醫工交叉背景下生理學“金課”建設的思考與探索

孟紫君 劉曉芳 武林會

摘? 要：社會的發展要求高校培養可以解決復雜問題的交叉學科人才，而交叉學科涉及的專業課范圍廣，內容多，個別理論課之間容易相互脫離聯系，“水課”頻出，學生經常出現理論脫離實際，對課程認可度較低。文章仔細分析了目前生理學課程存在的各種問題，從重構課程內容，改革教學方法，融入思政元素，優化課程評價方法四個方面進行探討，構建生理學“金課”。通過兩個學期的實踐，結果表明課程改革有效提高了學生對課程的認可度，為交叉學科專業課的教學提供了借鑒。

關鍵詞：金課；交叉學科；生理學

中圖分類號：G642? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2023）05-0040-04

一、引言

隨著時代發展，為了解決復雜的社會問題，交叉學科在近年來一直受到大學教育學界廣泛的關注，特別是第四次工業革命以來，這種趨勢愈加凸顯。2021年1月，國務院學位委員會、教育部印發通知，新設置“交叉學科”門類，成為中國第14個學科門類，其重要性顯而易見。生物醫學工程是一門新興的邊緣學科，也是一門典型的交叉學科，是小眾專業，但綜合了生物學、醫學、工程學、材料學、化學等學科的理論和方法，在各種層次上研究人體系統的狀態變化，并運用工程技術手段去控制、監測或者治療這類變化，其目的是協助醫生解決醫學中的有關問題，保障人類健康，為疾病的預防、診斷、治療和康復服務。在新冠肺炎疫情的大背景下，生物醫學工程專業的作用也越來越被受到重視，許多一流大學都開始將醫工交叉類人才的培養作為重點培養方向［1-2］。生物醫學工程專業首先要求學生有較廣的生理學和醫學基礎知識，在了解人體的基本運動規律后，其次要求學生具備較強的工程實踐能力，才可以將工程技術應用到人體上，在醫學器械領域從事產品的開發、服務及技術支持等工作。因此，國內外的生物醫學工程專業都將生理學列為首要的必修課程之一。然而由于課程本身理論性較強，工科學生又有其自身的興趣，導致生理學這門課很容易被學生所忽視。

2018年，教育部印發了《關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》（教高函〔2018〕8號），提出各高校要全面梳理各門課程的教學內容，淘汰“水課”，打造具有深度、有難度、有挑戰度的“金課”，切實提高課程教學質量［３］。以金課為標準，國內各大院校圍繞專業內容進行了多層面、多類型的改革［4-8］，然而圍繞小眾的交叉學科，對交叉學科中重要又容易被學生邊緣化的課程討論較少。本文將對此現象進行分析，并以打造工程生理學金課為目標進行了初步的改革實踐。

二、生理學課程概況與存在的問題

生理學課程在本專業中被命名為《工程生理學》，在本專業建立初始就被列為專業基礎課，設置為大一新生在入學第一學期唯一的專業相關的必修課程，課程名稱中特意提到了“工程”兩字，意在提醒學生這是與工程相關的生理學，然而其教學內容與生命科學專業或臨床醫學專業的《生理學》基本相同，雖然被設置為必修課，學生卻一直對課程的認可度不高，有的學生甚至僅僅因為本專業需要學習這門課程而產生轉專業的想法，經過多年教學實踐和學生反饋發現，究其原因有以下幾點：

（一）從學生角度分析

1. 工科學生自然地認為工程技術才是自己的學習目標，無法將生理學這種理論性很強的知識與工程技術的知識有機地結合起來，無法產生專業代入感，造成大多數學生毫無興趣，沒有學習積極性。這是造成學生排斥這門課程最主要的心理原因。

2. 生理學本身具有知識點繁多、抽象、理論性強，且晦澀難記的特點，學生學習過程類似醫學生，在理解的基礎上以強制記憶為主，一個學期要背400多頁的書，對于多數喜歡邏輯思維，不喜歡大量記憶的工科學生來說缺乏趣味性。

3. 正常情況下，生物類專業在開設生理學課程之前，要求學生對有機化學、人體解剖學等課程先進行學習，然而本專業作為交叉學科，不可能將更多相關課程納入進來，背景知識的缺乏加大了學生的學習困難度，極容易讓學生產生厭學情緒。

（二）從教師角度分析

1. 生理學課程內容多而分散。該課程教材有400多頁，一共分為9個章節，有的相互獨立，有的相互聯系，教師還需自行添加必備的背景知識如人體解剖學等等，因課時只能設置為40學時，教師不得不在有限的時間內盡可能寬泛地講授知識點，因此一直延續著“以教師為中心，學生被動接受”的傳統講授方式，這種教學方法雖然能快速、系統、全面地傳授知識，但學生的主觀能動性易被嚴重忽略，導致課堂師生互動不足，教師在講臺口沫橫飛，而學生打瞌睡，玩手機的現象屢禁不止，教學效果較差。

2. 正常的生理學教學過程中應該配合有生理學實驗教學，生理學實驗通常能顯著提高學生學習積極性，幫助學生理解知識點并加深記憶，然而受學時和學科基礎設施限制，實驗課程被省略，使本課程的學習過程更加無趣。

3. 課程的考核方法沿用了生命科學專業或臨床醫學專業的一般評價方法，以理論考試為主，80%為期末考試成績，即學生通過死記硬背得到成績，20%為平時成績，包括平時作業和出勤率等。這種評價方法嚴重忽略了工科學生的思維特點，無法培養學生積極主動的探索精神，造成學生產生“平時上課睡一睡，考前一周背一背”的印象，進一步使《工程生理學》成為名副其實的“水課”。

三、生理學課程改革策略

（一）重構課程內容

本課程一直選擇使用人教版生理學經典教材，教材內容廣，文字多，難度大，對生物醫學工程專業的學生已不再適合，因此，教師首先對教學內容進行重新整理，精簡教材內容，去除課程內“水”的成分，與專業相關程度不高的內容可忽略不講，比如第11章內分泌和第12章生殖，但如第4章血液循環，第9章感覺器官的功能等相關度較高的內容需精講。

其次，PPT在教學過程中占有重要地位，是學生學習過程中接觸的第一手資料。制作精良的PPT可以有效提高學生在課堂的抬頭率。因此，任課教師收集了大量網絡資源，在PPT制作中盡量以彩色或動態圖片代替理論文字、以流程圖形式描述生理過程，以此兼顧工科學生較強的邏輯思維能力，達到吸引學生注意力，彌補學生對人體解剖學等知識的不足，幫助學生進行記憶的目的。另外，針對本專業因缺乏硬件設施無法設置實驗課的缺點，任課教師應在部分重要的知識點上增加實驗視頻等資料，幫助學生加深理解。

為避免學生產生理論課程脫離工程實際的感覺，本課程除了以課本固有的知識點為主要講解內容外，增加了科研前沿、技術前沿和實際生產過程中醫療器械與生理學知識相關的教學案例，如在講解第5章第3節氣體在血液中的運輸時，介紹fMRI成像技術中氧合血紅蛋白和血紅蛋白的作用的案例，讓學生體會到科學家通過研究生理學，完成行業顛覆性成果的奇妙經歷，引起學生興趣的同時也達到了引起學生對課程重視的目的。經過課程重構后，全部教學內容共分為9章，除緒論外，每個章節至少添加了一個醫療器械相關案例，每個案例占時不超過5分鐘，不會對主要教學內容產生時間影響，已經形成了完整的教學案例體系，重構后的部分課程內容如表1所示。通過實踐發現，增加教學案例的介紹，可以讓學生充分體會到生理學知識與現代工程技術相結合后所形成的震撼的科技效果，學生課堂抬頭率明顯提高，課堂氛圍顯著提升，有效地激發了學生的學習熱情，進而提高了對專業的學習興趣及認可度。

（二）教學方法與教學設計改革

在教學設計與教學方法方面，本課程組也進行了多種嘗試。首先，本課程以醫療器械案例為載體，通過課上直接設置問題引導學生進入課堂，比如：在第4章，提問胎心測量儀可以利用心臟內哪些生理學信號？也可通過課前提出問題，要求學生查閱資料，課上再介紹知識點，加深學生理解。比如在第5章，課前可要求學生查閱資料，找到ECMO系統中哪些部件仿真了肺氣體交換的過程。通過問題情境的設置，可以讓學生帶著疑問進入到生理學的學習過程中，有效提高其學習興趣。

其次，嘗試實現翻轉課堂。在重要的和文字內容較多的章節中，要求學生課前對部分內容先進行預習，課上組織分組知識競賽，生理學“小老師”等活動。比如：在第四章血液循環——心臟的電生理現象中，可要求學生提前預習，課上將班級分為兩組，以兩組同學互相提問和搶答的形式，實現翻轉課堂，讓學生自己找到學習重點和難點。在第8章尿的濃縮與稀釋部分，采用課前提供PPT，要求學生提前閱讀相關內容，課上隨機抽選學生做“小老師”，實現學生主講，老師輔助的課堂教學方式，有效集中了學生注意力，加深學生對相關知識的印象。

最后，設置案例探索項目。本課程采用小班教學模式，每班30人左右，以3～4人為一組，組織學生完成分組案例探索項目，項目題目可以選擇課上介紹的醫療器械案例，也可由學生自己尋找其他感興趣的題目。學生在學期初就會收到項目通知，利用一個學期的時間進行案例選擇和準備，查閱相關文獻資料進行自主學習，主要學習內容為對醫療器械中的生理學知識進行探索和總結，最后以撰寫項目匯報書、課堂小組匯報和答辯的形式完成學習。此項教學改革有效幫助學生建立了生理學與工程學之間的知識聯系，激發了學生的學習主動性。

（三）思政元素的融入

高校的立身之本在于立德樹人，培養合格的社會主義接班人。現代教育中金課的打造也離不開課程思政的建設。基于此，本課程通過兩個途徑進行了思政案例的融合。

第一，以醫療器械案例為載體，挖掘案例中的思政元素，將專業內容與思政元素巧妙地融合在一起。在教學過程中可以將與生理學重大相關的部分例如醫療器械或科技發展史引入課程，如在講解第10章神經系統的功能時，介紹當下IT行業研究熱點神經網絡，即起源于生理學家和數學家對人體神經系統的不懈探索，教育學生“不積跬步，無以至千里；不積小流，無以成江海”的道理。第二，充分挖掘專業課內容中的思政元素，比如在講解血液循環時，可以聯系血液循環系統與中歐班列——一帶一路陸路運輸的“大動脈”，教育學生支持國家重大發展政策，做好循環系統中的每一顆“細胞”。通過課程思政的建設，可以反向推動學生的學習興趣，加深對重點難點內容的記憶，有助于打造高水平金課，也促進了學生堅定科學動機、堅持創新思想、自主研發、家國情懷等高尚品質的形成。

（四）課程評價方法的優化

在經過上述三點內容的教學改革后，本課程也實現了多樣化過程考核，改善了期末一卷定輸贏的狀況，通過課堂參與度、分組項目、課程報告等多個方面考查學生學習情況。改革后的考試成績組成：期末試卷（50%）、課堂參與度（20%）、項目匯報（20%）、平時成績（10%）。其中，課堂參與度主要反映學生在回答課堂問題、分組知識競賽、生理學“小老師”等課堂中的表現情況，積極參與課堂教學的學生可以獲得高分。項目匯報為小組案例探索項目的成績，包括期末項目答辯、匯報書、匯報PPT三項內容。平時成績則反映了學生出勤率、平時作業的情況。

四、結語

通過工程生理學金課的整體建設，按照上述策略進行課程內容重組，優化教學方法與教學設計，革新課程評價方法等努力后，學生對課程的認可度有了顯著提高。學校通常以生評教分數反映學生對課程的認可度，在初始進行教學改革的學期，生評教分數從學院墊底的91.9分增長至97.8分，有了明顯進步。

本門課程的教學改革雖取得了初步成效，但仍有不足。如課上組織分組知識競賽等活動時，部分學生由于惰性，未能充分進行課前預習，活動中偶爾會出現冷場現象，部分教學活動效果不如預期。且因學時有限，有時會出現學生反應慢、時間不夠、課程知識點不能按時完成教授的現象，這都需要教師進一步合理安排課程設計，把控整個課堂流程。高科技手段可以更好協助教師完成課堂教學已經是課程改革的共識，未來本課程還將拓展利用線上技術平臺，增強信息化教學意識，構建線上線下混合教學模式，進一步打造實實在在的工程生理學金課，為醫工交叉背景乃至所有交叉類學科的教學活動提供借鑒意義。

參考文獻：

［1］ 孫安強，康紅艷，蒲放，等. 醫工交叉類專業課程建設的探索與實踐［J］. 北京航空航天大學學報（社會科學版），2022，35（01）：163-167.

［2］ 王大珅，張濤，房蓓. 生物醫學工程專業“醫·工”結合教學改革的研究［J］. 高教學刊，2019（12）：59-61.

［3］ 孫秀云，黃中華，張軒等. “金課”建設背景下的課程改革探索——以固體廢物處理工程為例［J］. 大學教育，2022（01）：64-66.

［4］ 王麗，王貞香，李倩. 金課背景下醫學生物化學課堂教學創新探索與實踐［J］. 生命的化學，2021，41（12）：2726-2732.

［5］ 趙先英. 基于金課建設的醫學化學教學改革探索［J］. 基礎醫學教育，2021，23（05）：229-302.

［6］ 李萍萍，王曉川，王樂攀，等. “金課”建設過程中現存問題及對策研究［J］. 高教學刊，2020（20）：87-89.

［7］ 廖慶喜，張擁軍，廖宜濤，等. 基于學科交叉融合的農業工程類一流專業建設探索與實踐［J］. 高等工程教育研究，2019（05）：11-15.

［8］ 朱東雨，蔣開祥，王帥，等. 基于“金課”標準的化工原理課程思政探索［J］. 廣州化工，2022，50（06）：217-220.

（責任編輯：淳潔）