張愛桃　安東興　單春燕　周旭

摘? 要 為了在醫(yī)學(xué)圖像處理課程實踐教學(xué)過程中實現(xiàn)以學(xué)生為中心，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，提高教學(xué)水平，河北醫(yī)科大學(xué)設(shè)置了分層次的課程設(shè)計的教學(xué)環(huán)節(jié)。通過對學(xué)生的期末成績進行統(tǒng)計分析，表明教學(xué)質(zhì)量明顯提高;對學(xué)生進行調(diào)查問卷的結(jié)果表明，本課程改革得到大多數(shù)學(xué)生的肯定，能夠加強學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞 醫(yī)學(xué)圖像處理;課程設(shè)計;雨課堂;實踐教學(xué)

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）04-0132-03

Research on Practice Teaching of Medical Image Processing Course Design with Students Centered//ZHANG Aitao， AN Dong-

xing， SHAN Chunyan， ZHOU Xu

Abstract In order to realize student-centered， improve students independent learning ability and improve the teaching level in the practical teaching process of medical image processing course， our school has set up the teaching link of hierarchical course design. The?statistical analysis of students final results shows that the teaching?quality has been improved significantly; the results of the question-naire show that the curriculum reform has been affirmed by most stu-dents， which can strengthen students independent learning and inno-vation ability.

Key words medical image processing; curriculum design; rain class-room; practice teaching

1 引言

醫(yī)學(xué)圖像處理是醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)的一門比較重要的主干課程，是以數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)知識為理論奠基，融合計算機應(yīng)用技術(shù)和醫(yī)學(xué)影像學(xué)，依托于醫(yī)科院校開展的一門綜合學(xué)科[1]。醫(yī)學(xué)圖像處理是一門應(yīng)用技術(shù)，能夠運用現(xiàn)代自然科學(xué)與工程技術(shù)的原理和方法，從工程學(xué)的角度對醫(yī)學(xué)影像進行從定性到定量的分析。計算機技術(shù)實現(xiàn)對數(shù)字圖像的獲取、傳輸、存儲、變換、理解等功能，使得從圖像中自動或半自動提取人們感興趣的圖像特征成為可能，進而可以輔助醫(yī)療工作。

醫(yī)學(xué)圖像處理是一門交叉學(xué)科，涉及學(xué)科較多（如數(shù)學(xué)、物理、計算機語言、醫(yī)學(xué)影像學(xué)等）[2]。在課程教學(xué)中，如何通過運用豐富的創(chuàng)新教學(xué)手段培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，激發(fā)學(xué)生的課程創(chuàng)新意識以及提高學(xué)生解決應(yīng)對實際問題的能力，是當(dāng)前一線教育教學(xué)工作者面臨并亟待解決的現(xiàn)實問題。素質(zhì)教育伴隨著教育改革在我國深入推行，“以學(xué)生為中心”的教育理念已經(jīng)獲得越來越多的教育工作者的認(rèn)可[3-4]。傳統(tǒng)的講授教學(xué)模式以教師為主導(dǎo)，一味地將知識單向灌輸給學(xué)生，學(xué)生知識接受度差，無法發(fā)揮主觀能動性。“以學(xué)生為中心”的教學(xué)模式充分認(rèn)識到學(xué)生才是教學(xué)的中心，學(xué)生應(yīng)該作為教學(xué)過程的主要參與者、教學(xué)過程中的教學(xué)主體，而教師則作為學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的引領(lǐng)者和啟發(fā)者，角色明確才能因材施教。教師和學(xué)生之間教學(xué)相長，教師改進“教”的手段和方法，學(xué)生發(fā)揮“學(xué)”的積極和主動。

課程設(shè)計是一種實踐教學(xué)環(huán)節(jié)[5]。本文通過在課堂中引入課程設(shè)計環(huán)節(jié)，將教學(xué)大綱和臨床醫(yī)學(xué)圖像相結(jié)合，設(shè)計面向?qū)嶋H臨床問題的小組作業(yè)，學(xué)生充分運用課堂知識來解決臨床問題，真正做到自主學(xué)習(xí)和獨立思考，同時對培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作能力有極大的促進作用。

2 研究對象

本研究在2018年3月—2019年7月期間，選取河北醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)2015級（一個班）和2016級（一個班）兩個班級（共計129人）為研究對象。在課程設(shè)計的改革研究中，兩個班均使用雨課堂進行課堂教學(xué)活動的輔助手段。設(shè)定2015級（55人）為對照班級，該班級只采用課程設(shè)計第一個層次的六個實驗;2016級為實驗班級，采用課程設(shè)計第一個層次前四個實驗和第二個層次的實驗。選取課程為72學(xué)時的醫(yī)學(xué)圖像處理。

3 課程設(shè)計內(nèi)容

醫(yī)學(xué)圖像處理課程是醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)課的核心課程，是一門理論與實踐、原理與應(yīng)用緊密結(jié)合的課程，因而實踐教學(xué)在整個課程的教學(xué)過程中起著重要的作用。河北醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)的醫(yī)學(xué)圖像處理課程在實踐教學(xué)過程中設(shè)置了分層次的課程設(shè)計環(huán)節(jié)。此過程以學(xué)生為中心，分兩個層次來完成：第一個層次引導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)的理論知識進行綜合，理解掌握知識之間內(nèi)在關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生的編程和應(yīng)用實踐能力;第二個層次培養(yǎng)了學(xué)生運用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題、解決問題的能力。課程設(shè)計主要以MATLAB編程語言為實驗教學(xué)平臺，采用以學(xué)生為中心、教師給予指導(dǎo)的方式，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。

課程設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計? 本課程設(shè)計共18個學(xué)時，分兩個層次完成。

1）基本功能的實現(xiàn)。目的是加深學(xué)生對課堂上所學(xué)的理論知識的理解及應(yīng)用，包括圖像的基本操作及灰度變換、圖像空域增強、圖像頻率域增強、圖像恢復(fù)、圖像重建、圖像分割，六個實驗，每個實驗三個學(xué)時，要求所有學(xué)生獨立完成。每個實驗給出實驗題目、實驗內(nèi)容及供參考的實驗結(jié)果圖，需要學(xué)生自行設(shè)計實驗步驟、流程及編寫程序，實驗完成后提交實驗報告。在理論教學(xué)完成相應(yīng)部分的內(nèi)容之后，將實驗題目、實驗內(nèi)容及相關(guān)要求布置給學(xué)生，讓學(xué)生提前通過查閱資料準(zhǔn)備相關(guān)知識。實驗課上，學(xué)生主要就算法實現(xiàn)上的問題及圖像效果和教師進行討論，教師對學(xué)生實驗結(jié)果進行驗收評分。

2）專題研究。目的是加深對所學(xué)專業(yè)的理解，培養(yǎng)他們利用所學(xué)知識解決實際醫(yī)學(xué)問題的能力，激發(fā)學(xué)生的科研興趣。專題研究在完成第一層次課程設(shè)計基礎(chǔ)上進行，共六個學(xué)時，課程設(shè)計要求以課程設(shè)計任務(wù)書的形式發(fā)送給所有學(xué)生。課程設(shè)計任務(wù)書包括課程設(shè)計進度時間要求、課題題目、每個課題的目的、每個課題的內(nèi)容、課程設(shè)計報告書的格式要求、課程設(shè)計答辯要求。采取小組合作制，按照宿舍進行分組，每組4～7人，隨機分配實驗課題，每組指定一個課題，學(xué)生課下可以協(xié)商調(diào)換題目。該課程設(shè)計主要是學(xué)生利用課余時間自行檢索、查閱相關(guān)文獻資料，設(shè)計實驗方案，編寫程序及分析結(jié)果，實驗課上就遇到的問題與教師討論，教師分別給予指導(dǎo)。學(xué)生按照規(guī)范格式撰寫課程設(shè)計報告，進行課程設(shè)計答辯。

實驗組班級完成第一個層次的前四個實驗及第二層次的專題研究;對照組班級只要求完成第一層次的基本功能實現(xiàn)的全部六個實驗，不做專題研究。

課程設(shè)計的題目設(shè)置? 本課程設(shè)計選擇的題目既考慮到醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)的醫(yī)學(xué)背景，又具有一定的工程應(yīng)用性，采用的醫(yī)學(xué)圖像主要包括X線圖像、CT圖像、MRI圖像、冠脈造影圖像等。基本功能實現(xiàn)部分的選題和理論課的講解內(nèi)容與順序是一致的;專題研究的選題涉及圖像增強、恢復(fù)、重建、分割及邊緣提取等處理方法，目前題目有主動脈造影圖像血管邊緣提取、脂肪瘤的B超圖像邊緣輪廓提取、MRI圖像的有約束恢復(fù)和幾何失真校正、胸部CT圖像邊緣提取及標(biāo)記、PET圖像的空域增強、X-ray圖像的頻域濾波和空域增強、腦積液區(qū)域的分割、脊柱腫瘤的邊緣提取、CT圖像重建。

4 考核方式

1）基本功能的實現(xiàn)部分，學(xué)生每次實驗課結(jié)束時提交實驗報告，教師針對實驗的完成情況打分，每個實驗2分。

2）專題研究部分，每組學(xué)生需要提交課程設(shè)計報告書及成果匯報（PPT）答辯。課程設(shè)計的基本要求是小組分工合作，每位學(xué)生都能獨立完成答辯，因此，教師隨機抽取該小組的一位學(xué)生進行答辯。評委由九位教師組成，就學(xué)生匯報內(nèi)容進行提問，特別鼓勵學(xué)生之間互相提問，參與答辯的教師現(xiàn)場給出答辯成績。答辯完成后，任課教師綜合答辯成績及課程設(shè)計報告書的完成情況給出總的成績，總分30分。

這種全新的考核方式，加強了學(xué)生的積極思維，使他們勇于表達自己的想法，提高了自主創(chuàng)新能力及團隊合作意識。在實施過程中通過師生調(diào)查表監(jiān)控教學(xué)改革的效果。

5 結(jié)果分析

1）本文對專題研究部分的課程設(shè)計對教學(xué)質(zhì)量的影響做了統(tǒng)計分析，分析專題研究得分與期末理論課成績的關(guān)系，如表1所示。專題研究分?jǐn)?shù)高的學(xué)生，期末理論課成績也相應(yīng)較高。同時比較了實驗班級和對照班級的學(xué)生理論考試的平均分（實驗班級為83.29分，對照班級為78.18分），采用t檢驗，P=0.01<0.05，差異有統(tǒng)計學(xué)意義，說明該層次的課程設(shè)計能有效提高教學(xué)質(zhì)量。

2）教學(xué)過程是雙向的，教學(xué)改革能否得到學(xué)生認(rèn)可是決定教學(xué)效果的關(guān)鍵因素之一。在2016級影像技術(shù)專業(yè)的學(xué)生中進行問卷調(diào)查，調(diào)查結(jié)果如表2所示?？梢姡?5.4%以上的學(xué)生認(rèn)可本課程設(shè)計的分組方式、題目設(shè)置及考核方式，并認(rèn)為對其相關(guān)知識的理解鞏固、分析問題與解決問題能力的培養(yǎng)及將來的職業(yè)生涯有幫助。

3）通過學(xué)生提交的實驗報告和課程設(shè)計報告書可以感覺到，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、編程能力和分析能力都明顯增強，對醫(yī)學(xué)圖像處理課程也有了整體的更深層次的理解。課程學(xué)習(xí)之初，大部分學(xué)生對自行查閱文獻、尋找解決方法有為難情緒，反映算法設(shè)計及編程基礎(chǔ)不夠;學(xué)期末課程設(shè)計結(jié)束時，幾乎所有學(xué)生都可以獨立完成第一層次的課程設(shè)計，感覺到自己真正能夠通過編程解決臨床的醫(yī)學(xué)圖像問題，動手能力方面的信心大大增強，同時對圖像處理課程有了更深層次的理解，一些優(yōu)秀學(xué)生的課程設(shè)計無論在算法設(shè)計、編程還是結(jié)果的分析討論上都達到很高的水準(zhǔn)。同時，通過進行限時PPT答辯，學(xué)生的歸納總結(jié)能力和表達能力也都得到提高。

6 結(jié)語

醫(yī)學(xué)圖像處理是理論性和實踐性結(jié)合緊密的課程，也是影像技術(shù)專業(yè)的主干課程。本文結(jié)合教學(xué)實踐，對該課程的實踐教學(xué)方法進行教學(xué)探討，設(shè)置課程設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)，以學(xué)生為中心培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，分析解決問題能力、創(chuàng)新能力及表達能力。課程設(shè)計改革教學(xué)效果較好，學(xué)生的滿意度高，考核成績、自主創(chuàng)新能力都有所提升。同時，研究型教學(xué)對承擔(dān)課程的教也師提出更高的要求：教師必須不斷更新自己的知識結(jié)構(gòu)，處于學(xué)科的前沿，把研究與教學(xué)有機地結(jié)合起來，正確引導(dǎo)學(xué)生進行自主嘗試，以培養(yǎng)學(xué)生獨立探索、獨立創(chuàng)造為己任，為培養(yǎng)更適合當(dāng)今醫(yī)學(xué)科技發(fā)展的高素質(zhì)綜合人才而努力。

參考文獻

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項目來源：河北省高等教育教學(xué)改革研究與實踐項目“網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下基于《醫(yī)學(xué)圖像處理》課程的學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)與評價研究”（基金編號：2018GJJG160）;河北醫(yī)科大學(xué)教育教學(xué)研究項目“以學(xué)生為中心的《醫(yī)學(xué)圖像處理》教學(xué)改革的研究”。

作者：張愛桃，河北醫(yī)科大學(xué)影像學(xué)院，講師，研究方向為信號處理、圖像處理;安東興，河北醫(yī)科大學(xué)影像學(xué)院，講師，研究方向為圖像處理、嵌入式系統(tǒng);單春燕，河北醫(yī)科大學(xué)影像學(xué)院，講師，研究方向為醫(yī)學(xué)信號與系統(tǒng);周旭，通訊作者，河北醫(yī)科大學(xué)影像學(xué)院，講師，研究方向為圖像處理、數(shù)據(jù)挖掘（050017）。