以培養高階能力為導向的醫用物理學課程改革與實踐*

許賀菊

（華北理工大學理學院 河北 唐山 063210）

劉志勇

（唐山市第二中學 河北 唐山 063000）

1 引言

醫用物理學是醫學類各專業的一門基礎課程，它和大學物理不同，是適應醫學專業的需要，側重將物理學的知識融入醫學應用當中，但它又不是應用和技術課程［1］.其根本任務仍然是培養學生科學素養，啟迪學生思維，引導學生用科學的方法去分析問題和解決問題.

在這知識爆炸的時代，不斷縮減的醫用物理學課程學時與不斷增長的想要傳遞給學生的知識形成一對鮮明的矛盾.這就需要教師們反思，教育的目的是什么？如果課堂僅僅是傳授知識，我們學到的知識可能連冰山一角都算不上，而且這些知識很快就封塵在了某個角落，甚至很快就被我們遺忘.我們有了這些死的知識，卻并沒有形成力量，因為真正用到知識的時候，我們根本想不到要用什么，怎么用，造成知識與能力的嚴重脫節.

隨著人工智能的迅猛崛起，面對當今社會對具有創新和綜合分析等高階能力的人才需求，對醫用物理學課程教學進行以培養高階能力為導向的改革與實踐.在該改革中，將教學內容進行整合，將知識模塊化，每一模塊都從獨具慧眼、格物窮理、學以致用、物理賞析這4個方面進行教學，結合網絡教學平臺，增加線上討論和評價模塊，同時讓學生進行開放性案例設計與制作［2］.下面結合教學改革實踐，對本次教學改革進行效果分析.

2 案例教學

通過從獨具慧眼、格物窮理、學以致用、物理賞析這4個方面來詮釋每一模塊要傳達給學生的教學內容.獨具慧眼主要是向學生們展示實際案例，提出問題，從而激發學生的學習興趣.所選案例或與醫學相聯系，或是實際生活中的問題，或是科技前沿.比如理想流體伯努利方程模塊里“豪克”號和“奧林匹克”號相撞的海難事件；列車在鄂洛多克小站狂風般沖進了“人巷”的慘案.提問造成這些災難事件的原因是什么？在粘性流體模塊里列舉了耳鳴與脈搏同步，按壓右側頸動脈耳鳴消失的案例.提出問題頸動脈狹窄患者為何能引起與脈搏同步的耳鳴［3］？所選取的案例契合知識點的同時，又能很好地引起學生共鳴.激發學生探尋問題的積極性，抓住學生的眼球，讓學生自覺地融入課堂.針對學生對教師的授課方式在“靈活生動，能激發學習興趣，引導學生積極思考”方面進行了調查，結果如圖1所示.

90.5 %的學生認為教師授課方式在激發學習興趣方面為滿分10分，有5.9%的學生給9分，有3.6%的學生給8分，沒有低于8分的.說明通過選取適當的案例很大程度上激發了學生的學習興趣.“格物窮理”是在案例提出之后，要想解決問題必須具備的知識儲備，將知識學習滲透到解決問題必備的先決條件中，帶著熱情做到“學到”知識；在分析問題過程中，注重突出科學思維方法的培養，做到“會學”；如在講理想流體運動方程時運用了理想模型的方法，在講泊肅葉公式時和電學的歐姆定律作比較，運用類比的方法.“學以致用”是用“格物窮理”的知識去解釋案例提出的問題，并對其他應用做擴展和延伸，充分挖掘學生們的開放性思維.在解決問題中，內化所學知識，引導學生舉一反三，做到“學會”解決問題.“物理賞析”是根據前面3個模塊的內容，深入挖掘思政元素，引導學生樹立正確的科學觀、人生觀和價值觀，比如在理想流體伯努利方程模塊里，從豪克號海難和鄂洛多克慘案中強調規則意識，好多安全警示都是用血的代價換來的，我們要遵守規則，敬畏生命.從光的波粒二象性是光本性的兩個側面，只是在不同的條件下表現出不同的現象，反映不同的側面而已.“橫看成嶺側成峰，遠近高低各不同”人們觀察事物的立足點、角度不同，就會得到不同的結論.人們只有擺脫了主客觀的局限，才能認清事物的本質，所以我們看問題要從各個角度，要客觀全面地觀察、評價事物.從光具有波粒二象性的本質來看哲學對立統一的思想，進而分析光學與電學和磁學的內在統一性聯系等等.課程思政的融入，使學生們用科學武裝頭腦，于內心根植信仰，增強學習動力，端正學習態度，從而實現1+1＞2的育人育才的教育最高境界.

3 課下制作開放性案例

讓學生通過思考和查閱資料，自己尋找與所學知識相關的案例，提出并解釋相關實際問題，引導學生尋找、發現問題，分析問題和解決問題.針對學生對開放性案例的態度做了調查，如圖2所示.

圖2 開放性案例制作情況調查結果

有78.5%的學生對教師布置的案例作業特別愿意完成，覺得很有收獲，很有成就感.比如，有學生在流體案例中用伯努利方程解釋“卷我屋上三重茅”的故事，有的用渦旋阻力解釋高爾夫球的表面為什么有凹坑，有的分析了心臟泵血機制里的流體運動原理，有的帶我們一起去探索次聲武器，有的教我們用超聲波處理廢水污泥，超聲滅鼠等；更讓筆者感動的是，有的學生還挖掘了思政元素，有的在光學案例中提出“追逐光，發現光，成為光，散發光”，有的提出“有時我們就像光，只有歷經阻隔，才能折射出多姿多彩的生命.”的人生哲理.有21.5%的學生也想更好地完成，但自己沒有想法，信息搜集、歸納、整理的能力差，最后從網上隨便找點東西，沒細看就交上去了.沒有學生是為了完成任務而完成任務.調查結果表明所有學生都不排斥開放性案例的制作，從案例的優秀程度來看，許多學生都完成得很好，案例挖掘，原理解釋都很到位.使這些學生在案例制作過程中收獲了成就感和自豪感.而的學生從內心上想更好地完成，但由于缺乏開放性作業的訓練，創新的想法不足，對信息搜集、歸納、整理的能力不足，或是拖延癥，最后時間不允許，只能草草完成.這樣的調查結果更加堅定了筆者堅持開展開放性案例的制作的決心.同時也更加堅定了要引導學生把案例做好、做精的信心.

4 線上拓展討論

充分利用線上教學平臺，對考核方式中加入的“案例評價”和“討論過程評價”進行研究，建立新的評價體系，以“案例評價”和“討論過程評價”來約束和激勵學生的自主學習，通過案例互評，討論，促進學生知識的掌握，思維方法的運用和創新能力的培養，使學生所學的外在的知識內化為學生自身的能力.實現“評價為了學習”到“評價就是學習”的評價功能的轉變.針對線上拓展資源和案例討論評價的功能做了調查，結果如圖3所示.

圖3 線上拓展討論的調查情況

有77.4%的學生認為線上拓展資源和問題討論很有幫助，激發了學生們的好奇心，使其更愿意去探求身邊的為什么，提高了分析問題、解決問題的能力.有21.4%的學生認為線上拓展資源和問題討論在開闊視野，增廣見聞方面有幫助.只有1.2%的學生認為可有可無，只是作為教師留的任務去完成，隨便看看.從討論內容看，開展線上討論大多數學生都受益匪淺，有的對優秀案例點贊，表示和課本知識結合，很詳細，很有用，有的提出習題中的疑問，有的對問題原理進行詳細論述，有的還網上搜索找出科學家在期刊上發表的文章，并指出文中觀點.這在極大程度上鍛煉了學生對信息進行搜集整理和對問題的研究能力.

5 整體教學效果

對于案例式教學和傳統教學方式，把學生對醫用物理學課程的認識進行調查對比，如圖4所示.采用案例教學法的班級，有68%的學生深刻認識到物理的重要性，認為物理學得不夠，或通過老師的講解引導，需要自己進一步地深入學習.采用傳統教學的班級，對物理的重要性認識不足，只有29%的學生認識到物理的重要性，有71%的學生認為物理是基礎課，學點就行或者根本用不到.這對未來要從事建立在物理學基礎之上的現代醫學領域的工作者來說，顯然是過于重視浮于表面的具體醫學形態，而忽視了其安身立命的物理根基.

圖4 課程認識對比調查情況

對物理學的正確認識將會直接影響到其基本素養和職業水平的提高.從學生的學習興趣和課程滿意度方面也進行了對比分析，采用案例教學法的班級比采用傳統教學法的班級在激發學習興趣上也有非常明顯的提高.如圖5所示.

圖5 學習興趣激發和課程滿意度對比調查情況

采用案例教學法的班級，90.4%的學生認為案例式授課方式在“靈活生動，能激發學習興趣，引導學生積極思考”方面非常滿意，5.9%的學生滿意，3.6%的學生覺得還行.傳統教學的班級中，只有42.7%的學生非常滿意，19.1%的學生滿意，有13.2%的學生覺得還行，而5.9%的學生不滿意，另有19.1%的學生很不滿意.此調查結果表明，案例的提出很大程度上激發了學生的學習興趣.這與案例的精選是分不開的，案例選取既要和所學知識聯系緊密，又要引發學生的思考或引起學生的共鳴.這樣學生才能帶著對案例問題的求索更加積極地進行知識的學習.

在選取案例過程中，一方面教師查閱資料，另一方面汲取學生做的很有代表性的優秀案例，對案例庫進行充盈.師生共同努力，使案例更加豐富、恰當、多樣.在課程的滿意度調查中，采用案例教學法的班級明顯高于采用傳統教學法的班級.案例教學法的班級，82.1%的學生對課程的滿意度為非常滿意，15.5%的學生滿意，2.4%的學生覺得還行.傳統教學的班級，只有39.8%的學生非常滿意，25%的學生滿意，23.5%的學生覺得還行，5.9%的學生不滿意，5.9%的學生很不滿意.對課程的獲得度進行了調查分析，調查結果如圖6所示.

圖6 課程習得度對比調查情況

采用案例教學法的班級在各方面的習得度上都高于采用傳統教學法的班級.說明和傳統教學法相比，案例教學法不僅在激發學生學習興趣，知識的掌握和運用，物理思想、物理方法的傳授和發現問題解決問題的能力方面比較成功，而且在鍛煉學生對信息的網絡搜索和整理能力方面以及思政教育成果方面，也有很大的提升.這說明開放性案例的制作在一定程度上提高了學生的網絡搜索能力和信息整理能力.每一模塊的物理賞析中對科學思維、科學方法、哲學思想、規則意識和敬畏生命等思政點的點睛總結，提高了大家的思維層次，引導學生樹立正確的人生觀和價值觀.

在采用案例法教學的班級，81%的學生認為自己從醫用物理學這門課程中習得了相關知識，并可以熟練應用.77.4%的學生認為醫用物理學這門課程激發了他們的學習興趣，提高了發現問題、解決問題的能力.同時也有77.4%的學生認為從醫用物理學這門課程中獲得了新觀念，新方法，使思維能力得到了鍛煉和提升.相比前3個習得來講，后兩個的習得人數占比略低，這說明教學改革過程中在鍛煉學生對信息的網絡搜索和整理能力方面有所欠缺，在思政教育方面融入的不夠完全.今后的改進方向是鼓勵大家制作精品優秀案例，給大家分享優秀案例，讓做得好的學生分享制作過程等.進一步加大思政元素的挖掘力度，增加思政元素和專業知識的契合度，提高課程思政對學生的影響度.

最后對傳統教學和案例教學的考核情況進行對比分析，案例教學班級比傳統教學班級的考試成績平均分高出10.6分，成績分布如圖7所示.

圖7 考試成績分布情況

從圖7中可以看出，優良比例明顯增加，說明案例教學班在知識掌握上優于傳統教學班.結合所學知識，對學生進行了一道滿分10分的開放性應用附加題的考核，結果案例式教學班級比傳統教學班級的平均分高出1.25分，這充分表明了案例式教學對培養學生知識運用，分析和解決問題方面相比傳統教學也有較大提高.由此可見，本次案例式教學改革既不是知識水平的簡單提高，也不是架空在知識之上的所謂高階能力培養.而是在高階能力培養的目標引導下，使學生更加主動地掌握知識和技能，最終實現素質能力的全面提升.

6 結束語

采用案例式教學方法，結合線上討論和評價及線下開放性案例的設計制作，遵循人類認知和學習規律，注重從知識的表層學習、到思維方法的深度學習，再到高階能力形成的遷移學習這樣循序漸進的3個過程.使學生達到“學到，會學，學會”3個層次上的學習境界的貫通和提升.將知識學習滲透到解決問題必備的先決條件中，做到“學到”知識；在分析問題中，注重突出科學思維方法的培養，做到“會學”；在解決問題中，內化所學知識，引導學生舉一反三，做到“學會”解決問題.另一方面，注重課程思政元素的融入，在授課的過程中，教師注重對學生價值觀的引導與樹立，在學生內心根植信仰，不但實現了育人功能，同時對端正學生的學習態度也有至關重要的作用.

本次教學改革也存在不足之處，需要我們在今后的教學工作中改進和完善.根據學生們提出的意見，在教學實現形式上，增加展示原理的視頻動畫的播放，使復雜問題簡單化；增強和學生的互動，增加學生的課堂參與度，專注度.增加例題解析，多在用中掌握知識.