中國醫科大學物理課教學改革的思考與實踐

楊華哲 趙里昂 洪 洋（中國醫科大學公共基礎學院生物物理教研室，遼寧沈陽 110122）

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中國醫科大學物理課教學改革的思考與實踐

楊華哲 趙里昂 洪 洋
（中國醫科大學公共基礎學院生物物理教研室，遼寧沈陽 110122）

摘 要目的：結合作者在中國醫科大學物理教學實踐，對醫科院校物理教學中的共性問題進行了思考，嘗試通過教學改革的實踐探索提高教學質量，培養醫學生的邏輯思維能力和創新能力，提高其綜合素質．方法：通過借鑒美國物理課教學的先進經驗，結合中國醫科大學自身特點，從教學內容和授課方式等方面進行教學改革，尤其是結合最新的科研進展和熱點體現物理知識的實用性．結果：在教學實踐過程中，上述教學改革激發了學生學習物理的情趣，提高了學生自主學習能力和解決實際問題的能力．結論：將教學與科研相結合，解決實際問題的教學實踐可以為我國醫科院校物理課的教學改革提供切實可行的參考方案．

關鍵詞醫學物理；課程體系改革；科研－教學轉化

目前，與國外相關醫科大學和國內綜合性大學相比，我國醫科院校的物理課程學時普遍偏少，師資力量不足，難以保證高質量教學．同時，醫學生普遍重視臨床醫學和基礎醫學課程，忽視普通基礎課程的學習，限制了其綜合能力的提高．針對上述問題，一些醫科院校的物理系或物理教研室嘗試對教學內容進行改革并取得了一定的成績［1－5］：大連醫科大學蓋立平等利用探究性教學方法提高了學生學習影像物理的興趣和動手能力［1］；首都醫科大學劉志成等通過對醫用物理實驗教學的改革調動了醫學留學生對于醫用物理的興趣［2］；廣州醫科大學顏紅金嘗試將醫學物理學與醫學課程相結合，提高了學生學習醫學物理學的積極性和效率［3］．然而，上述醫科院校較為重視物理、化學等基礎課程教育并匹配了大量相關資源和設備．鑒于大部分醫科院校的物理專業無法獲得相匹配的資源，上述改革試點的成功經驗尚不具備普遍性．因此，有必要對醫科院校物理教學中的共性問題進行思考［4］，并通過實踐探索應對上述問題．

1 醫科院校物理教學的問題

與綜合性大學的物理專業相比，醫科院校的物理課更多地體現為醫學科學服務，開設的課程多為醫學物理或醫用物理課．以中國醫科大學為例，其物理學課程開始只有54個學時（五年制），且從2014年開始縮減為50學時．因此，很難在有限的時間內將物理學各個分支的內容系統性地介紹給學生，而不得不以較為功利化的“快餐式”教學方式為學生“介紹”包括流體力學、振動和波、聲波、電學、磁學、量子物理等基本內容．學生對于各章節的公式、定理等具有恐懼心理，甚至采用學習解剖等醫學基礎課的方法學習物理，將課后習題“解剖”成若干關鍵詞，并對應每個關鍵詞背誦1～2個公式來應對計算題．有些學生產生了醫學物理就是高中物理加上微積分的誤解，對公式死記硬背，不求甚解，導致其無法掌握物理學作為基礎學科的規律，充分地鍛煉自己的邏輯思維能力和歸納總結能力．在考試中，幾乎每學年都會出現考生做計算題時“搬入”完全不相干的公式，東拼西湊，應付了事．此外，受學時和教師專業背景的限制，課堂內容很難讓學生體會出物理學與生命科學的聯系，降低了學生對物理課的興趣．因此，怎樣充分利用有限的時間達到預期的教學效果是我們不可回避的一個問題．為了能夠更好地為專業課服務，培養醫科類人才，我們需要借鑒國外尤其是教育大國美國的物理教學的成功經驗，結合自身實際合理選擇教學內容，在授課過程中注重物理經典理論的整體性與日新月異現代科技的結合，激發學生的興趣．

2 美國物理課教學特點

對于國內外的物理課程的教學，特別使醫科院校物理課程的教學的研究和爭論一直沒有停止，而我國醫科院校的物理課教學是否應仿效教育大國——美國的物理課教學模式也一直莫衷一是．諾貝爾物理學獎獲得者楊振寧先生認為：“中國人學習物理是基于演繹法，即通過定理進行推演，比較適合物理考試．而美國人學習物理是從現象出發，歸納物理定律，適合科學研究．”國外的物理課教學有如下特點：

（1）從現象、實驗出發來講物理．在課堂上可能以很長的篇幅做物理實驗，通過實驗現象得到物理結論．例如，美國薩克拉門托州立大學物理系教授保羅·彼得·尤榮（Paul Peter Urone）在講授基于醫學應用的物理時經常應用類比方法通過實驗現象講授物理原理．他在講授血液通過毛細血管的現象及規律時，首先通過毛細玻璃管做類比，向學生展示水在毛細玻璃管中的潤濕實驗，通過毛細現象的介紹再來講解血液在毛細管中的現象及規律［6］，這樣將“枯燥”的理論知識通過實驗操作展示給學生，能極大地調動學生的興趣和主動性．但是，該方法對于儀器和設備有所要求，且實驗時間較長，在中國國內全面開展和推廣有困難．

（2）理論聯系實際，且有大量的實用精美插圖．國外物理教材無論在原理部分，還是在例題、習題中，都聯系了大量的事例．例如，美國的保羅·彼得·尤榮編寫的《College Physics》中在介紹物理知識過程中列舉了大量的醫學應用和插圖．比如其在黏性流體的泊肅葉定律相關知識的講解中聯系了冠狀動脈粥樣硬化中血液的現象和規律，提高了學生特別是醫學生的興趣．該教材略去了微積分等數學推導，有利于減小物理學習的難度．而諾貝爾獎獲得者羅伯特·科爾曼·理查森（Robert C Richardson）等主編的《Physics》（Second Edition）在講授重要物理概念和物理量時，首先使學生明白為什么要引入某個物理概念或物理量，之后再給出嚴格定義．在內容上省略了一些公式的證明，將更多的篇幅用于講述物理學在生物、生命科學、醫學等領域的應用．這些教材通俗易懂，深受醫學生的歡迎．

（3）Problem－based learning（PBL）教學法．PBL教學法是以教師為引導，以學生為主體，以問題為中心，通過解決問題來學習．1969年由美國的神經病學教授Barrows在加拿大的麥克馬斯特大學首創，并在世界范圍內得到了推廣．首先，由教師提出問題．然后，讓學生通過閱讀相關的書籍、期刊，通過網絡檢索、分析和思考以及相互間的討論和爭辯，加深對問題的認識．這種教學方法能夠將書本理論知識和實踐活動中的具體問題結合起來，可以彌補傳統教學的枯燥、乏味，充分調動學生學習的積極性、主動性和創造性，增強了學生分析問題、解決問題和適應實際工作的能力．PBL教學的目的就是在解決問題過程中學習知識，深化對問題的理解，訓練學生正確的思維和推理方法．因此，國內醫學界很多相關人士極力推崇PBL教學方法，該方法也成為目前最具發展前途的教學方法．目前，PBL教學主要是在醫藥類專業課程中使用和推廣．1999年，波士頓大學將其應用在物理學中光學的教學中，并設定PBL課題成績占物理總成績的20%，具體實施方法如下：其在不同的工程專業領域的學生中選取9名學生作為一個實驗小組，共兩組學生進行了為期3個月的試驗．首先，根據學生專業特點為其提出2個與工程物理學相關的課題，讓學生獨立或以小組形式進行研究和討論．要求學生每兩周提交課題進展報告并與指導教師討論，在試驗期限內提交課題解決方案．結果表明，試驗組學生雖然沒有經過教師課堂授課（8學時），但通過PBL課題研究已掌握光學相關知識；2004年，美國特拉華大學物理與天文系的George Watson和Barb Duch等老師開展了更為系統的物理學PBL教學研究．其設立了完善的問題數據庫、教學模型、評價體系和在線資料．針對運動學、電學等領域提出10多個科學問題，并不分專業設立了學生研究小組進行相關課題研究．其特點在于將物理學切入學生感興趣的領域，比如通過分析室內和室外田徑領域兩位世界短跑冠軍成績的運動學影響因素來討論哪一個才是世界跑得最快的人，激發了學生的興趣并提高了其解決問題的能力．

綜上所述，國際上主流的教學方法均致力于理論聯系實際，堅持從生活和科研中出發，在實踐中學習和鞏固理論知識，這其實與我國的傳統教育理念，如“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”“學以致用”等是相一致的，也是目前我國教育科學改革探索的出發點．目前國內很多綜合性大學已經將這些教學方法應用到日常教學過程中．但是，如何將國外先進教育方法與我國的醫科院校具體實際情況相結合是目前大家討論和探索的焦點．

3 教學改革的初步嘗試

目前，我校在物理課程改革方面做了一些初步嘗試．

3．1 教學內容問題的改革

我校的物理學課程只有50個學時，很難將物理學的每個分枝系統地介紹給學生．因此，如何充分利用有限的時間達到預期的教學效果是我們不可回避的一個問題．為了能夠更好地為專業課服務，培養醫學類人才，應合理選擇教學內容，注重物理經典理論的整體性與日新月異現代科技特別是生物醫學技術的合理取舍，我校物理教研室針對此問題做了如下調整：

（1）精講經典物理內容．普通的物理教學一般分為力、熱、光、電、原子物理等部分內容，采用螺旋式上升的方式來傳授知識．學生在初中、高中、大學都學習這5部分內容，不過內容的層次不斷提高，深度逐漸增加．事實上，對于醫學類人才某些經典物理學的內容掌握到高中的水平已經足夠，沒有必要花費大量課時深講細究如經典物理的相關推導．基于這種狀況，我們可以在教學中大膽地放棄某些和醫學關聯較小、對數學功底要求高、學生理解難度大的內容，比如理想氣體分子動理論、熱力學基本定律及熵增加原理、相對論基礎相關公式、量子力學中薛定諤方程、混沌動力學基礎等章節；利用有限的時間對醫學生在今后的專業課學習中可能涉及的內容進行精細處理，如對流體、聲波等章節的基本規律進行細致講解，由于這些內容與醫學聯系較多，能夠提高學生對物理學的興趣．

（2）強化近代物理基礎，充實物理在生命醫學領域中的應用．物理學是自然學科的基礎，尤其是伴隨著科學技術的不斷進步，物理學和其他學科，如材料、信息、自動化、電子等學科的關系越來越緊密．隨之而來的交叉學科對醫學的發展起著巨大的推動作用．而如何使物理學的新發展更加迅速地在醫學領域得到應用，解決醫學中的問題，搭建物理與醫學之間的橋梁是我們醫科院校物理教師一直思考的問題．中國醫科大學物理教研室在物理理論授課過程中安排了實驗教學課，使學生能夠近距離了解近代物理基礎．比如，通過計算機可視化操作窗口使學生通過軟件界面操作完成油滴實驗、光電效應實驗，加深了其對實驗現象和原理的理解．此外，我們還設立了生物材料、心腦肺器官及血管系統動力學與流變學等研究方向，結合研究領域的內容開設了生物物理學、血液流變學和運動生物力學等物理類專業課程，強化了物理在生命科學領域中的指導作用．

3．2 授課方式問題及其改革

目前，中國醫科大學的物理課面向包括七年制、五年制、留學生、高職、中專等各層次學生，師資力量嚴重不足．因此，目前授課方式多采用大班教學，且對不同群體采用了不同的授課方式．比如對七年制學生采用雙語授課，對留學生采用全英語授課，對其他層次學生采用全中文授課．但是，這種方式同樣存在很大的弊端．以給七年制學生授課為例，存在如下問題：（1）由于學生眾多，很難在課堂上針對個性化的問題進行詳細的解釋；（2）多媒體教學的進度較快，學生很難消化知識；（3）雙語教學中由于專業詞匯量大，導致學生無法順利理解物理知識的具體內容和內涵，從而無法體驗物理的嚴謹與美感，物理學習演變為外語學習；（4）由于每位教師的授課量大，無法及時在課后與學生交流，使學生有很多問題無從下手，增加了學生對物理的恐懼；（5）在我校的教師中，科研負責人由于科研任務重，大多不愿承擔教學任務．主要授課老師科研訓練時間較少，很難為學生傳遞前沿理念．且由于職稱評選需要嚴格的科研指標，導致很多擅長教學的老師不得不以大量的時間和精力投身于科研，導致教學質量的下降．

因此，需要對授課方式進行改革，通過采用多種方式的講授既保證教學進度的完成，又可以個性化地對學生進行指導，提高學生的素質．具體的改革探索如下：

（1）PBL教學與傳統教學相結合．借鑒本校醫學基礎課程PBL授課的成功經驗，在物理課的個別章節中嘗試采用PBL教學．比如，在生物力學的講授中，以口腔醫學中全瓷冠修復體為切入點，提出全瓷冠與金屬烤瓷在力學性能方面的差異、如何提高全瓷冠的力學性能等相關科學問題，適當給學生布置自學任務，鼓勵他們直接在國外知名英文網站和本科室配備的相應教學課件中搜索相關知識，然后再在課堂以小組討論、教師引導的形式得出正確結論．同時，通過對這些科學問題的總結，向學生傳輸一些課本上并未包含的一些前沿科學技術，比如納米技術和3D打印技術，然后再以這些前沿技術為切入點，讓學生研究這些技術在醫學相關領域中的應用．這樣，充分利用了網絡資源補充了課堂教學的不足．學生對國外知名大學的學習情況有了一定程度的了解，既學習了知識，又開拓了眼界，養成了自主學習知識研究問題的好習慣，為他們今后的研究工作打下良好的基礎．當然，根據我校的實際情況，要兼顧物理知識體系的完整性和學生的考試考核，上述PBL教學學時占總學時數不超過10%，其余部分仍采用傳統的授課方式為學生講授相關內容，完成既定的課程進度．因此，如何更好地協調PBL教學和傳統教學的關系和比例仍然需要不斷的探索．

（2）科研與教學相結合．學生是科技工作者的后備軍．而作為科研的重要內容，學術會議和報告無疑是交流科研思想的最有效方式之一．除了提高學生對傳統知識的理解，還應增加其對科研前沿的了解，為其今后定向奠定基礎．因此，可以參考著名高校和中科院體系對學生的培養方式，將相關專家邀請進物理課堂，通過專題講座的形式使學生了解物理學與醫學的關系，明確學科的學習目標，增強學習動力．目前，我科室針對部分本科畢業生采用了上述方法，在課余邀請了本市兄弟院校和科研院所的相關專家介紹了與所學的物理基礎知識相關的科技前沿．例如，東北大學材料物理與化學研究所的Barbar博士做英文報告介紹醫用材料的應用進展及其生物學評價，讓學生深刻了解到物理學、材料科學與醫學交叉學科為傳統醫學帶來的變革，使其認識到臨床專業也需要其他學科的支持，不能僅僅關注單一學科；中國科學院金屬研究所專用材料與器件部的于曉明博士做報告介紹了醫用材料表面改性及其在臨床醫學中的應用，為學生闡明了材料的物理及化學特性在心臟和骨科領域中的應用，提高了學生的學習積極性．值得指出的是，由于經費限制，該方面的嘗試也只是在小范圍內展開，而所請的相關專家也是在本市工作，完全是義務勞動并自己擔負市內交通費用．如果要將活動擴展到市外甚至海外，今后仍需要學校政策扶持和教師本人積極申請相關研究項目．此外，本校為促進學生全面發展，大力推行七年制回歸基礎、大學生創新活動等項目，為師生雙方互相學習提供了平臺．部分物理教師利用這些機會，結合自身的科研條件和學生的興趣與學生共同制訂科研方向，鼓勵學生盡早進入實驗室進行科學研究．通過學生自己動手做實驗，加深其對相關知識的理解，提高了學生學習物理知識的興趣和相關能力．以筆者為例，近3年，通過課堂授課和上述學生培訓項目，先后吸引了包括臨床、生物技術、生物醫學工程等專業的15名學生參與本人材料物理方面的省級研究課題，通過師生雙方的交流合作，不僅提高了學生的科研能力，而且激發了本人在科研中的靈感，為成功申請到國家級研究課題奠定了基礎．

此外，自2014年起，我校已從政策上調整教學－科研的權重，在職稱評定文件中加入了教學論文和授課學時的要求．因此，對于教學方面的思考和探索同樣作為科研課題，促進教師積極調整授課方式，豐富授課內容．部分物理老師以問卷的形式對學生對于物理課的困惑和建議進行了系統化研究，為課程內容和授課方式的改革提供了相關數據和參考．部分物理老師將自己的科研課題穿插入理論授課中，以筆者為例，在講授電磁學的抗磁性時，介紹了自己在超導領域的研究課題．課后學生當面或通過電子郵件所問問題中，僅有10%左右是與課后習題相關，其余均與磁學特性的相關應用有關．通過近兩年嘗試，在醫用物理課授課中，學生總體提問題的數量從之前的平均每學時1個左右提高到現在的1．5個左右．此外，在期末考試前1～2周內，學生所提問題的內容與考試的關聯度，從之前的100%下降到80%左右．而學生物理考試的不及格率從2014年前的7%～10%下降到2014—2015年的2%～3%．由此可見，學生學習物理的動力也并不僅僅局限于考試壓力了，而且成績得到了提高．

4 結語

綜上所述，我們分析了醫科院校物理課教學中存在的共性問題，參考和借鑒了美國物理課教學的特點，并結合自身特點在教學改革方面進行了初步的探索，取得了良好的效果．當然，物理課教學改革是一項長期、艱巨的任務，需要從政策導向、教學內容、方式和培養學生興趣等多方面共同發展，才能提高醫科院校的物理課的教學質量，提高醫學生的綜合能力，培養高素質的醫學人才．

參考文獻

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［6］ Peter Urone．College physics（2nd edition）［M］．Brooks Cole，2000．

THINKING AND PRACTICE OF PHYSICS TEACHING REFORM IN CHINA MEDICAL UNIVERSITY

Yang Huazhe Zhao Li’ang Hong Yang
（Department of Biophysics，School of Fundamental Sciences，China Medical University，Shenyang，Liaoning 110122）

AbstractCombining with the teaching practice of college physics in China Medical University，we analyzed the common problems of physics teaching in medical universities in China．Exploration and practice on the teaching reform were tried to enhance the teaching quality of curriculums，in order to cultivate the medical students’logical thinking ability and innovation ability，and thus improve their comprehensive quality．Through using the advanced experience of the physics teaching in the United States，combined with individual characteristics of China medical university，preliminary teaching reform was carried out in curriculum content and teaching methods，especially for the practicality of physics，which can be demonstrated by combining the development and hot issues of the cutting－edge technology．In the process of teaching practice，the interests of students in physics were stimulated，and their autonomic learning ability and the ability to solve practical problems were improved．In conclusion，by combining teaching and scientific research，teaching practice of solving practical problems can provide feasible strategies to the reform of physics teaching in medical schools in China．

Key wordsmedical physics；curriculum system reform；transformation between scientific research and teaching

通訊作者：洪洋，女，教授，從事醫學物理學的教學與科研工作．ydhongyang＠163．com

作者簡介：楊華哲，男，副教授，主要從事物理學的科研與教學研究．hzyang＠mail．cmu．edu．cn

基金項目：國家自然科學基金（編號：81500897）；國家留學基金（編號：201408210385）；遼寧省教育廳一般項目（編號：L2013285）

收稿日期：2015－06－02