基于創新能力培養的醫學圖像處理課程混合式教學改革與實踐

摘要：隨著國家創新驅動發展戰略的深入推進，教育領域正迎來前所未有的改革機遇。本文針對醫學圖像處理課程中存在的教學內容與應用需求脫節、實踐項目缺乏創新性、課程評價方法單一等問題，進行了基于創新能力培養的混合式教學改革實踐。通過重新組織和優化課程資源，完成課程內容重構，構建“學堂云+雨課堂”的混合式教學模式；設計“三階四層”的實踐教學系統，增強學生的實踐操作能力和創新意識；設計注重“過程+效果+創新”的考核評價體系，將臨床實踐創新案例引入考核過程，明顯提升了學生參與創新創業活動的積極性。課程實踐證明，醫學圖像處理課程教學改革切實有效地促進了學生創新實踐能力的培養。

關鍵詞：創新能力；醫學圖像處理；混合式教學

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）04-0178-03 開放科學（資源服務） 標識碼（OSID） ：

0 引言

隨著國家對創新驅動發展戰略的不斷深入實施，教育領域迎來了前所未有的改革機遇。黨的二十大報告中，“創新”一詞共出現55次，其中，第五部分“實施科教興國戰略，強化現代化建設人才支撐”中提及“創新”21次，指出“必須堅持科技是第一生產力，創新驅動發展戰略”。

為提升學生創新能力，各高等教育學府積極開展教育教學研究改革。新疆醫科大學龔巧巧[1]通過錄制生動教學視頻，嵌入翻轉課堂、實驗虛實結合和優化考核方式，對醫學免疫學實驗教學進行改革，結果表明促進了學生實踐能力的培養及創新思維的發散。中國科學技術大學李衛芳[2]、河北大學王懷穎[3]、廈門大學劉曉莉[4]等學者基于線上資源平臺、大學生創新訓練項目、多樣化教學手段、實驗項目重構等方式開展創新能力培養的混合式教學改革，結果表明能夠促進醫學生的科學素養培養、創新思維發展，提升自主學習能力和創新能力。

醫學圖像處理課程是醫學影像技術專業的專業核心課程，是集計算機科學、醫學知識與臨床應用于一體的交叉學科。面對日益復雜的醫學圖像數據和不斷涌現的新技術，傳統教學模式已難以滿足學生創新能力培養的需求。為此，基于崗位能力需求和社會人才需求的背景，開展基于創新能力培養的醫學圖像處理課程混合式教學改革與實踐，能夠促進具有創新精神和實踐能力的醫學人才培養，為推動我國醫療衛生事業的發展貢獻力量。

1 醫學圖像處理課程現狀分析

醫學圖像處理作為連接基礎醫學、臨床醫學與工程技術的橋梁，對培養學生的創新思維和實踐能力具有重要意義。然而，目前該課程在教學內容、實踐項目以及考核評價方面存在問題，導致學生難以將理論知識應用于實際，缺乏創新意識與能力。

1.1 教學內容偏離應用需求

當前醫療診斷過程中存在臨床工作繁重、醫療資源稀缺以及實習過程中的安全風險等問題，導致醫學生實習過程缺乏足夠的實踐機會。此外，部分醫學院校缺乏附屬醫院，導致醫學生難以在臨床一線完成實際操作；實驗室及實驗設備不足，使教學過于側重算法解讀，與醫學融合度不夠，學習難度大。同時，教學內容與醫院實際應用和處理過程脫節，學生雖具備較好的圖像處理基礎，但未能達到解決醫學問題的教學目的。

1.2 實踐項目案例單一，缺乏創新性

醫學圖像處理是醫工結合的產物，是人工智能在醫學影像發展中的重要載體，也是創新創業的重要體現。然而，由于實驗平臺的缺失，導致醫學影像技術類設計性、探索性和創新性實驗項目開出率不足，從而引發學生實驗興趣不高、實驗效果不理想等問題，不利于學生創新意識與能力的培養[5]。

1.3 考核評價方式單一，缺乏學習過程的全面評估

課程改革前的成績評定方式為：課程成績=平時成績（30%） +期末成績（70%） ，期末考核比重過大。平時成績僅由學生的出勤、作業和實驗報告構成，不能滿足學生全面發展和社會需求的考核要求。此外，傳統課程評價注重期末試卷考核，導致學生學習過程懶散、期末突擊等問題。

2 面向創新能力培養的醫學圖像處理課程混合式教學改革

為解決醫學圖像處理課程教學中存在的問題，依據學生需求和課程知識體系，增強醫工融合，設計多元化評價方式，對課程內容進行重構。基于“學堂云+ 雨課堂”設計混合式教學模式，并基于醫學圖像實踐云平臺構建“三階四層”實踐體系，以推進教學改革。

2.1 基于創新能力培養的課程資源組織

依據醫學影像技術專業的定位和培養目標，制定充分體現“創新能力”要求并落實“立德樹人”理念的教學目標。在教學目標的指導下，編寫課程大綱和實驗大綱，不僅傳授醫學圖像處理的專業知識，更注重強化“學科交叉”和“創新能力”的培養，同時將課程思政融入知識體系中。實驗大綱以提高學生工程實踐和創新能力為目的，充分考慮學生的特殊性和差異性，搭建層次化實驗教學體系。

通過深挖工程實踐項目和線上線下教學內容，優化教學內容，實施“以學生為中心”的工程項目和案例式教學，強化學生在解決復雜工程問題過程中創新思維的培養。如圖1所示，醫學圖像處理課程教學資源的組織如下：

1） 教學內容。以臨床案例呈現，解構原有教材的知識體系，通過臨床案例設計對知識體系進行重構。在臨床案例設計時，科學合理地拓展知識的廣度、深度和溫度，充分體現“創新創業教育”和“新醫科”育人目標。

2） 實驗內容。圍繞教學目標，搭建醫學圖像處理真實應用“場景”和層次化實驗教學體系，貼合“創新創業教育”背景下課程的專業特點和行業需求。實驗內容暗含創新思維和創新意識，有效落實“創新創業教育”的根本任務。

3） 學習資源。通過多樣化途徑實現，包括線上平臺、線下課堂和在線互動，滿足不同學生的學習需求，提升學習效果。

2.2 基于“三階四層”的實踐教學系統設計

通過對醫學影像技術專業專升本學生的學情分析和調研發現，學生在專業知識方面存在較大差異，知識體系較為雜亂，缺乏系統性；且學生的學科基礎知識水平參差不齊，部分學生基礎薄弱，需要對課程前導知識進行補充和強化。為了提高學生的工程實踐能力和創新能力，充分考慮學生的特殊性和差異性，基于醫學圖像實踐云平臺構建了層次化的實驗教學體系[6]。

如圖2所示，該實驗教學體系按照遞進式將實驗分為4個層次：醫學圖像數據基礎（基礎層） 、基本醫學圖像處理（應用層） 、進階醫學圖像處理（進階層） 和高級醫學圖像處理（高階層） 。同時，將基本理論技能、綜合設計能力和創新實踐能力三階能力培養貫穿其中，構建了“三階四層”的實踐教學系統。層次化實踐教學體系充分滿足了不同學生的學習需求，實現因材施教。“三階四層”實踐教學系統由淺入深、由易到難、由簡單到綜合，充分尊重學生的學習及成長規律。

其涵蓋的主要內容如下所示。

1） 醫學圖像數據基礎。主要包括圖像文件格式、DICOM格式的數據讀取、信息讀取、格式轉換、直方圖模塊、窗寬和窗位模塊、顯示布局等內容。

2） 基本醫學圖像處理。包括醫學圖像灰度運算、代數運算和幾何運算，可實現灰度拉伸、線性變換、非線性變換、灰度翻轉、加法運算、減法運算、邏輯運算、縮放、旋轉、水平剪切、垂直剪切、平移及原點翻轉等操作。

3） 進階醫學圖像處理。包括醫學圖像的增強、分割和形態學運算，可實現直方圖均衡化增強、圖像卷積運算、空域濾波、圖像銳化、膨脹腐蝕、開閉運算、孔洞填充、閾值分割及區域生長分割等功能[7]。

4） 高級醫學圖像處理。包括醫學圖像的重建與三維可視化、圖像的配準與融合，可實現醫學圖像反投影法、迭代法重建；融合CT、MR和PET等多種模態影像數據特征；并在數據標注中采用智能融合的方法。

2.3 基于“學堂云+雨課堂”的混合式教學模式

由于醫學圖像處理課程的授課學時從原來的48 小時壓縮至32小時，導致學時嚴重不足。此外，現有教材側重學術研究，不利于培養創新實踐人才。因此，設計了基于“學堂云+雨課堂”的線上、線下混合式教學模式，開展以學生為中心、以自主學習為主線、以“互聯網+”多維學習時空為特色的教學模式。該模式拓展了“教”和“學”的時間和空間，有利于學生個性化自主學習的發展，能夠更好地滿足新時代人才培養的需求。

通過深挖臨床實踐項目和線上線下教學內容，將各項教學活動分配到線上（學堂云） 、線下和課堂上（雨課堂） 、課后（學堂云+云實踐平臺） ，以漸進式、多層級的教學活動加強學生的深度學習。課前通過學堂云推送預習內容，課中討論教學問題，課后拓展課程知識，實施“以學生為中心、以問題為導向、教學科研相結合”的“問題+啟發式、探究+討論式、工程項目+創新式”的混合教學模式。

深度開發臨床案例項目，通過課前線上自學、課中練習測試、課后使用MATLAB開展工程項目案例，以及師生在線交流討論等方式，加強醫學圖像處理理論知識的實踐應用。同時結合機器學習、計算機視覺等人工智能知識，融入學科前沿內容，突出理論與實踐的緊密結合，實施“以學生為中心，以創新為驅動”的工程項目+案例式教學。

2.4 以創新能力和工程化理念設計多元化課程評價

設計了注重“過程+效果+創新”的考核評價體系，打破原有的評價規則，強化教學過程評價，弱化期末考核權重。在考核過程中，融入對學生創新能力、工匠精神和道德素養等方面的考查。具體評價方式如下，1） 過程評價：包括課堂互動、小組討論匯報、課堂作業和實踐操作，占總成績的50%。2） 效果評價：為期末測試，占總成績的40%。3） 創新評價：以學科競賽獲獎、創新訓練項目及國家專利為依據，占總成績的10%。課程評價方案從考核“學習成績”向評價“學習效果”轉變，引導學生從“考試結果”向“學習過程”轉變。新評價方案注重學生學習全過程的考核，涵蓋知識、能力和素質目標的多方位評價。

通過“雨課堂+學堂云”收集的大數據信息，進行過程反饋、評估和測量，使考核更加多元化和合理化。課程考核全面實現數字化，便于課程考核數據的統計和分析。

3 課程改革教學效果分析

基于創新能力培養的醫學圖像處理課程混合式教學改革，在醫學影像技術專業2023級本科2個班級中進行實施。改革顯著提升了學生的課堂積極性，班級全體學生均參與課堂互動。根據學堂云后臺數據分析，超過80%的學生在課堂互動中表現出色，特別是在實踐環節，學生能夠積極討論方案。課程綜合評價的平均成績較上屆學生提高了18%，優秀率增加了10%。

通過“三階四層”的實踐教學系統設計，學生在實際操作中得到了更多鍛煉機會，實驗興趣和積極性明顯提高；多元化的課程資源組織和臨床案例的引入，激發了學生的創新思維。學生在完成項目案例的過程中，能夠主動思考、探索新方法，培養了創新意識和能力。改革后，90%的學生積極參與學科競賽、大學生創新創業項目和申請國家專利等創新實踐活動。在創新實踐方面，學生取得了顯著成果：授權實用新型專利4項；參加全國大學生創新創業“互聯網+”大賽，榮獲省級銅獎2項；獲批大學生創新創業訓練項目國家級1項、省級3項、校級7項。

4 結束語

本文針對醫學圖像處理課程存在的問題，進行了基于創新能力培養的醫學圖像處理課程混合式教學改革實踐。在實踐過程中，課題組重新組織和優化了課程資源，設計了“三階四層”的實踐教學系統，并采用了“學堂云+雨課堂”的混合式教學模式。通過實施“以學生為中心，以創新為驅動”的工程項目+案例式教學方法，有效提升了學生的課堂積極性和學習效果。

利用“雨課堂+學堂云”的大數據信息進行過程反饋、評估和測量，使考核更加多元化和合理化，課程考核全面實現數字化，便于課程考核數據的統計和分析。課程實踐改革驗證表明，不僅提高了學生的綜合評價成績和優秀率占比，還顯著增強了學生的實踐操作能力和創新意識。本文不僅為醫學圖像處理課程教學提供了有益參考，也為其他課程改革提供了借鑒。

參考文獻：

[1] 龔巧巧，馬龍，馬昕，等.基于大學生創新能力培養的醫學免疫學實驗改革[J].基礎醫學教育，2024，26（8）：655-659.

[2] 李衛芳，李旭，王冬梅，等.創新能力培養為導向的混合式實驗教學模式的探索與實踐[J].生命的化學，2022，42（12）：2279-2287.

[3] 王懷穎，張悅，靳祎.基于創新能力培養的“生物化學與分子生物學” 混合式教學探索與實踐[J].科教導刊，2023（16）：91-93.

[4] 劉曉莉，高豐光，謝婷玉，等.培養醫學生自主學習能力和創新能力的醫學免疫學線上線下混合式教學模式改革[J].中國免疫學雜志，2023，39（11）：2402-2405.

[5] 劉雅楠，李靖宇，趙添羽，等.探究型教學法在醫學圖像處理課程教學中的應用[J].中國高等醫學教育，2023（5）：139-140.

[6] 張毅，李冠亞，胡楊，等.基于“教學-研究-應用” 相結合的創新實踐教學：以醫學圖像處理與分析課程為例[J].中國多媒體與網絡教學學報（上旬刊），2022（11）：80-83.

[7] 劉雅楠，李靖宇，趙添羽，等.醫學圖像處理智慧課堂探究型教學實踐[J].中國繼續醫學教育，2022，14（10）：47-50.

【通聯編輯：唐一東】

基金項目：陜西省“十四五”教育科學規劃2023 年度課題基于創新能力培養的《醫學圖像處理》混合式教學改革與實踐（項目編號：SGH23Y2932）