医学院校物联网工程专业的物理学教学探索与实践

漆 颢，肖 蒙，殷学毅，熊 洋

（湖北中医药大学，湖北 武汉 430065）

0 引 言

物联网作为一个新兴产业经历了快速发展阶段，社会对物联网工程专业人才的需求也日益凸显，许多高校设计了物联网工程专业，部分地方医学院校直接开设了物联网工程专业，也有少数医学院校在其他专业下设有物联网方向课程。而物理学作为理工科的一门必修的基础课，在物联网工程专业的培养方案中占据非常重要的角色，一般在高等医学院校的第一学年开设。物联网工程专业物理学的后续课程包括模拟电子技术、数字电子电路等，它们之间联系非常紧密。医学院校的物理学课程是将传统的物理学与现代医学相结合，除了讲授基本的物理原理之外，更加注重与医学技术相关的实际应用的讲解，这也是这门课与其他理工科大学物理课程的不同之处。随着时代的快速发展，现代医学技术与物理学联系非常紧密，每一次进步都是与物理学的完美结合，这门课同数学一样是医学类本科院校教学最基础的课程，针对该课程的改革对后续的物联网工程的专业课教学是十分有帮助的。现代的教学理论同传统的教学理论相比发生了很大的改变，如何利用现代教学理论指导医用物理学的教学，针对出现的问题进行改革，已成为任课老师在该课程教学中不断探索的任务。

关于物理学教学改革，许多高校已经开展了依托不同现代教育理论的教学模式的探索。例如李光仲等[1]通过案例式教学提高学生对于医用物理学的学习兴趣，他采用的是案例式教学，使学生在学习理论知识时有一个固定的应用场景，有着不错的教学效果，同时也实现了教学目标。罗利霞等[2]结合了PPT与功能强大的雨课堂教学软件在教学安排和教学方法上进行了有效的尝试，使学生的成绩得到了明显提高。伍佳等[3]基于雨课堂教学方式，从课程设计、教学技巧、知识结构等方面进行改革探究，在提高课堂效率、提升学生素质方面取得了很好的效果。战丽波等[4]采用“慕课+翻转课堂”的教学实践取得了积极的教学效果。赵占娟等[5]采取“翻转课堂”，通过老师与学生的角色互换激发学生的自主学习能力，提高学习兴趣，增强了课堂上的互动，实现以学生为中心的教学理念，也取得了良好的教学效果。2003年，祝智庭教授在国内首次对“混合式学习”进行了详细介绍。至此，我国高校的混合式教学改革取得了较好的实际效果，如上海交大的 “大学物理‘翻转课堂教学’研究与实践”等。但是医学院校对物联网工程专业物理学的教学模式探索还属于初级阶段，本文是以湖北中医药大学物联网工程专业物理学课程建设实践为例，基于混合式教学模式对该专业物理学教学过程开展相关研究。

1 混合式教学模式概况

混合式教学是将不同的教学模式应用在同一门课程教学当中，不同的老师采用的模式组合是不同的，本研究采用的是BOPPPS和对分课堂相结合的模式，两种模式分别对应的是教师的“教”和学生的“学”。

在教师“教”的过程中采用的是BOPPPS模式，该模式是由国外的教学团队提出的，包含六大版块，每个字母代表一个板块。其中，导入版块主要是引入本次课的主题；学习目标版块是让学生在学习这个章节之前，清楚自己需要掌握的知识点；前测版块主要是了解学生已经具备的本次课的基础知识；参与式学习版块主要是与学生互动式教学，让学生参与进来；后测模块就是了解学生对于本次课的内容的掌握情况；最后就是总结版块，与课程开始阶段实现首尾呼应，总结课程并让学生回顾本节课的重点，评估是否达到了教学目标[6]。

在学生“学”的过程中采用对分课堂模式，该模式是张学新教授在2014年首次提出，并在复旦大学尝试，取得了良好效果[7]。该模式的特点是把整个课堂时间分为前后两个比例不同的部分，前一部分时间占比较少，主要是任课教师讲授课程的时间，即上文提到的“教”的过程；后一部分时间占比较多，则是留给学生讨论的时间，在这个过程中以学生为中心，培养学生独立自主的学习能力及团队协作能力，根据自己不同的知识储备实现自我学习的差异化，达到自我调节，最终消化和吸收本节课的知识点。

2 关于混合式教学的研究重点

在教师“教”的过程中，涉及BOPPPS模式的研究重点是学习目标的建立和参与式学习的设计。学习目标非常重要，要使学生在这堂课程结束后知道自己掌握了哪些知识点，这些知识点能够让我们做什么、实现什么，与现代医学技术有什么密切联系，会使用到我们先前的哪些知识，及与后续专业课程有无关联，等等；在思政方面，培养学生形成积极向上的人生观和价值观[8]。在参与式学习版块的设计中需要多下功夫，不然会出现一头热，也就是当需要学生参与时，学生不参加，只有老师在讲授的尴尬局面，所以要考虑全面，如何提高学生的参与度、老师对教与学的时间分配、课内与课外学习的协调和配合、学生学习的个体差异等都是混合式教学模式下需要研究的重点内容。

3 存在的问题

目前，在湖北中医药大学物联网工程专业的物理学教学中面临的现状如下：在教的方面，传统的教学方法就是老师在讲台上讲解，配合板书及画图，有条件的学校会结合实验道具，且多采用“满堂灌”的方式。首先对于课程任务较多的老师，如果当天有较多的教学任务，那么在后续课堂上会出现兴奋度下降、嗓子负担加重的情况，这对教学质量也是有影响的；其次对于学生来说，对物理学的初印象就是公式多、内容枯燥无味，学生的精力也有限，不可能一堂课上始终保持很高的专注力，在这种“满堂灌”的教学模式下学生更容易出现走神的情况，尤其是现在的课堂上学生觉得老师授课很乏味时还会去玩手机或者睡觉，这种课堂气氛就十分低沉，学生会更加觉得物理难、学不好，这背后的原因就是传统的教学模式束缚了学生的自主学习能力，课堂上缺少互动也扼制了学生的学习兴趣，违背了“以学生为中心”的现代教学理念[9-11]。特别是在学的方面，有些学生中学阶段并没有学习好物理，导致学习基础较差，本身对于学习物理兴趣不大，主动学习的意愿不强；而且很多学生认为物理学作为一门专业基础课与未来职业发展相关性小，都是公式和理论，就算是在课堂上勉强花时间，课后也是不会花时间学习的，只是抱着“及格万岁”的思想进行学习，目的只是为了拿学分而已[12-14]。即便是愿意花时间学习的学生，由于医用物理学本身公式繁多且内容抽象，课本上的公式推导过程也是一带而过，并不知道为什么这样，因此多数学生对医用物理学的学习仅仅停留于公式记忆，以应对期末的考核，通常是学完本学期的课程就不会再碰物理学了，更不用说如何把物理学与后续相关专业课程相结合了。

4 拟解决办法

针对目前湖北中医药大学物联网工程专业物理学教学中存在的问题，在教学方案设计中采用对分课堂模式，其中教师传授知识的部分采用BOPPPS教学结构，课外学生通过不同资源实现个性化学习，课内另一半时间安排分组讨论、合作学习等。通过此种方式使医用物理学教学效果达到金课的标准，即高阶性、创新性和挑战度，简称“两性一度”[15]。

研究方法可采用以下四种方法：（1）分组比较法：这种方法是在同一个学期，选取同一年级同一专业的两个班级，分为实验组与对照组，即一个班采用混合式教学而另一个班不采用，最后比较教学效果。（2）观察法：在平时授课中，对学生的学习状态及行为进行观察并记录。（3）访谈法：在教学的不同阶段，对不同学生进行约谈，了解混合式教学对他们的影响。（4）问卷调查法：当采用了一段时间混合式教学后，针对教学情况对学生进行回访，主要是针对教学过程、教学目标等情况设计调查问卷，考察学生对于这一教学模式的认可度和参与度是否达到了教学目标等。

混合式教学实施步骤：（1）第一次课讲授：在BOPPPS结构中的导入版块（B），可利用课程回顾、播放与主题相关影片、提出具有争议的论点等方式引发学生们的思考；然后阐明学习要达到的目标（O），在学生开始学习之前就明白自己要学哪些，带着问题去学习，效率会大大提升；接着通过前测（P）来了解学生先备知识以及学生的兴趣点在哪里，根据先测的内容来调整本次课程的难度，及时合理地安排教学进度，这一前测版块可利用雨课堂的小测验功能；在参与式学习版块（P）可使用小组讨论、案例研究等一些教学互动技巧，配合电子互动工具进行；用后测（P）了解学生学到了什么，是否达到学习目标；最后进行课堂总结（S），帮助学生梳理整堂课程的知识点，让学生回顾课堂开始的问题，引导学生进行反思，提炼要点，在时间允许的情况下画出思维导图，课堂结束后告知学生下次课的主要内容，让学生提前预习。（2）课外学生自主学习：教师提供线上教学资源，学生通过课外自主学习对上次课的内容进行消化吸收，实现个性化学习，发现并记录问题。（3）第二次课讨论：采用不同方法将班级分为不同小组进行组内讨论，解决问题，提炼难点；再进行组间对话或老师解决难点。

5 混合式教学模式的应用实例

下面以针对物理学中“泊肃叶定律”开展混合式教学为例。

首先是在教师“教”的过程采用BOPPPS法，其过程如下：

（1）导入（B）：采用问题导入法，在课堂教学开始时提出相关问题“日常生活中常见的冠心病，其中的一种病理表现为血流量变小，造成心肌缺血，从而危及病人生命安全，那么治疗冠心病有什么办法？其背后的物理机制又是什么？”

（2）学习目标（O）：使学生掌握泊肃叶定律的推导过程，能利用泊肃叶公式指导实际应用。其中的思政元素是使学生具备理论联系实际的能力，通过理论指导实践，又从实践验证理论。

（3）前测（P）：采用问答形式，考察牛顿黏滞定律，即黏滞力与哪些物理量有关；采用习题小测试方式，考察学生关于微积分运算这个知识点的掌握情况。

（4）参与式学习（P）：这个版块包含了对分模式中学生自主学习，讨论主题是泊肃叶公式的推导，首先由教师给出研究对象为圆柱形的黏性流体，学生则采用临时分组的方式进行公式推导，在临时小组长的组织下进行讨论，如推导的公式是否正确、错误原因等，保证每个学生掌握这个知识点。

（5）后测（P）：返回导入部分提出的问题，测试学生此时是否可以回答出该问题。在上个阶段学生已经成功推导出了泊肃叶公式，即：

式中：Q为流量；R为半径；L为长度；η为流体的黏度系数；ΔP为流体前后的压强差。以此判断流量Q与R的4次方、压强差成正比，与长度L成反比。要治疗冠心病必须使血流量变大，学生依据流量Q与其他物理量的数学关系，可以通过增大R和减小η来实现。对应的医疗措施就是扩充血管和利用活血化淤药物降低血液的黏度。由数学关系可以看出，血管半径R的小变化可以使血流量Q产生很大的变化。以此可以解释，当病情较轻时选择通过药物治疗，当病情较重时就要选择采取手术治疗，即扩充血管。

（6）总结（S）：总结本节课程的目标是使学生掌握泊肃叶定律的推导，并利用治疗冠心病的例子加深学生对泊肃叶定律的理解。使学生明白医生的每条治疗措施背后都有科学理论支撑，一个好的医生不仅是具备丰富的临床经验，还需扎实的理论知识。在教学过程中加入的思政元素，要达到“随风潜入夜，润物细无声”的效果，思政元素不能为了加而加，本次课的思政元素就是要培养学生从实践到理论再到实践的能力，即理论联系实际。

然后是学生“学”的过程，特别是课外学生自主学习，老师会提供线上学习资源，如中国慕课、哔哩哔哩等。这些学习资源符合短而精的特点。收集本次课的问题，在第二次课堂进行讨论，并再次对泊肃叶定律进行分析，比如它是如何指导冠心病治疗的。进一步升华，让学生回想生活中有没有利用理论知识指导实践操作的亲身案例。

6 结 语

本文基于BOPPPS和对分课堂的混合式教学模式对医学院校物联网工程专业的物理学教学过程进行研究，教学效果良好，该专业学生的自主学习能力得到了提升，激活了学生对于物理学的学习兴趣，还有许多问题需要完善，例如讨论主题如何设计、学生课堂讨论的时间如何分配、教学过程如何设计等，还需在今后的教学实践过程中不断反思、不断改进。医用物理学这门课对于医学院校的学生是十分重要的，起到了承上启下的作用，与后续的专业课联系是十分紧密的。因此要上好这门课除了学习理论知识外，还需要考虑医学院校特点，将它与现代医学技术相结合，做到理论与实际相结合，会发挥更大作用。对于物理学，各个医学院校一直都在进行教学改革，短时间提高教学效果是不符合实际也不符合教学规律的，它需要我们不断总结、不断完善，在教学过程中发现问题、解决问题。随着时代的发展，学生的特点也不同于过去，过去的方法也不再适合当代的学生，因此作为教师也要与时俱进，紧跟潮流，吸收新的教学理念，学习新的教学方法，根据学生的时代特征调整教学方法，从而提高教学效果，最终实现教学目标。