以學(xué)生為中心的醫(yī)學(xué)圖像處理課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)研究

張愛(ài)桃　安東興　單春燕　周旭

摘? 要 為了在醫(yī)學(xué)圖像處理課程實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，提高教學(xué)水平，河北醫(yī)科大學(xué)設(shè)置了分層次的課程設(shè)計(jì)的教學(xué)環(huán)節(jié)。通過(guò)對(duì)學(xué)生的期末成績(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，表明教學(xué)質(zhì)量明顯提高;對(duì)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查問(wèn)卷的結(jié)果表明，本課程改革得到大多數(shù)學(xué)生的肯定，能夠加強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞 醫(yī)學(xué)圖像處理;課程設(shè)計(jì);雨課堂;實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：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(yī)學(xué)圖像處理是醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)的一門(mén)比較重要的主干課程，是以數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)知識(shí)為理論奠基，融合計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和醫(yī)學(xué)影像學(xué)，依托于醫(yī)科院校開(kāi)展的一門(mén)綜合學(xué)科[1]。醫(yī)學(xué)圖像處理是一門(mén)應(yīng)用技術(shù)，能夠運(yùn)用現(xiàn)代自然科學(xué)與工程技術(shù)的原理和方法，從工程學(xué)的角度對(duì)醫(yī)學(xué)影像進(jìn)行從定性到定量的分析。計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字圖像的獲取、傳輸、存儲(chǔ)、變換、理解等功能，使得從圖像中自動(dòng)或半自動(dòng)提取人們感興趣的圖像特征成為可能，進(jìn)而可以輔助醫(yī)療工作。

醫(yī)學(xué)圖像處理是一門(mén)交叉學(xué)科，涉及學(xué)科較多（如數(shù)學(xué)、物理、計(jì)算機(jī)語(yǔ)言、醫(yī)學(xué)影像學(xué)等）[2]。在課程教學(xué)中，如何通過(guò)運(yùn)用豐富的創(chuàng)新教學(xué)手段培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，激發(fā)學(xué)生的課程創(chuàng)新意識(shí)以及提高學(xué)生解決應(yīng)對(duì)實(shí)際問(wèn)題的能力，是當(dāng)前一線教育教學(xué)工作者面臨并亟待解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。素質(zhì)教育伴隨著教育改革在我國(guó)深入推行，“以學(xué)生為中心”的教育理念已經(jīng)獲得越來(lái)越多的教育工作者的認(rèn)可[3-4]。傳統(tǒng)的講授教學(xué)模式以教師為主導(dǎo)，一味地將知識(shí)單向灌輸給學(xué)生，學(xué)生知識(shí)接受度差，無(wú)法發(fā)揮主觀能動(dòng)性。“以學(xué)生為中心”的教學(xué)模式充分認(rèn)識(shí)到學(xué)生才是教學(xué)的中心，學(xué)生應(yīng)該作為教學(xué)過(guò)程的主要參與者、教學(xué)過(guò)程中的教學(xué)主體，而教師則作為學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的引領(lǐng)者和啟發(fā)者，角色明確才能因材施教。教師和學(xué)生之間教學(xué)相長(zhǎng)，教師改進(jìn)“教”的手段和方法，學(xué)生發(fā)揮“學(xué)”的積極和主動(dòng)。

課程設(shè)計(jì)是一種實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)[5]。本文通過(guò)在課堂中引入課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，將教學(xué)大綱和臨床醫(yī)學(xué)圖像相結(jié)合，設(shè)計(jì)面向?qū)嶋H臨床問(wèn)題的小組作業(yè)，學(xué)生充分運(yùn)用課堂知識(shí)來(lái)解決臨床問(wèn)題，真正做到自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立思考，同時(shí)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力有極大的促進(jìn)作用。

2 研究對(duì)象

本研究在2018年3月—2019年7月期間，選取河北醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)2015級(jí)（一個(gè)班）和2016級(jí)（一個(gè)班）兩個(gè)班級(jí)（共計(jì)129人）為研究對(duì)象。在課程設(shè)計(jì)的改革研究中，兩個(gè)班均使用雨課堂進(jìn)行課堂教學(xué)活動(dòng)的輔助手段。設(shè)定2015級(jí)（55人）為對(duì)照班級(jí)，該班級(jí)只采用課程設(shè)計(jì)第一個(gè)層次的六個(gè)實(shí)驗(yàn);2016級(jí)為實(shí)驗(yàn)班級(jí)，采用課程設(shè)計(jì)第一個(gè)層次前四個(gè)實(shí)驗(yàn)和第二個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)。選取課程為72學(xué)時(shí)的醫(yī)學(xué)圖像處理。

3 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容

醫(yī)學(xué)圖像處理課程是醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)課的核心課程，是一門(mén)理論與實(shí)踐、原理與應(yīng)用緊密結(jié)合的課程，因而實(shí)踐教學(xué)在整個(gè)課程的教學(xué)過(guò)程中起著重要的作用。河北醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)的醫(yī)學(xué)圖像處理課程在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中設(shè)置了分層次的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。此過(guò)程以學(xué)生為中心，分兩個(gè)層次來(lái)完成：第一個(gè)層次引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所學(xué)的理論知識(shí)進(jìn)行綜合，理解掌握知識(shí)之間內(nèi)在關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生的編程和應(yīng)用實(shí)踐能力;第二個(gè)層次培養(yǎng)了學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。課程設(shè)計(jì)主要以MATLAB編程語(yǔ)言為實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，采用以學(xué)生為中心、教師給予指導(dǎo)的方式，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)? 本課程設(shè)計(jì)共18個(gè)學(xué)時(shí)，分兩個(gè)層次完成。

1）基本功能的實(shí)現(xiàn)。目的是加深學(xué)生對(duì)課堂上所學(xué)的理論知識(shí)的理解及應(yīng)用，包括圖像的基本操作及灰度變換、圖像空域增強(qiáng)、圖像頻率域增強(qiáng)、圖像恢復(fù)、圖像重建、圖像分割，六個(gè)實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)三個(gè)學(xué)時(shí)，要求所有學(xué)生獨(dú)立完成。每個(gè)實(shí)驗(yàn)給出實(shí)驗(yàn)題目、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及供參考的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖，需要學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟、流程及編寫(xiě)程序，實(shí)驗(yàn)完成后提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在理論教學(xué)完成相應(yīng)部分的內(nèi)容之后，將實(shí)驗(yàn)題目、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及相關(guān)要求布置給學(xué)生，讓學(xué)生提前通過(guò)查閱資料準(zhǔn)備相關(guān)知識(shí)。實(shí)驗(yàn)課上，學(xué)生主要就算法實(shí)現(xiàn)上的問(wèn)題及圖像效果和教師進(jìn)行討論，教師對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)收評(píng)分。

2）專題研究。目的是加深對(duì)所學(xué)專業(yè)的理解，培養(yǎng)他們利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際醫(yī)學(xué)問(wèn)題的能力，激發(fā)學(xué)生的科研興趣。專題研究在完成第一層次課程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行，共六個(gè)學(xué)時(shí)，課程設(shè)計(jì)要求以課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的形式發(fā)送給所有學(xué)生。課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)包括課程設(shè)計(jì)進(jìn)度時(shí)間要求、課題題目、每個(gè)課題的目的、每個(gè)課題的內(nèi)容、課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)的格式要求、課程設(shè)計(jì)答辯要求。采取小組合作制，按照宿舍進(jìn)行分組，每組4～7人，隨機(jī)分配實(shí)驗(yàn)課題，每組指定一個(gè)課題，學(xué)生課下可以協(xié)商調(diào)換題目。該課程設(shè)計(jì)主要是學(xué)生利用課余時(shí)間自行檢索、查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，編寫(xiě)程序及分析結(jié)果，實(shí)驗(yàn)課上就遇到的問(wèn)題與教師討論，教師分別給予指導(dǎo)。學(xué)生按照規(guī)范格式撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告，進(jìn)行課程設(shè)計(jì)答辯。

實(shí)驗(yàn)組班級(jí)完成第一個(gè)層次的前四個(gè)實(shí)驗(yàn)及第二層次的專題研究;對(duì)照組班級(jí)只要求完成第一層次的基本功能實(shí)現(xiàn)的全部六個(gè)實(shí)驗(yàn)，不做專題研究。

課程設(shè)計(jì)的題目設(shè)置? 本課程設(shè)計(jì)選擇的題目既考慮到醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)的醫(yī)學(xué)背景，又具有一定的工程應(yīng)用性，采用的醫(yī)學(xué)圖像主要包括X線圖像、CT圖像、MRI圖像、冠脈造影圖像等。基本功能實(shí)現(xiàn)部分的選題和理論課的講解內(nèi)容與順序是一致的;專題研究的選題涉及圖像增強(qiáng)、恢復(fù)、重建、分割及邊緣提取等處理方法，目前題目有主動(dòng)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(fù)和幾何失真校正、胸部CT圖像邊緣提取及標(biāo)記、PET圖像的空域增強(qiáng)、X-ray圖像的頻域?yàn)V波和空域增強(qiáng)、腦積液區(qū)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(shí)現(xiàn)部分，學(xué)生每次實(shí)驗(yàn)課結(jié)束時(shí)提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師針對(duì)實(shí)驗(yàn)的完成情況打分，每個(gè)實(shí)驗(yàn)2分。

2）專題研究部分，每組學(xué)生需要提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)及成果匯報(bào)（PPT）答辯。課程設(shè)計(jì)的基本要求是小組分工合作，每位學(xué)生都能獨(dú)立完成答辯，因此，教師隨機(jī)抽取該小組的一位學(xué)生進(jìn)行答辯。評(píng)委由九位教師組成，就學(xué)生匯報(bào)內(nèi)容進(jìn)行提問(wèn)，特別鼓勵(lì)學(xué)生之間互相提問(wèn)，參與答辯的教師現(xiàn)場(chǎng)給出答辯成績(jī)。答辯完成后，任課教師綜合答辯成績(jī)及課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)的完成情況給出總的成績(jī)，總分30分。

這種全新的考核方式，加強(qiáng)了學(xué)生的積極思維，使他們勇于表達(dá)自己的想法，提高了自主創(chuàng)新能力及團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。在實(shí)施過(guò)程中通過(guò)師生調(diào)查表監(jiān)控教學(xué)改革的效果。

5 結(jié)果分析

1）本文對(duì)專題研究部分的課程設(shè)計(jì)對(duì)教學(xué)質(zhì)量的影響做了統(tǒng)計(jì)分析，分析專題研究得分與期末理論課成績(jī)的關(guān)系，如表1所示。專題研究分?jǐn)?shù)高的學(xué)生，期末理論課成績(jī)也相應(yīng)較高。同時(shí)比較了實(shí)驗(yàn)班級(jí)和對(duì)照班級(jí)的學(xué)生理論考試的平均分（實(shí)驗(yàn)班級(jí)為83.29分，對(duì)照班級(jí)為78.18分），采用t檢驗(yàn)，P=0.01<0.05，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說(shuō)明該層次的課程設(shè)計(jì)能有效提高教學(xué)質(zhì)量。

2）教學(xué)過(guò)程是雙向的，教學(xué)改革能否得到學(xué)生認(rèn)可是決定教學(xué)效果的關(guān)鍵因素之一。在2016級(jí)影像技術(shù)專業(yè)的學(xué)生中進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，調(diào)查結(jié)果如表2所示。可見(jiàn)，85.4%以上的學(xué)生認(rèn)可本課程設(shè)計(jì)的分組方式、題目設(shè)置及考核方式，并認(rèn)為對(duì)其相關(guān)知識(shí)的理解鞏固、分析問(wèn)題與解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)及將來(lái)的職業(yè)生涯有幫助。

3）通過(guò)學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告和課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)可以感覺(jué)到，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、編程能力和分析能力都明顯增強(qiáng)，對(duì)醫(yī)學(xué)圖像處理課程也有了整體的更深層次的理解。課程學(xué)習(xí)之初，大部分學(xué)生對(duì)自行查閱文獻(xiàn)、尋找解決方法有為難情緒，反映算法設(shè)計(jì)及編程基礎(chǔ)不夠;學(xué)期末課程設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí)，幾乎所有學(xué)生都可以獨(dú)立完成第一層次的課程設(shè)計(jì)，感覺(jué)到自己真正能夠通過(guò)編程解決臨床的醫(yī)學(xué)圖像問(wèn)題，動(dòng)手能力方面的信心大大增強(qiáng)，同時(shí)對(duì)圖像處理課程有了更深層次的理解，一些優(yōu)秀學(xué)生的課程設(shè)計(jì)無(wú)論在算法設(shè)計(jì)、編程還是結(jié)果的分析討論上都達(dá)到很高的水準(zhǔn)。同時(shí)，通過(guò)進(jìn)行限時(shí)PPT答辯，學(xué)生的歸納總結(jié)能力和表達(dá)能力也都得到提高。

6 結(jié)語(yǔ)

醫(yī)學(xué)圖像處理是理論性和實(shí)踐性結(jié)合緊密的課程，也是影像技術(shù)專業(yè)的主干課程。本文結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，對(duì)該課程的實(shí)踐教學(xué)方法進(jìn)行教學(xué)探討，設(shè)置課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，以學(xué)生為中心培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，分析解決問(wèn)題能力、創(chuàng)新能力及表達(dá)能力。課程設(shè)計(jì)改革教學(xué)效果較好，學(xué)生的滿意度高，考核成績(jī)、自主創(chuàng)新能力都有所提升。同時(shí)，研究型教學(xué)對(duì)承擔(dān)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(shí)結(jié)構(gòu)，處于學(xué)科的前沿，把研究與教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，正確引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主嘗試，以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立探索、獨(dú)立創(chuàng)造為己任，為培養(yǎng)更適合當(dāng)今醫(yī)學(xué)科技發(fā)展的高素質(zhì)綜合人才而努力。

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項(xiàng)目來(lái)源：河北省高等教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目“網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下基于《醫(yī)學(xué)圖像處理》課程的學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)與評(píng)價(jià)研究”（基金編號(hào)：2018GJJG160）;河北醫(yī)科大學(xué)教育教學(xué)研究項(xiàng)目“以學(xué)生為中心的《醫(yī)學(xué)圖像處理》教學(xué)改革的研究”。

作者：張愛(ài)桃，河北醫(yī)科大學(xué)影像學(xué)院，講師，研究方向?yàn)樾盘?hào)處理、圖像處理;安東興，河北醫(yī)科大學(xué)影像學(xué)院，講師，研究方向?yàn)閳D像處理、嵌入式系統(tǒng);單春燕，河北醫(yī)科大學(xué)影像學(xué)院，講師，研究方向?yàn)獒t(yī)學(xué)信號(hào)與系統(tǒng);周旭，通訊作者，河北醫(yī)科大學(xué)影像學(xué)院，講師，研究方向?yàn)閳D像處理、數(shù)據(jù)挖掘（050017）。