“生物醫學圖像編程實現技術”雙語教學建設探索

楊春蘭?吳水才?白燕萍?高宏建

摘要：“生物醫學圖像編程實現技術”是生物醫學工程專業研究生的選修課。教學方式主要采用課堂講授和學生上機討論同步結合的形式。針對該課程教學內容中ITK和VC均采用英文開發平臺的特點，在各章節的教學中為學生提供了豐富的英文學習資源。教學中采用英文ITK編程指導書作為程序編寫的基本算法理論參考。程序設計中，示例程序英文注釋占到1/2以上篇幅。鑒于目前的教學現狀， 對該課程的雙語教學改革進行了探索。

關鍵詞：生物醫學圖像編程實現技術；雙語；教學改革

作者簡介：楊春蘭（1980-），女，河北石家莊人，北京工業大學生命科學與生物工程學院，副教授；吳水才（1964-），男，江西九江人，北京工業大學生命科學與生物工程學院，教授。（北京 100124）

基金項目：本文系北京工業大學2013年度研究生課程建設項目（項目編號：015000542513528）、北京工業大學教育教學研究項目（項目編號：ER2013B21）的研究成果。

中圖分類號：G643.2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）09-0105-02

“生物醫學圖像編程實現技術”是生物醫學工程專業研究生的選修課。該課程的主要內容是分別利用Visual C++和ITK兩種編程工具實現常見生物醫學圖像的讀寫、點運算、配準、分割等涉及醫學圖像分析基本問題的程序編制。本課程共32學時，包括7個章節：常用醫學圖像處理軟件編程環境介紹；生物醫學圖像的類型及其數據表達；各種醫學圖像的讀寫方法和顯示；生物醫學圖像處理類庫的實現；醫學圖像配準；醫學圖像分割；基于醫學圖像的統計分析。

本課程教學方式主要采用課堂講授和學生上機討論同步結合的形式。教學思路圍繞利用VC等編程工具實現圖像處理程序的編寫展開：以ITK學習作為算法理論指導的基礎和主線，在學生理解具體算法的核心內容后，再利用VC完成算法的實現，進而使學生掌握VC進行生物醫學圖像處理的編程技巧。在課堂教學中充分發揮學生的積極性，鼓勵創新思路和團隊合作。本課程目前主要選用與ITK和VC圖像處理緊密相關的指導書和參考書，以及筆者編寫的教學講義。

針對該課程教學內容中ITK和VC均采用英文開發平臺的特點，目前英文多媒體課件已達教學內容總量的2/3以上。筆者多年從事生物醫學圖像處理領域的科研工作，近年來查閱并收集了大量英文文獻。在各章節的教學中為學生提供了豐富的英文學習資源。此外，教學中采用英文ITK編程指導書作為程序編寫的基本算法理論參考。程序設計中，示例程序英文注釋占到1/2以上篇幅。鑒于目前的教學現狀， 擬將該課程建設為雙語課程。

一、雙語教學改革的必要性

“生物醫學圖像編程實現技術”作為生物醫學工程專業碩士生的專業選修課，目的是使學生學會利用VC和ITK等編程工具完成生物醫學圖像處理的程序設計和相關科研任務。目前Microsoft Visual C++6.0開發平臺和ITK開發平臺均為英語環境，ITK學習資料和網站亦均使用英語，因此，掌握VC和ITK程序設計中的常見專業術語，具備閱讀并編寫英文注釋的程序代碼能力是教學中的一個重要目標。前幾輪教學中主要存在以下問題：

第一，學生本科階段專業背景和英文水平存在差異，在學習以英文為主的教學內容時存在一定困難。北京工業大學（以下簡稱“我校”）生物醫學工程專業研究生大多來自其他各地方院校，很多學生在計算機語言學習和編程操作方面基礎較為薄弱，編程水平亟待提高。目前生物醫學工程專業開設的研究生課程中，“醫學圖像處理”僅從基礎理論方面論述了生物醫學圖像處理的內容、模式和發展趨勢，學生缺乏利用計算機編程工具實現圖像處理算法的技術入門和指導。本課程目前主要以ITK用戶學習指導書和Visual C++圖像處理參考書作為學生學習的參考資料。ITK指導書和相關學習資料為全英文編寫，通常程序開發者使用的VC6.0開發平臺為英文版，幫助查詢信息也為英文，在一定程度上增加了學生學習編程技術的難度。雙語教學的開展成為解決該問題的重要途徑。

第二，已有經試用一定時期、教學效果良好的上機指導講義，但尚無與英文學習資料配套的雙語教學講義。生物醫學圖像處理的基本概念和相關算法是本課程的理論基礎，利用ITK和VC進行編程是學生學習本課程應掌握的基本技能。鑒于在課堂教學中，理論講授仍是主要教學手段，筆者圍繞使用ITK和VC圖像編程兩條主線來安排課堂教學，精選出能夠提高生命科學與生物工程學院（以下簡稱“我院”）研究生科研水平的課程內容。

目前的課堂教學主要以ITK用戶學習指導書和Visual C++圖像處理參考書作為學生學習的參考資料，尚無可供使用的正式出版教材。基于前期該課程教學改革建設，筆者編寫了該課程的上機編程指導講義，教學中已試用3輪，學生普遍反映對其學習很有幫助，取得了較好的實驗教學效果。然而，單獨一本上機指導書或者幾本相關參考書無法滿足教學中的實際要求。此外，目前編寫的上機指導書中缺少英文專業術語，而在實際教學中應當注重專業術語的解釋和英漢對照，使學生在掌握專業知識和技能的基礎上進一步學會專業詞匯的運用，提高其科研能力。因此，教學中亟需使用將基礎理論內容與上機操作有效緊密結合的雙語教學講義，使課堂教學中學習資料與上機指導書內容相對應，從而使教學內容系統化，能夠同時滿足學生理論學習和上機操作的實際需要。

第三，學生自主學習內容來源均為英文資料，尚需教師做中英對照指導。培養學生的創新意識和動手實踐能力是研究生教學的基本指導思想。計算機程序設計類課程需要足夠的上機操作練習和課后自主學習來鞏固學習成效。只強調課堂講授往往使學生的思路受到限制，不能達到同步跟隨講解掌握編程要點和調試技巧的目的。筆者鼓勵學生在自學中利用互聯網等現代學習工具，并結合自己在生物醫學圖像處理領域的科研工作，針對教學內容收集了大量英文文獻，在各章節的教學中為學生提供了豐富的英文學習資源。但多數學生在計算機語言學習和編程操作方面基礎較為薄弱，且缺乏圖像處理方面的先修專業知識，在自學時遇到了較多困難，需要教師對相關專業術語和概念做中英對照解釋和指導。因此，課堂講授和課后師生答疑及作業等均宜采用雙語模式。

綜合以上分析，本課程在教學中需組織并精選雙語教學內容，并在此基礎上編寫與英文學習資料配套的雙語課堂教學講義，在課堂講授等環節亦適合采用雙語教學模式。雙語教學是解決前述幾個教學問題的必要手段，也是增強本課程教學效果的重要途徑。

二、雙語教學建設的具體措施

1.教學內容建設

本課程主要以利用ITK和VC兩種工具進行生物醫學圖像處理的程序設計展開。ITK的學習相對易于掌握和理解，可作為引導和幫助學生形成編程思路和整體框架的基礎部分；針對生物醫學圖像的特點，在ITK對應內容學習的基礎上，重點使學生掌握利用VC進行各種處理算法的程序實現。由于課時數的限制，教學內容將緊密聯系目前醫學圖像處理領域的熱點問題，參照國內外常用生物醫學圖像編程軟件的基本功能，精選有助于學生今后開展科研工作的內容，在此基礎上完成教學內容的中英對照優化。

在目前使用的英文ITK學習指導書、VC圖像處理參考書和自編的上機指導講義中，對于圖像文件的讀寫、圖像濾波等內容，是交叉重合的部分，也是教學中的重點內容。因此，可依據學習資料將上述章節的教學內容重新整合，組織成中英雙語對照的形式；對于無交叉的內容，如圖像配準、統計分析等，以中文參考書為主導，英文指導書相關知識點為參考，通過查閱參考資料，完善該部分的中英對照內容。

2.教學方式建設

雙語教學的目的是使學生能夠在專業領域進行學習和應用，使外語不再成為專業學習和交流的困難和障礙。因此，雙語教學不能僅僅立足于提高學生的外語水平，更應在教學中注重專業術語的解釋和英漢對照，使學生在掌握專業知識和技能的基礎上進一步學會專業詞匯的運用。[1-3]本課程雙語教學的目標必須以掌握專業知識及技能為基礎，進而培養學生的動手能力和利用編程理解各種理論算法的學習能力。

基于上述教學思想，教學方式主要采取課堂教師講授與學生同步上機操作相結合的形式。在雙語教學過程中充分發揮學生使用英語學習的主動性和創新意識，鼓勵團隊合作完成較復雜程序的設計。[4，5]針對課堂講授環節，以英文多媒體課件為依據，在各章節末給出專業術語的中英文對照總結。對基本理論算法采用英語講解，重點和難點部分用漢語加以強調。

每個專題內容的教學中，首先由教師給出具體的設計任務，以ITK示例程序作為基礎理論指導，利用VC演示經典程序的編寫調試過程，重點強調編程中的技術要點和中英對照專業術語，并對易錯點進行提示。根據設計任務，鼓勵學生在實現程序的基本功能基礎上，加入自己對算法的理解和功能擴展，并請學生在課堂上對程序設計思路用英語進行講解和交流。課后程序作業要求學生在程序編寫時給出各種函數功能和關鍵語句的英文注釋。

在醫學圖像配準、分割專題的教學中，讓學生分析查閱中英文獻資料，結合自己今后的科研方向制作簡單的軟件實現配準、分割的常用算法。在這些專題中組織學生進行英文口頭報告和學術討論。對于功能模塊較復雜的程序，讓學生自由分組，注重培養學生團隊協作精神和個性特長的發揮。

3.教材建設

目前該課程沒有指定的正式出版教材，在實踐教學中主要采用自編的上機指導講義《<生物醫學圖像編程實現技術>上機指導說明書》，課堂教學環節中主要從ITK和VC實現圖像處理兩個方面為學生提供了相應的英文學習資料和參考書。

結合該課程的專業特色和注重上機操作環節的特點，在優化中英對照教學內容的基礎上，編寫本課程雙語教學講義。講義內容涉及中英對照的醫學圖像處理相關基本概念和術語、ITK程序運行步驟及結果分析中文注釋、ITK專業術語中英對照詳解、VC圖像編程技巧要點等。由于該課程實踐性強，在編寫講義的同時，對重要的教學內容和教學難點可以制作視頻講解的VCD光盤予以輔助。

三、雙語課程建設的可行性

本課程教學內容是在了解學生知識水平和專業背景的前提下，結合我院生物醫學工程中心各研究室的研究方向和主要工作而安排的。針對VC開發平臺和ITK教學示例程序及注解均為英語的特點，后續教學中可以做到對雙語教學內容結構的進一步完善和調整，從而達到提高教學效果的目的。

盡管目前本課程尚無可供使用的正式出版教材，但已有適應學生學習水平的相關中英文參考資料和申請者編寫的學生上機實驗指導書和講義，后續建設中編寫與中文對照的英文講義是完全可行的。

選修該課程的生物醫學工程專業學生人數相對固定，課堂教學過程便于控制。授課對象具備良好的英語基礎和專業知識，具備雙語教學的接受水平和理解能力。因此可以探索更為合理的雙語教學模式，從而充分發揮學生學習的積極性，培養研究生利用英語查閱文獻和學習的研究能力，提高其國際交流水平。充分發揮本課程教學內容和參考資料為英文的優勢，讓學生在該課程的學習中對利用英語進行科研的訓練得以實現。

本課程教學團隊的師資力量和業務素質達到了對“生物醫學圖像編程實現技術”進行雙語課程建設的基本要求。筆者曾赴英國華威大學參加了校青年骨干教師出國培訓，口語流利，專業基礎知識扎實；為生物醫學工程專業本科生主講“Visual Basic程序設計”（雙語）課程，具有為該專業學生講授計算機類課程的雙語教學經驗，了解該專業學生在學習計算機類課程時的知識水平和心理特點；多年從事生物醫學圖像處理領域的科研工作，查閱并收集了大量英文文獻，在各章節的教學中為學生提供了豐富的英文學習資源。

本課程隸屬生物醫學工程專業碩士生計算機類選修課。我院設有生物醫學工程一級學科博士學位、碩士學位授權點，該學科是北京市重點建設學科。生物醫學工程中心下設2個生物電子與儀器研究室，1個生物力學與仿真工程研究室。生物醫學圖像處理是生物醫學工程領域的主要研究方向之一，上述研究室均開展了涉及生物醫學圖像處理的研究工作，可為本課程的實踐教學環節提供科研實踐訓練環境；此外，產學研基地還可吸納學生進行與圖像處理相關課題的編程創新訓練。我院與美國桑利尼亞州立大學簽訂了聯合培養協議，為開展雙語教學提供了有利的國際學習和交流條件。

四、展望

為推進國際化教育進程，研究生課程建設應積極做到與國際化接軌。“生物醫學圖像編程實現技術”以提高學生圖像處理的編程水平為基本出發點，結合當前該課程的教學現狀，在教學內容和教學方式等方面都有望實現雙語化。通過借鑒相關計算機類課程雙語教學的寶貴經驗，不斷進行總結，從而實現預期教學目標，切實提高研究生的實踐能力和研究水平。

參考文獻：

[1]曹東云.影響高校雙語教學效果的學生、教師因素調查研究[J].教育探究，2010，（5）.

[2]饒嵐，毛新軍，寧洪.雙語課程教學模式的研究與實踐[J].高等教育研究學報，2010，（33）.

[3]蘇曉云.地方高校雙語教學課程質量保障體系的研究與實踐[J].中國電力教育，2010，（19）.

[4]朱弘飛，鄒啟明，陳章進.探討研究型教學模式在程序設計課程中的應用[J].計算機應用教學研究，2012，（14）：147-149.

[5]蔣曉丹，丁霞軍.研究性教學在程序設計類課程中的探索與實踐[J].現代計算機，2012，（11）：33-35.

（責任編輯：王意琴）