醫學影像技術專業工程數學教學改革

劉東艷 范素軍 劉桂然 李芳

摘 ?要 醫學影像技術專業對數學知識的要求越來越高，工程數學作為其主要數學課程，教學方式和課程建設繼續進行改革。結合醫學院校工程數學教學實際，對改革醫學院校工程數學教學方式、課程建設及考核方式進行初步探討。

關鍵詞 醫學院校;醫學影像技術專業;工程數學;課程建設;教學改革;案例教學法;MATLAB

中圖分類號：G642.0 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）17-0092-03

1 前言

我國醫學影像技術專業是依據醫療各學科的需要而發展起來的專業性極強的學科[1-2]，對數學知識的要求越來越高。很多醫學院校醫學影像技術專業都在開設高等數學課程的基礎上開設工程數學課程，如積分變換、線性代數等課程，但是理論與應用的結合還很欠缺。為了更好地將工程數學與影像專業技術相結合，應積極改變教學方式，實施教學改革，以適應時代和科技的發展，培養新型合格的醫學影像人才。

2 醫學影像技術專業工程數學課程現狀

工程數學課程是醫學影像技術專業的一門非常重要的公共基礎課，是為后期的醫學影像成像理論、圖像處理等課程打基礎的。同時，醫學影像技術專業學生在以后考研中，如在考取生物醫學工程等專業研究生時，也需要很多的工程數學知識。而目前大多數醫學院校的工程數學課程難以滿足學生的需求，一般存在下面一些問題。

1）教師大多采用傳統教學法，教學改革較少。目前，大多數高等數學教師采用傳統教學法，即簡單的板書與多媒體課件的結合，但是這種教學方式和方法不能更好地引起學生的學習興趣。數學課程本身較其他學科顯得枯燥，工程數學更是如此，雖然目前很多數學教師在積極探索新的教學方式和方法，但是有時可能因為特殊情況（如班級容量較大等）而未能完全實施。

2）太注重理論，輕視相關背景和實驗教學。教師在講解工程數學內容時，重點大多在純數學的理論推導上，忽視了對專業相關知識背景的介紹，使得學生在學習過程中不清楚本專業和工程數學之間的聯系，造成學生學習興趣不足，影響工程數學在其專業中作用的充分發揮。同時，多數院校影像技術專業的工程數學課時相對較少，而教學任務又相對較多，所有課時基本上均被理論課所占用，沒有相應的實際應用的實驗教學，導致學生對工程數學的應用知之甚少，不能引發學生的思考和學習積極性。

3）考核方式單一。目前，教師對工程數學的考核方式比較單一，基本上是通過期末考試一次定性。雖然有的教師加入了平時成績的考核，但是一般而言，平時成績也是看學生出勤率和課后作業;而且平時成績所占比例一般較小，且形式比較單一，基本以課后習題為主。因此，學生的最終成績仍由期末考試決定，從而導致學生成績一考定結果，不能夠體現學生的綜合水平和素質。

相對于其他數學課程，工程數學具有教學任務重、課時少、實用性強等特點[3]。因工程數學具有概念抽象、推導復雜、計算量大、內容與專業課聯系不緊密等特點，使得學生在學習過程中興趣不濃厚，缺乏學習熱情，學習主動性和積極性不高，從而導致工程數學的基礎不扎實。針對醫學院校工程數學教學現狀，結合醫學影像技術專業特點及教學大綱，本文結合醫學院校工程數學教學實際，對醫學院校工程數學理論課的教學方式改革和課程設置等方面進行初步探討。

3 醫學影像技術專業工程數學課程教學改革

理論課教學方式改革 ?目前，大多數醫學院校的教師均采用傳統教學方式，應逐步向案例教學法轉變。案例教學法是通過案例教學使學生主動參與具體的問題，并引導學生進行自主探究性學習以提高解決實際問題能力的一種教學方法。這種教學方法也是國際上大學廣泛采取的主流方法。隨著對現代人才要求的不斷提高，近幾年國內一些大學的各專業一線教師積極改進教學方式，將傳統講授教學法與案例和參與式學習教學法有機結合，對學生進行專業教育，涉及的教學領域廣泛，如分子生物學、生理學、管理學、外語等，并取得一定的教學成果[4]。

工程數學是建立在高等數學基礎之上的一門課程，傳統的以教師和課本為主的教學方式容易使學生感覺知識太難，不易理解。而案例教學法則是以學生和課堂為主，應用案例引導學生理解知識，這樣不僅能更大程度地引起學生的興趣，而且能充分調動學生對工程數學課程的學習主動性和積極性，幫助學生實現對工程數學知識學有所用。

案例教學法對教師而言是極大的挑戰，不只需要精通所授課程的專業領域，更需要以問題來刺激學生思考，引發學生的好奇心，并通過互相辯論，讓學生感覺到自己思考的盲點，找到改善自我的可能性。教師要在課前進行相當充分的準備，要與學生充分互動，引導學生之間互動，要以學生、課堂為主去引發學生的疑問，引導學生解決疑問，從而充分激發學生以原有知識來理解新知識的動機，促使學習的主動發生。

案例教學法的重點之一是教師對案例的設計，即問題的提出。因此，如何選擇合適的案例是教師有效實施教學的前提。教師在選擇案例時需要考慮案例的客觀真實性、專業針對性、趣味互動性以及廣泛綜合性。在工程數學教學中，教師可進行如下案例設計。

1）在講解矩陣時，可以從一張影像圖片引出，每一張影像圖片都是由很多像素點組成，若提取每一點的像素值，則會形成一個m行n列的數字陣，從而引出矩陣的定

義;通過比較不同灰度圖像的像素矩陣，理解矩陣的大小和灰度圖像空間分辨率之間的關系，了解矩陣元素的數值區間和圖像的灰度分辨率之間的關系。

2）在講解積分變換中的傅里葉變換內容時，可簡單介紹其在影像技術中的應用，即CT的基本原理，從而使影像技術專業的學生認識到工程數學在其專業中的重要性，充分調動學生的學習主動性。

3）在講解積分變換的卷積內容時，從手機中美圖秀秀軟件的基本工作原理出發，引出卷積這一數學名詞，從而調動學生的學習興趣，激發學生的學習欲望;在講解卷積定義時，從生活實際出發，用往平靜的水面扔石頭的簡單案例，用圖形逐步演示，變抽象為形象，與學生討論互動，使學生易于理解，同時設置問題情境，引發學生思考，引出卷積的定義;利用心電信號或者腦電信號的卷積，講解卷積定理，讓學生真正理解時域與頻域的轉換關系，從而能夠深刻理解卷積定理。

加強工程數學實驗課的建設 ?目前已經有部分醫學院校開設了工程數學的實驗課，工程數學實驗課是建立在數學軟件MATLAB基礎上的實驗課程，因此，醫學院校在開設工程數學課程之前應開設MATLAB課程，讓學生掌握軟件的基本使用方法。

理論課能夠使學生牢固掌握工程數學的理論知識，但是工程數學課程的內容較高等數學更復雜，理解起來難度更大、更抽象，因此更需要開設實驗課程，使內容更加形象化，并增加工程數學在影像技術中的應用，以增強學生的興趣，提高學生學習工程數學的積極性。

如教學線性代數的矩陣內容，可以讓學生提取某一圖像的像素矩陣以加強對矩陣定義的理解;對圖像進行加減背景，實質就是兩個像素矩陣的加法和減法運算，通過對圖像的加減背景操作，使矩陣的加減運算更為形象，增強工程數學的實用性，激發學生的學習興趣。

如在積分變換的一維傅里葉變換內容中，可利用MATLAB

進行不同頻率和不同振幅的正弦信號的傅里葉變換的圖形展示及疊加信號的傅里葉變換的圖形展示，加深學生對傅里葉變換的理解，通過實驗如何傅里葉變換構造方波、三角波、鋸齒形波等，引發學生思考，拓展學生思維;在二維傅里葉變換內容中，通過醫學影像圖像傅里葉變換，觀察其包含頻率成分，去掉噪聲成分，然后進行傅里葉逆變換，獲得處理后的圖像，對比圖像處理前后的變化;在卷積內容中，用簡單的數字信號展示卷積的原理，然后考查醫學信號（如心電信號、腦電信號等）的卷積，展示卷積在實際醫學中的應用，讓學生學以致用，真正體會到工程數學是一個強大的工具，提高學生的學習積極性。同時，為學生后期要學習的醫學影像原理、圖像處理等課程打下堅實的基礎，也使學生了解工程數學在其他課程中占有的重要地位。

考核方式改革 ?隨著時代進步及高等教育的發展，考核方式也應有相應的改變。學生最終成績的考核應由平時成績和期末考試成績共同決定，但是平時成績更應該占主要部分。并且平時成績也不應該只是簡單的出勤率和作業次數，而應該加上平時表現，如學生課堂上的積極性，學生自學部分內容的講解等。另外，教師布置作業時不應該是簡單的重復練習，而應該出一些開闊思維、引發學生創新的作業，還可以讓學生為自己布置作業。例如：在講解完二維矩陣定義后，可以布置三維矩陣的定義作業;在講解完一維傅里葉變換定義后，讓學生完成二維傅里葉變換的定義作業;在講解完二維卷積應用后，讓學生自己布置卷積應用方面的作業;不定期地讓學生自學部分內容后進行講解;也可以讓學生完成文獻閱讀和整理工作等。只有將作業形式多樣化、內容多元化，才能激發學生的學習積極性和創造性，同時體現工程數學知識的特點。

4 結語

隨著科技發展，醫學影像技術不斷進步，工程數學在醫學影像技術專業課程中的地位越來越重要。因此，為了滿足培養新型合格的醫學影像人才需要，對工程數學這門基礎專業課程的教學改革也迫在眉睫。但是教學改革不是一朝一夕的事情，需要持之以恒、不斷探索，在總結經驗和教訓的基礎上不斷地探討和實踐。只有提升教學水平，改革教學方式，豐富教學手段，加強理論與實際的結合，讓乏味、枯燥、難懂遠離學生，才能培養出更適合新時代的醫學影像人才。

參考文獻

[1]趙紅蘭，孫存杰，趙英紅.新醫療環境下醫學影像技術學的教學探索與思考[J].現代醫用影像學，2014，2（4）：458-460.

[2]王嘯，余永強，錢銀鋒，等.基于應用型人才培養的醫學影像學多元化教學改革[J].安徽醫藥，2015，19（12）：

2424-2425.

[3]張鐸，廖敏，唐春霞.《工程數學》教學改革與研究[J].教育現代化，2018，6（26）：21-22.

[4]劉東艷，范素軍，李芳.基于CMPCL教學法的醫學高等數學教學改革的初步探討[J].時代教育，2016（13）：202.