机结合也是对传统教学模式的挑战，为西北农林科技大学及同类高校大学物理教学与生物类专业学生的培养提供宝贵的经验。另外，把生物物理知识引入生物类专业大学物理教学不仅有助于培养学生打破固有思维、实现理论和方法的交叉创新的能力，而且对物理教师服务并融入专业学科提供了一个发展契机。随着教师团队的发展和课程建设的深入，物理学与生物学之间的关系将会变得更为密切。
作者：朱杰 杨运经 王国栋 吴艳萍 单位：西北农林科技大学理学院 西北农林科技大学生物物理研究所
