王紅 張千惠 劉淑賢 范素軍

10.3969/j.issn.1671-489X.2022.04.005

摘 要 醫(yī)學影像技術(shù)專業(yè)作為新興專業(yè)，發(fā)展勢頭良好。

目前，醫(yī)學影像技術(shù)專業(yè)對數(shù)學知識的要求越來越高，工程數(shù)學作為主要數(shù)學類課程，對教學方式和課程建設都進行了初步改革。結(jié)合醫(yī)學院校影像技術(shù)專業(yè)工程數(shù)學目前已經(jīng)進行的教學實際，對醫(yī)學院校工程數(shù)學教學引進虛擬仿真實驗平臺的必要性以及存在價值進行初步探討。

關(guān)鍵詞 醫(yī)學影像技術(shù)專業(yè)；工程數(shù)學；數(shù)學虛擬仿真實驗平臺；實驗課

中圖分類號：G647.6 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）04-0005-03

Research and Analysis of Existence Value of Mathematics

Virtual Simulation Experiment Platform： Based on Investi-

gation of Mathematics Experiment Course of Image Tech-

nology Specialty//WANG Hong， ZHANG Qianhui， LIU Shu-

xian， FAN Sujun

Abstract Medical imaging technology is a new specialty with good development momentum. Now， the medical ima-ging technology major has a higher and higher requirement for mathematical knowledge. Engineering mathematics， as its main mathematical course， has carried out a preliminary reform in teaching methods and curriculum construction. Based on the teaching practice of engineering mathematics of

imaging technology specialty in medical colleges， the nece-ssity and value of introducing virtual simulation experimental platform into engineering mathematics teaching in medical colleges are discussed in this paper.

Key words medical imaging technology; engineering mathe-

matics; mathematics virtual simulation experiment platform; experiment course

0 引言

我國醫(yī)學影像技術(shù)專業(yè)是依據(jù)醫(yī)療對各學科的需要而發(fā)展起來的專業(yè)性極強的學科，在要求學生不斷學習醫(yī)學知識的同時，對數(shù)學知識的要求也越來越高[1]。但是，目前多數(shù)院校本專業(yè)的工程數(shù)學課時少，教學任務重，課時基本上均被理論課占用，沒有相應的實驗課，導致學生對工程數(shù)學的應用知之甚少。同時，傳統(tǒng)教學方式只是讓學生掌握課本知識，并沒有涉及今后在實踐工作中對知識的應用，導致學生畢業(yè)后的后勁不足，難以適應高新科技迅速發(fā)展的變化，不能滿足社會與市場的需求[2]。本文針對河北醫(yī)科大學影像技術(shù)專業(yè)引進數(shù)學虛擬仿真實驗平臺的教學成果進行探討。

1 改革實踐

數(shù)學實驗課是一門軟件課程，需要學生進行上機操作，教師適當引導，學生獨立調(diào)試程序[3]。仿真實驗平臺為學生提供以下幾個實驗部分。

實驗一：傅里葉變換基礎知識

開展本次實驗旨在讓學生充分掌握函數(shù)展開成傅里葉級數(shù)的方法。實驗基本原理：滿足狄利克雷條件的周期函數(shù)能夠展開為三角級數(shù)，非周期函數(shù)可進行傅里葉變換。熟知連續(xù)函數(shù)與離散函數(shù)的傅里葉變換以及傅里葉逆變換；一維傅里葉變換與逆變換實現(xiàn)時域與頻域的相互轉(zhuǎn)換。在實驗課上，學生通過改變頻率和振幅來觀察正弦信號和矩形波的傅里葉變換，通過調(diào)整正弦波的周期和幅值觀察疊加信號的傅里葉變換。

實驗二：分析傅里葉變換典型案例

本次實驗旨在讓學生掌握傅里葉變換的具體應用。實驗原理為：采用傅里葉變換能將滿足一定條件的某個函數(shù)表示成三角函數(shù)，可對波形進行變換，以此分析聲波和電磁波的一維傅里葉變換。本次實驗分為三部分：首先讓學生錄制聲音，通過軟件生成音頻時域信號，通過低通濾波，對比前后波形；其次，進行心電信號的傅里葉變換，觀察其包含的頻率成分，去噪，然后進行傅里葉逆變換，將處理后的信號與之前信號進行對比；最后，對二維灰度圖像進行傅里葉分析，觀察其振幅和相位頻譜圖。

實驗三：圖像矩陣

開展本次實驗旨在讓學生掌握矩陣的定義及兩個矩陣之間的加法、減法、乘法運算。實驗原理為：一幅灰度圖像和彩色圖像都對應一個像素矩陣；兩個行列數(shù)相同的矩陣可進行基本運算，將處于同一位置的元素相加、減、乘，作為新矩陣中的元素值。實驗課上，首先要求學生提取簡單灰度圖像的像素矩陣，觀察矩陣數(shù)值與圖像灰度之間的關(guān)系；其次，根據(jù)提供的兩個圖像，提取兩個像素矩陣，當進行基本運算時，矩陣發(fā)生變化，則圖像發(fā)生相應改變，觀察矩陣前后變化。

實驗四：圖像卷積濾波

本次實驗旨在讓學生理解一維卷積和二維卷積的意義。實驗原理利用一維及二維函數(shù)的卷積公式。實驗課要求學生進行一維卷積的計算；利用不同卷積模板對圖像進行去噪、銳化、邊緣檢測等處理，進行分析。教師在每個數(shù)學模型知識模塊中選取幾個例子講解。這些例子的選擇標準為：1）貼切實際生活；2）用MATLAB軟件進行數(shù)據(jù)處理[4]。

2 調(diào)查分析

本次研究所需要的數(shù)據(jù)采用問卷調(diào)查的方式獲得。調(diào)查內(nèi)容分為三部分：第一部分是受訪者簡單的個人信息，包括姓名、年級、班級；第二部分是學生對仿真實驗平臺實驗內(nèi)容的反饋；第三部分是學生對于實驗平臺的評價。為保證數(shù)據(jù)的客觀性和真實性，采取線上線下調(diào)查相結(jié)合的方式，共發(fā)放問卷500份，回收問卷300份，回收率60%。由于網(wǎng)頁的提交功能按鈕只允許提交完整問卷，故有效率100%。受訪者主要集中在近兩年完成實驗課程的大二、大三影像技術(shù)專業(yè)學生，以確保問卷調(diào)查的準確性。問卷主要內(nèi)容及結(jié)果通過Excel的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能得到，分析如下。

2.1 實驗內(nèi)容反饋

1）調(diào)查學生對于開設實驗內(nèi)容的滿意程度。如表1所示，95%的學生對開設實驗內(nèi)容表示滿意或基本滿意，肯定了實驗內(nèi)容存在價值。

2）調(diào)查學生對于實驗內(nèi)容的印象深刻程度以及對今后學習的影響程度。如表2所示，四大板塊均有分布，說明實驗平臺的這幾大板塊都很有趣，都有其存在的價值。

2.2 實驗平臺評價

1）調(diào)查學生對于實驗平臺的整體評價，如表3所示。

2）進一步探究存在價值具體體現(xiàn)在哪些方面，將這個問題設置成多選形式，綜合考慮實驗平臺存在價值，使結(jié)果更加全面，如表4所示。

3）通過此次調(diào)查發(fā)現(xiàn)實驗平臺存在的問題。如表5所示，調(diào)查表明，15%的學生不能熟練操作軟件。進一步調(diào)查其原因發(fā)現(xiàn)，60%的學生是因為網(wǎng)絡造成的軟件卡頓。由于班級容量較大，教學任務重，網(wǎng)絡問題是無法避免的一個問題。

此次問卷調(diào)查，可以反映出數(shù)學虛擬仿真實驗平臺的存在價值及存在的問題，針對問題積極改正，對于存在價值給予肯定。

3 存在價值

基于以上問卷調(diào)查分析，醫(yī)學影像技術(shù)專業(yè)學生對于數(shù)學虛擬仿真實驗平臺存在價值的認可主要體現(xiàn)在以下幾點。

3.1 充分調(diào)動學習積極性

問卷調(diào)查結(jié)果顯示，75%的學生認為通過實驗平臺充分調(diào)動了學習積極性，對工程數(shù)學的學習產(chǎn)生濃厚的興趣。高等數(shù)學課程相比其他學科更晦澀、枯燥，實驗課的設立使得書面內(nèi)容更加形象化。由于親身實踐，學生對于實驗現(xiàn)象記憶會更深刻，更有利于對于高等數(shù)學知識的掌握。同時，由于學生學習積極性的提高，教師在講課過程中更有激情，教學效率更高，課堂會更生動有趣，進而提高學生的積極性，學生和教師之間相互影響，從而有利于建立良好的師生關(guān)系與課堂氛圍?？傊?，針對傳統(tǒng)教學枯燥無味、學生積極性不高的問題，仿真實驗平臺提供了一個很好的解決方法，實驗發(fā)展可謂是大勢所趨。

3.2 培養(yǎng)學生實踐能力

調(diào)查結(jié)果顯示，90%的學生認為引進實驗平臺加深了自己對理論識的理解，培養(yǎng)了實踐能力。很多醫(yī)學院校影像技術(shù)專業(yè)開設了高等數(shù)學、工程數(shù)學及其實驗課，從而達到理論與應用結(jié)合，讓學生能夠更好地掌握知識，靈活應用?！皩嵺`是檢驗真理的唯一標準。”仿真實驗使得學生在學習枯燥知識的同時，了解具體操作事宜，有助于培養(yǎng)學生實干能力，培養(yǎng)實干型人才，這樣可以滿足影像技術(shù)專業(yè)對于人才的技術(shù)要求，從而推動影像技術(shù)專業(yè)在國內(nèi)的發(fā)展。為了更好地將工程數(shù)學與影像專業(yè)技術(shù)相結(jié)合，應該積極利用虛擬仿真實驗平臺，以適應時代和科技的發(fā)展，培養(yǎng)新型的醫(yī)學影像技術(shù)人才。

3.3 培養(yǎng)學生多方面能力

虛擬仿真實驗平臺對培養(yǎng)全方面人才的作用主要體現(xiàn)在三個方面。

1）引入仿真實驗平臺，通過實驗課測評可以更全面地評估學生能力。目前，對于工程數(shù)學的考核基本上是通過期末考試一錘定音，反映的結(jié)果較為局限，不能很好地反映學生的綜合能力。加入實驗課程后，不僅可以考查學生理論知識的掌握程度，還可以反映學生的活學活用能力，有助于檢驗學生對知識的實際掌握，從而全面評估學生能力。

2）開設實驗課，有助于培養(yǎng)學生的動手能力，利于本專業(yè)后續(xù)課程（如醫(yī)學圖像處理等）的開展和教學。

3）通過實驗平臺的利用，發(fā)現(xiàn)問題及時糾正，促進教學發(fā)展。平臺不斷完善，盡可能滿足學生學習需要，使得學生的自身能力不斷提升，滿足醫(yī)學影像技術(shù)專業(yè)的高要求，培養(yǎng)新時代要求的醫(yī)學影像技術(shù)人才。

4 結(jié)束語

隨著當今社會的不斷發(fā)展，醫(yī)學影像學也快速發(fā)展。醫(yī)學影像學的發(fā)展，需要大批的技術(shù)人員[5]。工程數(shù)學在專業(yè)課程中的作用越來越大。因此，為了更好地發(fā)展醫(yī)學影像技術(shù)專業(yè)，培養(yǎng)相關(guān)人才，工程數(shù)學的相關(guān)改革尤為重要。虛擬仿真實驗的設立，有利于推動理論與實踐相結(jié)合，提升教學水平，豐富教學手段，讓學生體驗到工程數(shù)學的樂趣，從而培養(yǎng)出適合新時代要求的醫(yī)學影像技術(shù)實干型人才。為了更加遠大的目標，應不斷探索，推動工程數(shù)學發(fā)展，在總結(jié)經(jīng)驗和教訓的基礎上不斷探討和實踐。

參考文獻

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*項目來源：河北醫(yī)科大學創(chuàng)新性實驗計劃校級項目“數(shù)學虛擬仿真實驗平臺存在價值的研究與分析”（USIP2020

250）；“春暉計劃”一般項目“醫(yī)學院校數(shù)學‘課程思政教育教學改革的研究與實踐”（2020CHYB-19）；創(chuàng)新訓練項目“醫(yī)學生專業(yè)認同現(xiàn)狀與影響因素調(diào)查分析”（202013415008）。

作者：王紅、張千惠，河北醫(yī)科大學本科在讀，研究方向為醫(yī)學影像技術(shù)；劉淑賢，河北醫(yī)科大學，助教，研究方向為醫(yī)學影像數(shù)學教學、醫(yī)學數(shù)據(jù)挖掘；范素軍，通信作者，河北醫(yī)科大學，副高，研究方向為醫(yī)學影像數(shù)學教學（050017）。