張玉霞

（湖北科技學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程與醫(yī)學(xué)影像學(xué)院，湖北 咸寧 437100）

0 引言

現(xiàn)階段，我國(guó)醫(yī)療的現(xiàn)狀需要更精準(zhǔn)、更高效的診療及操作，而人工智能從數(shù)據(jù)獲取到數(shù)據(jù)加工、最終給予反饋的工作邏輯正好可以應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)診前、診中、診后的各個(gè)模塊，以幫助醫(yī)院及患者降本提效，智能醫(yī)學(xué)作為“醫(yī)療+技術(shù)”的交叉產(chǎn)物，其發(fā)展一直受到醫(yī)藥改革和技術(shù)創(chuàng)新的推動(dòng)[1]。Java語(yǔ)言在智能醫(yī)學(xué)的實(shí)現(xiàn)中能夠起到一定的作用。

Java語(yǔ)言是一門涉及很多知識(shí)點(diǎn)的語(yǔ)言，如果要將所有知識(shí)點(diǎn)全部講解完，則需要相當(dāng)多的課時(shí)，但實(shí)際在各大高校中，Java理論+實(shí)驗(yàn)課時(shí)為72學(xué)時(shí)左右。如果教師只講基礎(chǔ)知識(shí)，可能學(xué)生學(xué)完后，還不知道這門課的用處，處于迷茫之中，特別是對(duì)于以后并不想從事編程工作的學(xué)生，這樣會(huì)導(dǎo)致學(xué)生只是為了考試拿學(xué)分而學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)的主動(dòng)性不強(qiáng)，積極性不高，學(xué)完后就忘記了的現(xiàn)象，對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，是時(shí)間的浪費(fèi)。如果在教學(xué)時(shí)，教師根據(jù)專業(yè)需求以案例為驅(qū)動(dòng)，對(duì)課程內(nèi)容按重要程度進(jìn)行選擇性地講授，學(xué)生圍繞著某個(gè)問(wèn)題，從實(shí)現(xiàn)其基本功能開(kāi)始，再逐漸將其完善，在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生以完善案例為目標(biāo)，用到哪兒學(xué)哪兒，這樣學(xué)生對(duì)涉獵的知識(shí)點(diǎn)記憶會(huì)比較深刻，學(xué)完這門課后也知道這門課程的用途，而不是為了單純的考試拿學(xué)分而學(xué)習(xí)，也會(huì)增加學(xué)生的積極性。所以，如何根據(jù)專業(yè)需求安排案例，并把握好部分重點(diǎn)內(nèi)容是教學(xué)過(guò)程中的一個(gè)難題。

本課題結(jié)合智能醫(yī)學(xué)的培養(yǎng)要求和課程安排對(duì) Java課程進(jìn)行教學(xué)改革探討，希望將Java課程和智能醫(yī)學(xué)的其他課程知識(shí)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，以案例為驅(qū)動(dòng)教學(xué)，提高Java課程的廣度和復(fù)雜度，使其符合智能醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)的需求。學(xué)生能夠通過(guò)Java這樣一個(gè)工具，實(shí)現(xiàn)其他課程中的理論知識(shí)，進(jìn)一步將理論和實(shí)踐聯(lián)系起來(lái)。一方面能夠讓學(xué)生明白Java這門課的作用，另一方面，學(xué)生如果要將理論和實(shí)踐聯(lián)系起來(lái)，學(xué)以致用，那么就必須對(duì)所涉及的其他專業(yè)課程的理論知識(shí)理解透徹，并可以根據(jù)實(shí)現(xiàn)效果深入學(xué)習(xí)加以改進(jìn)實(shí)現(xiàn)的效果，這樣也可以加深學(xué)生對(duì)其他課程理論知識(shí)的理解程度。

1 教學(xué)設(shè)計(jì)

Java課程安排一般是先學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)，再根據(jù)學(xué)生的需求學(xué)習(xí)Android開(kāi)發(fā)，或者JavaWeb開(kāi)發(fā)。市面上關(guān)于Java的書籍非常多，絕大多數(shù)的教材中講的都是Java入門基礎(chǔ)知識(shí)，Android開(kāi)發(fā)、Java Web開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)，或者以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)的案例類型的書籍，但是所涉及的案例大多都是通用型的，與智能醫(yī)學(xué)專業(yè)相關(guān)的并不多。智能醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生還學(xué)習(xí)了和人工智能以及醫(yī)學(xué)有關(guān)的其他的課程，如果能夠?qū)ava課程和人工智能以及醫(yī)學(xué)有關(guān)的其他課程融合起來(lái)，以案例為驅(qū)動(dòng)，增加Java課程的深度和廣度，對(duì)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、成就感有一定的幫助，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，使學(xué)生愿意以某個(gè)問(wèn)題為中心，圍繞解決該問(wèn)題，自己去主動(dòng)學(xué)習(xí)Java知識(shí)和其他相關(guān)課程，也增強(qiáng)學(xué)生的自學(xué)能力。下面，圍繞Java常見(jiàn)的兩種應(yīng)用開(kāi)發(fā)——Android開(kāi)發(fā)和JavaWeb開(kāi)發(fā)，討論在有限的課時(shí)內(nèi)將Java和智能醫(yī)學(xué)專業(yè)其他課程相融合的思路。

1.1 Android開(kāi)發(fā)

1.1.1 機(jī)器視覺(jué)方面

教材選擇和開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建方面。由于機(jī)器視覺(jué)是人工智能正在快速發(fā)展的一個(gè)分支，因此在Android開(kāi)發(fā)的時(shí)候，選擇了和機(jī)器視覺(jué)有關(guān)的案例，以機(jī)械工業(yè)出版社賈志剛編寫的《OpenCVAndroid開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)》這本書的案例作為教學(xué)的教材，在網(wǎng)站 https://github.com/gloomyfish1998/opencv4android中可以找到相應(yīng)的教學(xué)視頻。之所以選擇這本教材是因?yàn)檫@本書中涉及了圖像的處理、人臉的識(shí)別、OCR識(shí)別、人眼追蹤等等和機(jī)器視覺(jué)有關(guān)的案例。OpenCV是計(jì)算機(jī)視覺(jué)開(kāi)源框架，它在移動(dòng)端支持Android系統(tǒng)，該特性使其應(yīng)用到移動(dòng)開(kāi)發(fā)的多種應(yīng)用場(chǎng)景。在進(jìn)行Android+OpenCV環(huán)境搭建時(shí)，可以根據(jù)教學(xué)視頻中進(jìn)行搭建，如果希望能夠搭建比教學(xué)視頻中較新一些的版本，筆者在實(shí)現(xiàn)該教材中案例時(shí)，選擇的版本為：JDK選擇 JDK16.0,Android選擇 Android Studio4.2.2，OpenCV選擇OpenCV343版本，如果要做后面的人臉識(shí)別和眼球追蹤，用NDK的時(shí)候，選擇NDK16版本，CMake選擇3.10。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)不要選擇AndroidStudio3.1.24版本，因?yàn)檫@個(gè)版本在與OpenCV343一起組合使用時(shí)，涉及攝像頭的橫屏豎屏轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，筆者遇到的問(wèn)題為無(wú)法豎屏顯示。授課教師在使用該本書時(shí)，需要先了解Java語(yǔ)言的基礎(chǔ)知識(shí)，包括基本語(yǔ)法特征、面向?qū)ο蟪绦虻母拍?、布局、事件、線程、輸入輸出流等等，并且對(duì)AndroidStudio開(kāi)發(fā)的基本過(guò)程有所了解。

課程設(shè)計(jì)方面。在學(xué)習(xí)Java的時(shí)候，通常我們會(huì)先學(xué)習(xí)Java基礎(chǔ)知識(shí)。Java基礎(chǔ)知識(shí)的基本語(yǔ)法部分和C語(yǔ)言有一些相似之處，如果學(xué)生學(xué)過(guò)C語(yǔ)言或者其他的編程語(yǔ)言，這部分的知識(shí)很好掌握，可以在學(xué)習(xí)案例的時(shí)候貫穿在里面講，用到什么就講什么?；菊Z(yǔ)法之后為布局部分，在教材配套的教學(xué)視頻中在做界面時(shí)會(huì)涉及相對(duì)布局和線性布局這兩個(gè)非常常見(jiàn)的布局。在做界面時(shí)，我們也可以看到在布局中添加各種我們想要的控件，比如文本控件、列表控件、圖像控件、按鈕控件、滑動(dòng)按鈕控件等等常用控件，并且會(huì)對(duì)這些控件添加相應(yīng)的事件，這一部分能夠?qū)ava基礎(chǔ)知識(shí)中的布局、控件和事件這塊兒涵蓋，并通過(guò)案例使學(xué)生更加理解這部分的知識(shí)點(diǎn)，特別是事件這一比較不容易理解的知識(shí)點(diǎn)。Java是面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)語(yǔ)言，基礎(chǔ)知識(shí)中的類和對(duì)象的概念，以及相關(guān)的特性是一個(gè)非常重要的部分，在案例中，類和對(duì)象可以說(shuō)貫穿了每個(gè)案例設(shè)計(jì)的始末，在使用的時(shí)候可以將類和對(duì)象的概念以及相關(guān)特性，如繼承、封裝、線程、輸入輸出流等穿插在其中，重復(fù)幾次概念后，學(xué)生便能夠記住了。在案例中，涉及機(jī)器視覺(jué)中的圖像處理、識(shí)別和顯示，對(duì)于有醫(yī)學(xué)圖像處理和機(jī)器視覺(jué)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)生，在學(xué)習(xí)時(shí)可以將醫(yī)學(xué)圖像處理、機(jī)器視覺(jué)和Java知識(shí)融合起來(lái)，在實(shí)現(xiàn)教材中案例的基礎(chǔ)上，還可以根據(jù)自己需要完成想要的功能，進(jìn)一步檢驗(yàn)理論學(xué)習(xí)的成效。比如在手機(jī)上遠(yuǎn)程獲取醫(yī)學(xué)圖像，因?yàn)槭謾C(jī)上顯示醫(yī)學(xué)圖像清晰度不足，即使有選擇窗位窗寬、放大平移這樣的功能，但是手機(jī)顯示屏畢竟不是專用的醫(yī)學(xué)圖像顯示屏，在這種情況下，可以利用編程對(duì)遠(yuǎn)程獲取的醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行處理，通過(guò)輔助診斷來(lái)彌補(bǔ)顯示屏的不足；還可以利用手機(jī)攝像頭檢測(cè)人體心率、皮膚情況、舌苔等，這些都屬于人工智能機(jī)器視覺(jué)范疇。對(duì)于沒(méi)有醫(yī)學(xué)圖像處理、機(jī)器視覺(jué)這部分知識(shí)的同學(xué)，由于使用了OpenCV插件以及一些其他的函數(shù)庫(kù)，可以直接調(diào)用函數(shù)，并設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)便可以實(shí)現(xiàn)圖像處理和機(jī)器視覺(jué)的功能，在接受這部分知識(shí)點(diǎn)時(shí)，不會(huì)有太大的難度，后面在學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)圖像處理、機(jī)器視覺(jué)時(shí)，可以回頭再將應(yīng)用加強(qiáng)。

1.1.2 智能可穿戴設(shè)備方面

人工智能可助力智能可穿戴設(shè)備實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大功能，這部分的案例我選擇中國(guó)鐵道出版社李天詳編寫的《Android物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)細(xì)致入門與最佳實(shí)踐》這本教材。這本教材的第18章有一個(gè)案例是心率的低功耗藍(lán)牙接收與顯示，該案例可以作為TI公司的CC2541開(kāi)發(fā)板中的心率檢測(cè)與低功耗藍(lán)牙發(fā)送的Android軟件部分，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，可以正常地發(fā)送接收顯示。在實(shí)現(xiàn)該案例時(shí)筆者用的開(kāi)發(fā)環(huán)境為Android5.0版本，需要JDK1.8、Eclipse和AndroidSDK。該案例也會(huì)涉及Java基礎(chǔ)知識(shí)的基本應(yīng)用。在有硬件的情況下，可以考慮該案例。在沒(méi)有硬件的情況下，可以不考慮該案例，因?yàn)樵跊](méi)有硬件的情況下，無(wú)法檢測(cè)到藍(lán)牙，也不能夠顯示心率數(shù)據(jù)。

1.2 Java Web開(kāi)發(fā)

機(jī)器學(xué)習(xí)是人工智能的一個(gè)子集，深度學(xué)習(xí)屬于機(jī)器學(xué)習(xí)的子類。在建立和部署與機(jī)器學(xué)習(xí)相關(guān)的系統(tǒng)方面，Java仍然是一種重要且高效的工具，Deeplearning4j是Apache授權(quán)的庫(kù)，該庫(kù)是用于深度學(xué)習(xí)的原生Java庫(kù)中較好的選擇。部分臨床決策支持技術(shù)需要檢索與臨床病例醫(yī)學(xué)圖像相似的醫(yī)學(xué)圖像，以達(dá)到輔助醫(yī)生診斷的目的，比如案例的推理和循證醫(yī)學(xué)[2]，實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能不能夠只靠文字來(lái)進(jìn)行檢索，而是需要依靠圖像的特征來(lái)檢索，即基于內(nèi)容的圖像檢索。集成機(jī)器學(xué)習(xí)和醫(yī)學(xué)圖像處理的智能醫(yī)學(xué)影像診斷系統(tǒng)，能夠輔助醫(yī)生完成醫(yī)學(xué)影像診斷，提高診斷效率。

教材選擇和開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建方面?；谏鲜鲈颍贘ava Web開(kāi)發(fā)時(shí)，選擇了中國(guó)工信出版社明恒毅編寫的《自制AI圖像搜索引擎》這本教材，該教材是以案例為驅(qū)動(dòng)的教材，介紹了案例需要用到的圖像處理和機(jī)器學(xué)習(xí)基本知識(shí)及相應(yīng)的Java實(shí)現(xiàn)，并詳細(xì)給出了基于內(nèi)容的圖像檢索功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，這也屬于機(jī)器視覺(jué)的范疇。開(kāi)發(fā)環(huán)境教材中選用的是IntelliJIDEA社區(qū)版，筆者試過(guò)2019社區(qū)版和2021.1.3社區(qū)版，這兩個(gè)版本的社區(qū)版都可以正常搭建環(huán)境并運(yùn)行，試過(guò)檢索JPG格式醫(yī)學(xué)影像，能夠檢索出和被檢醫(yī)學(xué)影像類似的圖像，但是2020版卻不能夠正常的搭建環(huán)境。IntelliJ IDEA社區(qū)版為免費(fèi)的，前端頁(yè)面可以是Html頁(yè)面，但不能是Jsp頁(yè)面，IntelliJ IDEA正式版可以實(shí)現(xiàn)Jsp頁(yè)面。該教材的不足之處在于沒(méi)有對(duì)常用的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的增刪改查顯示等功能的實(shí)現(xiàn)。在選擇該案例作為教學(xué)內(nèi)容時(shí)，授課教師要了解Java的基本語(yǔ)法，類和對(duì)象的概念以及特性，文件輸入輸出流，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的讀取等等，另外，也要了解前端開(kāi)發(fā) Html、CSS、JQuery的基本知識(shí)，Servlet，以及利用IntelliJ IDEA社區(qū)版實(shí)現(xiàn)Java Web的基本過(guò)程。

課程設(shè)計(jì)方面。在后端的實(shí)現(xiàn)特征索引庫(kù)生成工具子項(xiàng)目這一部分中，學(xué)生可以學(xué)習(xí)到IntelliJ IDEA內(nèi)置的用來(lái)管理依賴包的Maven的基本用法、提取用來(lái)匹配被檢索醫(yī)學(xué)圖像的每幅醫(yī)學(xué)圖像形成的特征、且將這些特征存儲(chǔ)到嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)中、將子項(xiàng)目編譯并打包到j(luò)ar中的方法，這里面涉及的Java基礎(chǔ)語(yǔ)法，類和對(duì)象的概念以及特性，文件流等知識(shí)，有學(xué)生沒(méi)有學(xué)過(guò)的，可以穿插在其中講，特別是在介紹深度學(xué)習(xí)和圖像特征提取、圖像特征索引與檢索的原理與相應(yīng)的Java實(shí)現(xiàn)時(shí)，Java基礎(chǔ)語(yǔ)法、面向?qū)ο筇匦陨婕暗锰貏e多，通過(guò)該部分的學(xué)習(xí)不僅可以學(xué)習(xí)Java基礎(chǔ)知識(shí)，還有助于對(duì)相關(guān)原理的理解。在圖像搜索引擎子項(xiàng)目的前端中，采用了Html、CSS、JQuery方式，這種組合方式是經(jīng)典的前端開(kāi)發(fā)組合方式，可以幫助學(xué)生了解前端的基本結(jié)構(gòu)、常用元素、和事件。前端和后端的互動(dòng)又用到了同樣經(jīng)典的Servlet，調(diào)用子項(xiàng)目中的jar包、特征數(shù)據(jù)庫(kù)鍵值對(duì)的提取。當(dāng)功能都實(shí)現(xiàn)后，可以將項(xiàng)目部署到IntelliJ IDEA內(nèi)置的Tomcat7服務(wù)器上，并進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試。學(xué)生可以通過(guò)該案例了解和智能醫(yī)療有關(guān)的Java Web開(kāi)發(fā)的基本過(guò)程和知識(shí)點(diǎn)，這個(gè)過(guò)程很簡(jiǎn)單，涉及的基本知識(shí)點(diǎn)也不多，但這比較適合在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)給學(xué)生搭一個(gè)框架，學(xué)生再根據(jù)自己的興趣、需求進(jìn)一步去深入探索，以問(wèn)題為中心，逐步將知識(shí)點(diǎn)加深加寬。學(xué)生可以參考Java機(jī)器學(xué)習(xí)、Java圖像搜索等書籍和文獻(xiàn)資料，試著使用其他的和機(jī)器學(xué)習(xí)相關(guān)的Java庫(kù)，并和教材中的案例進(jìn)行對(duì)比分析，有助于加深對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)原理的理解以及機(jī)器學(xué)習(xí)的部分應(yīng)用。對(duì)于并不太想深入挖掘機(jī)器學(xué)習(xí)算法的同學(xué)，可以借閱查找Java Web相關(guān)的資料，將檢索界面做得更美觀，并加入一些與醫(yī)學(xué)圖像相關(guān)的病人資料的存儲(chǔ)和管理。通過(guò)這種以問(wèn)題為中心、解決問(wèn)題的學(xué)習(xí)方式，獲取的知識(shí)點(diǎn)更牢固，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣會(huì)增強(qiáng)。

2 總結(jié)

本文介紹了基于智能醫(yī)學(xué)的Java課程的一些思考，希望以案例為驅(qū)動(dòng)，使學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)能將智能醫(yī)學(xué)專業(yè)中其他專業(yè)課程知識(shí)與Java課程融合，以增加課程的廣度和復(fù)雜度，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和內(nèi)驅(qū)力。案例包括Android開(kāi)發(fā)中的圖像處理、人臉檢測(cè)、OCR識(shí)別、人眼追蹤、心率檢測(cè)和低功耗藍(lán)牙傳輸、Java Web開(kāi)發(fā)中基于內(nèi)容的醫(yī)學(xué)影像圖像檢索。結(jié)合筆者的從教經(jīng)歷，主要從教材選擇和環(huán)境搭建、課程設(shè)計(jì)方面提出了自己的看法。教師可以根據(jù)自己的需求選擇合適的案例教學(xué)。文中提到的案例涉及的Java知識(shí)點(diǎn)雖然只占整個(gè)知識(shí)體系中的很少部分，但是需要教師先將Java語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí)、Android開(kāi)發(fā)的基本知識(shí)以及Java Web開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)知識(shí)能夠先有所準(zhǔn)備。對(duì)于愿意從事Java開(kāi)發(fā)的同學(xué)，可以為日后的工作做準(zhǔn)備，對(duì)于不愿意從事Java開(kāi)發(fā)的同學(xué)，可以通過(guò)實(shí)現(xiàn)案例的過(guò)程了解其他課程的作用，并有助于加深對(duì)課程的理解。