以醫學應用為導向的“醫學物理學”教學改革研究

摘"要：文章旨在探討以醫學應用為導向的“醫學物理學”教學改革研究，隨著醫學科技的快速發展，物理學在醫學領域的應用日益廣泛，對“醫學物理學”教育提出了更高的要求。針對“醫學物理學”課程的特點以及傳統教學模式中存在的問題，包括理論與實踐脫節、教學內容與醫學應用需求不匹配等，提出了以醫學應用為導向，將BOPPPS模型融入“醫學物理學”的課程教學中，并以《流體的穩定流動》為案例進行了基于該模型的課堂教學設計，探索醫學院校醫用物理學的教學改革的思路和方向，以期提高課堂教學效果，實現多元化教學目標。

關鍵詞：醫學應用；醫學物理學；BOPPPS教學模型；教學設計

“醫學物理學”是交叉學科，是醫學高等院校一門重要的基礎課程，主要培養學生運用所學物理基礎理論知識對問題進行理論分析的能力，加強學生思維能力，為學生后繼課程學習打下基礎。文章探討將物理學與醫學相結合，以醫學應用為導向，結合臨床專業的特點，將“醫學物理學”內容與醫學專業知識相結合進行深度改革。

但是傳統“醫學物理學”教學有如下問題：教學空間受限于課堂內、教學時間受制于學時、教學方式局限于“教師教學生聽”的單向傳遞等，鮮有以學生為中心的參與式教學，缺乏師生互動，加上物理本身就很難，被動接受知識式的學習方式也會打擊學生的學習積極性。我們要想方設法讓學生高度參與，做學習的主人翁。為解決上述問題，我們試著將國內外先進教學經驗總結出的BOPPPS教學模式［1］應用到“醫學物理學”課堂中來解決如何建立“以學生為中心”的教與學的問題。旨在為課堂教學提供一個清晰條理化的、學生高度參與的教學實踐流程，課堂教學的安排更加合理且具有可操作性，同時也可以幫助教師優化教學要素，發現薄弱環節，提升教學效果［2］。

一、BOPPPS模型概述

BOPPPS最初是由ISW（教師技能培訓工作坊）根據加拿大不列顛哥倫比亞省對教師的資格認證考核創建，模塊化訓練以提高教師教學技能和教學效果，在后繼推廣中逐漸演變成可以促進師生交流互動的一種教學模型［3］。我們可以利用BOPPPS教學模式對醫用物理學的適應性、實用性改造，結合雨課堂等線上教學平臺資源，進而打造“醫學物理學”的線上線下混合式課程。線上線下混合式教學在實際應用中能有效互補單一在線學習和傳統課堂學習的缺陷，讓傳統線下教學方式和線上網絡資源二者優勢互補，支持多元化的教學模式，以教師為引導，學生為中心，大大提高教學效果。

BOPPPS教學模式分為六個小環節，分別是導入引言（Bridgein）、學習目標（Objective）、前測（Preassessment）、參與式學習（Participatory"learning）、后測（Postassessment）和總結（Summary），以上六個環節為課堂提供了一個清晰的、有條理的教學實踐流程。每個流程學生都可以參與到課程中來，使得課堂教學安排更科學、更有創造性。

二、基于BOPPPS模式的教學設計以《流體的穩定流動》為例

（一）課前準備

完善線上教學資源：在現有的在線學習平臺基礎上，也可以結合年輕人的特點，再適當地拓展更多的教學資源，如中國大學MOOC等。

學生課前預習：線上發布導學視頻、題目資源等預習任務，要求學生按時完成，將學習結果情況通過線上資源平臺反饋給教師。

教師備課：根據情況反饋，進行學情分析，適當調整優化課堂教學設計。

（二）課中

1.導入（Bridgein）

該環節的意義是在課堂開頭利用簡單的小故事或者小實驗，引起學生的好奇心，激發學生的求知欲，從學生的興趣點切入。以《流體的穩定流動》課堂為例，在學習此次內容之前，學生已經在中學階段學習過質量守恒定律和能量守恒定律，對這些基礎物理概念有一定基礎。本堂課講流體，可以問學生提到流體首先會想到什么，學生一般都會下意識地回答“水”，于是我們順著往下講一個關于水的故事，曾經有人問：“雪融化了是什么？”“是水。”“不，是春天。”這個意料之外又有溫度的答案會讓學生覺得回味無窮，這個簡單的故事告訴我們不要定式思維，思考問題要多元化，也可以理解成對于同一個的現象（雪融化）從不同角度去解讀（水——物理學角度，春天——人文角度）會得到不一樣的結論、不一樣的感受。

2.學習目標（Objective）

目標是指引教學設計的關鍵環節，要目標明確地讓學生知曉本堂課的重難點和能力要求，因此學習目標必須是明確的，同時要做好目標知識導圖。

《流體的穩定流動》這一節在“醫學物理學”中是為下一內容心臟做功的講解做鋪墊的。授課思路如下：心臟做功可以簡化為心臟對泵出的血液做了多少功，血液是實際流體，是比較復雜的研究對象（有血漿、紅細胞、白細胞等）。當不考慮血液中的紅細胞、白細胞等小顆粒時，血液可以看成是牛頓流體（相當于只研究血漿），血漿還可以優化掉一些物理因素，如血漿是有內摩擦力的，如果不考慮內摩擦力，一般自然條件下血漿不能被壓縮，即密度不變，這就相當于研究理想流體了，理想流體的研究相對簡單，而授課的順序則是上述思路的逆向，從最簡單的理想流體開始，根據它的定義研究理想流體的連續性方程和伯努利方程，然后再不斷地增加其他物理限制條件，一步一步地深入，最后到研究心臟對血液做功的計算。

本次課學生需要掌握兩個重要公式：一是理想流體的連續性方程，二是理想流體的伯努利方程［4］。順著第一個環節導入的故事是鼓勵我們從不同角度去觀察、解讀同一個現象（模型），從而得到更多樣、更全面的答案，而這兩個方程又恰好是基于同一個模型（圖2），分別從質量守恒定律和能量守恒定律角度去推導而得出，所以此次課堂的目標和教學過程設計思路就非常明確。

3.前測（Preassessment）

在課程前測部分可以利用雨課堂、學習通等線上平臺，通過開放式提問、小測試等多種方式，為參與式學習做鋪墊。教師可以設置問題，請學生思考并回答：中學階段學過的質量守恒定律和能量守恒定律主要內容是什么？通過此環節，讓學生回憶之前所學知識，為本次流體的穩定流動學習夯實基礎。與此同時，也讓授課教師評估學生的該基礎知識是否薄弱。根據反饋，授課教師可以適時改變講課的進度節奏，為下面的環節做好準備工作。

4.參與式學習（Participatory"learning）

BOPPPS模型中特別重視互動教學，我們可以通過問答形式不斷引導學生參與進來。比如，基于圖2，我們可以假設該液體是水，水可以近似看成理想流體，由于流線是不交叉的，流管可以看成是無數條最外圍的流線圍起來的管狀，所以外面的水不會流進來，里面的水也不會流出去，否則流線就交叉了，這樣我們研究的對象就是流管內的水。再從生活中的例子作為切入點，如我們澆花的時候捏住軟水管的一頭，水管出水的速度就會變快，這說明流速和出口截面積有關。

問題1：從質量守恒定律的角度去看，短時間內流體從XY流到X′Y′過程中，我們能得到什么結論？

因為質量守恒，水不可壓縮，水只能在流管里面流動，說明流管入口有多少水流進來，出口處就有多少水流出去，又由于水的密度不變，根據m=ρV，意味著

板書：m1=m1′ΔVxy=ΔVx′y′V=SL"L=vΔt

∴SXYVXYΔt=SX′Y′VX′Y′Δt

x點與x′點是任選的，則SSymbolnA@

=常數。

因為質量等于密度乘體積是初中就學過的公式，而課堂先講了理想流體的定義，又恰好包含“不可壓縮”這一個信息（密度不變），設置的問題和舉的例子都特別強調了從“質量（守恒）”的角度去思考問題，這樣更容易引導學生往質量、密度和體積這一個方向去想，這樣公式推導就水到渠成了。

問題2：由公式SSymbolnA@

=常數可知，同一根流管截面積越大，流速越慢，人的主動脈截面積要比毛細血管的截面積大，所以主動脈的血液流速應該比毛細血管的流速快還是慢？

此問題比較有迷惑性，順著教師思路截面積越大，流速越慢，容易脫口而出主動脈截面積大，所以流速比毛細血管慢這一錯誤的結論，部分學生可能會想公式明明就是SSymbolnA@

=常數，這時候明顯的矛盾容易激起學生好奇心，求知欲自然就容易激發。如果學生回答錯誤，可以慢慢引導，看公式不能看表象，要看其背后的真正物理意義，SSymbolnA@

=常數物理意義正是質量守恒定律推導的，人的主動脈截面積雖然比毛細血管大，但是毛細血管的數量卻是非常大的，它的總截面積要遠比主動脈截面積大得多，根據質量守恒，有多少血液從主動脈流過，就有多少血液從毛細血管流過，所以主動脈流速大。

板書：S1SymbolnA@

1=S2SymbolnA@

2+S3SymbolnA@

3+…

回到圖2，還是相同的模型，這次我們引導學生從能量守恒的角度去思考，外力做功等于系統機械能的變化。

板書：A外=F1L1-F2L2=P1S1L1-P2S2L2=P1Δv1-P2Δv2

液體質量、密度相等，∴Δv1=Δv2

由連續性方程：∴A=（P1-P2）Δv

機械能增加量：ΔE=（12mv22+mgh2）-（12mv21+mgh1）

ΔE=A外同時除Δv，移項即可得P+12ρv2+ρgh=常數。

需要注意的是由于“醫學物理學”面向醫學類專業學生［5］，有些專業大一沒有開設高等數學，所以推導過程盡量避開高等數學［6］，盡量用學生現有的數學工具從物理角度去思考、解決問題［7］。若是小班教學，有了上一個公式的推導訓練，這一步還可以采用小組討論，嘗試讓學生之間相互合作討論，培養學生運用所學知識分析、解決問題的能力。

5.課程后測（Postassessment）

后測則是為了評估課堂是否達成既定的教學目標。利用雨課堂或者超星等線上教學工具進行測試，精確且量化地評判學生是否掌握相關知識點。如講授流體時，我們可以在后測環節設置問題：根據上課時學的伯努利方程：P+12ρv2+ρgh=常數及方程推導過程，我們常說的測“血壓”中的“壓”，指的是方程中哪一項壓強？

6.課堂總結（Summary）

總結回顧本次課的知識內容，梳理所學知識思路，將其提煉升華，提升學生探索新知識的物理方法和物理思想，提升在后繼遇到類似問題的解決能力。總結評價方式是多樣化的，可以是教師評價學生的學習成效，也可以讓學生之間相互測評，教師在教學結束的最后階段總結，必要時簡要總結重要的知識點，或者根據需要適當地延伸知識點，啟發學生進行更深層次的思考［8］。

（三）課后

教學反思，課堂教學效果及時回頭看，根據學生反饋，微調下次課教學設計。通過布置課后學習任務，給學生適當增負，通過輔導答疑，利用網絡教學平臺引導學生自己發現問題、解決問題，或者教師發布探究性問題，實現師生、學生之間隨時隨地的交流互動。

三、總結與反思

基于目前“醫學物理學”課堂教學現狀，我們結合教學實踐經驗，嘗試提出了基于雨課堂、超星等線上平臺結合BOPPPS教學模式進行課堂教學設計的理念和教學改革思路，并以《流體的穩定流動》為例展示在課堂教學中。但必須強調的是，教無定法，BOPPPS模式也僅給出了課堂教學的大體框架思路，在實踐過程中要因課制宜，具體課程內容具體分析，根據BOPPPS模式對課堂進行有機有效的分解，六個環節的時間占比也要靈活調整，使其更加符合學生的心理特征和學習認知程度［9］。在實踐中，利用BOPPPS教學模式結合雨課堂等線上平臺可以提高教學效率，實現多元化、智能化的目標。同時，受限于“醫學物理學”是公共基礎課，師生比往往過小，“醫學物理學”課程的課時數少、內容多等種種不利因素，大量的教學互動實現難度更高。可根據實際教學需要，各環節所占的比重如何優化，這也將是今后教學研究的方向之一［10］。

參考文獻：

［1］曹丹平，印興耀.加拿大BOPPPS教學模式及其對高等教育改革的啟示［J］.實驗室研究與探索，2016，35（2）：196200.

［2］魏小平，康文斌.BOPPPS教學模式在大學物理課程教學中的探索：以靜電場的環路定理為例［J］.2019，01（80）：135138.

［3］PATTISON"P，RUSSELL"D.Instruction"Skills"Workshaop（ISW）Handbook"for"Participants［M］.Vancouver：The"Instruction"Skills"Workshaop"International"Advisory"Committee，2006.

［4］周龍，王銳，高艷，等.融合式教學融入思政元素的大學物理教學設計：以“理想流體的伯努利方程”為例［J］.物理通報，2022（08）：9094.

［5］樊慧敏，謝茹.伯努利方程在醫學類高校教學設計［J］.教育現代化，2020，7（37）：2225.

［6］易文彬，孟慶昌，鄧輝，等.伯努利方程教學設計中的若干問題［J］.力學與實踐，2021，43（06）：967972.

［7］樊紅莉，李風海，郭倩倩，等.伯努利方程的教學設計［J］.山東化工，2021，50（05）：246247+249.

［8］李雷，丁志剛，史建新.基于BOPPPS模型的大學物理課堂教學設計［J］.蘭州教育學院學報，2017（7）：106108.

［9］李雷，吳慶州，王濤，等.BOPPPS教學模型在“大學物理”課程教學中的實踐：以“薄膜干涉及其應用”為例［J］.蘭州教育學院學報，2020（36）：7173.

［10］呂文明，李曉端.BOPPPS模型在大學物理課程中的實踐探索［J］.大學物理，2022，02（41）：5357.

基金項目：湖南醫藥學院教學改革研究項目資助（2021JG30）

作者簡介：祝銘山（1988—"），男，漢族，海南文昌人，碩士，講師，研究方向：醫學物理學、人體力學、影像物理學。