医学物理学课程建设研究

医学物理学课程是医学类专业学生的一门必修基础课程，对医学专业学生的知识结构、能力培养有着极其重要的作用．开设医学物理学课程的任务和目的是使学生比较系统地掌握现代医学所需要的物理学基本理论、基本规律、基本技术和方法，为医学专业学生打好必备的物理基础;另一方面为医学研究提供新的思想、理论、技术和方法，激发学生探索和创新精神，建立批判性思维，培养学生辩证唯物主义世界观和分析问题、解决问题的能力，提高医学人才的科学素养．但是，学生在学习这门课程时还存在一些问题，首先，学生对医学物理学课程学习目的认识不足．开课之初的问卷调查表明有54%的学生认为医学物理学课程很重要，会对后续医学课程的学习和未来工作、科研有较大帮助;46%的学生对课程学习的必要性存在疑虑，主要有专业相关性不大、课程设置不合理等问题．其次，虽然医学专业学生高考成绩排在前2%，但是由于来自不同省份，各省对物理学习内容和要求不尽相同，物理基础参差不齐．再次，课程教学内容多、任务重，学时紧张，如何在有限的时间内高效的完成课程学习?另外，医学物理学课程需要运用数学微积分知识解决物理问题，对于同步学习高等数学课程的同学，存在学习困难．所以，学生在学习中存在兴趣缺乏和畏难情绪．为了提升学生的学习兴趣，提高学习效果，进一步适应新形势下“互联网+”的学习模式，本文对医学物理学课程进行多维度的教学改革，从课程资源建设、教学模式、教学方法等多个方面做出探索性工作，借助信息技术手段努力建设现代化高水平、适用面广的医学物理学课程．

1医学物理学教学资源建设

1．1网络教学资源建设在线上建立完备的学习资源，包括讲课视频、PPT、章节测验、期末测验、讨论题、作业和拓展阅读等一些教学资源．山东大学医学物理学课程目前是72学时、4学分，笔者依据学时情况精心制定了教学大纲，其教学内容涉及力学基本定律、流体的运动、分子运动论、振动、波动、电场、磁场、直流电、光学、激光、X射线、原子核和放射性以及量子力学基础等内容，涵盖了从经典物理到近代物理的知识．课程内容以知识点为中心制作教学微课视频，整个课程分成112个知识点，分为核心知识点、支撑知识点和拓展知识点．每个知识点视频时长7～15分钟，总拍摄时长830分钟．讲课视频中设置恰当的提问，一般是对概念、定理定律的理解，以促进学生的思考和观看注意力．每个微课讲完有简短的小结，帮助学生梳理思路，概括要点，强调重点和难点．除了视频，还有课件、章节测验、问题讨论、作业以及期末测试，其中作业需要互评，学生通过互评可以相互学习提高．每章设置非标准答案讨论题，促进学生多元化思考．所有教学资源都放在MOOC平台，平台上还链接拓展阅读内容，如科学家的故事，物理定理定律研究发现的过程，物理学的最新发展、学科前沿以及交叉应用等，在学习的同时，培养学生的科学精神和批判性思维、爱国主义情怀，融入思政教学元素，如2018年诺贝尔物理学奖在激光上的成就被及时链接到平台，学生在学习激光知识时能及时了解激光对现代医学发展的推动作用．讲到机械波干涉时，推送方便携带可以屏蔽周围声音的热门发明消声小仪器．这些拓展内容在教学平台上可以及时更新添加，能够有效激发学生的学习兴趣和探索热情，实际教学中也取得了理想的效果．1．2立体化教材体系建设教材是知识体系和教学内容的载体，编写先进、科学、高质量的教材进行教学，是提升教学质量和教学效果的重要保证．为适应“互联网+教育”的新形势，满足学生使用移动终端的需求，形成了以纸质教材为核心，以互联网为载体，以信息技术为手段，将纸质教材和数字资源充分融合的新形态教材［1，2］．教材内容分为核心教学资源和拓展教学资源，核心资源出现在纸质教材中，包括各个章节的知识点、内容介绍、典型的例题和习题等．笔者主编的纸质版教材《医用物理学》是普通高等教育“十一五”部级规划教材，每4～5年修订一次．在教材编写中，使复杂、繁琐、深奥的数学表达尽可能简明、形象、直观，每章最后都附有物理学知识在医学中的应用，如肌肉、骨骼的力学性质、血液的流动、听觉的物理过程及听力测试、人体导电性、心电有关知识、X射线、原子核和放射性在医学影像中的应用等．注重物理学与医学的相互渗透、医学应用及对医学现代化的重要推动作用，积极扩大医学物理学在医学生中的影响，使学生认识到学习医学物理学课程的重要性．这次修订每章新增想一想模块，侧重于培养学生对基本物理问题的理解．纸质版教材采用套色，突出重点定律和公式，增加可读性．拓展资源放到课程网站，包括微课视频、动画、交互程序、图片、延伸阅读、教学课件、大量的测试题等，在不增加教材篇幅的基础上，丰富了教材内容．在重点、难点，学生学习有困难的地方，通过植入动画、微视频、彩色图片等多种形式，将一些难以理解的物理现象用生动、直观地形式呈现于学生面前，克服了传统教学中语言描述不清楚、文字说明抽象乏味的问题，能有效激发学生学习兴趣，调动学习主动性，提高教学效果．通过二维码实现纸质教材与网络资源链接，形成纸质教材+电子资源的形式，学生能够获得丰富多彩的网络资源，让学习更便捷、更生动、更高效．

2采取多种教学策略，提高学习效果

教学有法，教无定法，贵在得法．在课堂教学中，根据教学内容和学生学习情况，采用多种教学策略．首先，使用了BOPPS教学模式．BOPPPS是教师开展教学设计和组织课堂教学的一种有效方法，是将教学内容分割为6个单元，分别是导言(Bridge－in)、学习目标/结果(Objective/Outcome)、前测(Pre－assessment)、参与式学习(ParticipatoryLearn-ing)、后测(Post－assessment)和总结(Summary)，每个单元有机结合．将课前、课中、课后无缝链接，互相促进，实现闭环，形成课堂教学的规范化．另外，讲解章节新知识时，经常采用案例导入法，如讲流体时，引用这样一个案例:患有鼻咽纤维血管瘤的病人，在手术剥离肿瘤基底时，需要将手术床头逐渐抬高10°～30°，使患者处于头高脚低斜坡位，尽量使手术部位高出心脏水平，当血压下降过低或停止降压后回升至正常时放平手术床，让学生思考:手术中为何采用头高脚低斜坡位?体位对血压有什么影响?通过学生的回答，教师可以了解学生的学习情况，并进行有针对性的教学．另外，案例教学可以有效体现专业特色，能够加深学生对物理知识专业应用的理解和激发深入研究的兴趣．课堂讲授中，经常采用停顿的教学方法，可将学生积极的学习融入到讲授式教学当中，简单易操作，而且效率比较高．它帮助学生再次思考、回忆并记住所学内容．例如，讲完波动方程，学生容易混淆波动方程和振动方程，让学生思考和讨论振动和波动的区别和联系，通过学生回答和老师补充，帮助学生强化记忆、理解相关知识点，同时培养学生总结对比的能力，加强学习方法的归纳提炼．传统的课堂教学主要以教师的讲授为主，学生参与较少，存在许多问题［3］．我们采用了翻转课堂教学形式［4］，开展以学生为中心的教学活动．翻转课堂主要采用小组讨论形式，运用同伴教学方法，教学内容涵盖基本知识和一些具有挑战度的问题．学生通过预习提出问题，首先在小组内分享、讨论，形成统一意见．讨论过程中，学习小组内可以进行同伴教学，实现互帮互助．学生基础不同，认知能力不同，教师讲课时很难兼顾各个层面，翻转课堂实现了差异化教学．在小组学习和讨论中，还实现了学生的社交需求．小组形成统一成果后，给出思维导图，汇报交流，教师总结解惑，进行评价．例如光的薄膜干涉部分，学生学习了反射光的干涉，那么折射光是否会形成干涉条纹?形成的干涉条纹是亮纹还是暗纹?干涉效果如何?这些题目由易及难，具有梯度，学生在解决这些问题的过程中，对薄膜干涉原理、半波损失以及复杂应用有了深入探讨，培养了学生分析和解决实际问题的能力．学习小组之间可以形成多轮讨论，带动更多的同学加入讨论学习，更能激发学生的学习热情和潜力．翻转课堂注重过程性评价，并且评价是多样化的，有教师评价，小组间互评和小组成员间互评．利用雨课堂、慕课堂等教学互动软件，可以对数据进行实时统计．在翻转课堂的课后实践中，鼓励学生开展深入研究:例如，引导学生检索薄膜干涉技术在生物医学中的应用等问题;引导学生借助实验室资源，如利用迈克尔逊干涉仪做实验，撰写研究论文等等．学生通过深入讨论和探究过程，能够更好地学习和掌握问题背后的科学原理，提高了课程的高阶性和挑战度，逐步形成自主性、协作型、研究型学习模式，提升学生学习兴趣和参与度，实现以学生为中心，教师为主导的学习模式．

3基于SPOC的混合式教学模式

MOOC作为课堂教学的有效补充，方便了在校学生［5－7］，但是，由于MOOC是完全开放的，学习者组成复杂，规模庞大，难以组织有效的线上讨论和学习．SPOC是小型私有化课程，教师设置选课密码，只有自己班级的学生可以进入课程，这种小规模的课程教学模式，教师容易管理，对学生指导更具有针对性．所以，SPOC是MOOC与学校课堂教学的深度融合和应用，与混合式教学、翻转课堂、自主学习、协作学习等方式相结合，更适合在校大学生［8，9］，笔者在中国大学MOOC平台开设医学物理学MOOC的同时也开设了异步SPOC课程．目前，医学物理学课程采用基于SPOC的线上线下混合式教学模式，线下学时占70%，线上占30%．因为物理学习具有一定难度，所以，线上学时不宜太多，主要以线下的面授课为主．线上学习主要安排一些学生容易掌握的内容，如X射线等章节．线上通过观看视频、讨论、单元测验等形式完成学习，线下课堂教师根据学生的在线问题对知识的重难点进行梳理，解决一些有难度的习题，也经常以小组为单位讲解知识，展示学习成果．采用SPOC课程，教师对学习过程实现有效管理，根据情况灵活调整学习进度和节奏．如在有军训的学期，把几何光学等相对简单的内容调整为自修内容，学生利用丰富的线上资源，根据自己的时间自由安排学习，学生遇到问题时，可以随时在线上交流讨论．教师在线上提出非标准答案讨论题，重点考察学生应用知识的能力而不是知识点本身，促进学生对物理知识的深入探究和理解，形成观看视频+电子阅读+在线讨论+作业+测试的学习新模式．学生可以利用移动终端便捷学习，合理利用碎片化时间，做到了时时处处可学．所以，SPOC打破了传统的封闭课堂，实现了课堂教学的开放和差异化．教师通过SPOC平台数据，如观看视频的进度、对资源的查看和完成情况以及学生在线讨论的活跃度及时了解学生的学习情况［10］．图1给出了学生参加线上问题讨论的情况，共有107名学生参加SPOC课程，每次参加讨论的人数达到70%左右，学生参与度高．线上成绩作为平时成绩，包括单元测试、讨论、作业、线上期末考试，比例分别为单元测试20%，讨论10%，作业20%，线上期末考试50%．图2给出了线上学生总成绩的分布图，可以看出，优秀学生62人，占比为58%，说明学生积极参与线上学习并取得优异成绩．不及格人数有13人，发现其中有9人因为错过期末考试提交截止时间造成了不及格．通过采取多次推送通知等措施加强课程管理，目前学生线上成绩不及格率低于5%．对于线下期末笔试考试，笔者采用了对照组，来分析、比较教学效果．教学的班级和未采用的教学班级的学生线下期末考试成绩分布对比．采用混合式教学的学生共有107人，优秀为34人，占比31．8%;采用传统教学方式的学生101人，优秀学生19人，占比为18．8%．教学模式改革后，优秀学生数量明显增加，说明新的教学方式调动了学生的学习积极性，提高了教学效果．两种模式及格和不及格的学生分布差别不大，下一步针对学习有困难的同学，拟进一步优化教学方案，规划建设线上先修课教学资源，建立互助学习小组，帮助和促进这部分学生的学习．基于SPOC的混合式教学模式，促进了信息技术和教育教学的融合，拓展了学生的学习路径，借鉴MOOC的优点并加以优化，其交互性，多样化的教学模式，推动了教学改革，促进了医学物理学课程建设水平．

4结论

总之，结合医学物理学课程特色，本文建设了丰富的线上教学资源，以品牌教材做支撑，形成新形态教材，并不断探索新型教学模式和方法，形成典型教学案例，通过多维度的教学改革提高了课程的创新性和挑战度，提高了教学质量和效果．有效激发了学生的学习兴趣，做到时时、处处可学，培养学生发现、探究、分析和解决问题的能力．学生完成课程学习进行课程评价时，一致肯定了医学物理学课程的地位和重要作用，并且科学素养和自主学习能力都得到了提升，他们中有多人次在大学生物理竞赛中获得奖项．目前笔者的MOOC课程在智慧树和中国大学MOOC平台已经开设5个学期，被多所院校指定为参考课程，共有2万多名学习者参加课程学习．未来希望广大课程团队可以合作共享、集思广益、相互借鉴，在有限的学时条件下尽可能的帮助学生获得完整的物理学知识体系和系统的思维训练，取得理想的教学效果，共同推动医学物理学课程的建设和发展．

参考文献:

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作者:刘凤芹 盖志刚 于淑云 刘建强 单位:山东大学物理学院/物理部级实验教学示范中心