国内外医学物理教材对比*

范 灼

(湖北科技学院 生物医学工程学院，湖北 咸宁 437100)

案例版教材是大学非理科类专业物理教学一大趋势，我们知道，在本科自然科学教学上，存在苏联模式和美国模式。苏联模式重视学科体系，强调数学严谨性，对于物理概念和规律，不仅需要学生理解和掌握，而且要求在现代数学的高度上有所认识。这样的要求需在学生学习过程中，通过前期的完整的数学培训，以及物理学习过程中大量的习题来完成。这一点是来源于苏联本科教育精英的模式。我们国家的物理教学曾受该模式影响很深。例如中科院理工科类至今要求学生完成吉米诺维奇习题集，以此来培训学生的数学基础。而与苏联模式不同，美国的本科教育其思想是立足于公民教育[1]。在公民接受本科教育的过程中，掌握物理学的基本规律主要是通过生活实例来完成，相比较而言，不太重视学科的体系，同时对数学要求也很低，基本相当于我国的中学数学水平即可完成大学非理科物理教学。

目前，我国的高考录取率已突破70%，高等教育早已不是培养社会精英、科研人才的目的了。但是相应的在基础领域的教学上目前还处于相对不同步的阶段。例如在非物理专业的物理教学，目前还是存在过多重视知识体系、结构、数学形式等方面，而缺乏物理知识与生活实践相结合。07年科学出版社组织部分医学类院校编写《医学物理学》(案例版)[2]是对医学类本科生物理教学的一个改进尝试。该教材在湖北科技学院已使用5年，已积累一定的教材使用经验。在此之前，医学类院校普遍采用人民卫生出版社胡新珉等编写的《医学物理学》教材[3]，部分院校也使用高等教育出版社陈仲本等编写的《医用物理学》[4]。近年来，原版引入的国外优秀教材越来越多，相应的对比国内外教材的工作也逐渐引起关注[5]。作为对比，我们参考机械工业出版社引进的美国Paul Peter Urone的College Physics第二版[6]，该书推荐给生物、生理和医学专业的学生学习，与国内相应教材定位基本一致，可以作为对比材料。

本文试图通过对比上述基本教材在内容选择、物理概念和规律的提出方式、数学表述形式以及例题和习题的设置等几个方面，论述医学本科教学中物理教学的客观实际以及学生需求，说明我国医学类物理教学过程中存在的问题，以及改进的方向。

一、教学内容的选择

目前，我们国内的医学物理教材中关于教学内容的设置基本沿用了理工科的大学物理课程。涵盖经典物理的力学、热力学及统计物理、光学、电磁学，并简单涉及原子物理和量子物理。例如高等教育出版社出版《医用物理学》，除第十五章增加一个磁共振成像，其他十四章内容基本与大学物理无异。只是在每章最后增加一节相关医学与物理结合内容。这一点在人民卫生出版社，科学出版社的出版教材中也是完全一致。这样造成国内的医学物理教材更像是简写版的大学物理附加了部分医学知识的合订本。这种简写并不是对教学难度的简化，而是相对于普通物理对内容进行舍弃，保留力、热、光、电等分支中的基本概念和规律。对于Paul Peter Urone版College Physics教材，其基本框架仍然没有脱离大学物理的基本内容，但是主要不同是对各分支领域作进一步的细化，该教材总共有32章，其涵盖的内容非常广泛。例如该教材清晰的论述了热和热传导、熵的概念、相对论时空观，以及散见在各章节中关于现代物理的介绍，如宇宙学、量子引力理论、超弦、暗物质、混沌、高温超导。这些内容在我们医学物理教材中基本没有涉及，其结果是我们的医学本科物理教学只是对中学物理知识在高等数学的基础上再认识。

二、物理概念与规律的提出方式

案例版教材，其定位是要将基础的物理理论融入在实际问题中，也就是在问题中学习。我们知道物理科学是最成熟的自然科学，发展历史悠久，理论化、数学化程度相比其他学科更高。目前的大部分物理教材都是用抽象的方式来提出物理问题，这一点在之前卫生出版社出版的胡新珉版的《医学物理学》中比较突出。而Paul Peter Urone版College Physics，对物理概念和定律大多是在实际问题中引入，在每一章节开始，通过设置多个实际问题，将物理概念自然引入。例如热力学这一内容，Paul Peter Urone所著教材中先分析人类对冷热的感知，地球的温室效应等引入冷热的主观感受，然后通过水银温度计对温度的客观标度和热敏金属对温度的曲率变化来理解温度的概念。同时通过热敏电阻在医学仪器中的各种医用，更进一步的加强学生的理解。而国内教材对这些基本概念基本是直接介绍，并且着墨很少，先验的认为学生对物理概念的理解达到要求。再比如对杨氏双缝干涉实验，我们的教材是依据严格的波的叠加原理，采用数学推导的方式来介绍屏幕上形成明暗条纹的规律。而Paul Peter Urone版教材中对此没有物理推导，而是直接给出形成明暗条纹的结论，同时辅助大量的图像，来演示该物理过程，强化学生对该规律的理解和认识。

这两种方式各有优势，国内教材的优势在于，学生如果完全掌握波的叠加原理，并且对推导过程中所采用的近似处理和数学形式理解透彻，那么对该知识点的掌握就比较深刻。而Paul Peter Urone的论述方式是在学生的认知过程中门槛很低，对一个较为复杂的现象有足够的感性认识，有助其形成记忆，在其他学科中遇到类似问题时能快速形成类比。

需要指明的是，我国的医学类物理教材在发展过程中，也注意到物理概念和规律与医学、生物等方便的联系过少，在案例版教材中，也尝试了这种联系，例如每一章开头，引入一个医学或者生物学的问题，介绍完物理知识后作一个解答。但是从目前的教材编写效果来看，这种结合还是比较生硬，停留在水是水，油是油的阶段，其原因在于将实际问题抽象成物理问题的过程中，抽象过度，完全失去问题本身的背景，变成理论模型；而抽象不够，问题本身掩盖了物理规律，只能停留在简单的分析这一层面之上。

三、物理概念与定律的数学描述

在科学出版社版本的医学物理学教材中，对高等数学的要求对于医学类专业学生而言还是比较高的，全书大部分章节的物理概念的定义方式，物理定律和定理需要用微分来表达，而在静电场，稳恒磁场等章节，对高斯定理，安培环路定理以及麦克斯韦方程组等需要环路积分，多重积分的形式；在力学，机械波等章节，需要二阶微分方程，在分子动理论等章节，甚至需要统计学的概念和规律来理解压强微观公式和麦克斯韦速度分布律。这些数学知识对于同步学习高等数学大一学生而言，难度比较大，造成学生学习过程中理解混乱，甚至有排斥心理。

相比较而言，Paul Peter Urone版College Physics是一本完全不用微积分的大学物理教材，这样就面临一个问题，该教材是如何处理以上相关物理规律的。我们发现，其一，该教材对涉及高等数学的物理内容有所取舍，在College Physics中，不讲高斯定理，不列出麦克斯韦方程组，不介绍洛仑兹变换等。其二，用于微积分知识可以在特殊情况下用初等代数的形式来描述，所以在涉及一些基本概念、定理的表述上，该教材采用我国在中学阶段广泛采用的微元方式，极限的定义，来替代微分的表示。这样的做法可以使学生在学习过程中，绕开数学知识不够的障碍，将主要精力集中在物理知识的学习上，值得借鉴。

四、例题和习题的设置

物理学的概念和规律是高度数学化的，在认知过程中不能仅停留在定性的层面上，故而需要大量的习题练习，强化对知识的理解，进而实现在实际需要中的运用。所以通过例题的讲解和习题练习是中外物理教学的不二选择。但是在例题和习题的编写上，中外教材仍然存在很大的不同。国内物理教学，从中学阶段到大学阶段，不论是课堂还是各级考试，多是模型的演练，即将实际问题抽象成物理模型，学生面对的始终都是质点、刚体球、理想气体分子、轻质弹簧、均匀带电球等等之类。这种方式当然是为了排除实际问题中各种其他因素的影响，将注意力集中在物理规律的运用上，便于学生在短时间内快速掌握所学知识。但是其弊端是在抽象过程中，往往失去了问题的背景，而过于模型化。例如在科学出版社的医学物理学教材第七章，所采用的例题全部没有医学或者生物学背景，课后习题十三个题目，除一个是谈到静息电位外，其他的全部是简化模型的习题，这些习题作为普通物理教材的习题也是完全适用的，而在Paul Peter Urone版College Physics教材中，声音这一节，提供91道习题，而通过标注涉及人体应用(Human Application)，医学应用(Medical Application)和生物应用(Biological Application)有五十个之多。目前我们国内教材的例题和习题还是没有体现物理学在医学生物等方面的应用，这样造成学生即使掌握物理知识，但是在对具体问题的分析时往往手足无措。另外在医学、生物以及生理领域，学生将来面对的实际问题通常较为复杂，事实上许多具体问题无法完全抽象化，导致目前的相关学科的基础课目中，需要运用到物理知识时，也是停留在表面，只能是对现象作出描述，给出一些定性的分析，无法量化，使得医学、生理生物等学科与物理的结合不好。

五、结论

通过对比，我们发现国内的医学本科专业的物理教材建设依然存在物理规律和医学领域的结合不够，对医学专业学生数学基础要求过高，内容选择过于偏重经典物理，而对现代物理知识关注不够以及例题和习题的设置不合理等方面的问题，这要求在该领域教材在进一步的发展中，强化对医学、生物等问题的物理化提炼，通过合适的方式来展示物理学的基本概念和规律，使得医学本科学生的物理学基础能在其今后的专业学习中产生更明显的促进作用，为其将来的工作和科研打下坚实基础。

参考文献：

[1]杨德广.高等教育学[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2]仇慧，王亚平.医学物理学[M].北京：科学出版社，2012.

[3]胡新珉.医学物理学[M].北京：人民卫生出版社，2001.

[4]陈仲本，况明星.医用物理学[M].北京：高等教育出版社，2005.

[5]王一玲.国内外教材的对比分析与思考[J].科学与出版，2001，(3).

[6]P.P.Urone.College Physics (second editor)[M].北京：机械工业出版社，2003.