医用物理学MOOC教学的理论与实践研究

黄河　王昌军　王亚平

摘 要：大规模开放在线课程（Massive Open Online Course，MOOC）作为一种崭新的教学模式，引发了教育教学领域的深刻变革。很多课程尝试把MOOC教学模式有效的融合进传统教学之中。本文在对医用物理学这门课程性质分析的基础上，以辽宁医学院为例研究MOOC教学模式应用于医用物理学教学实践及意义。结果表明应用MOOC教学模式可以获得较好的教学效果，MOOC教学模式适用于医用物理学教学并有利于提高学生学习的积极性，培养学生自主学习习惯，并提升其分析、解决问题的能力。

关键词：医用物理学；MOOC；Moodle

中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2016）22-0032-03

一、引言

医用物理学是一门将物理学应用于医学诊断与治疗的学科，是医药院校本科生必修的基础理论课之一[1]，该门课程的教学目的是引导学生学会将物理学的概念、原理、规律在医学上进行应用[2]。

2012年以来，以Coursera、Udacity和edX等为先驱和代表的MOOC（Massive Open Online Course，大规模开放在线课程）开放式互联网教学平台教学模式迅速发展起来[3]。MOOC的兴起为医用物理学教学提供了新的教学方法与模式借鉴。

本文在对医用物理学教学现状分析的基础上，尝试运用MOOC教学模式提高医用物理学教学质量。

二、医用物理学教学现存的问题

医用物理学是一门医学与物理学的交叉学科，在医用物理学的教学过程中，我们发现主要存在以下问题：

1.理论学时少，教学内容分散，扩展知识点不易展开

医用物理学的内容覆盖了物理学中力学、电磁学、流体力学、振动学及光学等内容，教学内容较为分散，章与章之间的关联性较低。这些教学内容在工科院校的课时一般在108学时以上，并分两个学期进行教学。然而，在医药院校，医用物理学的理论教学课时严重不足。据调查统计，在全国近105所医药院校内，72%被调查院校的医用物理学理论课学时数不足60学时[4-6]，而我校的医用物理学理论教学学时数仅为40学时。在这样有限的教学时间内，教师很难在课堂上对医用物理学应用方面扩展知识做详细的讲解，更不能安排课时对教授的知识做总结与复习及习题的讲解。如何在较少的课时内完成繁重的教学内容成为医用物理学课程教学的难题。

2.学生学习积极性不高，课前预习及课后复习不够

医用物理学课程在医药院校中一般为必修考查类课程，知识点与医学主干课较远，学生通常不能对此课程引起足够的重视，缺乏自主学习的兴趣，学生对医用物理学课程课前不预习，课后很少复习，对课程的理解慢且掌握不够。同时，在传统的教学模式中，教师主要以讲授法为主，学生被动听课，教师与学生缺少有效的互动。很多学生对医用物理学的学习只是停留在课堂上教师的授课内容，学生很难将医用物理学应用于其他相关学科的学习之中。在传统的教学过程中，教学的时间通常是比较固定的，但各学生的作息时间不同，学生很难自主选择自己效率较高的时间来学习课程。

3.实验课时紧张，实验条件有限

物理学是建立在实验基础上的学科，实验教学是医用物理学教学的基础。合理的实验教学不仅可以培养学生的动手能力和解决问题的能力，而且可以促进理论与实践的结合，加深学生对相关知识的理解，提高学生学习医用物理学的积极性。然而，在医药院校，医用物理学实验的课时却严重不足。据调查，在全国近105所医药院校内，70%被调查院校的医用物理学实验课学时数低于30学时[7]，我校医用物理学实验课时仅为16学时。同时，医用物理学实验的经费投入有限，实验设备相对陈旧，严重地制约了实验内容的更新。由于实验课时及设备的限制，很多与理论教学相关的实验很难让学生自己亲自动手完成，因而缺少理论与实践的结合，影响了学生对理论知识的掌握和理解。

4.教学反馈形式匮乏，周期长

课堂效果应及时反馈、及时改进，才能获得较好的教学效果。然而在医用物理学的传统课堂教学中的反馈却仅仅停留在课后作业、期中、期末测试等反馈形式，反馈形式严重不足。由于医用物理学是医药院校几乎所有专业的必修课，课程学生人数多，教师很难及时的对作业进行批改，了解学生对知识的掌握程度。教师即使在得到反馈后也很难再对教学进行及时改进以提高教学效果。另外，由于在教学过程中缺少师生间的互动，同时也缺少针对重点、难点的讨论等内容，影响了对学生独立思考、分析及解决问题的能力的培养。

三、医用物理学MOOC教学实践

1.医用物理学MOOC教学的先备条件

（1）网络基础设施建设

2008年，我校完成了校园网的拓扑建设，建成了一个覆盖整个主校区和分校区呈星形结构的千兆校园网络，实现百兆带宽到桌面。2013年，实现校园Wi-Fi全覆盖。校园网建设方便了学生访问MOOC服务器，满足了多媒体上传及下载的需要，为医用物理学MOOC教学提供了网络条件。

（2）硬件环境保障

学校网络中心提供了服务器，采用Windows Server 2003操作系统以及PHP +MySQL的运行环境，可以满足安装课程平台服务的需要，为医用物理学MOOC教学提供了硬件保障。同时，学校建设专门的视频录制教室，为视频录制及制作提供硬件保障。

（3）软件环境支持

本课程采用课程管理平台Moodle作为MOOC课程平台。Moodle提供了如课件、练习、测验、作业、考试等丰富的教学活动形式，也支持论坛、投票等教学反馈形式，Moodle还支持一部分学生管理的功能，如选课、成绩管理等，其功能可以满足MOOC教学模式的需要。Moodle是一个免费的开源课程管理系统，因此使用其不需支付版权费用。

（4）人力资源支持

学校组织多次MOOC相关内容的培训，通过培训教师对MOOC的教学模式有了更为深刻的理解，也学会了如何以MOOC的方式来安排课程。同时，学校现代教育中心配备专职人员对视频进行后期加工处理，为MOOC课程提供服务。

2.医用物理学MOOC教学内容和教学方式的重构

与传统的教学模式不同，MOOC教学模式可以提供在线学习资源。在医用物理学中的MOOC教学实践中，我们采用了线上与线下教学相结合的教学方式，对教学内容和教学方式进行了重构。首先，我们对教学内容进行了划分，将预习、知识点的讲解、讨论、课后作业和测验等环节移到线上进行。在线下的课堂教学中，教师主要对重点和难点的内容进行总结与讲解，并对学生提出的问题进行讨论与答疑。

在MOOC教学模式中，需要将每一知识点做成独立的教学视频，才能方便学生进行学习。在制作教学视频方面，我们首先在原有的多媒体课件的基础上，将每一个知识点做成独立的课件。之后我们采用录屏的方式将课件制作成视频，并用摄像头录制教师讲解的过程。最后运用视频剪辑软件将课件与教师讲解过程合并生成各个知识点独立的教学视频。

3.医用物理学MOOC教学设计

我们针对医用物理学课程的特点，采用MOOC的教学模式，重点在以下三个方面对教学设计进行重构：

（1）合理安排教学内容，提高学生独立学习能力

在每次上课前，我们将可以激发学生思考的预习资料及每个知识点的课程视频及教学课件发布于课程平台上，供学生自主学习与理解。同时，我们还对一些课上不做重点讲解的知识点加上扩展链接，提供更丰富的网络资源供学有余力的学生开拓视野。如针对为什么由简谐振动可以构成任何复杂的振动，并联系心电图的分析来讲解决傅立叶级数。为了督促学生进行预习与自主学习，在课程平台上布置了预习作业，并要求在上课前完成。

（2）增添模拟实验，提高学生分析解决问题能力

在课程平台上增加了模拟实验来增强学生对知识点的理解。例如针对等响曲线的理解，通过计算机模拟，来播放幅度相同，频率不同的声音，让学生对人耳对不同频率的声音感受到的响度不同。在流体力学中针对泊肃叶定律，将液体粘滞系数测定的实验的原理结合进行讲解，让学生将理论与实践相结合。同时，学生可以模拟实验环境上操作由于经费限制不能真实操作的实验，在一定程度上缓解了经费限制对实验教学的影响。模拟实验环境使学生在学中做，在做中学，提高了学生分析解决问题能力。

（3）加强课程反馈，改进教学方法与策略

我们在课程平台上设置有论坛，学生在自主学习的过程中，遇到不明白的知识点可以在论坛中及时反馈，教师此时的主要任务是在课程平台上回答学生的提问。同时教师还可以将有代表性的问题及学生比较关心的问题记录下来，在线下的课程中进行统一的回答与讲解。例如在论坛中学生普遍关心心电图相关问题，我们在论坛中与学生对如导联的意义，怎样通过导联获得一个相对的零电势点，每一导联的波形代表的意义等问题进行了讨论。通过讨论，学生加深了电场、电势等医用物理学知识点的理解。

在每章的最后，在课程平台上设有针对该章的重点与难点的代表性的问题来检验学生学习效果。教师可以在课程平台上查看学生测验的作答及完成情况，并根据学生的作答及时调整教学进度与教学计划。

四、医用物理学MOOC教学效果

我们选取同年级同专业学习状况基本相同的影像1班和影像2班两个班级进行医用物理学MOOC教学模式与传统教学模式对比。对于影像1班采用传统的教学模式，而对于影像2班采用MOOC教学模式。这两个班的具体教学对比如表1所示。

从表1可以看出，课前准备阶段，采用传统教学模式的影像1班的学生主要以预习为主，而采用MOOC 教学的影像2班学生课前准备的形式有视频教学、预习作业、在线的交流与讨论等，学生学习积极性强，学生参与度高。

课上教学阶段，影像2班采用MOOC教学模式，课堂上教师对重点难点进行讲解，教师讲解的内容和时间大幅度压缩，而节约出来的课堂时间主要以互动提问、讨论和答疑形式来完成。由于学生课前做了充分自主学习，学生响应积极，课堂气氛较活跃。影像1班采用传统的教学模式，教师以讲授为主，学生被动听课，课堂气氛一般。

在课后复习阶段，采用MOOC教学模式的影像2班学生在课程平台上完成练习，学生可以自主选择时间来完成作业并提交，学生对于作业中的问题可以通过课程平台提问，教师可以通过教学平台了解学生作业中存在的问题，及时调整后续内容的教学策略。而影像1班的学生与教师的沟通较少，教师很难及时调整教学方法与策略。

在期末课程的终结测试中，我们对两个班使用同样的试卷进行终结考试，测试的结果显示，采用MOOC教学模式的影像1班平均分、通过率、优秀率都高于采用传统教学模式的影像1班，这说明采用MOOC教学模式可以促进学生对知识的掌握，提高学生的学习质量。

我们对参与MOOC教学模式的影像2班做了调查，80%的学生觉得MOOC这种教学形式，让他们更好利用自己的时间来学习，76%学生表示今后还希望参与其他MOOC课程的学习。

五、总结

本文利用MOOC教学模式对医用物理学教学进行改进，通过合理安排教学内容，提供多类型的学习资源，增添模拟实验和加强课程反馈等方式，提高学生学习积极性，培养学生自主学习能力、分析解决问题能力。结果表明，采用MOOC教学模式，可以获得较好的教学效果，并有利于学生综合素质的提高。当然医用物理学MOOC教学还有很多需要继续完善的地方，需要我们继续在实践中不断探索，努力为医用物理学课程的学习开辟更加便捷的途径，提高学生的学习质量。

参考文献：

[1]胡新珉.医用物理学（第五版）[M].北京：人民卫生出版社，2001.

[2]王亚平. 医用物理学教学中的案例教学法探析[J]. 中国医用物理学杂志，2010（1）.

[3]张红光，李永涛，刘胜利等.MOOC教学模式与大学物理双语教学的有机融合[J].科教文汇，2015，（14）：49-50.

[4]喀蔚波，孙大公，苑桂红，李玉梅. 医药类专业物理课程教学存在的问题及对策[J]. 大学物理，2005，（11）：48-51.

[5]童家明，刘成玉，周晓彬等.普通高等学校医药类专业物理理论课教学现状调查[J].大学物理，2005，24（7）.

[6]侯淑莲，李石玉，马新超等.关于医药学院校物理课程的思考[J].大学物理，2005，24（5）.

[7]童家明，刘成玉，周晓彬等.普通高等学校医药类专业物理实验课教学现状调查[J].物理与工程，2005，15（4）：42-46.

（编辑：郭桂真）