医用物理学课程线上线下混合式“金课”的研究与实践

2021-10-09刘东华韩琳陆晓元任武

生物医学工程学进展 2021年3期

刘东华，韩琳，陆晓元，任武

新乡医学院医用物理学教研室（新乡，453003）

0 引言

我们生活在新时代，中华人民共和国成立70年来，我国正在从建立在人口基础上的教育大国走向注重教育质量的教育强国，高等教育的发展促进了我国从人力资源大国逐步成长为人力资源强国；创新文化的发展和经济总量的增长，使我国逐渐成为创新大国和经济大国。中国担负着促进世界和平和繁荣发展的国际义务与责任，中国经验将会被越来越多的国家需要和借鉴。为了打造具有中国特色的课程品牌，有力支持培养卓越拔尖人才的重任，培养具有世界影响力的工程师、教育家、科学家、思想家，中国原创课程形态的金课，将会为国际教育发展提供中国经验和中国案例［1］。

提升大学课程难度，淘汰“水课”，建设“金课”，是当前推进教学改革，加快一流学科和一流专业建设的重要发力点［2］，是不忘初心的具体体现，是增强中国教育总体实力和国际影响力的重要举措。

《医用物理学》是高等学校医药类各专业学生的重要必修专业基础课程。物理学提供的技术和方法为医学的研究、临床实践开辟了许多新的途径；物理学的知识是了解医学、生命现象不可缺少的基础；物理学的基础知识是一个医务工作者所必备的，更是构成医学生科学素养的重要组成部分。《医用物理学》课程的主要任务是为医学生打好必要的物理基础，培养医学生科学的宇宙观、自然观和辩证唯物主义世界观；培养医学生的创新、探索精神；培养医学生的科学思维能力，掌握科学方法。通过实验使医学生获得物理实验方法和基本技能的训练，培养医学生进行科学研究工作的能力和良好的工作作风。通过《医用物理学》的教学，应使医学生对物理学的基本概念、基本理论、基本方法有比较全面和系统的了解，为进一步学习后继课程打下基础。

我们按照教育部的要求，将《医用物理学》课程打造成具有高阶性、创新性和挑战度的金课。下面浅谈我们在教学中的几点做法。

1 线上教学

2007年《医用物理学》课程被评为新乡医学院精品课程，2015年被评为校级资源共享精品课程，2016年，《医用物理学》课程获得新乡医学院微课程建设立项，并按计划完成制作任务，通过学校组织的验收。按照教学大纲、教学计划，根据医用物理学教学知识点，录制微课视频198个，已通过学习通平台进入学校教学资源库［3］。线上教学依托学习通平台，不断完善微课视频。在2017级临床医学各专业中进行微课教学，在2018级、2019级、2020级临床医学专业中进行翻转课堂教学。所谓翻转课堂式教学，是指教师根据知识点创建微课视频，在教师的指导下，学生在课前观看微课视频完成知识的学习，课堂时间用于启发学生怎样进一步去深入思考、探究，课堂变成了老师学生之间和学生与学生之间面对面交流、质疑、辩论、互动的场所，包括答疑解惑、知识的运用等，从而达到更好的教育效果。传统教学模式是“先教后学”，以教为中心；翻转课堂教学模式是“先学后教”，以学为中心。三年来学习通点击量为7 080 570次，突破700万人次。

2 线下课堂教学注重紧密结合医学

课程教学内容有前沿性和时代性，物理学的知识是了解医学、生命现象不可缺少的基础，物理学所提供的技术和方法为医学、生命科学的研究、临床实践开辟了许多新的途径。为此，我们完善和整合教学内容，加强物理学与医学的紧密结合，提高学生的学习兴趣和学习主动性。在理论课教学内容上，增加血液流变学基础知识、超声波的医学应用、心电图机理、人眼屈光不正及矫正、计算机断层成像（X-CT）基本原理、数字化X射线成像（DR）原理、数字减影血管造影（DSA）原理、磁共振成像（MRI）原理、核医学成像原理等内容，将物理学的发展与医学紧密结合，开阔同学的视野，激发学生的学习积极性。

学生实践能力是综合素质培养的关键环节，我们在转变实验教学观念、更新教学内容，改变教学方法等方面进行了大量的研究与实践。增加和改进与医学实际结合紧密的项目如“传感器特性及人体血压的测量”， “数码显微摄影”和“A型超声探测”，使实验教学更具实用价值。

3 线下课堂教学体现互动、探究的特点

翻转课堂教学基本是2周上1次理论课，一次课讲授1章的内容。教师在一起进行集体备课，统一授课内容，主要是本章与学生互动的问题及典型例题以及学习任务单，包括学生课前理论课预习内容、要看的微课视频、思考题及部分习题。学习任务单要精心制作，在课前发给学生。医用物理学课程建成有一定难度，需要学生和老师一起，不断努力，跳一跳才能够得着，老师要认真花时间、花精力、花情感备课讲课，让课程变成具有震撼力的课程，学生课上课下要留有较多的学习思考时间做保障。

以液体的流动这一章为例，学习任务单上给出15个思考题，基本上是上课与学生互动内容。比如：①试估算人倒立时，头部、脚部动脉、静脉血压为多少？②根据泊肃叶定律，试分析可采用那些方法来改善血液循环？③在自然界为什么只有流线型的鸟而无流线型的昆虫？④试分析足球比赛中“香蕉球”的形成原因。

学习任务单上思考题要紧密结合日常生活实际，紧密结合临床医学，不是简单告诉你什么是错的，什么是对的，而是培养学生去探究学习。

4 医用物理学课程思政教学

习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，要用好课堂教学这个主渠道，“要把做人做事的基本道理、把社会主义核心价值观的要求、把实现民族复兴的理想和责任融入各类课程教学之中”，各类课程都要与思想政治理论课同向同行，形成协同效应。医用物理学作为高等医学院校一门基础性学科，由于其自身的历史渊源和独特的发展过程，蕴涵着极为丰富的“课程思政”内容［4］。本课题组在医用物理学课程中，建设课程思政案例，做到图文并茂、深入浅出、寓教于乐、不是简单的说教。注重加强对学生的世界观、人生观和价值观的教育，传承和创新优秀传统中华文化，积极引导当代学生树立正确的国家观、民族观、历史观、文化观，从而为社会培养更多德智体美劳全面发展的人才，为中国特色社会主义事业培养合格的建设者和可靠的接班人。

课程思政在教学中起到画龙点睛的作用，拓展了教学的广度与深度。我们主要从以下几个方面进行课程思政教学。触动心灵的教育才是好的教育, 社会是终身教育的大课堂，灾难是人生历练的大考场［5］，把灾难当教材、把困难当磨砺，结合武汉战疫进行课程思政教学；结合祖国的现代化建设，结合改革开放进行课程思政教学；结合科学家报效祖国的爱国情怀进行课程思政教学；结合科学家的高贵品质进行课程思政教学；结合中华传统文化进行课程思政教学。我们编写了程思政案例25个，分别是：北斗导航精神，嫦娥1号，两弹一星精神，世上无难事、只要肯登攀，墨子号量子科学实验卫星，长江三峡大坝，中国高铁，王亚平太空授课，武汉战疫1，武汉战疫2，武汉战疫3，科学家报效祖国的爱国情怀——南仁东，科学家的高贵品质，我国古代的科学贡献，科学家追求真理为科学献身的精神，高锟精神，卢瑟福勇往直前的精神，为科学献身的居里夫人，献身科学事业的法拉第，敢于挑战权威的托马斯·杨，服从真理的科学家恩利克·费米敢于探索，不怕牺牲的杨利伟，坚守报国初心，筑牢“海防长城”，我国古代的科学家发明——司南，中国创造中国引领。

下面以液体的流动为例讲两个课程思政案例。每个案例后面提出一个物理问题，这些问题可以使教师与学生进行互动交流，使课程当中有机地融入价值塑造的元素，避免生硬的机械组合，努力实现自然的有机融合。探求活的思政，而不是刻板的思政。

在讲过伯努利方程后引入案例1：中国高铁被誉为中国的新四大发明，复兴号高铁速度可达350 km/h，和谐号高铁速度可达300 km/h，2019年底，中国高速铁路营业总里程将达到3.5万km。中国高铁满足人民出行要求，增强了中华民族自信心和自豪感，高铁的修建说明社会主义制度可以集中力量办大事。

物理问题：火车进站时，乘客为什么要退到安全线以后？

在讲过小孔流速问题后引入案例2：三峡大坝是当今世界最大的水利发电工程，大坝结构为混凝土重力坝，大坝坝顶总长3 035 m，坝高185 m。设计正常蓄水水位枯水期为l75 m、丰水期为145 m，左右岸厂房共安装32台水能发电机组，机组单机容量均为70万kW，总装机容量2 250万kW，年平均发电量1000亿度。三峡大坝于1994年12月14日正式动工修建，2006年5月20日全线修建成功。三峡大坝主要有三大效益，即发电、航运和防洪。

伟大的革命先行者孙中山在《建国方略》中提出建设三峡工程的设想，共和国缔造者毛泽东主席1956年三次畅游长江之后写下的气势磅礴、豪情满怀的光辉诗篇，《水调歌头·游泳》，“更立西江石壁，截断巫山云雨，高峡出平湖”，成为人们对三峡工程的美好向往。只有改革开放后我国综合国力增强后，才能修建成这一巨大工程。这说明改革开放是完全正确的，我们要增强理论自信，道路自信。

物理问题：水位按175米，试估算泄洪深孔水流速度。