雨課堂支持下的智慧課堂構(gòu)建

劉雅楠 李靖宇 趙添羽 郝利國(guó) 孫躍

摘? ?要：移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展，促成新的移動(dòng)學(xué)習(xí)模式，傳統(tǒng)課堂教學(xué)面臨新的挑戰(zhàn)。智慧課堂成為教育信息化的研究熱點(diǎn)，本文以醫(yī)學(xué)圖像處理課為例，分析智慧課堂的意義，提出雨課堂技術(shù)支持下的智慧課堂構(gòu)建，設(shè)計(jì)智慧課堂教學(xué)模式，闡述智慧課堂實(shí)施過(guò)程，智慧課堂融自主學(xué)習(xí)與探究學(xué)習(xí)于一體，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。

關(guān)鍵詞：雨課堂? 智慧課堂? 醫(yī)學(xué)圖像處理

中圖分類(lèi)號(hào)：G434? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）01（b）-0172-02

移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)迅速發(fā)展，推動(dòng)傳統(tǒng)課堂向智能化課堂發(fā)展，信息技術(shù)下智慧課堂構(gòu)建成為教育技術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)。為解決醫(yī)學(xué)圖像處理傳統(tǒng)教學(xué)中算法構(gòu)造復(fù)雜等問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)很多院校設(shè)置了醫(yī)學(xué)圖像處理課程，一般為醫(yī)學(xué)信息學(xué)，醫(yī)學(xué)影像技術(shù)等專(zhuān)業(yè)設(shè)置，2010年上海交大醫(yī)學(xué)院陳應(yīng)福教授提出醫(yī)學(xué)圖像處理分析課程教學(xué)方法，2015年首度醫(yī)科大張福楠教授提出醫(yī)學(xué)圖像處理課創(chuàng)新教學(xué)方法，但未強(qiáng)調(diào)案例教學(xué)的重要性。隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代到來(lái)，高校教學(xué)模式發(fā)生巨大變革，雨課堂在課堂上得到廣泛應(yīng)用，當(dāng)代大學(xué)生習(xí)慣于互聯(lián)網(wǎng)信息獲取方式，轉(zhuǎn)變教學(xué)模式可以構(gòu)建高效的課堂，提高大學(xué)生生獲取知識(shí)的即系。構(gòu)建醫(yī)學(xué)圖像處理智慧課堂，將課程知識(shí)點(diǎn)融入平虛擬仿真教學(xué)臺(tái)中，引導(dǎo)學(xué)生深入討論，平臺(tái)包含醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)讀取，三維可視化等核心模塊，理論與實(shí)踐結(jié)合的教學(xué)手段使學(xué)生加深對(duì)課程的理解，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，降低教學(xué)成本，提高教學(xué)效果。

1? 智慧課堂的概念

不同的視角下對(duì)智慧課堂有不同的定義，智慧課堂是以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)，利用大數(shù)據(jù)，云計(jì)算等新技術(shù)構(gòu)建信息化智慧化的課堂，通過(guò)智能推送即時(shí)分析，實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)的教學(xué)決策，全過(guò)程的交流互動(dòng)，改進(jìn)傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，智慧課堂是信息技術(shù)與教育教學(xué)深入融合的產(chǎn)物。

大數(shù)據(jù)背景下，利用數(shù)據(jù)分析改進(jìn)教學(xué)是變革傳統(tǒng)課堂的有效手段，國(guó)內(nèi)很多教育機(jī)構(gòu)中式教育數(shù)據(jù)挖掘，2012年美國(guó)教育部發(fā)布《通過(guò)教育數(shù)據(jù)挖掘促進(jìn)教學(xué)》的報(bào)告，2016年，清華大學(xué)發(fā)布雨課堂免費(fèi)線上教學(xué)工具，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)全過(guò)程動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)收集。

利用雨課堂構(gòu)建學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析的智慧課堂，適應(yīng)學(xué)校課堂教學(xué)改革要求。有助于實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的課堂，有助于實(shí)現(xiàn)多元化學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)體系，有助于豐富發(fā)展智慧課堂的理論實(shí)踐。大數(shù)據(jù)背景下基于學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析的智慧課堂，變革以教師為中心的知識(shí)傳授的傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，從先教后學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)橄葘W(xué)后教，學(xué)生在課外自主移動(dòng)學(xué)習(xí)，教師依據(jù)課前預(yù)習(xí)數(shù)據(jù)反饋進(jìn)行個(gè)性化指導(dǎo)，師生在課堂上協(xié)作探究解決問(wèn)題，課堂內(nèi)外教學(xué)能提高學(xué)生的自主性，實(shí)現(xiàn)師生高效互動(dòng)，達(dá)到高效的教學(xué)效果。

智慧課堂利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)學(xué)生課前課后學(xué)習(xí)全過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)記錄，全面客觀反映對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況，全過(guò)程多元化學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)方式對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)起到引導(dǎo)作用，幫助教師改進(jìn)教學(xué)策略，使教學(xué)開(kāi)展有效促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)。將雨課堂應(yīng)用于傳統(tǒng)課堂教學(xué)中，探索智慧課堂模式，為智慧課堂研究提供了參考，引起教師的關(guān)注運(yùn)用新技術(shù)進(jìn)行教學(xué)改革。

2? 醫(yī)學(xué)圖像處理構(gòu)建智慧課堂的意義

醫(yī)學(xué)圖像處理是綜合醫(yī)學(xué)，計(jì)算機(jī)科學(xué)的綜合性學(xué)科，學(xué)生只有通過(guò)足夠的驗(yàn)證綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，才能理解掌握學(xué)科理論知識(shí)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，虛擬實(shí)驗(yàn)室成為推動(dòng)教育模式改革的有效方法，成為國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究應(yīng)用的熱點(diǎn)。網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室可以為學(xué)生提供不受時(shí)限制的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，有效發(fā)揮各種教育資源優(yōu)勢(shì)。

醫(yī)學(xué)圖像學(xué)科飛速發(fā)展，融合虛擬仿真圖像處理教學(xué)，是適應(yīng)培養(yǎng)高層次醫(yī)學(xué)人才的良好方式。醫(yī)學(xué)院影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)教學(xué)需要通過(guò)虛擬仿真平臺(tái)操作，將學(xué)生置身于虛擬現(xiàn)實(shí)圖形形成分析的環(huán)境中，為工程實(shí)踐奠定基礎(chǔ)，有利于對(duì)專(zhuān)業(yè)的發(fā)展。

醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)高素質(zhì)醫(yī)用人才為目標(biāo)，醫(yī)學(xué)圖像處理課程涉及基礎(chǔ)理論概念較多，涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)，影像學(xué)等多門(mén)類(lèi)學(xué)科知識(shí)，學(xué)生普遍感到學(xué)習(xí)困難，傳統(tǒng)的教學(xué)模式不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，易使學(xué)生產(chǎn)生厭倦情緒。為培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生理工素質(zhì)，對(duì)醫(yī)學(xué)圖像處理課程采用探究性教學(xué)模式等教學(xué)手段進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，探究型教學(xué)模式從學(xué)生自主學(xué)習(xí)等方面出發(fā)，結(jié)合臨床實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，利用雨課堂增強(qiáng)教師教學(xué)方式的多樣性，借助信息化手段提高學(xué)生的思政水平。

3? 醫(yī)學(xué)圖像處理智慧課堂的構(gòu)建

系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)是面向教學(xué)的醫(yī)學(xué)圖像處理虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，使學(xué)生能不受時(shí)空限制自主選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目虛擬實(shí)驗(yàn)，輸入某些參數(shù)查看算法演示，即可查看實(shí)驗(yàn)結(jié)果等，使教師能在線進(jìn)行實(shí)驗(yàn)管理等。

平臺(tái)主要包含管理員模塊，師生模塊，管理員模塊實(shí)現(xiàn)管理員對(duì)人員的管理，教師模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)題目的增刪操作，學(xué)生模塊可以選擇某實(shí)驗(yàn)進(jìn)行相應(yīng)實(shí)驗(yàn)操作。選擇多種經(jīng)典算法對(duì)圖片進(jìn)行處理，算法提供參數(shù)接口，改變相關(guān)參數(shù)即可達(dá)到不同處理效果。或編寫(xiě)算法M文件實(shí)現(xiàn)web應(yīng)用程序與Matlab通信。可以對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行保存。

虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)中的教學(xué)資源建設(shè)是核心內(nèi)容，教學(xué)內(nèi)容選擇注重發(fā)揮虛擬實(shí)驗(yàn)的特殊性，主要模塊涵蓋多種圖像處理方法。圖像數(shù)據(jù)讀取模塊，可以打開(kāi)2D圖像與DICOM專(zhuān)用格式圖像，通過(guò)快捷方式打開(kāi)圖像進(jìn)行相應(yīng)的操作，在DataIO中可以將2DPNG圖像序列轉(zhuǎn)換為3D體數(shù)據(jù)Meta Image格式。圖像數(shù)據(jù)顯示模塊可以單平面顯示2D圖像，顯示3D圖像時(shí)通過(guò)界面右操作區(qū)的按鈕切換，兩種模式有各自功能，界面右下角顯示打開(kāi)的圖像基本信息。

兩種模式下可實(shí)現(xiàn)最后快捷鍵實(shí)現(xiàn)不同圖像顯示界面，通過(guò)點(diǎn)擊axial與coronal按鈕實(shí)現(xiàn)剖面測(cè)距功能。在不同剖面顯示框中拖動(dòng)鼠標(biāo)改變圖像對(duì)比度。在Axis模式下，通過(guò)鼠標(biāo)滾輪實(shí)現(xiàn)查看剖面疊加層圖，鼠標(biāo)移動(dòng)到剖面十字線時(shí)，點(diǎn)擊右鍵拖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)剖面功能。鼠標(biāo)移動(dòng)到十字線中央，點(diǎn)擊右鍵拖動(dòng)，可以展示剖面的不同位置圖像。

在AxisAligned模式下，通過(guò)鼠標(biāo)滾輪查看剖面疊加圖層，Oblique模式下移動(dòng)鼠標(biāo)到剖面十字線，點(diǎn)擊右鍵拖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)剖面的旋轉(zhuǎn)功能，鼠標(biāo)動(dòng)到十字線中央時(shí)，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵拖動(dòng)，可以顯示剖面的不同位置圖像。

醫(yī)學(xué)圖像濾波模塊可以實(shí)現(xiàn)圖像梯度計(jì)算，均值濾波等技術(shù)，醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)三維化模塊可實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)面重建。醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)配準(zhǔn)模塊實(shí)現(xiàn)3D圖像全自動(dòng)配準(zhǔn)，包括平移，B樣條等，配準(zhǔn)度量包括灰度差值法，互信息法等。

4? 結(jié)語(yǔ)

雨課堂支持下智慧課堂模式應(yīng)用云端設(shè)備，將移動(dòng)技術(shù)與教學(xué)深度融合，全過(guò)程學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，記錄課前課后教學(xué)全過(guò)程，教學(xué)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為改進(jìn)教學(xué)決策依據(jù)，使教學(xué)決策轉(zhuǎn)變?yōu)橐詳?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，展現(xiàn)了教師基于學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析的教學(xué)機(jī)智，智慧教學(xué)模式融協(xié)作教學(xué)與探究學(xué)習(xí)于一體，能培養(yǎng)學(xué)生合作溝通能力，實(shí)現(xiàn)課堂內(nèi)外多渠道互動(dòng)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)效果。智慧課堂模式在不同學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用，存在新問(wèn)題，有待跟進(jìn)教學(xué)實(shí)際思考發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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