医工交叉背景下生理学“金课”建设的思考与探索

孟紫君 刘晓芳 武林会

摘  要：社会的发展要求高校培养可以解决复杂问题的交叉学科人才，而交叉学科涉及的专业课范围广，内容多，个别理论课之间容易相互脱离联系，“水课”频出，学生经常出现理论脱离实际，对课程认可度较低。文章仔细分析了目前生理学课程存在的各种问题，从重构课程内容，改革教学方法，融入思政元素，优化课程评价方法四个方面进行探讨，构建生理学“金课”。通过两个学期的实践，结果表明课程改革有效提高了学生对课程的认可度，为交叉学科专业课的教学提供了借鉴。

关键词：金课；交叉学科；生理学

中图分类号：G642    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2023）05-0040-04

一、引言

随着时代发展，为了解决复杂的社会问题，交叉学科在近年来一直受到大学教育学界广泛的关注，特别是第四次工业革命以来，这种趋势愈加凸显。2021年1月，国务院学位委员会、教育部印发通知，新设置“交叉学科”门类，成为中国第14个学科门类，其重要性显而易见。生物医学工程是一门新兴的边缘学科，也是一门典型的交叉学科，是小众专业，但综合了生物学、医学、工程学、材料学、化学等学科的理论和方法，在各种层次上研究人体系统的状态变化，并运用工程技术手段去控制、监测或者治疗这类变化，其目的是协助医生解决医学中的有关问题，保障人类健康，为疾病的预防、诊断、治疗和康复服务。在新冠肺炎疫情的大背景下，生物医学工程专业的作用也越来越被受到重视，许多一流大学都开始将医工交叉类人才的培养作为重点培养方向［1-2］。生物医学工程专业首先要求学生有较广的生理学和医学基础知识，在了解人体的基本运动规律后，其次要求学生具备较强的工程实践能力，才可以将工程技术应用到人体上，在医学器械领域从事产品的开发、服务及技术支持等工作。因此，国内外的生物医学工程专业都将生理学列为首要的必修课程之一。然而由于课程本身理论性较强，工科学生又有其自身的兴趣，导致生理学这门课很容易被学生所忽视。

2018年，教育部印发了《关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》（教高函〔2018〕8号），提出各高校要全面梳理各门课程的教学内容，淘汰“水课”，打造具有深度、有难度、有挑战度的“金课”，切实提高课程教学质量［３］。以金课为标准，国内各大院校围绕专业内容进行了多层面、多类型的改革［4-8］，然而围绕小众的交叉学科，对交叉学科中重要又容易被学生边缘化的课程讨论较少。本文将对此现象进行分析，并以打造工程生理学金课为目标进行了初步的改革实践。

二、生理学课程概况与存在的问题

生理学课程在本专业中被命名为《工程生理学》，在本专业建立初始就被列为专业基础课，设置为大一新生在入学第一学期唯一的专业相关的必修课程，课程名称中特意提到了“工程”两字，意在提醒学生这是与工程相关的生理学，然而其教学内容与生命科学专业或临床医学专业的《生理学》基本相同，虽然被设置为必修课，学生却一直对课程的认可度不高，有的学生甚至仅仅因为本专业需要学习这门课程而产生转专业的想法，经过多年教学实践和学生反馈发现，究其原因有以下几点：

（一）从学生角度分析

1. 工科学生自然地认为工程技术才是自己的学习目标，无法将生理学这种理论性很强的知识与工程技术的知识有机地结合起来，无法产生专业代入感，造成大多数学生毫无兴趣，没有学习积极性。这是造成学生排斥这门课程最主要的心理原因。

2. 生理学本身具有知识点繁多、抽象、理论性强，且晦涩难记的特点，学生学习过程类似医学生，在理解的基础上以强制记忆为主，一个学期要背400多页的书，对于多数喜欢逻辑思维，不喜欢大量记忆的工科学生来说缺乏趣味性。

3. 正常情况下，生物类专业在开设生理学课程之前，要求学生对有机化学、人体解剖学等课程先进行学习，然而本专业作为交叉学科，不可能将更多相关课程纳入进来，背景知识的缺乏加大了学生的学习困难度，极容易让学生产生厌学情绪。

（二）从教师角度分析

1. 生理学课程内容多而分散。该课程教材有400多页，一共分为9个章节，有的相互独立，有的相互联系，教师还需自行添加必备的背景知识如人体解剖学等等，因课时只能设置为40学时，教师不得不在有限的时间内尽可能宽泛地讲授知识点，因此一直延续着“以教师为中心，学生被动接受”的传统讲授方式，这种教学方法虽然能快速、系统、全面地传授知识，但学生的主观能动性易被严重忽略，导致课堂师生互动不足，教师在讲台口沫横飞，而学生打瞌睡，玩手机的现象屡禁不止，教学效果较差。

2. 正常的生理学教学过程中应该配合有生理学实验教学，生理学实验通常能显著提高学生学习积极性，帮助学生理解知识点并加深记忆，然而受学时和学科基础设施限制，实验课程被省略，使本课程的学习过程更加无趣。

3. 课程的考核方法沿用了生命科学专业或临床医学专业的一般评价方法，以理论考试为主，80%为期末考试成绩，即学生通过死记硬背得到成绩，20%为平时成绩，包括平时作业和出勤率等。这种评价方法严重忽略了工科学生的思维特点，无法培养学生积极主动的探索精神，造成学生产生“平时上课睡一睡，考前一周背一背”的印象，进一步使《工程生理学》成为名副其实的“水课”。

三、生理学课程改革策略

（一）重构课程内容

本课程一直选择使用人教版生理学经典教材，教材内容广，文字多，难度大，对生物医学工程专业的学生已不再适合，因此，教师首先对教学内容进行重新整理，精简教材内容，去除课程内“水”的成分，与专业相关程度不高的内容可忽略不讲，比如第11章内分泌和第12章生殖，但如第4章血液循环，第9章感觉器官的功能等相關度较高的内容需精讲。

其次，PPT在教学过程中占有重要地位，是学生学习过程中接触的第一手资料。制作精良的PPT可以有效提高学生在课堂的抬头率。因此，任课教师收集了大量网络资源，在PPT制作中尽量以彩色或动态图片代替理论文字、以流程图形式描述生理过程，以此兼顾工科学生较强的逻辑思维能力，达到吸引学生注意力，弥补学生对人体解剖学等知识的不足，帮助学生进行记忆的目的。另外，针对本专业因缺乏硬件设施无法设置实验课的缺点，任课教师应在部分重要的知识点上增加实验视频等资料，帮助学生加深理解。

为避免学生产生理论课程脱离工程实际的感觉，本课程除了以课本固有的知识点为主要讲解内容外，增加了科研前沿、技术前沿和实际生产过程中医疗器械与生理学知识相关的教学案例，如在讲解第5章第3节气体在血液中的运输时，介绍fMRI成像技术中氧合血红蛋白和血红蛋白的作用的案例，让学生体会到科学家通过研究生理学，完成行业颠覆性成果的奇妙经历，引起学生兴趣的同时也达到了引起学生对课程重视的目的。经过课程重构后，全部教学内容共分为9章，除绪论外，每个章节至少添加了一个医疗器械相关案例，每个案例占时不超过5分钟，不会对主要教学内容产生时间影响，已经形成了完整的教学案例体系，重构后的部分课程内容如表1所示。通过实践发现，增加教学案例的介绍，可以让学生充分体会到生理学知识与现代工程技术相结合后所形成的震撼的科技效果，学生课堂抬头率明显提高，课堂氛围显著提升，有效地激发了学生的学习热情，进而提高了对专业的学习兴趣及认可度。

（二）教学方法与教学设计改革

在教学设计与教学方法方面，本课程组也进行了多种尝试。首先，本课程以医疗器械案例为载体，通过课上直接设置问题引导学生进入课堂，比如：在第4章，提问胎心测量仪可以利用心脏内哪些生理学信号？也可通过课前提出问题，要求学生查阅资料，课上再介绍知识点，加深学生理解。比如在第5章，课前可要求学生查阅资料，找到ECMO系统中哪些部件仿真了肺气体交换的过程。通过问题情境的设置，可以让学生带着疑问进入到生理学的学习过程中，有效提高其学习兴趣。

其次，尝试实现翻转课堂。在重要的和文字内容较多的章节中，要求学生课前对部分内容先进行预习，课上组织分组知识竞赛，生理学“小老师”等活动。比如：在第四章血液循环——心脏的电生理现象中，可要求学生提前预习，课上将班级分为两组，以两组同学互相提问和抢答的形式，实现翻转课堂，让学生自己找到学习重点和难点。在第8章尿的浓缩与稀释部分，采用课前提供PPT，要求学生提前阅读相关内容，课上随机抽选学生做“小老师”，实现学生主讲，老师辅助的课堂教学方式，有效集中了学生注意力，加深学生对相关知识的印象。

最后，设置案例探索项目。本课程采用小班教学模式，每班30人左右，以3～4人为一组，组织学生完成分组案例探索项目，项目题目可以选择课上介绍的医疗器械案例，也可由学生自己寻找其他感兴趣的题目。学生在学期初就会收到项目通知，利用一个学期的时间进行案例选择和准备，查阅相关文献资料进行自主学习，主要学习内容为对医疗器械中的生理学知识进行探索和总结，最后以撰写项目汇报书、课堂小组汇报和答辩的形式完成学习。此项教学改革有效帮助学生建立了生理学与工程学之间的知识联系，激发了学生的学习主动性。

（三）思政元素的融入

高校的立身之本在于立德树人，培养合格的社会主义接班人。现代教育中金课的打造也离不开课程思政的建设。基于此，本课程通过两个途径进行了思政案例的融合。

第一，以医疗器械案例为载体，挖掘案例中的思政元素，将专业内容与思政元素巧妙地融合在一起。在教学过程中可以将与生理学重大相关的部分例如医疗器械或科技发展史引入课程，如在讲解第10章神经系统的功能时，介绍当下IT行业研究热点神经网络，即起源于生理学家和数学家对人体神经系统的不懈探索，教育学生“不积跬步，无以至千里；不积小流，无以成江海”的道理。第二，充分挖掘专业课内容中的思政元素，比如在讲解血液循环时，可以联系血液循环系统与中欧班列——一带一路陆路运输的“大动脉”，教育学生支持国家重大发展政策，做好循环系统中的每一颗“细胞”。通过课程思政的建设，可以反向推动学生的学习兴趣，加深对重点难点内容的记忆，有助于打造高水平金课，也促进了学生坚定科学动机、坚持创新思想、自主研发、家国情怀等高尚品质的形成。

（四）课程评价方法的优化

在经过上述三点内容的教学改革后，本课程也实现了多样化过程考核，改善了期末一卷定输赢的状况，通过课堂参与度、分组项目、课程报告等多个方面考查学生学习情况。改革后的考试成绩组成：期末试卷（50%）、课堂参与度（20%）、项目汇报（20%）、平时成绩（10%）。其中，课堂参与度主要反映学生在回答课堂问题、分组知识竞赛、生理学“小老師”等课堂中的表现情况，积极参与课堂教学的学生可以获得高分。项目汇报为小组案例探索项目的成绩，包括期末项目答辩、汇报书、汇报PPT三项内容。平时成绩则反映了学生出勤率、平时作业的情况。

四、结语

通过工程生理学金课的整体建设，按照上述策略进行课程内容重组，优化教学方法与教学设计，革新课程评价方法等努力后，学生对课程的认可度有了显著提高。学校通常以生评教分数反映学生对课程的认可度，在初始进行教学改革的学期，生评教分数从学院垫底的91.9分增长至97.8分，有了明显进步。

本门课程的教学改革虽取得了初步成效，但仍有不足。如课上组织分组知识竞赛等活动时，部分学生由于惰性，未能充分进行课前预习，活动中偶尔会出现冷场现象，部分教学活动效果不如预期。且因学时有限，有时会出现学生反应慢、时间不够、课程知识点不能按时完成教授的现象，这都需要教师进一步合理安排课程设计，把控整个课堂流程。高科技手段可以更好协助教师完成课堂教学已经是课程改革的共识，未来本课程还将拓展利用线上技术平台，增强信息化教学意识，构建线上线下混合教学模式，进一步打造实实在在的工程生理学金课，为医工交叉背景乃至所有交叉类学科的教学活动提供借鉴意义。

参考文献：

［1］ 孙安强，康红艳，蒲放，等. 医工交叉类专业课程建设的探索与实践［J］. 北京航空航天大学学报（社会科学版），2022，35（01）：163-167.

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［3］ 孙秀云，黄中华，张轩等. “金课”建设背景下的课程改革探索——以固体废物处理工程为例［J］. 大学教育，2022（01）：64-66.

［4］ 王丽，王贞香，李倩. 金课背景下医学生物化学课堂教学创新探索与实践［J］. 生命的化学，2021，41（12）：2726-2732.

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（责任编辑：淳洁）