以医学应用为导向的“医学物理学”教学改革研究

摘"要：文章旨在探讨以医学应用为导向的“医学物理学”教学改革研究，随着医学科技的快速发展，物理学在医学领域的应用日益广泛，对“医学物理学”教育提出了更高的要求。针对“医学物理学”课程的特点以及传统教学模式中存在的问题，包括理论与实践脱节、教学内容与医学应用需求不匹配等，提出了以医学应用为导向，将BOPPPS模型融入“医学物理学”的课程教学中，并以《流体的稳定流动》为案例进行了基于该模型的课堂教学设计，探索医学院校医用物理学的教学改革的思路和方向，以期提高课堂教学效果，实现多元化教学目标。

关键词：医学应用；医学物理学；BOPPPS教学模型；教学设计

“医学物理学”是交叉学科，是医学高等院校一门重要的基础课程，主要培养学生运用所学物理基础理论知识对问题进行理论分析的能力，加强学生思维能力，为学生后继课程学习打下基础。文章探讨将物理学与医学相结合，以医学应用为导向，结合临床专业的特点，将“医学物理学”内容与医学专业知识相结合进行深度改革。

但是传统“医学物理学”教学有如下问题：教学空间受限于课堂内、教学时间受制于学时、教学方式局限于“教师教学生听”的单向传递等，鲜有以学生为中心的参与式教学，缺乏师生互动，加上物理本身就很难，被动接受知识式的学习方式也会打击学生的学习积极性。我们要想方设法让学生高度参与，做学习的主人翁。为解决上述问题，我们试着将国内外先进教学经验总结出的BOPPPS教学模式［1］应用到“医学物理学”课堂中来解决如何建立“以学生为中心”的教与学的问题。旨在为课堂教学提供一个清晰条理化的、学生高度参与的教学实践流程，课堂教学的安排更加合理且具有可操作性，同时也可以帮助教师优化教学要素，发现薄弱环节，提升教学效果［2］。

一、BOPPPS模型概述

BOPPPS最初是由ISW（教师技能培训工作坊）根据加拿大不列颠哥伦比亚省对教师的资格认证考核创建，模块化训练以提高教师教学技能和教学效果，在后继推广中逐渐演变成可以促进师生交流互动的一种教学模型［3］。我们可以利用BOPPPS教学模式对医用物理学的适应性、实用性改造，结合雨课堂等线上教学平台资源，进而打造“医学物理学”的线上线下混合式课程。线上线下混合式教学在实际应用中能有效互补单一在线学习和传统课堂学习的缺陷，让传统线下教学方式和线上网络资源二者优势互补，支持多元化的教学模式，以教师为引导，学生为中心，大大提高教学效果。

BOPPPS教学模式分为六个小环节，分别是导入引言（Bridgein）、学习目标（Objective）、前测（Preassessment）、参与式学习（Participatory"learning）、后测（Postassessment）和总结（Summary），以上六个环节为课堂提供了一个清晰的、有条理的教学实践流程。每个流程学生都可以参与到课程中来，使得课堂教学安排更科学、更有创造性。

二、基于BOPPPS模式的教学设计以《流体的稳定流动》为例

（一）课前准备

完善线上教学资源：在现有的在线学习平台基础上，也可以结合年轻人的特点，再适当地拓展更多的教学资源，如中国大学MOOC等。

学生课前预习：线上发布导学视频、题目资源等预习任务，要求学生按时完成，将学习结果情况通过线上资源平台反馈给教师。

教师备课：根据情况反馈，进行学情分析，适当调整优化课堂教学设计。

（二）课中

1.导入（Bridgein）

该环节的意义是在课堂开头利用简单的小故事或者小实验，引起学生的好奇心，激发学生的求知欲，从学生的兴趣点切入。以《流体的稳定流动》课堂为例，在学习此次内容之前，学生已经在中学阶段学习过质量守恒定律和能量守恒定律，对这些基础物理概念有一定基础。本堂课讲流体，可以问学生提到流体首先会想到什么，学生一般都会下意识地回答“水”，于是我们顺着往下讲一个关于水的故事，曾经有人问：“雪融化了是什么？”“是水。”“不，是春天。”这个意料之外又有温度的答案会让学生觉得回味无穷，这个简单的故事告诉我们不要定式思维，思考问题要多元化，也可以理解成对于同一个的现象（雪融化）从不同角度去解读（水——物理学角度，春天——人文角度）会得到不一样的结论、不一样的感受。

2.学习目标（Objective）

目标是指引教学设计的关键环节，要目标明确地让学生知晓本堂课的重难点和能力要求，因此学习目标必须是明确的，同时要做好目标知识导图。

《流体的稳定流动》这一节在“医学物理学”中是为下一内容心脏做功的讲解做铺垫的。授课思路如下：心脏做功可以简化为心脏对泵出的血液做了多少功，血液是实际流体，是比较复杂的研究对象（有血浆、红细胞、白细胞等）。当不考虑血液中的红细胞、白细胞等小颗粒时，血液可以看成是牛顿流体（相当于只研究血浆），血浆还可以优化掉一些物理因素，如血浆是有内摩擦力的，如果不考虑内摩擦力，一般自然条件下血浆不能被压缩，即密度不变，这就相当于研究理想流体了，理想流体的研究相对简单，而授课的顺序则是上述思路的逆向，从最简单的理想流体开始，根据它的定义研究理想流体的连续性方程和伯努利方程，然后再不断地增加其他物理限制条件，一步一步地深入，最后到研究心脏对血液做功的计算。

本次课学生需要掌握两个重要公式：一是理想流体的连续性方程，二是理想流体的伯努利方程［4］。顺着第一个环节导入的故事是鼓励我们从不同角度去观察、解读同一个现象（模型），从而得到更多样、更全面的答案，而这两个方程又恰好是基于同一个模型（图2），分别从质量守恒定律和能量守恒定律角度去推导而得出，所以此次课堂的目标和教学过程设计思路就非常明确。

3.前测（Preassessment）

在课程前测部分可以利用雨课堂、学习通等线上平台，通过开放式提问、小测试等多种方式，为参与式学习做铺垫。教师可以设置问题，请学生思考并回答：中学阶段学过的质量守恒定律和能量守恒定律主要内容是什么？通过此环节，让学生回忆之前所学知识，为本次流体的稳定流动学习夯实基础。与此同时，也让授课教师评估学生的该基础知识是否薄弱。根据反馈，授课教师可以适时改变讲课的进度节奏，为下面的环节做好准备工作。

4.参与式学习（Participatory"learning）

BOPPPS模型中特别重视互动教学，我们可以通过问答形式不断引导学生参与进来。比如，基于图2，我们可以假设该液体是水，水可以近似看成理想流体，由于流线是不交叉的，流管可以看成是无数条最外围的流线围起来的管状，所以外面的水不会流进来，里面的水也不会流出去，否则流线就交叉了，这样我们研究的对象就是流管内的水。再从生活中的例子作为切入点，如我们浇花的时候捏住软水管的一头，水管出水的速度就会变快，这说明流速和出口截面积有关。

问题1：从质量守恒定律的角度去看，短时间内流体从XY流到X′Y′过程中，我们能得到什么结论？

因为质量守恒，水不可压缩，水只能在流管里面流动，说明流管入口有多少水流进来，出口处就有多少水流出去，又由于水的密度不变，根据m=ρV，意味着

板书：m1=m1′ΔVxy=ΔVx′y′V=SL"L=vΔt

∴SXYVXYΔt=SX′Y′VX′Y′Δt

x点与x′点是任选的，则SSymbolnA@

=常数。

因为质量等于密度乘体积是初中就学过的公式，而课堂先讲了理想流体的定义，又恰好包含“不可压缩”这一个信息（密度不变），设置的问题和举的例子都特别强调了从“质量（守恒）”的角度去思考问题，这样更容易引导学生往质量、密度和体积这一个方向去想，这样公式推导就水到渠成了。

问题2：由公式SSymbolnA@

=常数可知，同一根流管截面积越大，流速越慢，人的主动脉截面积要比毛细血管的截面积大，所以主动脉的血液流速应该比毛细血管的流速快还是慢？

此问题比较有迷惑性，顺着教师思路截面积越大，流速越慢，容易脱口而出主动脉截面积大，所以流速比毛细血管慢这一错误的结论，部分学生可能会想公式明明就是SSymbolnA@

=常数，这时候明显的矛盾容易激起学生好奇心，求知欲自然就容易激发。如果学生回答错误，可以慢慢引导，看公式不能看表象，要看其背后的真正物理意义，SSymbolnA@

=常数物理意义正是质量守恒定律推导的，人的主动脉截面积虽然比毛细血管大，但是毛细血管的数量却是非常大的，它的总截面积要远比主动脉截面积大得多，根据质量守恒，有多少血液从主动脉流过，就有多少血液从毛细血管流过，所以主动脉流速大。

板书：S1SymbolnA@

1=S2SymbolnA@

2+S3SymbolnA@

3+…

回到图2，还是相同的模型，这次我们引导学生从能量守恒的角度去思考，外力做功等于系统机械能的变化。

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

液体质量、密度相等，∴Δv1=Δv2

由连续性方程：∴A=（P1-P2）Δv

机械能增加量：ΔE=（12mv22+mgh2）-（12mv21+mgh1）

ΔE=A外同时除Δv，移项即可得P+12ρv2+ρgh=常数。

需要注意的是由于“医学物理学”面向医学类专业学生［5］，有些专业大一没有开设高等数学，所以推导过程尽量避开高等数学［6］，尽量用学生现有的数学工具从物理角度去思考、解决问题［7］。若是小班教学，有了上一个公式的推导训练，这一步还可以采用小组讨论，尝试让学生之间相互合作讨论，培养学生运用所学知识分析、解决问题的能力。

5.课程后测（Postassessment）

后测则是为了评估课堂是否达成既定的教学目标。利用雨课堂或者超星等线上教学工具进行测试，精确且量化地评判学生是否掌握相关知识点。如讲授流体时，我们可以在后测环节设置问题：根据上课时学的伯努利方程：P+12ρv2+ρgh=常数及方程推导过程，我们常说的测“血压”中的“压”，指的是方程中哪一项压强？

6.课堂总结（Summary）

总结回顾本次课的知识内容，梳理所学知识思路，将其提炼升华，提升学生探索新知识的物理方法和物理思想，提升在后继遇到类似问题的解决能力。总结评价方式是多样化的，可以是教师评价学生的学习成效，也可以让学生之间相互测评，教师在教学结束的最后阶段总结，必要时简要总结重要的知识点，或者根据需要适当地延伸知识点，启发学生进行更深层次的思考［8］。

（三）课后

教学反思，课堂教学效果及时回头看，根据学生反馈，微调下次课教学设计。通过布置课后学习任务，给学生适当增负，通过辅导答疑，利用网络教学平台引导学生自己发现问题、解决问题，或者教师发布探究性问题，实现师生、学生之间随时随地的交流互动。

三、总结与反思

基于目前“医学物理学”课堂教学现状，我们结合教学实践经验，尝试提出了基于雨课堂、超星等线上平台结合BOPPPS教学模式进行课堂教学设计的理念和教学改革思路，并以《流体的稳定流动》为例展示在课堂教学中。但必须强调的是，教无定法，BOPPPS模式也仅给出了课堂教学的大体框架思路，在实践过程中要因课制宜，具体课程内容具体分析，根据BOPPPS模式对课堂进行有机有效的分解，六个环节的时间占比也要灵活调整，使其更加符合学生的心理特征和学习认知程度［9］。在实践中，利用BOPPPS教学模式结合雨课堂等线上平台可以提高教学效率，实现多元化、智能化的目标。同时，受限于“医学物理学”是公共基础课，师生比往往过小，“医学物理学”课程的课时数少、内容多等种种不利因素，大量的教学互动实现难度更高。可根据实际教学需要，各环节所占的比重如何优化，这也将是今后教学研究的方向之一［10］。

参考文献：

［1］曹丹平，印兴耀.加拿大BOPPPS教学模式及其对高等教育改革的启示［J］.实验室研究与探索，2016，35（2）：196200.

［2］魏小平，康文斌.BOPPPS教学模式在大学物理课程教学中的探索：以静电场的环路定理为例［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］周龙，王锐，高艳，等.融合式教学融入思政元素的大学物理教学设计：以“理想流体的伯努利方程”为例［J］.物理通报，2022（08）：9094.

［5］樊慧敏，谢茹.伯努利方程在医学类高校教学设计［J］.教育现代化，2020，7（37）：2225.

［6］易文彬，孟庆昌，邓辉，等.伯努利方程教学设计中的若干问题［J］.力学与实践，2021，43（06）：967972.

［7］樊红莉，李风海，郭倩倩，等.伯努利方程的教学设计［J］.山东化工，2021，50（05）：246247+249.

［8］李雷，丁志刚，史建新.基于BOPPPS模型的大学物理课堂教学设计［J］.兰州教育学院学报，2017（7）：106108.

［9］李雷，吴庆州，王涛，等.BOPPPS教学模型在“大学物理”课程教学中的实践：以“薄膜干涉及其应用”为例［J］.兰州教育学院学报，2020（36）：7173.

［10］吕文明，李晓端.BOPPPS模型在大学物理课程中的实践探索［J］.大学物理，2022，02（41）：5357.

基金项目：湖南医药学院教学改革研究项目资助（2021JG30）

作者简介：祝铭山（1988—"），男，汉族，海南文昌人，硕士，讲师，研究方向：医学物理学、人体力学、影像物理学。