以學生為中心的醫學圖像處理課程設計實踐教學研究

張愛桃　安東興　單春燕　周旭

摘? 要 為了在醫學圖像處理課程實踐教學過程中實現以學生為中心，提高學生的自主學習能力，提高教學水平，河北醫科大學設置了分層次的課程設計的教學環節。通過對學生的期末成績進行統計分析，表明教學質量明顯提高;對學生進行調查問卷的結果表明，本課程改革得到大多數學生的肯定，能夠加強學生的自主學習、創新能力。

關鍵詞 醫學圖像處理;課程設計;雨課堂;實踐教學

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）04-0132-03

Research on Practice Teaching of Medical Image Processing Course Design with Students Centered//ZHANG Aitao， AN Dong-

xing， SHAN Chunyan， ZHOU Xu

Abstract In order to realize student-centered， improve students independent learning ability and improve the teaching level in the practical teaching process of medical image processing course， our school has set up the teaching link of hierarchical course design. The?statistical analysis of students final results shows that the teaching?quality has been improved significantly; the results of the question-naire show that the curriculum reform has been affirmed by most stu-dents， which can strengthen students independent learning and inno-vation ability.

Key words medical image processing; curriculum design; rain class-room; practice teaching

1 引言

醫學圖像處理是醫學影像技術專業的一門比較重要的主干課程，是以數字圖像處理的基礎知識為理論奠基，融合計算機應用技術和醫學影像學，依托于醫科院校開展的一門綜合學科[1]。醫學圖像處理是一門應用技術，能夠運用現代自然科學與工程技術的原理和方法，從工程學的角度對醫學影像進行從定性到定量的分析。計算機技術實現對數字圖像的獲取、傳輸、存儲、變換、理解等功能，使得從圖像中自動或半自動提取人們感興趣的圖像特征成為可能，進而可以輔助醫療工作。

醫學圖像處理是一門交叉學科，涉及學科較多（如數學、物理、計算機語言、醫學影像學等）[2]。在課程教學中，如何通過運用豐富的創新教學手段培養學生的自主學習能力，激發學生的課程創新意識以及提高學生解決應對實際問題的能力，是當前一線教育教學工作者面臨并亟待解決的現實問題。素質教育伴隨著教育改革在我國深入推行，“以學生為中心”的教育理念已經獲得越來越多的教育工作者的認可[3-4]。傳統的講授教學模式以教師為主導，一味地將知識單向灌輸給學生，學生知識接受度差，無法發揮主觀能動性?！耙詫W生為中心”的教學模式充分認識到學生才是教學的中心，學生應該作為教學過程的主要參與者、教學過程中的教學主體，而教師則作為學生學習過程中的引領者和啟發者，角色明確才能因材施教。教師和學生之間教學相長，教師改進“教”的手段和方法，學生發揮“學”的積極和主動。

課程設計是一種實踐教學環節[5]。本文通過在課堂中引入課程設計環節，將教學大綱和臨床醫學圖像相結合，設計面向實際臨床問題的小組作業，學生充分運用課堂知識來解決臨床問題，真正做到自主學習和獨立思考，同時對培養學生的團隊協作能力有極大的促進作用。

2 研究對象

本研究在2018年3月—2019年7月期間，選取河北醫科大學醫學影像技術2015級（一個班）和2016級（一個班）兩個班級（共計129人）為研究對象。在課程設計的改革研究中，兩個班均使用雨課堂進行課堂教學活動的輔助手段。設定2015級（55人）為對照班級，該班級只采用課程設計第一個層次的六個實驗;2016級為實驗班級，采用課程設計第一個層次前四個實驗和第二個層次的實驗。選取課程為72學時的醫學圖像處理。

3 課程設計內容

醫學圖像處理課程是醫學影像技術專業課的核心課程，是一門理論與實踐、原理與應用緊密結合的課程，因而實踐教學在整個課程的教學過程中起著重要的作用。河北醫科大學醫學影像技術專業的醫學圖像處理課程在實踐教學過程中設置了分層次的課程設計環節。此過程以學生為中心，分兩個層次來完成：第一個層次引導學生對所學的理論知識進行綜合，理解掌握知識之間內在關系，培養學生的編程和應用實踐能力;第二個層次培養了學生運用所學知識，發現問題、提出問題、分析問題、解決問題的能力。課程設計主要以MATLAB編程語言為實驗教學平臺，采用以學生為中心、教師給予指導的方式，充分發揮學生的主觀能動性。

課程設計教學環節的設計? 本課程設計共18個學時，分兩個層次完成。

1）基本功能的實現。目的是加深學生對課堂上所學的理論知識的理解及應用，包括圖像的基本操作及灰度變換、圖像空域增強、圖像頻率域增強、圖像恢復、圖像重建、圖像分割，六個實驗，每個實驗三個學時，要求所有學生獨立完成。每個實驗給出實驗題目、實驗內容及供參考的實驗結果圖，需要學生自行設計實驗步驟、流程及編寫程序，實驗完成后提交實驗報告。在理論教學完成相應部分的內容之后，將實驗題目、實驗內容及相關要求布置給學生，讓學生提前通過查閱資料準備相關知識。實驗課上，學生主要就算法實現上的問題及圖像效果和教師進行討論，教師對學生實驗結果進行驗收評分。

2）專題研究。目的是加深對所學專業的理解，培養他們利用所學知識解決實際醫學問題的能力，激發學生的科研興趣。專題研究在完成第一層次課程設計基礎上進行，共六個學時，課程設計要求以課程設計任務書的形式發送給所有學生。課程設計任務書包括課程設計進度時間要求、課題題目、每個課題的目的、每個課題的內容、課程設計報告書的格式要求、課程設計答辯要求。采取小組合作制，按照宿舍進行分組，每組4～7人，隨機分配實驗課題，每組指定一個課題，學生課下可以協商調換題目。該課程設計主要是學生利用課余時間自行檢索、查閱相關文獻資料，設計實驗方案，編寫程序及分析結果，實驗課上就遇到的問題與教師討論，教師分別給予指導。學生按照規范格式撰寫課程設計報告，進行課程設計答辯。

實驗組班級完成第一個層次的前四個實驗及第二層次的專題研究;對照組班級只要求完成第一層次的基本功能實現的全部六個實驗，不做專題研究。

課程設計的題目設置? 本課程設計選擇的題目既考慮到醫學影像技術專業的醫學背景，又具有一定的工程應用性，采用的醫學圖像主要包括X線圖像、CT圖像、MRI圖像、冠脈造影圖像等?；竟δ軐崿F部分的選題和理論課的講解內容與順序是一致的;專題研究的選題涉及圖像增強、恢復、重建、分割及邊緣提取等處理方法，目前題目有主動脈造影圖像血管邊緣提取、脂肪瘤的B超圖像邊緣輪廓提取、MRI圖像的有約束恢復和幾何失真校正、胸部CT圖像邊緣提取及標記、PET圖像的空域增強、X-ray圖像的頻域濾波和空域增強、腦積液區域的分割、脊柱腫瘤的邊緣提取、CT圖像重建。

4 考核方式

1）基本功能的實現部分，學生每次實驗課結束時提交實驗報告，教師針對實驗的完成情況打分，每個實驗2分。

2）專題研究部分，每組學生需要提交課程設計報告書及成果匯報（PPT）答辯。課程設計的基本要求是小組分工合作，每位學生都能獨立完成答辯，因此，教師隨機抽取該小組的一位學生進行答辯。評委由九位教師組成，就學生匯報內容進行提問，特別鼓勵學生之間互相提問，參與答辯的教師現場給出答辯成績。答辯完成后，任課教師綜合答辯成績及課程設計報告書的完成情況給出總的成績，總分30分。

這種全新的考核方式，加強了學生的積極思維，使他們勇于表達自己的想法，提高了自主創新能力及團隊合作意識。在實施過程中通過師生調查表監控教學改革的效果。

5 結果分析

1）本文對專題研究部分的課程設計對教學質量的影響做了統計分析，分析專題研究得分與期末理論課成績的關系，如表1所示。專題研究分數高的學生，期末理論課成績也相應較高。同時比較了實驗班級和對照班級的學生理論考試的平均分（實驗班級為83.29分，對照班級為78.18分），采用t檢驗，P=0.01<0.05，差異有統計學意義，說明該層次的課程設計能有效提高教學質量。

2）教學過程是雙向的，教學改革能否得到學生認可是決定教學效果的關鍵因素之一。在2016級影像技術專業的學生中進行問卷調查，調查結果如表2所示?？梢姡?5.4%以上的學生認可本課程設計的分組方式、題目設置及考核方式，并認為對其相關知識的理解鞏固、分析問題與解決問題能力的培養及將來的職業生涯有幫助。

3）通過學生提交的實驗報告和課程設計報告書可以感覺到，學生的自主學習能力、編程能力和分析能力都明顯增強，對醫學圖像處理課程也有了整體的更深層次的理解。課程學習之初，大部分學生對自行查閱文獻、尋找解決方法有為難情緒，反映算法設計及編程基礎不夠;學期末課程設計結束時，幾乎所有學生都可以獨立完成第一層次的課程設計，感覺到自己真正能夠通過編程解決臨床的醫學圖像問題，動手能力方面的信心大大增強，同時對圖像處理課程有了更深層次的理解，一些優秀學生的課程設計無論在算法設計、編程還是結果的分析討論上都達到很高的水準。同時，通過進行限時PPT答辯，學生的歸納總結能力和表達能力也都得到提高。

6 結語

醫學圖像處理是理論性和實踐性結合緊密的課程，也是影像技術專業的主干課程。本文結合教學實踐，對該課程的實踐教學方法進行教學探討，設置課程設計教學環節，以學生為中心培養學生的自主學習能力，分析解決問題能力、創新能力及表達能力。課程設計改革教學效果較好，學生的滿意度高，考核成績、自主創新能力都有所提升。同時，研究型教學對承擔課程的教也師提出更高的要求：教師必須不斷更新自己的知識結構，處于學科的前沿，把研究與教學有機地結合起來，正確引導學生進行自主嘗試，以培養學生獨立探索、獨立創造為己任，為培養更適合當今醫學科技發展的高素質綜合人才而努力。

參考文獻

[1]孟雪，鐘亞鼎，陳月明，等.加強大學生醫學圖像處理創新實踐能力探索：以安徽醫科大學為例[J].科教文匯，2019（9）：103-104，107.

[2]董默，蘇奎，周志尊，等.生物醫學工程專業《醫學圖像處理》實踐教學的改革[J].軟件，2017（2）：37-41.

[3]李宗帥，王修巖.以學生為中心的教學理念在教學中的應用[J].大學教育，2019（12）：35-37，51.

[4]張策，李劍雄，呂為工，等.以學生為中心的《計算機組成原理》課程教學改革探索[J].軟件導刊，2019（11）：45-49.

[5]劉設，劉巍巍，劉杰.工業工程專業課程設計體系改革與實踐[J].科教文匯，2019（11）：81-82.

項目來源：河北省高等教育教學改革研究與實踐項目“網絡環境下基于《醫學圖像處理》課程的學生自主學習能力的培養與評價研究”（基金編號：2018GJJG160）;河北醫科大學教育教學研究項目“以學生為中心的《醫學圖像處理》教學改革的研究”。

作者：張愛桃，河北醫科大學影像學院，講師，研究方向為信號處理、圖像處理;安東興，河北醫科大學影像學院，講師，研究方向為圖像處理、嵌入式系統;單春燕，河北醫科大學影像學院，講師，研究方向為醫學信號與系統;周旭，通訊作者，河北醫科大學影像學院，講師，研究方向為圖像處理、數據挖掘（050017）。