全國大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競賽(創(chuàng)新)講課類比賽心得與體會

鄧雨琪　趙西梅　王錦輝　王宇興

關(guān)鍵詞 大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)（創(chuàng)新）競賽;心臟起搏器;教學(xué)設(shè)計(jì);思政教育

全國大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競賽自2010年起開始舉辦，每兩年舉辦一次。在2020年，經(jīng)過高等學(xué)校國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心聯(lián)席會討論，將該賽事分為教學(xué)賽和創(chuàng)新賽兩部分，創(chuàng)新賽每年舉辦一次，教學(xué)賽隔年舉辦一次。全國大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競賽入圍2020年全國普通高校大學(xué)生競賽排行榜。

大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)講課比賽是全國大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競賽（創(chuàng)新）三個類別之一。參賽學(xué)生根據(jù)賽事組委會公布的講課比賽形式及要求，自選講課內(nèi)容，預(yù)賽時按要求提交講課視頻，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)評審;決賽采取線上答辯的比賽形式。

對于講課類比賽，如果想要達(dá)到理想的教學(xué)效果和得到較好的比賽名次，最重要的一點(diǎn)就是精心進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，下面就以心臟起搏器實(shí)驗(yàn)為例，分享比賽過程中參賽選手的心得體會以及如何一步步進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。

1 研讀比賽細(xì)則標(biāo)準(zhǔn)

首先要認(rèn)真研讀比賽細(xì)則和評分標(biāo)準(zhǔn)。參賽選手要非常清楚對講課類比賽的形式和視頻剪輯的要求，特別是視頻剪輯的要求和時長，如果不仔細(xì)研讀會犯規(guī)扣分甚至有出局的可能。對于講課類比賽時長（16～20分鐘）的要求限制了講課時內(nèi)容的取舍和精煉程度。評分標(biāo)準(zhǔn)是打分的依據(jù)，一定要認(rèn)真研讀，把握精髓。2021年大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)講課競賽評分標(biāo)準(zhǔn)分6個維度12個要點(diǎn)總共100分。具體細(xì)則簡化如下：

1） 教學(xué)理念：落實(shí)立德樹人，發(fā)揮課程育人功能;以學(xué)生為中心，體現(xiàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新。（10分）

2） 教學(xué)內(nèi)容：無科學(xué)性錯誤，實(shí)驗(yàn)操作熟練、規(guī)范;有一定深度和挑戰(zhàn)度;具有前沿性和時代性。（30分）：

3） 教學(xué)過程：恰當(dāng)有效利用現(xiàn)代化技術(shù)手段和教學(xué)方法;注重教學(xué)過程探究性。（30分）

4） 教學(xué)效果：有效促進(jìn)學(xué)生對所授內(nèi)容的理解;有效激發(fā)學(xué)生對學(xué)習(xí)的興趣，感悟課程的意義與價值。（10分）

5） 教學(xué)儀態(tài)：著裝得體，教態(tài)自然大方;教學(xué)語言（包括體態(tài)語）規(guī)范、準(zhǔn)確。（10分）

6） 文字展示：文字書寫規(guī)范，合理運(yùn)用板書;教學(xué)課件具有交互性和動態(tài)感;素材編輯簡潔、清新、美觀。（10分）

2 挑選講課比賽題目

按照競賽要求評估參賽題目。根據(jù)競賽要求和老師自己對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的把握，聚焦一個實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（或問題）進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，將問題講清楚。另外，挑選適合參賽選手和選手感興趣的題目也是非常關(guān)鍵因素。下面以心臟起搏器為例，展示選題的過程。

2.1 選擇合適的實(shí)驗(yàn)題目

開始選題時，考慮多重因素，包括實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是否符合大學(xué)生的物理知識水平，是否對大學(xué)生有啟發(fā)意義，是否具有創(chuàng)新點(diǎn)和亮點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備操作是否適合比賽演示等。

心臟起搏器實(shí)驗(yàn)是物理實(shí)驗(yàn)中心的老師根據(jù)心臟起搏器結(jié)合臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用，將科研成果提取、加工，設(shè)計(jì)出了適合醫(yī)科學(xué)生開設(shè)的具有醫(yī)學(xué)特色的物理實(shí)驗(yàn)。這個實(shí)驗(yàn)將高中知識與大學(xué)初期所學(xué)物理知識恰到好處地融合在醫(yī)學(xué)實(shí)踐中，讓學(xué)生認(rèn)識到將一個個簡單的物理元器件組合起來，就有可能實(shí)現(xiàn)巨大的突破，創(chuàng)造生命的奇跡。

這個實(shí)驗(yàn)雖然是心臟起搏器產(chǎn)生脈沖的一種簡單機(jī)制，但在最近幾年中進(jìn)行了一系列的教學(xué)改革，使得這個實(shí)驗(yàn)既有醫(yī)學(xué)特色，又有突出的創(chuàng)新點(diǎn)和亮點(diǎn)，而且實(shí)驗(yàn)儀器可以集中布展，適合演示操作，演示效果清晰可見。圖1為實(shí)驗(yàn)設(shè)備展示。

2.2 遵從參賽選手的興趣愛好

因?yàn)閰①愡x手是一名醫(yī)學(xué)院大一學(xué)生，在物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中，對心臟起搏器實(shí)驗(yàn)記憶猶新，結(jié)合自身上課的體驗(yàn)，在詳細(xì)查看教案和查找實(shí)驗(yàn)背景資料后，對這個實(shí)驗(yàn)有了自己的一些想法和感悟，認(rèn)為可以巧妙地結(jié)合醫(yī)學(xué)特色，甚至電路原理的講解也可以運(yùn)用醫(yī)學(xué)解剖的思路，這樣結(jié)合實(shí)驗(yàn)的亮點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)后，就能把實(shí)驗(yàn)內(nèi)容講解得更加豐富多彩。

綜合實(shí)驗(yàn)本身特點(diǎn)和參賽選手自己的興趣愛好，最終確定心臟起搏器實(shí)驗(yàn)參選。遵從參賽選手內(nèi)心的聲音，選擇參賽選手感興趣的實(shí)驗(yàn)題目，為接下來的講課準(zhǔn)備增添了信心與耐心。

3 建議增加說課環(huán)節(jié)

組委會建議在正式講解實(shí)驗(yàn)之前花1分鐘左右時間酌情增加說課環(huán)節(jié)。這只是建議，而非必要環(huán)節(jié)。通過簡單說課，介紹課情、學(xué)情、教學(xué)方式方法和要解決的問題，理清教學(xué)思路。同時也是讓評委大概了解比賽的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，明確實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新點(diǎn)和亮點(diǎn)在哪里，以及最后達(dá)到的教學(xué)效果。心臟起搏器實(shí)驗(yàn)比賽增加了這一環(huán)節(jié)，具體內(nèi)容如表1所示。

4 設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)

這一環(huán)節(jié)非常關(guān)鍵，不一定完全按照常規(guī)實(shí)驗(yàn)課講解的方式，而是根據(jù)選擇比賽題目的內(nèi)容和特點(diǎn)，跳出原有教學(xué)模式，精心設(shè)計(jì)、反復(fù)打磨，體現(xiàn)以學(xué)生為中心，并在教學(xué)過程中逐步展示課程兩性一度的提升。圖2為心臟起搏器實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)。

4.1 體現(xiàn)特色和亮點(diǎn)

類比的教學(xué)方法。實(shí)驗(yàn)原理講解時，并沒有像其他物理實(shí)驗(yàn)一樣開門見山直接進(jìn)行物理原理的講解，而是從醫(yī)學(xué)生的角度去思考，和醫(yī)學(xué)知識點(diǎn)緊結(jié)合，凸顯實(shí)驗(yàn)特色。比如，采取類比的方法，將心臟自身起搏原理與安裝到人體的心臟起搏器的工作原理進(jìn)行比擬，讓學(xué)生非常能直觀的進(jìn)行理解和接受。

化繁為簡分析電路。講解電路原理時，采用醫(yī)學(xué)解剖學(xué)思路，將復(fù)雜電路（見圖3）化繁為簡，簡化為三個電路（見圖4、圖5、圖6），緊緊圍繞電路中電容器充放電，及三極管在電路中的作用展開，層層剖析電路，引導(dǎo)學(xué)生逐步理解和自主分析，一層一層揭開電路工作的奧秘，得到了意想不到的效果。

虛、實(shí)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)方式。在模板電路中，改變阻值容易實(shí)現(xiàn)，但是改變電容器、三極管的類型和其他電子元器件比較困難，所以設(shè)計(jì)了兩個虛擬仿真拓展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，一個是探究三極管放大電流現(xiàn)象，另一個是心臟起搏器波形觀察和性能參數(shù)調(diào)整的研究。體現(xiàn)出心臟起搏器實(shí)驗(yàn)兩性一度的教學(xué)設(shè)計(jì)，這也是心臟起搏器教學(xué)的一個亮點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)。當(dāng)然利用虛擬仿真軟件學(xué)生可以提前預(yù)習(xí)，教師講課可以演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，這樣采取虛、實(shí)相實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)方式，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)手段的現(xiàn)代化[5-6]

定性與定量相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)方法。在測量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時，心臟起搏器實(shí)驗(yàn)采用定性觀察和定量測量相結(jié)合的方式，這也是該實(shí)驗(yàn)的一個亮點(diǎn)，在教學(xué)和比賽中要突出顯示這種特色和方法，也是培養(yǎng)學(xué)生探索性思維能力的一種體現(xiàn)。如圖7所示，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳吓月冯娐放c常規(guī)電路的控制開關(guān)K3 實(shí)現(xiàn)定性觀察和定量測量的實(shí)驗(yàn)方法。

4.2 融入思政教育，探尋實(shí)驗(yàn)意義

新時代的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)不能僅僅停留于物理實(shí)驗(yàn)的講解，還應(yīng)該更多地融入思政教育，但是如何在20分鐘的講課時間內(nèi)詳略得當(dāng)，環(huán)環(huán)相扣地融入適當(dāng)?shù)乃颊?nèi)容是備課過程中的難點(diǎn)。

凝練“三劍客”精神。在查找有關(guān)心臟起搏器的資料過程中，了解到世界上第一例埋藏式心臟起搏器是1958年在瑞士成功植入的，并且整個過程中離不開“三劍客”——醫(yī)生、患者和工程師之間的緊密合作、相互信任和堅(jiān)持不懈（見圖8）。在進(jìn)一步深挖歷史背景時，了解到創(chuàng)造生命的奇跡的過程并不是一帆風(fēng)順的，但如何講述背景知識才能讓學(xué)生真正有所感悟，并且能觸動他們的靈魂深處。在一遍遍講解過程中，與其直接告訴學(xué)生故事的結(jié)果或者科學(xué)家們的成就，不如將科學(xué)家之間相互信任與合作，突破一道道難關(guān)的過程講精彩，利用故事中一些數(shù)字展示和細(xì)節(jié)來觸動人心，凝練總結(jié)“三劍客”的精神，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生好奇心，這些冷冰冰的電子元器件是如何驅(qū)動心臟跳動的，從而引出具體的教學(xué)內(nèi)容。

展望科學(xué)前沿內(nèi)容。我們將實(shí)驗(yàn)探究的問題與心臟起搏器的科技前沿發(fā)展聯(lián)系起來，在最后實(shí)驗(yàn)操作計(jì)算心臟起搏器使用年限內(nèi)容上，自然引入心臟起搏器哪些性能還可以改良。在了解當(dāng)今最先進(jìn)的無導(dǎo)線心臟起搏器Micra使用年限長、體積小，特別是可以兼容3T 核磁共振檢查等主要性能參數(shù)，及未來朝著迷你且智能化方向發(fā)展之后，學(xué)生發(fā)揮自己的想象力與創(chuàng)造力發(fā)現(xiàn)問題并找到解決思路，通過簡單的實(shí)驗(yàn)感受到發(fā)明創(chuàng)造的快感，比如未來治療帕金森疾病的腦起搏器也會有類似的情況。

總結(jié)升華，畫龍點(diǎn)睛。最后引發(fā)啟示醫(yī)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的意義是什么，也啟示醫(yī)學(xué)生在學(xué)習(xí)、以后工作和科研中學(xué)習(xí)“三劍客”精神，這樣與前面的思政內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣，并且引發(fā)學(xué)生的思想升華，從而到達(dá)我們教學(xué)的目的。

5 結(jié)語

這次物理實(shí)驗(yàn)講課比賽搭建了一個平臺，讓參賽選手站在教師的角度去思考一堂物理實(shí)驗(yàn)課到底能給學(xué)生帶來哪些思考，應(yīng)該達(dá)到哪些要求。作為醫(yī)學(xué)生，在備課過程中也不斷反思醫(yī)學(xué)生學(xué)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)的意義，不斷完善自身思想體系。

通過參加比賽，將心臟起搏器實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)與思路進(jìn)行了整理與重構(gòu)，在備賽的過程中不斷優(yōu)化實(shí)驗(yàn)各方面的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與教學(xué)方法，從人文情懷元素的融入到突出醫(yī)學(xué)特色，從層層剖析實(shí)驗(yàn)電路原理到虛、實(shí)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的現(xiàn)代化教學(xué)手段以及定性與定量結(jié)合的實(shí)驗(yàn)測量方法，逐步帶領(lǐng)學(xué)生領(lǐng)略物理實(shí)驗(yàn)的魅力，從而激發(fā)學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)的興趣。

賽后，我們將比賽中教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐后顯示教學(xué)效果特別好，以賽促教確實(shí)是一種提高教學(xué)質(zhì)量的一種方式，也是這類競賽的意義和目的。