醫學圖像處理與分析課程教學改革的探索

湯敏

摘 要 醫學圖像處理與分析是生物醫學工程專業的專業基礎課之一。在簡要介紹CDIO教學模式基礎上，提出幾點該課程教學改革的措施，包括融合多媒體教學和傳統教學手段；引導學生整體把握知識點；調動學生的學習積極性；培養學生的實踐動手能力；形成理工醫結合的思維方式。教學實踐證明，所提教改經驗能全面培養學生的學習技能，激發學生的學習興趣，很好地增強教學效果。

關鍵詞 圖像處理；圖像分析；教學改革；教學模式；CDIO

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B 文章編號：1671-489X（2013）03-0106-02

Teaching Reform of Medical Images Processing and Analysis//Tang Min

Abstract Medical images processing and analysis is one of the major foundational courses for biomedical engineering. According to the teaching model of CDIO， several teaching reform measures of medical images processing and analysis are carried out， including combining multimedia approach with traditional teaching method； guiding students to understand knowledge points unitarily； prompting students enthusiasm； training practical abilities of students； and fostering thinking mode merged with science， engineering and medicine. The authors rich practical experiences demonstrate that these teaching reform measures can foster the students abilities， inspire their interests and therefore improve the teaching effect greatly.

Key words image processing； image analysis； teaching reform； teaching model； CDIO

醫學圖像處理與分析是研究圖像處理的基本理論及其在生物醫學工程中的應用的一門學科，是生物醫學工程專業的專業必修課。該課程的任務是：系統介紹圖像處理與分析的基本理論和基本方法，側重使學生掌握其在生物科學領域的實際應用，目的是使學生系統掌握數字圖像處理的基礎概念、基本原理和實現方法，學習圖像分析的基本理論、典型方法和實用技術，為在生物醫學工程領域從事研究與開發打下扎實基礎。

醫學圖像處理與分析課程理論抽象，涉及醫學、計算機、數學、物理、信號處理等多個領域的知識，學科之間高度交叉、滲透，學生很難理解其中的相關知識和技術，因此課程起點高，教學難度大[1-2]。筆者在教學方法上也與時俱進，摒棄傳統教學方法的弊端，引入新的教學模式和教學方法，實現培養高質量人才的目標。

本文提出筆者基于CDIO教學模式的醫學圖像處理與分析課程教學改革方面的一些經驗。總體說來，該課程教學改革的主要思路是：以全新的教學理念為指導，以先進的教學手段和方法為橋梁，以學科交叉的眼光有機結合課程教學與課外教學、理論教學與實踐教學、系統講授與學生自學等多種方式，實現教學內容的完整性、前沿性、理論性與實踐性，使學生掌握本門課程的理論框架與思維方法，掌握生物圖像處理與分析的相關技能，能夠采取合適的處理方法實現特定的醫學圖像處理目的。

1 CDIO教學模式

CDIO教學模式是近年來國外工程教育改革的最新成果，其中C代表構思（Conceive），D代表設計（Design），I代表實現（Implement），O代表運作（Operate）。CDIO模式是以產品研發到產品運行的生命周期為載體，強調讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式來學習工程，并以綜合培養的方式使學生在多方面達到工程師的預定目標。實踐證明，CDIO教學模式比傳統教學模式適應面更寬，更有助于提高教學質量，尤為重要的是CDIO模式中的新評測標準，為工程教育的系統化發展奠定了基礎[3]。

2 醫學圖像處理與分析教改措施

2.1 融合多媒體教學和傳統教學手段

目前高校授課中普遍存在兩種極端：

一種是只板書授課，形式單調，內容枯燥，課堂時間無法有效利用，知識容量小；

另一種則完全采用多媒體授課，課堂教學變成單純地播放幻燈片，缺乏學生參與互動的空間和可能。

筆者強調打造“多媒體+板書”的高質量精品課堂：

一方面，優秀的教學課件能提升和精煉教材內容，通過利用圖像、聲音和動畫等多媒體技術將教材中相關概念、算法、原理及應用轉化成形象逼真的影像展示給學生，介紹和比較不同的圖像處理方法應用于醫學圖像的不同效果，為學生提供生動的感性認識；

另一方面，將板書穿插于多媒體教學中，對圖像處理算法的關鍵步驟進行推導和演算，同時展示教學進度、層次和重點，有利于學生對重要知識點的系統把握，有效避免知識講授過程中的“碎片化”現象。

2.2 引導學生整體把握知識點

在教學過程中，引導學生從整體上把握學習的總體要求，理清教學知識點、學習難點以及學習技巧，對于落實課程的知識點非常關鍵。每一章教學伊始，首先提出本章主線，即要解決什么問題，以什么樣的方法和步驟來解決問題，所介紹方法對于解決問題的優點何在。當教學內容章節較多，分成多次講授時，這個主線將會反復強調，從而不斷加強學生對有關內容學習目的性的認識，開展針對性的學習。

2.3 調動學生的學習積極性

德國教育學家第斯多惠認為：“教育的藝術不在于教授的本領，而在于激勵、喚醒和鼓舞。”[4]心理學研究也表明，學習動機與學習效果之間的關系十分密切，不同性質的學習動機對于學習效果有不同的影響。學生的學習動機直接制約他們的學習積極性，影響學習效果。筆者在課堂教學中經常采用問題學習法（problem based learning，PBL），以提高學生的學習積極性，促進學生參與教學。學生通過圖書館以及網絡等資源，查閱資料，系統分析，形成讀書報告，再到課堂上討論和交流，教師則主要起到布置任務和經典總結的作用[2，5]。這種啟發式、互動式、討論式、研究性等教學方法，能夠充分調動學生的積極性和學習興趣，培養學生的創新思維和研究能力。另外，還可以通過課程網站、在線聊天等現代交流手段，將課堂教學和課后輔導有機結合，建立多渠道的教學互動模式，使學生得到及時的指導，增強學生學習興趣。

2.4 培養學生的實踐動手能力

本課程是一門以實踐為基礎的課程，必須十分注重學生實踐能力的培養和開發，使學生熟悉醫學圖像處理課程基本理論的同時，掌握如何通過計算機實現這些算法，能夠將所學知識和設計的算法應用于醫學圖像處理和分析，能夠根據具體臨床需要對算法進行設計、改進和優化，使處理后的圖像符合臨床要求。為此，本課程設置了相關的課程設計環節，兩周時間內要求學生完成5～6個實驗，檢驗算法效果，最終形成實驗報告。

2.5 形成理工醫結合的思維方式

現代生物科學已經呈現高度綜合和高度分化的發展趨勢，作為生物醫學工程領域的本科生，需要具備豐富扎實的理工科知識和一定基礎的醫學專業知識，才能在今后的工作中有所發展和創新。南通大學的生物醫學工程本科專業設置于電子信息學院，隸屬工科范疇，而學生的醫學知識背景相對較弱。因此，本課程講授時要注重與醫學成像技術、醫學電子學等課程的銜接和交叉，不僅在講授某一種圖像處理方法時突出重點、分化難點，更要將醫學實例的處理融合于各章節，體現出理、工、醫三者結合，對從方法論和認識論的較高層次上形成新的研究思維起到指導作用[2]。

3 結論

本文結合筆者多年來的教學經驗，在簡要介紹CDIO教學模式的基礎上，針對醫學圖像處理與分析理論教學方面提出一些改革措施。實踐表明，醫學圖像處理與分析課程教學應緊密結合醫學實踐，注重圖像處理方法與具體醫學應用的有機結合和交叉，激發學生的學習熱情和創新思維能力。筆者今后還將圍繞實踐教學環節的改革開展一些有益的探索。

參考文獻

[1]韓貴來.醫學圖像處理課程教學方法探討[J].時代教育：教育教學版，2011（4）：14.

[2]湯樂民，丁斐.醫學研究生“生物圖像處理與分析”課堂教學方法初探[J].南通大學學報：教育科學版，2008，4（4）：

79-81.

[3]中國CDIO網站[EB/OL].http：//www.chinacdio.cn.

[4]陳瑛，龔著琳，蘇懿，等.以能力培養為導向的“醫學圖像處理與分析”研究生課程教學改革初探[J].中國高等醫學教育，2010（6）：79-80.

[5]李曉偉，肖二鋼，王益民，等.PBL教學模式在醫學計算機教學中的應用[J].中國教育技術裝備，2012（6）：63-64.