全國大學生物理實驗競賽(創新)講課類比賽心得與體會

鄧雨琪　趙西梅　王錦輝　王宇興

關鍵詞 大學生物理實驗（創新）競賽;心臟起搏器;教學設計;思政教育

全國大學生物理實驗競賽自2010年起開始舉辦，每兩年舉辦一次。在2020年，經過高等學校國家級實驗教學示范中心聯席會討論，將該賽事分為教學賽和創新賽兩部分，創新賽每年舉辦一次，教學賽隔年舉辦一次。全國大學生物理實驗競賽入圍2020年全國普通高校大學生競賽排行榜。

大學生物理實驗講課比賽是全國大學生物理實驗競賽（創新）三個類別之一。參賽學生根據賽事組委會公布的講課比賽形式及要求，自選講課內容，預賽時按要求提交講課視頻，進行網絡評審;決賽采取線上答辯的比賽形式。

對于講課類比賽，如果想要達到理想的教學效果和得到較好的比賽名次，最重要的一點就是精心進行教學設計，下面就以心臟起搏器實驗為例，分享比賽過程中參賽選手的心得體會以及如何一步步進行教學設計。

1 研讀比賽細則標準

首先要認真研讀比賽細則和評分標準。參賽選手要非常清楚對講課類比賽的形式和視頻剪輯的要求，特別是視頻剪輯的要求和時長，如果不仔細研讀會犯規扣分甚至有出局的可能。對于講課類比賽時長（16～20分鐘）的要求限制了講課時內容的取舍和精煉程度。評分標準是打分的依據，一定要認真研讀，把握精髓。2021年大學生物理實驗講課競賽評分標準分6個維度12個要點總共100分。具體細則簡化如下：

1） 教學理念：落實立德樹人，發揮課程育人功能;以學生為中心，體現教學環節的教學設計與創新。（10分）

2） 教學內容：無科學性錯誤，實驗操作熟練、規范;有一定深度和挑戰度;具有前沿性和時代性。（30分）：

3） 教學過程：恰當有效利用現代化技術手段和教學方法;注重教學過程探究性。（30分）

4） 教學效果：有效促進學生對所授內容的理解;有效激發學生對學習的興趣，感悟課程的意義與價值。（10分）

5） 教學儀態：著裝得體，教態自然大方;教學語言（包括體態語）規范、準確。（10分）

6） 文字展示：文字書寫規范，合理運用板書;教學課件具有交互性和動態感;素材編輯簡潔、清新、美觀。（10分）

2 挑選講課比賽題目

按照競賽要求評估參賽題目。根據競賽要求和老師自己對實驗項目的把握，聚焦一個實驗內容（或問題）進行教學設計，將問題講清楚。另外，挑選適合參賽選手和選手感興趣的題目也是非常關鍵因素。下面以心臟起搏器為例，展示選題的過程。

2.1 選擇合適的實驗題目

開始選題時，考慮多重因素，包括實驗內容是否符合大學生的物理知識水平，是否對大學生有啟發意義，是否具有創新點和亮點，實驗設備操作是否適合比賽演示等。

心臟起搏器實驗是物理實驗中心的老師根據心臟起搏器結合臨床醫學應用，將科研成果提取、加工，設計出了適合醫科學生開設的具有醫學特色的物理實驗。這個實驗將高中知識與大學初期所學物理知識恰到好處地融合在醫學實踐中，讓學生認識到將一個個簡單的物理元器件組合起來，就有可能實現巨大的突破，創造生命的奇跡。

這個實驗雖然是心臟起搏器產生脈沖的一種簡單機制，但在最近幾年中進行了一系列的教學改革，使得這個實驗既有醫學特色，又有突出的創新點和亮點，而且實驗儀器可以集中布展，適合演示操作，演示效果清晰可見。圖1為實驗設備展示。

2.2 遵從參賽選手的興趣愛好

因為參賽選手是一名醫學院大一學生，在物理實驗學習中，對心臟起搏器實驗記憶猶新，結合自身上課的體驗，在詳細查看教案和查找實驗背景資料后，對這個實驗有了自己的一些想法和感悟，認為可以巧妙地結合醫學特色，甚至電路原理的講解也可以運用醫學解剖的思路，這樣結合實驗的亮點和創新點后，就能把實驗內容講解得更加豐富多彩。

綜合實驗本身特點和參賽選手自己的興趣愛好，最終確定心臟起搏器實驗參選。遵從參賽選手內心的聲音，選擇參賽選手感興趣的實驗題目，為接下來的講課準備增添了信心與耐心。

3 建議增加說課環節

組委會建議在正式講解實驗之前花1分鐘左右時間酌情增加說課環節。這只是建議，而非必要環節。通過簡單說課，介紹課情、學情、教學方式方法和要解決的問題，理清教學思路。同時也是讓評委大概了解比賽的實驗內容，明確實驗的創新點和亮點在哪里，以及最后達到的教學效果。心臟起搏器實驗比賽增加了這一環節，具體內容如表1所示。

4 設計教學環節

這一環節非常關鍵，不一定完全按照常規實驗課講解的方式，而是根據選擇比賽題目的內容和特點，跳出原有教學模式，精心設計、反復打磨，體現以學生為中心，并在教學過程中逐步展示課程兩性一度的提升。圖2為心臟起搏器實驗的教學設計。

4.1 體現特色和亮點

類比的教學方法。實驗原理講解時，并沒有像其他物理實驗一樣開門見山直接進行物理原理的講解，而是從醫學生的角度去思考，和醫學知識點緊結合，凸顯實驗特色。比如，采取類比的方法，將心臟自身起搏原理與安裝到人體的心臟起搏器的工作原理進行比擬，讓學生非常能直觀的進行理解和接受。

化繁為簡分析電路。講解電路原理時，采用醫學解剖學思路，將復雜電路（見圖3）化繁為簡，簡化為三個電路（見圖4、圖5、圖6），緊緊圍繞電路中電容器充放電，及三極管在電路中的作用展開，層層剖析電路，引導學生逐步理解和自主分析，一層一層揭開電路工作的奧秘，得到了意想不到的效果。

虛、實實驗相結合的教學方式。在模板電路中，改變阻值容易實現，但是改變電容器、三極管的類型和其他電子元器件比較困難，所以設計了兩個虛擬仿真拓展實驗內容，一個是探究三極管放大電流現象，另一個是心臟起搏器波形觀察和性能參數調整的研究。體現出心臟起搏器實驗兩性一度的教學設計，這也是心臟起搏器教學的一個亮點和創新點。當然利用虛擬仿真軟件學生可以提前預習，教師講課可以演示實驗現象，這樣采取虛、實相實驗相結合的教學方式，實現了教學手段的現代化[5-6]

定性與定量相結合的實驗方法。在測量實驗數據時，心臟起搏器實驗采用定性觀察和定量測量相結合的方式，這也是該實驗的一個亮點，在教學和比賽中要突出顯示這種特色和方法，也是培養學生探索性思維能力的一種體現。如圖7所示，根據實驗模板上旁路電路與常規電路的控制開關K3 實現定性觀察和定量測量的實驗方法。

4.2 融入思政教育，探尋實驗意義

新時代的物理實驗教學不能僅僅停留于物理實驗的講解，還應該更多地融入思政教育，但是如何在20分鐘的講課時間內詳略得當，環環相扣地融入適當的思政內容是備課過程中的難點。

凝練“三劍客”精神。在查找有關心臟起搏器的資料過程中，了解到世界上第一例埋藏式心臟起搏器是1958年在瑞士成功植入的，并且整個過程中離不開“三劍客”——醫生、患者和工程師之間的緊密合作、相互信任和堅持不懈（見圖8）。在進一步深挖歷史背景時，了解到創造生命的奇跡的過程并不是一帆風順的，但如何講述背景知識才能讓學生真正有所感悟，并且能觸動他們的靈魂深處。在一遍遍講解過程中，與其直接告訴學生故事的結果或者科學家們的成就，不如將科學家之間相互信任與合作，突破一道道難關的過程講精彩，利用故事中一些數字展示和細節來觸動人心，凝練總結“三劍客”的精神，進而激發學生好奇心，這些冷冰冰的電子元器件是如何驅動心臟跳動的，從而引出具體的教學內容。

展望科學前沿內容。我們將實驗探究的問題與心臟起搏器的科技前沿發展聯系起來，在最后實驗操作計算心臟起搏器使用年限內容上，自然引入心臟起搏器哪些性能還可以改良。在了解當今最先進的無導線心臟起搏器Micra使用年限長、體積小，特別是可以兼容3T 核磁共振檢查等主要性能參數，及未來朝著迷你且智能化方向發展之后，學生發揮自己的想象力與創造力發現問題并找到解決思路，通過簡單的實驗感受到發明創造的快感，比如未來治療帕金森疾病的腦起搏器也會有類似的情況。

總結升華，畫龍點睛。最后引發啟示醫學生學習物理的意義是什么，也啟示醫學生在學習、以后工作和科研中學習“三劍客”精神，這樣與前面的思政內容環環相扣，并且引發學生的思想升華，從而到達我們教學的目的。

5 結語

這次物理實驗講課比賽搭建了一個平臺，讓參賽選手站在教師的角度去思考一堂物理實驗課到底能給學生帶來哪些思考，應該達到哪些要求。作為醫學生，在備課過程中也不斷反思醫學生學習物理實驗的意義，不斷完善自身思想體系。

通過參加比賽，將心臟起搏器實驗的教學設計與思路進行了整理與重構，在備賽的過程中不斷優化實驗各方面的實驗內容與教學方法，從人文情懷元素的融入到突出醫學特色，從層層剖析實驗電路原理到虛、實實驗相結合的現代化教學手段以及定性與定量結合的實驗測量方法，逐步帶領學生領略物理實驗的魅力，從而激發學生對物理實驗的興趣。

賽后，我們將比賽中教學設計應用于教學實踐后顯示教學效果特別好，以賽促教確實是一種提高教學質量的一種方式，也是這類競賽的意義和目的。