醫(yī)學(xué)圖像處理與分析課程教學(xué)改革的探索

湯敏

摘 要 醫(yī)學(xué)圖像處理與分析是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課之一。在簡(jiǎn)要介紹CDIO教學(xué)模式基礎(chǔ)上，提出幾點(diǎn)該課程教學(xué)改革的措施，包括融合多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)手段；引導(dǎo)學(xué)生整體把握知識(shí)點(diǎn)；調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力；形成理工醫(yī)結(jié)合的思維方式。教學(xué)實(shí)踐證明，所提教改經(jīng)驗(yàn)?zāi)苋媾囵B(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)技能，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，很好地增強(qiáng)教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 圖像處理；圖像分析；教學(xué)改革；教學(xué)模式；CDIO

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1671-489X（2013）03-0106-02

Teaching Reform of Medical Images Processing and Analysis//Tang Min

Abstract Medical images processing and analysis is one of the major foundational courses for biomedical engineering. According to the teaching model of CDIO， several teaching reform measures of medical images processing and analysis are carried out， including combining multimedia approach with traditional teaching method； guiding students to understand knowledge points unitarily； prompting students enthusiasm； training practical abilities of students； and fostering thinking mode merged with science， engineering and medicine. The authors rich practical experiences demonstrate that these teaching reform measures can foster the students abilities， inspire their interests and therefore improve the teaching effect greatly.

Key words image processing； image analysis； teaching reform； teaching model； CDIO

醫(yī)學(xué)圖像處理與分析是研究圖像處理的基本理論及其在生物醫(yī)學(xué)工程中的應(yīng)用的一門(mén)學(xué)科，是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的專業(yè)必修課。該課程的任務(wù)是：系統(tǒng)介紹圖像處理與分析的基本理論和基本方法，側(cè)重使學(xué)生掌握其在生物科學(xué)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用，目的是使學(xué)生系統(tǒng)掌握數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)概念、基本原理和實(shí)現(xiàn)方法，學(xué)習(xí)圖像分析的基本理論、典型方法和實(shí)用技術(shù)，為在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域從事研究與開(kāi)發(fā)打下扎實(shí)基礎(chǔ)。

醫(yī)學(xué)圖像處理與分析課程理論抽象，涉及醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、物理、信號(hào)處理等多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)，學(xué)科之間高度交叉、滲透，學(xué)生很難理解其中的相關(guān)知識(shí)和技術(shù)，因此課程起點(diǎn)高，教學(xué)難度大[1-2]。筆者在教學(xué)方法上也與時(shí)俱進(jìn)，摒棄傳統(tǒng)教學(xué)方法的弊端，引入新的教學(xué)模式和教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)高質(zhì)量人才的目標(biāo)。

本文提出筆者基于CDIO教學(xué)模式的醫(yī)學(xué)圖像處理與分析課程教學(xué)改革方面的一些經(jīng)驗(yàn)?？傮w說(shuō)來(lái)，該課程教學(xué)改革的主要思路是：以全新的教學(xué)理念為指導(dǎo)，以先進(jìn)的教學(xué)手段和方法為橋梁，以學(xué)科交叉的眼光有機(jī)結(jié)合課程教學(xué)與課外教學(xué)、理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)、系統(tǒng)講授與學(xué)生自學(xué)等多種方式，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的完整性、前沿性、理論性與實(shí)踐性，使學(xué)生掌握本門(mén)課程的理論框架與思維方法，掌握生物圖像處理與分析的相關(guān)技能，能夠采取合適的處理方法實(shí)現(xiàn)特定的醫(yī)學(xué)圖像處理目的。

1 CDIO教學(xué)模式

CDIO教學(xué)模式是近年來(lái)國(guó)外工程教育改革的最新成果，其中C代表構(gòu)思（Conceive），D代表設(shè)計(jì)（Design），I代表實(shí)現(xiàn)（Implement），O代表運(yùn)作（Operate）。CDIO模式是以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式來(lái)學(xué)習(xí)工程，并以綜合培養(yǎng)的方式使學(xué)生在多方面達(dá)到工程師的預(yù)定目標(biāo)。實(shí)踐證明，CDIO教學(xué)模式比傳統(tǒng)教學(xué)模式適應(yīng)面更寬，更有助于提高教學(xué)質(zhì)量，尤為重要的是CDIO模式中的新評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，為工程教育的系統(tǒng)化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)[3]。

2 醫(yī)學(xué)圖像處理與分析教改措施

2.1 融合多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)手段

目前高校授課中普遍存在兩種極端：

一種是只板書(shū)授課，形式單調(diào)，內(nèi)容枯燥，課堂時(shí)間無(wú)法有效利用，知識(shí)容量??；

另一種則完全采用多媒體授課，課堂教學(xué)變成單純地播放幻燈片，缺乏學(xué)生參與互動(dòng)的空間和可能。

筆者強(qiáng)調(diào)打造“多媒體+板書(shū)”的高質(zhì)量精品課堂：

一方面，優(yōu)秀的教學(xué)課件能提升和精煉教材內(nèi)容，通過(guò)利用圖像、聲音和動(dòng)畫(huà)等多媒體技術(shù)將教材中相關(guān)概念、算法、原理及應(yīng)用轉(zhuǎn)化成形象逼真的影像展示給學(xué)生，介紹和比較不同的圖像處理方法應(yīng)用于醫(yī)學(xué)圖像的不同效果，為學(xué)生提供生動(dòng)的感性認(rèn)識(shí)；

另一方面，將板書(shū)穿插于多媒體教學(xué)中，對(duì)圖像處理算法的關(guān)鍵步驟進(jìn)行推導(dǎo)和演算，同時(shí)展示教學(xué)進(jìn)度、層次和重點(diǎn)，有利于學(xué)生對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)的系統(tǒng)把握，有效避免知識(shí)講授過(guò)程中的“碎片化”現(xiàn)象。

2.2 引導(dǎo)學(xué)生整體把握知識(shí)點(diǎn)

在教學(xué)過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生從整體上把握學(xué)習(xí)的總體要求，理清教學(xué)知識(shí)點(diǎn)、學(xué)習(xí)難點(diǎn)以及學(xué)習(xí)技巧，對(duì)于落實(shí)課程的知識(shí)點(diǎn)非常關(guān)鍵。每一章教學(xué)伊始，首先提出本章主線，即要解決什么問(wèn)題，以什么樣的方法和步驟來(lái)解決問(wèn)題，所介紹方法對(duì)于解決問(wèn)題的優(yōu)點(diǎn)何在。當(dāng)教學(xué)內(nèi)容章節(jié)較多，分成多次講授時(shí)，這個(gè)主線將會(huì)反復(fù)強(qiáng)調(diào)，從而不斷加強(qiáng)學(xué)生對(duì)有關(guān)內(nèi)容學(xué)習(xí)目的性的認(rèn)識(shí)，開(kāi)展針對(duì)性的學(xué)習(xí)。

2.3 調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性

德國(guó)教育學(xué)家第斯多惠認(rèn)為：“教育的藝術(shù)不在于教授的本領(lǐng)，而在于激勵(lì)、喚醒和鼓舞?！盵4]心理學(xué)研究也表明，學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)與學(xué)習(xí)效果之間的關(guān)系十分密切，不同性質(zhì)的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)對(duì)于學(xué)習(xí)效果有不同的影響。學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)直接制約他們的學(xué)習(xí)積極性，影響學(xué)習(xí)效果。筆者在課堂教學(xué)中經(jīng)常采用問(wèn)題學(xué)習(xí)法（problem based learning，PBL），以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，促進(jìn)學(xué)生參與教學(xué)。學(xué)生通過(guò)圖書(shū)館以及網(wǎng)絡(luò)等資源，查閱資料，系統(tǒng)分析，形成讀書(shū)報(bào)告，再到課堂上討論和交流，教師則主要起到布置任務(wù)和經(jīng)典總結(jié)的作用[2，5]。這種啟發(fā)式、互動(dòng)式、討論式、研究性等教學(xué)方法，能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和研究能力。另外，還可以通過(guò)課程網(wǎng)站、在線聊天等現(xiàn)代交流手段，將課堂教學(xué)和課后輔導(dǎo)有機(jī)結(jié)合，建立多渠道的教學(xué)互動(dòng)模式，使學(xué)生得到及時(shí)的指導(dǎo)，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

2.4 培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力

本課程是一門(mén)以實(shí)踐為基礎(chǔ)的課程，必須十分注重學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)和開(kāi)發(fā)，使學(xué)生熟悉醫(yī)學(xué)圖像處理課程基本理論的同時(shí)，掌握如何通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)這些算法，能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)和設(shè)計(jì)的算法應(yīng)用于醫(yī)學(xué)圖像處理和分析，能夠根據(jù)具體臨床需要對(duì)算法進(jìn)行設(shè)計(jì)、改進(jìn)和優(yōu)化，使處理后的圖像符合臨床要求。為此，本課程設(shè)置了相關(guān)的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，兩周時(shí)間內(nèi)要求學(xué)生完成5～6個(gè)實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)算法效果，最終形成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

2.5 形成理工醫(yī)結(jié)合的思維方式

現(xiàn)代生物科學(xué)已經(jīng)呈現(xiàn)高度綜合和高度分化的發(fā)展趨勢(shì)，作為生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的本科生，需要具備豐富扎實(shí)的理工科知識(shí)和一定基礎(chǔ)的醫(yī)學(xué)專業(yè)知識(shí)，才能在今后的工作中有所發(fā)展和創(chuàng)新。南通大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程本科專業(yè)設(shè)置于電子信息學(xué)院，隸屬工科范疇，而學(xué)生的醫(yī)學(xué)知識(shí)背景相對(duì)較弱。因此，本課程講授時(shí)要注重與醫(yī)學(xué)成像技術(shù)、醫(yī)學(xué)電子學(xué)等課程的銜接和交叉，不僅在講授某一種圖像處理方法時(shí)突出重點(diǎn)、分化難點(diǎn)，更要將醫(yī)學(xué)實(shí)例的處理融合于各章節(jié)，體現(xiàn)出理、工、醫(yī)三者結(jié)合，對(duì)從方法論和認(rèn)識(shí)論的較高層次上形成新的研究思維起到指導(dǎo)作用[2]。

3 結(jié)論

本文結(jié)合筆者多年來(lái)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在簡(jiǎn)要介紹CDIO教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，針對(duì)醫(yī)學(xué)圖像處理與分析理論教學(xué)方面提出一些改革措施。實(shí)踐表明，醫(yī)學(xué)圖像處理與分析課程教學(xué)應(yīng)緊密結(jié)合醫(yī)學(xué)實(shí)踐，注重圖像處理方法與具體醫(yī)學(xué)應(yīng)用的有機(jī)結(jié)合和交叉，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)新思維能力。筆者今后還將圍繞實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革開(kāi)展一些有益的探索。

參考文獻(xiàn)

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