醫(yī)用物理學(xué)課程線上線下混合式“金課”的研究與實(shí)踐

劉東華，韓琳，陸曉元，任武

新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院 醫(yī)用物理學(xué)教研室（新鄉(xiāng)，453003）

0 引言

我們生活在新時(shí)代，中華人民共和國(guó)成立70年來(lái)，我國(guó)正在從建立在人口基礎(chǔ)上的教育大國(guó)走向注重教育質(zhì)量的教育強(qiáng)國(guó)，高等教育的發(fā)展促進(jìn)了我國(guó)從人力資源大國(guó)逐步成長(zhǎng)為人力資源強(qiáng)國(guó)；創(chuàng)新文化的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)總量的增長(zhǎng)，使我國(guó)逐漸成為創(chuàng)新大國(guó)和經(jīng)濟(jì)大國(guó)。中國(guó)擔(dān)負(fù)著促進(jìn)世界和平和繁榮發(fā)展的國(guó)際義務(wù)與責(zé)任，中國(guó)經(jīng)驗(yàn)將會(huì)被越來(lái)越多的國(guó)家需要和借鑒。為了打造具有中國(guó)特色的課程品牌，有力支持培養(yǎng)卓越拔尖人才的重任，培養(yǎng)具有世界影響力的工程師、教育家、科學(xué)家、思想家，中國(guó)原創(chuàng)課程形態(tài)的金課，將會(huì)為國(guó)際教育發(fā)展提供中國(guó)經(jīng)驗(yàn)和中國(guó)案例［1］。

提升大學(xué)課程難度，淘汰“水課”，建設(shè)“金課”，是當(dāng)前推進(jìn)教學(xué)改革，加快一流學(xué)科和一流專業(yè)建設(shè)的重要發(fā)力點(diǎn)［2］，是不忘初心的具體體現(xiàn)，是增強(qiáng)中國(guó)教育總體實(shí)力和國(guó)際影響力的重要舉措。

《醫(yī)用物理學(xué)》是高等學(xué)校醫(yī)藥類各專業(yè)學(xué)生的重要必修專業(yè)基礎(chǔ)課程。物理學(xué)提供的技術(shù)和方法為醫(yī)學(xué)的研究、臨床實(shí)踐開(kāi)辟了許多新的途徑；物理學(xué)的知識(shí)是了解醫(yī)學(xué)、生命現(xiàn)象不可缺少的基礎(chǔ)；物理學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)是一個(gè)醫(yī)務(wù)工作者所必備的，更是構(gòu)成醫(yī)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分?！夺t(yī)用物理學(xué)》課程的主要任務(wù)是為醫(yī)學(xué)生打好必要的物理基礎(chǔ)，培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生科學(xué)的宇宙觀、自然觀和辯證唯物主義世界觀；培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生的創(chuàng)新、探索精神；培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生的科學(xué)思維能力，掌握科學(xué)方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)使醫(yī)學(xué)生獲得物理實(shí)驗(yàn)方法和基本技能的訓(xùn)練，培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究工作的能力和良好的工作作風(fēng)。通過(guò)《醫(yī)用物理學(xué)》的教學(xué)，應(yīng)使醫(yī)學(xué)生對(duì)物理學(xué)的基本概念、基本理論、基本方法有比較全面和系統(tǒng)的了解，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)后繼課程打下基礎(chǔ)。

我們按照教育部的要求，將《醫(yī)用物理學(xué)》課程打造成具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的金課。下面淺談我們?cè)诮虒W(xué)中的幾點(diǎn)做法。

1 線上教學(xué)

2007年《醫(yī)用物理學(xué)》課程被評(píng)為新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院精品課程，2015年被評(píng)為校級(jí)資源共享精品課程，2016年，《醫(yī)用物理學(xué)》課程獲得新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院微課程建設(shè)立項(xiàng)，并按計(jì)劃完成制作任務(wù)，通過(guò)學(xué)校組織的驗(yàn)收。按照教學(xué)大綱、教學(xué)計(jì)劃，根據(jù)醫(yī)用物理學(xué)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，錄制微課視頻198個(gè)，已通過(guò)學(xué)習(xí)通平臺(tái)進(jìn)入學(xué)校教學(xué)資源庫(kù)［3］。線上教學(xué)依托學(xué)習(xí)通平臺(tái)，不斷完善微課視頻。在2017級(jí)臨床醫(yī)學(xué)各專業(yè)中進(jìn)行微課教學(xué)，在2018級(jí)、2019級(jí)、2020級(jí)臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)中進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)。所謂翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué)，是指教師根據(jù)知識(shí)點(diǎn)創(chuàng)建微課視頻，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生在課前觀看微課視頻完成知識(shí)的學(xué)習(xí)，課堂時(shí)間用于啟發(fā)學(xué)生怎樣進(jìn)一步去深入思考、探究，課堂變成了老師學(xué)生之間和學(xué)生與學(xué)生之間面對(duì)面交流、質(zhì)疑、辯論、互動(dòng)的場(chǎng)所，包括答疑解惑、知識(shí)的運(yùn)用等，從而達(dá)到更好的教育效果。傳統(tǒng)教學(xué)模式是“先教后學(xué)”，以教為中心；翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式是“先學(xué)后教”，以學(xué)為中心。三年來(lái)學(xué)習(xí)通點(diǎn)擊量為7 080 570次，突破700萬(wàn)人次。

2 線下課堂教學(xué)注重緊密結(jié)合醫(yī)學(xué)

課程教學(xué)內(nèi)容有前沿性和時(shí)代性，物理學(xué)的知識(shí)是了解醫(yī)學(xué)、生命現(xiàn)象不可缺少的基礎(chǔ)，物理學(xué)所提供的技術(shù)和方法為醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)的研究、臨床實(shí)踐開(kāi)辟了許多新的途徑。為此，我們完善和整合教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)物理學(xué)與醫(yī)學(xué)的緊密結(jié)合，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動(dòng)性。在理論課教學(xué)內(nèi)容上，增加血液流變學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、超聲波的醫(yī)學(xué)應(yīng)用、心電圖機(jī)理、人眼屈光不正及矯正、計(jì)算機(jī)斷層成像（X-CT）基本原理、數(shù)字化X射線成像（DR）原理、數(shù)字減影血管造影（DSA）原理、磁共振成像（MRI）原理、核醫(yī)學(xué)成像原理等內(nèi)容，將物理學(xué)的發(fā)展與醫(yī)學(xué)緊密結(jié)合，開(kāi)闊同學(xué)的視野，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

學(xué)生實(shí)踐能力是綜合素質(zhì)培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，我們?cè)谵D(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念、更新教學(xué)內(nèi)容，改變教學(xué)方法等方面進(jìn)行了大量的研究與實(shí)踐。增加和改進(jìn)與醫(yī)學(xué)實(shí)際結(jié)合緊密的項(xiàng)目如“傳感器特性及人體血壓的測(cè)量”， “數(shù)碼顯微攝影”和“A型超聲探測(cè)”，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)更具實(shí)用價(jià)值。

3 線下課堂教學(xué)體現(xiàn)互動(dòng)、探究的特點(diǎn)

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)基本是2周上1次理論課，一次課講授1章的內(nèi)容。教師在一起進(jìn)行集體備課，統(tǒng)一授課內(nèi)容，主要是本章與學(xué)生互動(dòng)的問(wèn)題及典型例題以及學(xué)習(xí)任務(wù)單，包括學(xué)生課前理論課預(yù)習(xí)內(nèi)容、要看的微課視頻、思考題及部分習(xí)題。學(xué)習(xí)任務(wù)單要精心制作，在課前發(fā)給學(xué)生。醫(yī)用物理學(xué)課程建成有一定難度，需要學(xué)生和老師一起，不斷努力，跳一跳才能夠得著，老師要認(rèn)真花時(shí)間、花精力、花情感備課講課，讓課程變成具有震撼力的課程，學(xué)生課上課下要留有較多的學(xué)習(xí)思考時(shí)間做保障。

以液體的流動(dòng)這一章為例，學(xué)習(xí)任務(wù)單上給出15個(gè)思考題，基本上是上課與學(xué)生互動(dòng)內(nèi)容。比如：①試估算人倒立時(shí)，頭部、腳部動(dòng)脈、靜脈血壓為多少？②根據(jù)泊肅葉定律，試分析可采用那些方法來(lái)改善血液循環(huán)？③在自然界為什么只有流線型的鳥(niǎo)而無(wú)流線型的昆蟲(chóng)？④試分析足球比賽中“香蕉球”的形成原因。

學(xué)習(xí)任務(wù)單上思考題要緊密結(jié)合日常生活實(shí)際，緊密結(jié)合臨床醫(yī)學(xué)，不是簡(jiǎn)單告訴你什么是錯(cuò)的，什么是對(duì)的，而是培養(yǎng)學(xué)生去探究學(xué)習(xí)。

4 醫(yī)用物理學(xué)課程思政教學(xué)

習(xí)近平總書(shū)記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上強(qiáng)調(diào)，要用好課堂教學(xué)這個(gè)主渠道，“要把做人做事的基本道理、把社會(huì)主義核心價(jià)值觀的要求、把實(shí)現(xiàn)民族復(fù)興的理想和責(zé)任融入各類課程教學(xué)之中”，各類課程都要與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)。醫(yī)用物理學(xué)作為高等醫(yī)學(xué)院校一門基礎(chǔ)性學(xué)科，由于其自身的歷史淵源和獨(dú)特的發(fā)展過(guò)程，蘊(yùn)涵著極為豐富的“課程思政”內(nèi)容［4］。本課題組在醫(yī)用物理學(xué)課程中，建設(shè)課程思政案例，做到圖文并茂、深入淺出、寓教于樂(lè)、不是簡(jiǎn)單的說(shuō)教。注重加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的世界觀、人生觀和價(jià)值觀的教育，傳承和創(chuàng)新優(yōu)秀傳統(tǒng)中華文化，積極引導(dǎo)當(dāng)代學(xué)生樹(shù)立正確的國(guó)家觀、民族觀、歷史觀、文化觀，從而為社會(huì)培養(yǎng)更多德智體美勞全面發(fā)展的人才，為中國(guó)特色社會(huì)主義事業(yè)培養(yǎng)合格的建設(shè)者和可靠的接班人。

課程思政在教學(xué)中起到畫(huà)龍點(diǎn)睛的作用，拓展了教學(xué)的廣度與深度。我們主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行課程思政教學(xué)。觸動(dòng)心靈的教育才是好的教育, 社會(huì)是終身教育的大課堂，災(zāi)難是人生歷練的大考場(chǎng)［5］，把災(zāi)難當(dāng)教材、把困難當(dāng)磨礪，結(jié)合武漢戰(zhàn)疫進(jìn)行課程思政教學(xué)；結(jié)合祖國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)，結(jié)合改革開(kāi)放進(jìn)行課程思政教學(xué)；結(jié)合科學(xué)家報(bào)效祖國(guó)的愛(ài)國(guó)情懷進(jìn)行課程思政教學(xué)；結(jié)合科學(xué)家的高貴品質(zhì)進(jìn)行課程思政教學(xué)；結(jié)合中華傳統(tǒng)文化進(jìn)行課程思政教學(xué)。我們編寫了程思政案例25個(gè)，分別是：北斗導(dǎo)航精神，嫦娥1號(hào)，兩彈一星精神，世上無(wú)難事、只要肯登攀，墨子號(hào)量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，長(zhǎng)江三峽大壩，中國(guó)高鐵，王亞平太空授課，武漢戰(zhàn)疫1，武漢戰(zhàn)疫2，武漢戰(zhàn)疫3，科學(xué)家報(bào)效祖國(guó)的愛(ài)國(guó)情懷——南仁東，科學(xué)家的高貴品質(zhì)，我國(guó)古代的科學(xué)貢獻(xiàn)，科學(xué)家追求真理為科學(xué)獻(xiàn)身的精神，高錕精神，盧瑟福勇往直前的精神，為科學(xué)獻(xiàn)身的居里夫人，獻(xiàn)身科學(xué)事業(yè)的法拉第，敢于挑戰(zhàn)權(quán)威的托馬斯·楊，服從真理的科學(xué)家恩利克·費(fèi)米敢于探索，不怕?tīng)奚臈罾麄?，?jiān)守報(bào)國(guó)初心，筑牢“海防長(zhǎng)城”，我國(guó)古代的科學(xué)家發(fā)明——司南，中國(guó)創(chuàng)造中國(guó)引領(lǐng)。

下面以液體的流動(dòng)為例講兩個(gè)課程思政案例。每個(gè)案例后面提出一個(gè)物理問(wèn)題，這些問(wèn)題可以使教師與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)交流，使課程當(dāng)中有機(jī)地融入價(jià)值塑造的元素，避免生硬的機(jī)械組合，努力實(shí)現(xiàn)自然的有機(jī)融合。探求活的思政，而不是刻板的思政。

在講過(guò)伯努利方程后引入案例1：中國(guó)高鐵被譽(yù)為中國(guó)的新四大發(fā)明，復(fù)興號(hào)高鐵速度可達(dá)350 km/h，和諧號(hào)高鐵速度可達(dá)300 km/h，2019年底，中國(guó)高速鐵路營(yíng)業(yè)總里程將達(dá)到3.5萬(wàn)km。中國(guó)高鐵滿足人民出行要求，增強(qiáng)了中華民族自信心和自豪感，高鐵的修建說(shuō)明社會(huì)主義制度可以集中力量辦大事。

物理問(wèn)題：火車進(jìn)站時(shí)，乘客為什么要退到安全線以后？

在講過(guò)小孔流速問(wèn)題后引入案例2：三峽大壩是當(dāng)今世界最大的水利發(fā)電工程，大壩結(jié)構(gòu)為混凝土重力壩，大壩壩頂總長(zhǎng)3 035 m，壩高185 m。設(shè)計(jì)正常蓄水水位枯水期為l75 m、豐水期為145 m，左右岸廠房共安裝32臺(tái)水能發(fā)電機(jī)組，機(jī)組單機(jī)容量均為70萬(wàn)kW，總裝機(jī)容量2 250萬(wàn)kW，年平均發(fā)電量1000億度。三峽大壩于1994年12月14日正式動(dòng)工修建，2006年5月20日全線修建成功。三峽大壩主要有三大效益，即發(fā)電、航運(yùn)和防洪。

偉大的革命先行者孫中山在《建國(guó)方略》中提出建設(shè)三峽工程的設(shè)想，共和國(guó)締造者毛澤東主席1956年三次暢游長(zhǎng)江之后寫下的氣勢(shì)磅礴、豪情滿懷的光輝詩(shī)篇，《水調(diào)歌頭·游泳》，“更立西江石壁，截?cái)辔咨皆朴?，高峽出平湖”，成為人們對(duì)三峽工程的美好向往。只有改革開(kāi)放后我國(guó)綜合國(guó)力增強(qiáng)后，才能修建成這一巨大工程。這說(shuō)明改革開(kāi)放是完全正確的，我們要增強(qiáng)理論自信，道路自信。

物理問(wèn)題：水位按175米，試估算泄洪深孔水流速度。

5 教學(xué)效果

醫(yī)用物理學(xué)課程實(shí)現(xiàn)了線上、線下教學(xué)的有效對(duì)接與融合，從而大幅提升教學(xué)質(zhì)量。

在2019級(jí)臨床醫(yī)學(xué)1～32班中進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，平均成績(jī)，試卷及格率，算上平時(shí)成績(jī)后及格率均明顯高于傳統(tǒng)教學(xué)班級(jí)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)處理翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)班級(jí)平均成績(jī)對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)班級(jí)平均成績(jī)P＜0.01，有非常顯著意義。2019級(jí)醫(yī)用物理學(xué)成績(jī)統(tǒng)計(jì)如表1。

表1 2019級(jí)醫(yī)用物理學(xué)課程成績(jī)統(tǒng)計(jì)Tab. 1 Score statistics of 2019 medical physics course

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)977名同學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)710名同學(xué)成績(jī)分布曲線均為正態(tài)分布，如圖1、圖2所示。

圖1 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)學(xué)生成績(jī)分布曲線Fig.1 Student achievement distribution curve of flipped classroom teaching

圖2 傳統(tǒng)教學(xué)學(xué)生成績(jī)分布曲線Fig.2 Distribution curve of students' scores in traditional teaching

在問(wèn)卷星上對(duì)2019級(jí)976位同學(xué)進(jìn)行調(diào)查，89.85%的同學(xué)是認(rèn)同翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué),結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 2019級(jí)翻轉(zhuǎn)課堂同學(xué)問(wèn)卷調(diào)查Tab. 2 Questionnaire survey of 2019 flipped classroom students

《醫(yī)用物理學(xué)》課程進(jìn)行兩年的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)表明：翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)是一種先進(jìn)的教學(xué)方法，主要培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立自主的學(xué)習(xí)能力，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)以及科學(xué)素質(zhì)［6］。

利用學(xué)習(xí)通平臺(tái)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，實(shí)現(xiàn)《醫(yī)用物理學(xué)》課程的泛在學(xué)習(xí)、移動(dòng)學(xué)習(xí)以及數(shù)字教學(xué)，從而實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新，促進(jìn)教育教學(xué)質(zhì)量的不斷的提高。

醫(yī)用物理學(xué)課程不僅是知識(shí)的簡(jiǎn)單傳授，而且是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)以及綜合能力。2019年，醫(yī)用物理學(xué)微課建設(shè)及翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革與實(shí)踐獲得新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院教學(xué)成果二等獎(jiǎng)，河南省教育廳成果一等獎(jiǎng)。