醫(yī)學(xué)物理學(xué)課程建設(shè)研究

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醫(yī)學(xué)物理學(xué)課程是醫(yī)學(xué)類專業(yè)學(xué)生的一門必修基礎(chǔ)課程，對(duì)醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)、能力培養(yǎng)有著極其重要的作用．開設(shè)醫(yī)學(xué)物理學(xué)課程的任務(wù)和目的是使學(xué)生比較系統(tǒng)地掌握現(xiàn)代醫(yī)學(xué)所需要的物理學(xué)基本理論、基本規(guī)律、基本技術(shù)和方法，為醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生打好必備的物理基礎(chǔ);另一方面為醫(yī)學(xué)研究提供新的思想、理論、技術(shù)和方法，激發(fā)學(xué)生探索和創(chuàng)新精神，建立批判性思維，培養(yǎng)學(xué)生辯證唯物主義世界觀和分析問題、解決問題的能力，提高醫(yī)學(xué)人才的科學(xué)素養(yǎng)．但是，學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程時(shí)還存在一些問題，首先，學(xué)生對(duì)醫(yī)學(xué)物理學(xué)課程學(xué)習(xí)目的認(rèn)識(shí)不足．開課之初的問卷調(diào)查表明有54%的學(xué)生認(rèn)為醫(yī)學(xué)物理學(xué)課程很重要，會(huì)對(duì)后續(xù)醫(yī)學(xué)課程的學(xué)習(xí)和未來工作、科研有較大幫助;46%的學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的必要性存在疑慮，主要有專業(yè)相關(guān)性不大、課程設(shè)置不合理等問題．其次，雖然醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生高考成績排在前2%，但是由于來自不同省份，各省對(duì)物理學(xué)習(xí)內(nèi)容和要求不盡相同，物理基礎(chǔ)參差不齊．再次，課程教學(xué)內(nèi)容多、任務(wù)重，學(xué)時(shí)緊張，如何在有限的時(shí)間內(nèi)高效的完成課程學(xué)習(xí)?另外，醫(yī)學(xué)物理學(xué)課程需要運(yùn)用數(shù)學(xué)微積分知識(shí)解決物理問題，對(duì)于同步學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)課程的同學(xué)，存在學(xué)習(xí)困難．所以，學(xué)生在學(xué)習(xí)中存在興趣缺乏和畏難情緒．為了提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果，進(jìn)一步適應(yīng)新形勢(shì)下“互聯(lián)網(wǎng)+”的學(xué)習(xí)模式，本文對(duì)醫(yī)學(xué)物理學(xué)課程進(jìn)行多維度的教學(xué)改革，從課程資源建設(shè)、教學(xué)模式、教學(xué)方法等多個(gè)方面做出探索性工作，借助信息技術(shù)手段努力建設(shè)現(xiàn)代化高水平、適用面廣的醫(yī)學(xué)物理學(xué)課程．

1醫(yī)學(xué)物理學(xué)教學(xué)資源建設(shè)

1．1網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源建設(shè)在線上建立完備的學(xué)習(xí)資源，包括講課視頻、PPT、章節(jié)測(cè)驗(yàn)、期末測(cè)驗(yàn)、討論題、作業(yè)和拓展閱讀等一些教學(xué)資源．山東大學(xué)醫(yī)學(xué)物理學(xué)課程目前是72學(xué)時(shí)、4學(xué)分，筆者依據(jù)學(xué)時(shí)情況精心制定了教學(xué)大綱，其教學(xué)內(nèi)容涉及力學(xué)基本定律、流體的運(yùn)動(dòng)、分子運(yùn)動(dòng)論、振動(dòng)、波動(dòng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、直流電、光學(xué)、激光、X射線、原子核和放射性以及量子力學(xué)基礎(chǔ)等內(nèi)容，涵蓋了從經(jīng)典物理到近代物理的知識(shí)．課程內(nèi)容以知識(shí)點(diǎn)為中心制作教學(xué)微課視頻，整個(gè)課程分成112個(gè)知識(shí)點(diǎn)，分為核心知識(shí)點(diǎn)、支撐知識(shí)點(diǎn)和拓展知識(shí)點(diǎn)．每個(gè)知識(shí)點(diǎn)視頻時(shí)長7～15分鐘，總拍攝時(shí)長830分鐘．講課視頻中設(shè)置恰當(dāng)?shù)奶釂?，一般是?duì)概念、定理定律的理解，以促進(jìn)學(xué)生的思考和觀看注意力．每個(gè)微課講完有簡短的小結(jié)，幫助學(xué)生梳理思路，概括要點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)和難點(diǎn)．除了視頻，還有課件、章節(jié)測(cè)驗(yàn)、問題討論、作業(yè)以及期末測(cè)試，其中作業(yè)需要互評(píng)，學(xué)生通過互評(píng)可以相互學(xué)習(xí)提高．每章設(shè)置非標(biāo)準(zhǔn)答案討論題，促進(jìn)學(xué)生多元化思考．所有教學(xué)資源都放在MOOC平臺(tái)，平臺(tái)上還鏈接拓展閱讀內(nèi)容，如科學(xué)家的故事，物理定理定律研究發(fā)現(xiàn)的過程，物理學(xué)的最新發(fā)展、學(xué)科前沿以及交叉應(yīng)用等，在學(xué)習(xí)的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和批判性思維、愛國主義情懷，融入思政教學(xué)元素，如2018年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)在激光上的成就被及時(shí)鏈接到平臺(tái)，學(xué)生在學(xué)習(xí)激光知識(shí)時(shí)能及時(shí)了解激光對(duì)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展的推動(dòng)作用．講到機(jī)械波干涉時(shí)，推送方便攜帶可以屏蔽周圍聲音的熱門發(fā)明消聲小儀器．這些拓展內(nèi)容在教學(xué)平臺(tái)上可以及時(shí)更新添加，能夠有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索熱情，實(shí)際教學(xué)中也取得了理想的效果．1．2立體化教材體系建設(shè)教材是知識(shí)體系和教學(xué)內(nèi)容的載體，編寫先進(jìn)、科學(xué)、高質(zhì)量的教材進(jìn)行教學(xué)，是提升教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果的重要保證．為適應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的新形勢(shì)，滿足學(xué)生使用移動(dòng)終端的需求，形成了以紙質(zhì)教材為核心，以互聯(lián)網(wǎng)為載體，以信息技術(shù)為手段，將紙質(zhì)教材和數(shù)字資源充分融合的新形態(tài)教材［1，2］．教材內(nèi)容分為核心教學(xué)資源和拓展教學(xué)資源，核心資源出現(xiàn)在紙質(zhì)教材中，包括各個(gè)章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)、內(nèi)容介紹、典型的例題和習(xí)題等．筆者主編的紙質(zhì)版教材《醫(yī)用物理學(xué)》是普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材，每4～5年修訂一次．在教材編寫中，使復(fù)雜、繁瑣、深?yuàn)W的數(shù)學(xué)表達(dá)盡可能簡明、形象、直觀，每章最后都附有物理學(xué)知識(shí)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用，如肌肉、骨骼的力學(xué)性質(zhì)、血液的流動(dòng)、聽覺的物理過程及聽力測(cè)試、人體導(dǎo)電性、心電有關(guān)知識(shí)、X射線、原子核和放射性在醫(yī)學(xué)影像中的應(yīng)用等．注重物理學(xué)與醫(yī)學(xué)的相互滲透、醫(yī)學(xué)應(yīng)用及對(duì)醫(yī)學(xué)現(xiàn)代化的重要推動(dòng)作用，積極擴(kuò)大醫(yī)學(xué)物理學(xué)在醫(yī)學(xué)生中的影響，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)物理學(xué)課程的重要性．這次修訂每章新增想一想模塊，側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)基本物理問題的理解．紙質(zhì)版教材采用套色，突出重點(diǎn)定律和公式，增加可讀性．拓展資源放到課程網(wǎng)站，包括微課視頻、動(dòng)畫、交互程序、圖片、延伸閱讀、教學(xué)課件、大量的測(cè)試題等，在不增加教材篇幅的基礎(chǔ)上，豐富了教材內(nèi)容．在重點(diǎn)、難點(diǎn)，學(xué)生學(xué)習(xí)有困難的地方，通過植入動(dòng)畫、微視頻、彩色圖片等多種形式，將一些難以理解的物理現(xiàn)象用生動(dòng)、直觀地形式呈現(xiàn)于學(xué)生面前，克服了傳統(tǒng)教學(xué)中語言描述不清楚、文字說明抽象乏味的問題，能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)主動(dòng)性，提高教學(xué)效果．通過二維碼實(shí)現(xiàn)紙質(zhì)教材與網(wǎng)絡(luò)資源鏈接，形成紙質(zhì)教材+電子資源的形式，學(xué)生能夠獲得豐富多彩的網(wǎng)絡(luò)資源，讓學(xué)習(xí)更便捷、更生動(dòng)、更高效．

2采取多種教學(xué)策略，提高學(xué)習(xí)效果

教學(xué)有法，教無定法，貴在得法．在課堂教學(xué)中，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生學(xué)習(xí)情況，采用多種教學(xué)策略．首先，使用了BOPPS教學(xué)模式．BOPPPS是教師開展教學(xué)設(shè)計(jì)和組織課堂教學(xué)的一種有效方法，是將教學(xué)內(nèi)容分割為6個(gè)單元，分別是導(dǎo)言(Bridge－in)、學(xué)習(xí)目標(biāo)/結(jié)果(Objective/Outcome)、前測(cè)(Pre－assessment)、參與式學(xué)習(xí)(ParticipatoryLearn-ing)、后測(cè)(Post－assessment)和總結(jié)(Summary)，每個(gè)單元有機(jī)結(jié)合．將課前、課中、課后無縫鏈接，互相促進(jìn)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)，形成課堂教學(xué)的規(guī)范化．另外，講解章節(jié)新知識(shí)時(shí)，經(jīng)常采用案例導(dǎo)入法，如講流體時(shí)，引用這樣一個(gè)案例:患有鼻咽纖維血管瘤的病人，在手術(shù)剝離腫瘤基底時(shí)，需要將手術(shù)床頭逐漸抬高10°～30°，使患者處于頭高腳低斜坡位，盡量使手術(shù)部位高出心臟水平，當(dāng)血壓下降過低或停止降壓后回升至正常時(shí)放平手術(shù)床，讓學(xué)生思考:手術(shù)中為何采用頭高腳低斜坡位?體位對(duì)血壓有什么影響?通過學(xué)生的回答，教師可以了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并進(jìn)行有針對(duì)性的教學(xué)．另外，案例教學(xué)可以有效體現(xiàn)專業(yè)特色，能夠加深學(xué)生對(duì)物理知識(shí)專業(yè)應(yīng)用的理解和激發(fā)深入研究的興趣．課堂講授中，經(jīng)常采用停頓的教學(xué)方法，可將學(xué)生積極的學(xué)習(xí)融入到講授式教學(xué)當(dāng)中，簡單易操作，而且效率比較高．它幫助學(xué)生再次思考、回憶并記住所學(xué)內(nèi)容．例如，講完波動(dòng)方程，學(xué)生容易混淆波動(dòng)方程和振動(dòng)方程，讓學(xué)生思考和討論振動(dòng)和波動(dòng)的區(qū)別和聯(lián)系，通過學(xué)生回答和老師補(bǔ)充，幫助學(xué)生強(qiáng)化記憶、理解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)對(duì)比的能力，加強(qiáng)學(xué)習(xí)方法的歸納提煉．傳統(tǒng)的課堂教學(xué)主要以教師的講授為主，學(xué)生參與較少，存在許多問題［3］．我們采用了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)形式［4］，開展以學(xué)生為中心的教學(xué)活動(dòng)．翻轉(zhuǎn)課堂主要采用小組討論形式，運(yùn)用同伴教學(xué)方法，教學(xué)內(nèi)容涵蓋基本知識(shí)和一些具有挑戰(zhàn)度的問題．學(xué)生通過預(yù)習(xí)提出問題，首先在小組內(nèi)分享、討論，形成統(tǒng)一意見．討論過程中，學(xué)習(xí)小組內(nèi)可以進(jìn)行同伴教學(xué)，實(shí)現(xiàn)互幫互助．學(xué)生基礎(chǔ)不同，認(rèn)知能力不同，教師講課時(shí)很難兼顧各個(gè)層面，翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)現(xiàn)了差異化教學(xué)．在小組學(xué)習(xí)和討論中，還實(shí)現(xiàn)了學(xué)生的社交需求．小組形成統(tǒng)一成果后，給出思維導(dǎo)圖，匯報(bào)交流，教師總結(jié)解惑，進(jìn)行評(píng)價(jià)．例如光的薄膜干涉部分，學(xué)生學(xué)習(xí)了反射光的干涉，那么折射光是否會(huì)形成干涉條紋?形成的干涉條紋是亮紋還是暗紋?干涉效果如何?這些題目由易及難，具有梯度，學(xué)生在解決這些問題的過程中，對(duì)薄膜干涉原理、半波損失以及復(fù)雜應(yīng)用有了深入探討，培養(yǎng)了學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力．學(xué)習(xí)小組之間可以形成多輪討論，帶動(dòng)更多的同學(xué)加入討論學(xué)習(xí)，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和潛力．翻轉(zhuǎn)課堂注重過程性評(píng)價(jià)，并且評(píng)價(jià)是多樣化的，有教師評(píng)價(jià)，小組間互評(píng)和小組成員間互評(píng)．利用雨課堂、慕課堂等教學(xué)互動(dòng)軟件，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)．在翻轉(zhuǎn)課堂的課后實(shí)踐中，鼓勵(lì)學(xué)生開展深入研究:例如，引導(dǎo)學(xué)生檢索薄膜干涉技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用等問題;引導(dǎo)學(xué)生借助實(shí)驗(yàn)室資源，如利用邁克爾遜干涉儀做實(shí)驗(yàn)，撰寫研究論文等等．學(xué)生通過深入討論和探究過程，能夠更好地學(xué)習(xí)和掌握問題背后的科學(xué)原理，提高了課程的高階性和挑戰(zhàn)度，逐步形成自主性、協(xié)作型、研究型學(xué)習(xí)模式，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和參與度，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心，教師為主導(dǎo)的學(xué)習(xí)模式．

3基于SPOC的混合式教學(xué)模式

MOOC作為課堂教學(xué)的有效補(bǔ)充，方便了在校學(xué)生［5－7］，但是，由于MOOC是完全開放的，學(xué)習(xí)者組成復(fù)雜，規(guī)模龐大，難以組織有效的線上討論和學(xué)習(xí)．SPOC是小型私有化課程，教師設(shè)置選課密碼，只有自己班級(jí)的學(xué)生可以進(jìn)入課程，這種小規(guī)模的課程教學(xué)模式，教師容易管理，對(duì)學(xué)生指導(dǎo)更具有針對(duì)性．所以，SPOC是MOOC與學(xué)校課堂教學(xué)的深度融合和應(yīng)用，與混合式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)等方式相結(jié)合，更適合在校大學(xué)生［8，9］，筆者在中國大學(xué)MOOC平臺(tái)開設(shè)醫(yī)學(xué)物理學(xué)MOOC的同時(shí)也開設(shè)了異步SPOC課程．目前，醫(yī)學(xué)物理學(xué)課程采用基于SPOC的線上線下混合式教學(xué)模式，線下學(xué)時(shí)占70%，線上占30%．因?yàn)槲锢韺W(xué)習(xí)具有一定難度，所以，線上學(xué)時(shí)不宜太多，主要以線下的面授課為主．線上學(xué)習(xí)主要安排一些學(xué)生容易掌握的內(nèi)容，如X射線等章節(jié)．線上通過觀看視頻、討論、單元測(cè)驗(yàn)等形式完成學(xué)習(xí)，線下課堂教師根據(jù)學(xué)生的在線問題對(duì)知識(shí)的重難點(diǎn)進(jìn)行梳理，解決一些有難度的習(xí)題，也經(jīng)常以小組為單位講解知識(shí)，展示學(xué)習(xí)成果．采用SPOC課程，教師對(duì)學(xué)習(xí)過程實(shí)現(xiàn)有效管理，根據(jù)情況靈活調(diào)整學(xué)習(xí)進(jìn)度和節(jié)奏．如在有軍訓(xùn)的學(xué)期，把幾何光學(xué)等相對(duì)簡單的內(nèi)容調(diào)整為自修內(nèi)容，學(xué)生利用豐富的線上資源，根據(jù)自己的時(shí)間自由安排學(xué)習(xí)，學(xué)生遇到問題時(shí)，可以隨時(shí)在線上交流討論．教師在線上提出非標(biāo)準(zhǔn)答案討論題，重點(diǎn)考察學(xué)生應(yīng)用知識(shí)的能力而不是知識(shí)點(diǎn)本身，促進(jìn)學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的深入探究和理解，形成觀看視頻+電子閱讀+在線討論+作業(yè)+測(cè)試的學(xué)習(xí)新模式．學(xué)生可以利用移動(dòng)終端便捷學(xué)習(xí)，合理利用碎片化時(shí)間，做到了時(shí)時(shí)處處可學(xué)．所以，SPOC打破了傳統(tǒng)的封閉課堂，實(shí)現(xiàn)了課堂教學(xué)的開放和差異化．教師通過SPOC平臺(tái)數(shù)據(jù)，如觀看視頻的進(jìn)度、對(duì)資源的查看和完成情況以及學(xué)生在線討論的活躍度及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況［10］．圖1給出了學(xué)生參加線上問題討論的情況，共有107名學(xué)生參加SPOC課程，每次參加討論的人數(shù)達(dá)到70%左右，學(xué)生參與度高．線上成績作為平時(shí)成績，包括單元測(cè)試、討論、作業(yè)、線上期末考試，比例分別為單元測(cè)試20%，討論10%，作業(yè)20%，線上期末考試50%．圖2給出了線上學(xué)生總成績的分布圖，可以看出，優(yōu)秀學(xué)生62人，占比為58%，說明學(xué)生積極參與線上學(xué)習(xí)并取得優(yōu)異成績．不及格人數(shù)有13人，發(fā)現(xiàn)其中有9人因?yàn)殄e(cuò)過期末考試提交截止時(shí)間造成了不及格．通過采取多次推送通知等措施加強(qiáng)課程管理，目前學(xué)生線上成績不及格率低于5%．對(duì)于線下期末筆試考試，筆者采用了對(duì)照組，來分析、比較教學(xué)效果．教學(xué)的班級(jí)和未采用的教學(xué)班級(jí)的學(xué)生線下期末考試成績分布對(duì)比．采用混合式教學(xué)的學(xué)生共有107人，優(yōu)秀為34人，占比31．8%;采用傳統(tǒng)教學(xué)方式的學(xué)生101人，優(yōu)秀學(xué)生19人，占比為18．8%．教學(xué)模式改革后，優(yōu)秀學(xué)生數(shù)量明顯增加，說明新的教學(xué)方式調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高了教學(xué)效果．兩種模式及格和不及格的學(xué)生分布差別不大，下一步針對(duì)學(xué)習(xí)有困難的同學(xué)，擬進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)方案，規(guī)劃建設(shè)線上先修課教學(xué)資源，建立互助學(xué)習(xí)小組，幫助和促進(jìn)這部分學(xué)生的學(xué)習(xí)．基于SPOC的混合式教學(xué)模式，促進(jìn)了信息技術(shù)和教育教學(xué)的融合，拓展了學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑，借鑒MOOC的優(yōu)點(diǎn)并加以優(yōu)化，其交互性，多樣化的教學(xué)模式，推動(dòng)了教學(xué)改革，促進(jìn)了醫(yī)學(xué)物理學(xué)課程建設(shè)水平．

4結(jié)論

總之，結(jié)合醫(yī)學(xué)物理學(xué)課程特色，本文建設(shè)了豐富的線上教學(xué)資源，以品牌教材做支撐，形成新形態(tài)教材，并不斷探索新型教學(xué)模式和方法，形成典型教學(xué)案例，通過多維度的教學(xué)改革提高了課程的創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，提高了教學(xué)質(zhì)量和效果．有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，做到時(shí)時(shí)、處處可學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、探究、分析和解決問題的能力．學(xué)生完成課程學(xué)習(xí)進(jìn)行課程評(píng)價(jià)時(shí)，一致肯定了醫(yī)學(xué)物理學(xué)課程的地位和重要作用，并且科學(xué)素養(yǎng)和自主學(xué)習(xí)能力都得到了提升，他們中有多人次在大學(xué)生物理競(jìng)賽中獲得獎(jiǎng)項(xiàng)．目前筆者的MOOC課程在智慧樹和中國大學(xué)MOOC平臺(tái)已經(jīng)開設(shè)5個(gè)學(xué)期，被多所院校指定為參考課程，共有2萬多名學(xué)習(xí)者參加課程學(xué)習(xí)．未來希望廣大課程團(tuán)隊(duì)可以合作共享、集思廣益、相互借鑒，在有限的學(xué)時(shí)條件下盡可能的幫助學(xué)生獲得完整的物理學(xué)知識(shí)體系和系統(tǒng)的思維訓(xùn)練，取得理想的教學(xué)效果，共同推動(dòng)醫(yī)學(xué)物理學(xué)課程的建設(shè)和發(fā)展．

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作者:劉鳳芹 蓋志剛 于淑云 劉建強(qiáng) 單位:山東大學(xué)物理學(xué)院/物理國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心