醫(yī)用數(shù)字圖像處理課程教學(xué)模式探索

王艷艷 秦轉(zhuǎn)萍 耿麗清

摘要：醫(yī)用數(shù)字圖像處理是圖像處理技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重要分支。傳統(tǒng)數(shù)字圖像處理授課中偏重對(duì)理論的講述，限制學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。該文探索以提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力為主的教學(xué)模式，在講授理論知識(shí)過程中，穿插實(shí)踐動(dòng)手環(huán)節(jié)，利用Matlab軟件對(duì)醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行處理，并與手機(jī)應(yīng)用程序中的圖像處理方法進(jìn)行對(duì)比，提高學(xué)生積極參與課堂的興趣，將以教師為主的課堂教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為主的教學(xué)模式。通過采用該教學(xué)模式提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：醫(yī)學(xué);數(shù)字圖像處理;教學(xué)改革;實(shí)踐能力

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）50-0185-02

一、引言

數(shù)字圖像處理是一門應(yīng)用性較強(qiáng)的課程，涉及較多理論知識(shí)和多種學(xué)科領(lǐng)域[1-3]。醫(yī)用數(shù)字圖像處理是圖像處理技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，是針對(duì)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)開設(shè)的一門本科教學(xué)課程。傳統(tǒng)的授課方式偏重對(duì)學(xué)生理論知識(shí)的介紹，煩瑣的公式和抽象的理論削弱了學(xué)生對(duì)該門課程學(xué)習(xí)的積極性[4-8]，學(xué)生的課堂參與率較低，很難達(dá)到理想的教學(xué)效果。為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，教師采用的教學(xué)模式包括項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法和案例驅(qū)動(dòng)法[4]，但這些方法均以教師為主體，學(xué)生參與度較低，學(xué)習(xí)過程中的成就感較差，更無(wú)法體會(huì)該課程在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮的重要作用。

為提高本科生培養(yǎng)的質(zhì)量，本文在教學(xué)過程中提出以學(xué)生實(shí)踐為主的新型教育模式，借助Matlab軟件讓學(xué)生在課堂上積極練，以醫(yī)學(xué)血管圖像、CT圖像等生物醫(yī)學(xué)圖像為例，對(duì)圖像處理中涉及的圖像增強(qiáng)方法、圖像復(fù)原方法、圖像變換方法等一一練習(xí)，熟練掌握如何利用Matlab對(duì)醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行處理，并熟悉圖像處理在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，從而在該課程的學(xué)習(xí)中獲得成就感;教師對(duì)其中涉及的理論重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行有針對(duì)性講解，引導(dǎo)學(xué)生更加有目的性的學(xué)習(xí)。本文以“醫(yī)學(xué)圖像增強(qiáng)”為例，對(duì)該教學(xué)模式進(jìn)行闡述。

二、基于MATLAB的實(shí)踐教學(xué)模式

醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像處理實(shí)踐性較強(qiáng)，傳統(tǒng)的授課方式僅通過教師對(duì)圖像處理理論知識(shí)的講解要求學(xué)生掌握?qǐng)D像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像分割、彩色圖像處理等多部分內(nèi)容，難度較大，學(xué)生學(xué)習(xí)較為枯燥。學(xué)生在學(xué)完該門課程后，往往對(duì)如何實(shí)現(xiàn)圖像處理仍然茫然無(wú)措[9，10]，無(wú)法體會(huì)該課程在實(shí)際工程中的應(yīng)用方法，這在很大程度上限制了學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。為突破該教育難點(diǎn)，本文提出基于Matlab軟件的實(shí)踐教學(xué)模式，讓學(xué)生作為課堂的主體，利用Matlab對(duì)醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行處理，在該過程中，教師對(duì)學(xué)生遇到的理論知識(shí)進(jìn)行有針對(duì)性的講解，加深學(xué)生對(duì)圖像處理技術(shù)的理解和掌握。以“圖像增強(qiáng)”為例[2]，具體過程如下。

（一）教學(xué)資源準(zhǔn)備

教師在教學(xué)前制作包括圖像增強(qiáng)理論原理和處理方法的PPT、圖像增強(qiáng)Matlab程序、血管圖像等材料。將模糊的血管圖像在課前發(fā)到學(xué)生手中或上傳到教學(xué)平臺(tái)，供學(xué)生下載使用。

（二）課前預(yù)習(xí)

學(xué)生上課前自行下載源圖像，并對(duì)圖像增強(qiáng)的方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的預(yù)習(xí)，利用手機(jī)中的圖像處理軟件如天天P圖、美圖秀秀等APP對(duì)模糊血管圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理，觀察圖像增強(qiáng)處理前后的差別，引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)圖像增強(qiáng)方法的興趣。

（三）課堂教學(xué)

教師先利用PPT和板書結(jié)合的方式，簡(jiǎn)單講解圖像增強(qiáng)的含義和方法，在講解每種方法的過程中，讓學(xué)生利用Matlab軟件對(duì)血管圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理，觀察每種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，向?qū)W生提問，對(duì)其掌握程度進(jìn)行分析，教師對(duì)教學(xué)過程中的重難點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)反復(fù)講解。最后總結(jié)出每種圖像增強(qiáng)方法所適用圖像的特點(diǎn)，便于學(xué)生后續(xù)應(yīng)用。同時(shí)，分析手機(jī)中的圖像處理軟件如天天P圖、美圖秀秀等應(yīng)用程序所選擇的圖像增強(qiáng)方法，啟發(fā)學(xué)生將圖像增強(qiáng)方法應(yīng)用于生活中，提高其分析問題、解決問題的能力。

（四）課后技能拓展

以測(cè)驗(yàn)形式對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行驗(yàn)證，具體做法為在教學(xué)平臺(tái)中上傳一幅醫(yī)用CT圖像，讓學(xué)生選擇一種圖像增強(qiáng)的方法對(duì)該圖像進(jìn)行處理，寫出Matlab處理程序，并得出處理前后效果對(duì)比，指出所選方法的優(yōu)缺點(diǎn)，加深學(xué)生對(duì)圖像增強(qiáng)方法的理解，培養(yǎng)其創(chuàng)新思維和學(xué)術(shù)思維。

本方法采用以上相同模式對(duì)圖像處理中涉及的圖像恢復(fù)、圖像壓縮、圖像分割和彩色圖像處理等技術(shù)展開教學(xué)。通過將圖像處理技術(shù)與學(xué)生日常生活中的常見應(yīng)用程序相聯(lián)系，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;讓學(xué)生利用Matlab軟件設(shè)計(jì)圖像處理方法，使學(xué)生成為課堂的主體，積極練習(xí)并掌握?qǐng)D像處理方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力、分析能力、實(shí)踐能力及解決問題能力的培養(yǎng)。

三、結(jié)束語(yǔ)

醫(yī)用數(shù)字圖像處理是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展中必不可少的一門技術(shù)學(xué)科，因此要求學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程的過程中培養(yǎng)較強(qiáng)的技能水平，才能滿足社會(huì)對(duì)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本科生的需求。本文提出的基于Matlab的實(shí)踐教學(xué)模式，讓學(xué)生成為課堂的主體，通過其主動(dòng)分析問題、解決問題實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像處理知識(shí)的理解和掌握，提高其學(xué)習(xí)自信心和成就感，培養(yǎng)其創(chuàng)新思維和學(xué)術(shù)思維，為社會(huì)輸送動(dòng)手動(dòng)腦全面發(fā)展的技術(shù)型人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]金煒，周亞訓(xùn).“數(shù)字圖像處理”課程項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式的實(shí)踐[J].中國(guó)電力教育，2010，（7）：82-83.

[2]楊杰.數(shù)字圖像處理及MATLAB實(shí)現(xiàn)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

[3]郭建林.應(yīng)用型本科數(shù)字圖像處理教學(xué)改革與實(shí)踐[J].安陽(yáng)工學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，09（4）：124-126.

[4]劉文禮，陶佰睿，何鵬，等.面向創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)的數(shù)字圖像處理教學(xué)改革[J].高師理科學(xué)刊，2013，（1）：93-95.

[5]徐美芳，王浩全，桂志國(guó).關(guān)于數(shù)字圖像處理課程專題式教學(xué)模式的探討[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2009，26（4）：122-123.

[6]李洪均，蔡燕，張小美，等.以興趣為導(dǎo)向的數(shù)字圖像處理教學(xué)改革探索[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備，2014，（18）：114-115.

[7]朱旗，孫涵.數(shù)字圖像處理課程教學(xué)模式改革研究[J].科教導(dǎo)刊，2016，（6）：107-108.

[8]范春年.“數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)研究[J].中國(guó)電力教育，2010，（9）：109-111.

[9]陳沙，劉平安，劉慧萍，等.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室在醫(yī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國(guó)高等醫(yī)學(xué)教育，2017，（1）：13-14.

[10]宋偉，宋桂蕓，黃文歡，等.康復(fù)工程學(xué)教學(xué)分析及改進(jìn)[J].中國(guó)高等醫(yī)學(xué)教育，2014，（1）：66-67.