醫(yī)學院校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的物理學教學探索與實踐

漆 顥，肖 蒙，殷學毅，熊 洋

（湖北中醫(yī)藥大學，湖北 武漢 430065）

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)作為一個新興產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了快速發(fā)展階段，社會對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才的需求也日益凸顯，許多高校設計了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，部分地方醫(yī)學院校直接開設了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，也有少數(shù)醫(yī)學院校在其他專業(yè)下設有物聯(lián)網(wǎng)方向課程。而物理學作為理工科的一門必修的基礎課，在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的培養(yǎng)方案中占據(jù)非常重要的角色，一般在高等醫(yī)學院校的第一學年開設。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)物理學的后續(xù)課程包括模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子電路等，它們之間聯(lián)系非常緊密。醫(yī)學院校的物理學課程是將傳統(tǒng)的物理學與現(xiàn)代醫(yī)學相結(jié)合，除了講授基本的物理原理之外，更加注重與醫(yī)學技術(shù)相關(guān)的實際應用的講解，這也是這門課與其他理工科大學物理課程的不同之處。隨著時代的快速發(fā)展，現(xiàn)代醫(yī)學技術(shù)與物理學聯(lián)系非常緊密，每一次進步都是與物理學的完美結(jié)合，這門課同數(shù)學一樣是醫(yī)學類本科院校教學最基礎的課程，針對該課程的改革對后續(xù)的物聯(lián)網(wǎng)工程的專業(yè)課教學是十分有幫助的?，F(xiàn)代的教學理論同傳統(tǒng)的教學理論相比發(fā)生了很大的改變，如何利用現(xiàn)代教學理論指導醫(yī)用物理學的教學，針對出現(xiàn)的問題進行改革，已成為任課老師在該課程教學中不斷探索的任務。

關(guān)于物理學教學改革，許多高校已經(jīng)開展了依托不同現(xiàn)代教育理論的教學模式的探索。例如李光仲等[1]通過案例式教學提高學生對于醫(yī)用物理學的學習興趣，他采用的是案例式教學，使學生在學習理論知識時有一個固定的應用場景，有著不錯的教學效果，同時也實現(xiàn)了教學目標。羅利霞等[2]結(jié)合了PPT與功能強大的雨課堂教學軟件在教學安排和教學方法上進行了有效的嘗試，使學生的成績得到了明顯提高。伍佳等[3]基于雨課堂教學方式，從課程設計、教學技巧、知識結(jié)構(gòu)等方面進行改革探究，在提高課堂效率、提升學生素質(zhì)方面取得了很好的效果。戰(zhàn)麗波等[4]采用“慕課+翻轉(zhuǎn)課堂”的教學實踐取得了積極的教學效果。趙占娟等[5]采取“翻轉(zhuǎn)課堂”，通過老師與學生的角色互換激發(fā)學生的自主學習能力，提高學習興趣，增強了課堂上的互動，實現(xiàn)以學生為中心的教學理念，也取得了良好的教學效果。2003年，祝智庭教授在國內(nèi)首次對“混合式學習”進行了詳細介紹。至此，我國高校的混合式教學改革取得了較好的實際效果，如上海交大的 “大學物理‘翻轉(zhuǎn)課堂教學’研究與實踐”等。但是醫(yī)學院校對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)物理學的教學模式探索還屬于初級階段，本文是以湖北中醫(yī)藥大學物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)物理學課程建設實踐為例，基于混合式教學模式對該專業(yè)物理學教學過程開展相關(guān)研究。

1 混合式教學模式概況

混合式教學是將不同的教學模式應用在同一門課程教學當中，不同的老師采用的模式組合是不同的，本研究采用的是BOPPPS和對分課堂相結(jié)合的模式，兩種模式分別對應的是教師的“教”和學生的“學”。

在教師“教”的過程中采用的是BOPPPS模式，該模式是由國外的教學團隊提出的，包含六大版塊，每個字母代表一個板塊。其中，導入版塊主要是引入本次課的主題；學習目標版塊是讓學生在學習這個章節(jié)之前，清楚自己需要掌握的知識點；前測版塊主要是了解學生已經(jīng)具備的本次課的基礎知識；參與式學習版塊主要是與學生互動式教學，讓學生參與進來；后測模塊就是了解學生對于本次課的內(nèi)容的掌握情況；最后就是總結(jié)版塊，與課程開始階段實現(xiàn)首尾呼應，總結(jié)課程并讓學生回顧本節(jié)課的重點，評估是否達到了教學目標[6]。

在學生“學”的過程中采用對分課堂模式，該模式是張學新教授在2014年首次提出，并在復旦大學嘗試，取得了良好效果[7]。該模式的特點是把整個課堂時間分為前后兩個比例不同的部分，前一部分時間占比較少，主要是任課教師講授課程的時間，即上文提到的“教”的過程；后一部分時間占比較多，則是留給學生討論的時間，在這個過程中以學生為中心，培養(yǎng)學生獨立自主的學習能力及團隊協(xié)作能力，根據(jù)自己不同的知識儲備實現(xiàn)自我學習的差異化，達到自我調(diào)節(jié)，最終消化和吸收本節(jié)課的知識點。

2 關(guān)于混合式教學的研究重點

在教師“教”的過程中，涉及BOPPPS模式的研究重點是學習目標的建立和參與式學習的設計。學習目標非常重要，要使學生在這堂課程結(jié)束后知道自己掌握了哪些知識點，這些知識點能夠讓我們做什么、實現(xiàn)什么，與現(xiàn)代醫(yī)學技術(shù)有什么密切聯(lián)系，會使用到我們先前的哪些知識，及與后續(xù)專業(yè)課程有無關(guān)聯(lián)，等等；在思政方面，培養(yǎng)學生形成積極向上的人生觀和價值觀[8]。在參與式學習版塊的設計中需要多下功夫，不然會出現(xiàn)一頭熱，也就是當需要學生參與時，學生不參加，只有老師在講授的尷尬局面，所以要考慮全面，如何提高學生的參與度、老師對教與學的時間分配、課內(nèi)與課外學習的協(xié)調(diào)和配合、學生學習的個體差異等都是混合式教學模式下需要研究的重點內(nèi)容。

3 存在的問題

目前，在湖北中醫(yī)藥大學物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的物理學教學中面臨的現(xiàn)狀如下：在教的方面，傳統(tǒng)的教學方法就是老師在講臺上講解，配合板書及畫圖，有條件的學校會結(jié)合實驗道具，且多采用“滿堂灌”的方式。首先對于課程任務較多的老師，如果當天有較多的教學任務，那么在后續(xù)課堂上會出現(xiàn)興奮度下降、嗓子負擔加重的情況，這對教學質(zhì)量也是有影響的；其次對于學生來說，對物理學的初印象就是公式多、內(nèi)容枯燥無味，學生的精力也有限，不可能一堂課上始終保持很高的專注力，在這種“滿堂灌”的教學模式下學生更容易出現(xiàn)走神的情況，尤其是現(xiàn)在的課堂上學生覺得老師授課很乏味時還會去玩手機或者睡覺，這種課堂氣氛就十分低沉，學生會更加覺得物理難、學不好，這背后的原因就是傳統(tǒng)的教學模式束縛了學生的自主學習能力，課堂上缺少互動也扼制了學生的學習興趣，違背了“以學生為中心”的現(xiàn)代教學理念[9-11]。特別是在學的方面，有些學生中學階段并沒有學習好物理，導致學習基礎較差，本身對于學習物理興趣不大，主動學習的意愿不強；而且很多學生認為物理學作為一門專業(yè)基礎課與未來職業(yè)發(fā)展相關(guān)性小，都是公式和理論，就算是在課堂上勉強花時間，課后也是不會花時間學習的，只是抱著“及格萬歲”的思想進行學習，目的只是為了拿學分而已[12-14]。即便是愿意花時間學習的學生，由于醫(yī)用物理學本身公式繁多且內(nèi)容抽象，課本上的公式推導過程也是一帶而過，并不知道為什么這樣，因此多數(shù)學生對醫(yī)用物理學的學習僅僅停留于公式記憶，以應對期末的考核，通常是學完本學期的課程就不會再碰物理學了，更不用說如何把物理學與后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程相結(jié)合了。

4 擬解決辦法

針對目前湖北中醫(yī)藥大學物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)物理學教學中存在的問題，在教學方案設計中采用對分課堂模式，其中教師傳授知識的部分采用BOPPPS教學結(jié)構(gòu)，課外學生通過不同資源實現(xiàn)個性化學習，課內(nèi)另一半時間安排分組討論、合作學習等。通過此種方式使醫(yī)用物理學教學效果達到金課的標準，即高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，簡稱“兩性一度”[15]。

研究方法可采用以下四種方法：（1）分組比較法：這種方法是在同一個學期，選取同一年級同一專業(yè)的兩個班級，分為實驗組與對照組，即一個班采用混合式教學而另一個班不采用，最后比較教學效果。（2）觀察法：在平時授課中，對學生的學習狀態(tài)及行為進行觀察并記錄。（3）訪談法：在教學的不同階段，對不同學生進行約談，了解混合式教學對他們的影響。（4）問卷調(diào)查法：當采用了一段時間混合式教學后，針對教學情況對學生進行回訪，主要是針對教學過程、教學目標等情況設計調(diào)查問卷，考察學生對于這一教學模式的認可度和參與度是否達到了教學目標等。

混合式教學實施步驟：（1）第一次課講授：在BOPPPS結(jié)構(gòu)中的導入版塊（B），可利用課程回顧、播放與主題相關(guān)影片、提出具有爭議的論點等方式引發(fā)學生們的思考；然后闡明學習要達到的目標（O），在學生開始學習之前就明白自己要學哪些，帶著問題去學習，效率會大大提升；接著通過前測（P）來了解學生先備知識以及學生的興趣點在哪里，根據(jù)先測的內(nèi)容來調(diào)整本次課程的難度，及時合理地安排教學進度，這一前測版塊可利用雨課堂的小測驗功能；在參與式學習版塊（P）可使用小組討論、案例研究等一些教學互動技巧，配合電子互動工具進行；用后測（P）了解學生學到了什么，是否達到學習目標；最后進行課堂總結(jié)（S），幫助學生梳理整堂課程的知識點，讓學生回顧課堂開始的問題，引導學生進行反思，提煉要點，在時間允許的情況下畫出思維導圖，課堂結(jié)束后告知學生下次課的主要內(nèi)容，讓學生提前預習。（2）課外學生自主學習：教師提供線上教學資源，學生通過課外自主學習對上次課的內(nèi)容進行消化吸收，實現(xiàn)個性化學習，發(fā)現(xiàn)并記錄問題。（3）第二次課討論：采用不同方法將班級分為不同小組進行組內(nèi)討論，解決問題，提煉難點；再進行組間對話或老師解決難點。

5 混合式教學模式的應用實例

下面以針對物理學中“泊肅葉定律”開展混合式教學為例。

首先是在教師“教”的過程采用BOPPPS法，其過程如下：

（1）導入（B）：采用問題導入法，在課堂教學開始時提出相關(guān)問題“日常生活中常見的冠心病，其中的一種病理表現(xiàn)為血流量變小，造成心肌缺血，從而危及病人生命安全，那么治療冠心病有什么辦法？其背后的物理機制又是什么？”

（2）學習目標（O）：使學生掌握泊肅葉定律的推導過程，能利用泊肅葉公式指導實際應用。其中的思政元素是使學生具備理論聯(lián)系實際的能力，通過理論指導實踐，又從實踐驗證理論。

（3）前測（P）：采用問答形式，考察牛頓黏滯定律，即黏滯力與哪些物理量有關(guān)；采用習題小測試方式，考察學生關(guān)于微積分運算這個知識點的掌握情況。

（4）參與式學習（P）：這個版塊包含了對分模式中學生自主學習，討論主題是泊肅葉公式的推導，首先由教師給出研究對象為圓柱形的黏性流體，學生則采用臨時分組的方式進行公式推導，在臨時小組長的組織下進行討論，如推導的公式是否正確、錯誤原因等，保證每個學生掌握這個知識點。

（5）后測（P）：返回導入部分提出的問題，測試學生此時是否可以回答出該問題。在上個階段學生已經(jīng)成功推導出了泊肅葉公式，即：

式中：Q為流量；R為半徑；L為長度；η為流體的黏度系數(shù)；ΔP為流體前后的壓強差。以此判斷流量Q與R的4次方、壓強差成正比，與長度L成反比。要治療冠心病必須使血流量變大，學生依據(jù)流量Q與其他物理量的數(shù)學關(guān)系，可以通過增大R和減小η來實現(xiàn)。對應的醫(yī)療措施就是擴充血管和利用活血化淤藥物降低血液的黏度。由數(shù)學關(guān)系可以看出，血管半徑R的小變化可以使血流量Q產(chǎn)生很大的變化。以此可以解釋，當病情較輕時選擇通過藥物治療，當病情較重時就要選擇采取手術(shù)治療，即擴充血管。

（6）總結(jié)（S）：總結(jié)本節(jié)課程的目標是使學生掌握泊肅葉定律的推導，并利用治療冠心病的例子加深學生對泊肅葉定律的理解。使學生明白醫(yī)生的每條治療措施背后都有科學理論支撐，一個好的醫(yī)生不僅是具備豐富的臨床經(jīng)驗，還需扎實的理論知識。在教學過程中加入的思政元素，要達到“隨風潛入夜，潤物細無聲”的效果，思政元素不能為了加而加，本次課的思政元素就是要培養(yǎng)學生從實踐到理論再到實踐的能力，即理論聯(lián)系實際。

然后是學生“學”的過程，特別是課外學生自主學習，老師會提供線上學習資源，如中國慕課、嗶哩嗶哩等。這些學習資源符合短而精的特點。收集本次課的問題，在第二次課堂進行討論，并再次對泊肅葉定律進行分析，比如它是如何指導冠心病治療的。進一步升華，讓學生回想生活中有沒有利用理論知識指導實踐操作的親身案例。

6 結(jié) 語

本文基于BOPPPS和對分課堂的混合式教學模式對醫(yī)學院校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的物理學教學過程進行研究，教學效果良好，該專業(yè)學生的自主學習能力得到了提升，激活了學生對于物理學的學習興趣，還有許多問題需要完善，例如討論主題如何設計、學生課堂討論的時間如何分配、教學過程如何設計等，還需在今后的教學實踐過程中不斷反思、不斷改進。醫(yī)用物理學這門課對于醫(yī)學院校的學生是十分重要的，起到了承上啟下的作用，與后續(xù)的專業(yè)課聯(lián)系是十分緊密的。因此要上好這門課除了學習理論知識外，還需要考慮醫(yī)學院校特點，將它與現(xiàn)代醫(yī)學技術(shù)相結(jié)合，做到理論與實際相結(jié)合，會發(fā)揮更大作用。對于物理學，各個醫(yī)學院校一直都在進行教學改革，短時間提高教學效果是不符合實際也不符合教學規(guī)律的，它需要我們不斷總結(jié)、不斷完善，在教學過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。隨著時代的發(fā)展，學生的特點也不同于過去，過去的方法也不再適合當代的學生，因此作為教師也要與時俱進，緊跟潮流，吸收新的教學理念，學習新的教學方法，根據(jù)學生的時代特征調(diào)整教學方法，從而提高教學效果，最終實現(xiàn)教學目標。