“生物醫(yī)學(xué)圖像編程實(shí)現(xiàn)技術(shù)”雙語教學(xué)建設(shè)探索

楊春蘭?吳水才?白燕萍?高宏建

摘要：“生物醫(yī)學(xué)圖像編程實(shí)現(xiàn)技術(shù)”是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)研究生的選修課。教學(xué)方式主要采用課堂講授和學(xué)生上機(jī)討論同步結(jié)合的形式。針對(duì)該課程教學(xué)內(nèi)容中ITK和VC均采用英文開發(fā)平臺(tái)的特點(diǎn)，在各章節(jié)的教學(xué)中為學(xué)生提供了豐富的英文學(xué)習(xí)資源。教學(xué)中采用英文ITK編程指導(dǎo)書作為程序編寫的基本算法理論參考。程序設(shè)計(jì)中，示例程序英文注釋占到1/2以上篇幅。鑒于目前的教學(xué)現(xiàn)狀， 對(duì)該課程的雙語教學(xué)改革進(jìn)行了探索。

關(guān)鍵詞：生物醫(yī)學(xué)圖像編程實(shí)現(xiàn)技術(shù)；雙語；教學(xué)改革

作者簡介：楊春蘭（1980-），女，河北石家莊人，北京工業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與生物工程學(xué)院，副教授；吳水才（1964-），男，江西九江人，北京工業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與生物工程學(xué)院，教授。（北京 100124）

基金項(xiàng)目：本文系北京工業(yè)大學(xué)2013年度研究生課程建設(shè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：015000542513528）、北京工業(yè)大學(xué)教育教學(xué)研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：ER2013B21）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G643.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）09-0105-02

“生物醫(yī)學(xué)圖像編程實(shí)現(xiàn)技術(shù)”是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)研究生的選修課。該課程的主要內(nèi)容是分別利用Visual C++和ITK兩種編程工具實(shí)現(xiàn)常見生物醫(yī)學(xué)圖像的讀寫、點(diǎn)運(yùn)算、配準(zhǔn)、分割等涉及醫(yī)學(xué)圖像分析基本問題的程序編制。本課程共32學(xué)時(shí)，包括7個(gè)章節(jié)：常用醫(yī)學(xué)圖像處理軟件編程環(huán)境介紹；生物醫(yī)學(xué)圖像的類型及其數(shù)據(jù)表達(dá)；各種醫(yī)學(xué)圖像的讀寫方法和顯示；生物醫(yī)學(xué)圖像處理類庫的實(shí)現(xiàn)；醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)；醫(yī)學(xué)圖像分割；基于醫(yī)學(xué)圖像的統(tǒng)計(jì)分析。

本課程教學(xué)方式主要采用課堂講授和學(xué)生上機(jī)討論同步結(jié)合的形式。教學(xué)思路圍繞利用VC等編程工具實(shí)現(xiàn)圖像處理程序的編寫展開：以ITK學(xué)習(xí)作為算法理論指導(dǎo)的基礎(chǔ)和主線，在學(xué)生理解具體算法的核心內(nèi)容后，再利用VC完成算法的實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而使學(xué)生掌握VC進(jìn)行生物醫(yī)學(xué)圖像處理的編程技巧。在課堂教學(xué)中充分發(fā)揮學(xué)生的積極性，鼓勵(lì)創(chuàng)新思路和團(tuán)隊(duì)合作。本課程目前主要選用與ITK和VC圖像處理緊密相關(guān)的指導(dǎo)書和參考書，以及筆者編寫的教學(xué)講義。

針對(duì)該課程教學(xué)內(nèi)容中ITK和VC均采用英文開發(fā)平臺(tái)的特點(diǎn)，目前英文多媒體課件已達(dá)教學(xué)內(nèi)容總量的2/3以上。筆者多年從事生物醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域的科研工作，近年來查閱并收集了大量英文文獻(xiàn)。在各章節(jié)的教學(xué)中為學(xué)生提供了豐富的英文學(xué)習(xí)資源。此外，教學(xué)中采用英文ITK編程指導(dǎo)書作為程序編寫的基本算法理論參考。程序設(shè)計(jì)中，示例程序英文注釋占到1/2以上篇幅。鑒于目前的教學(xué)現(xiàn)狀， 擬將該課程建設(shè)為雙語課程。

一、雙語教學(xué)改革的必要性

“生物醫(yī)學(xué)圖像編程實(shí)現(xiàn)技術(shù)”作為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)碩士生的專業(yè)選修課，目的是使學(xué)生學(xué)會(huì)利用VC和ITK等編程工具完成生物醫(yī)學(xué)圖像處理的程序設(shè)計(jì)和相關(guān)科研任務(wù)。目前Microsoft Visual C++6.0開發(fā)平臺(tái)和ITK開發(fā)平臺(tái)均為英語環(huán)境，ITK學(xué)習(xí)資料和網(wǎng)站亦均使用英語，因此，掌握VC和ITK程序設(shè)計(jì)中的常見專業(yè)術(shù)語，具備閱讀并編寫英文注釋的程序代碼能力是教學(xué)中的一個(gè)重要目標(biāo)。前幾輪教學(xué)中主要存在以下問題：

第一，學(xué)生本科階段專業(yè)背景和英文水平存在差異，在學(xué)習(xí)以英文為主的教學(xué)內(nèi)容時(shí)存在一定困難。北京工業(yè)大學(xué)（以下簡稱“我?！保┥镝t(yī)學(xué)工程專業(yè)研究生大多來自其他各地方院校，很多學(xué)生在計(jì)算機(jī)語言學(xué)習(xí)和編程操作方面基礎(chǔ)較為薄弱，編程水平亟待提高。目前生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)開設(shè)的研究生課程中，“醫(yī)學(xué)圖像處理”僅從基礎(chǔ)理論方面論述了生物醫(yī)學(xué)圖像處理的內(nèi)容、模式和發(fā)展趨勢(shì)，學(xué)生缺乏利用計(jì)算機(jī)編程工具實(shí)現(xiàn)圖像處理算法的技術(shù)入門和指導(dǎo)。本課程目前主要以ITK用戶學(xué)習(xí)指導(dǎo)書和Visual C++圖像處理參考書作為學(xué)生學(xué)習(xí)的參考資料。ITK指導(dǎo)書和相關(guān)學(xué)習(xí)資料為全英文編寫，通常程序開發(fā)者使用的VC6.0開發(fā)平臺(tái)為英文版，幫助查詢信息也為英文，在一定程度上增加了學(xué)生學(xué)習(xí)編程技術(shù)的難度。雙語教學(xué)的開展成為解決該問題的重要途徑。

第二，已有經(jīng)試用一定時(shí)期、教學(xué)效果良好的上機(jī)指導(dǎo)講義，但尚無與英文學(xué)習(xí)資料配套的雙語教學(xué)講義。生物醫(yī)學(xué)圖像處理的基本概念和相關(guān)算法是本課程的理論基礎(chǔ)，利用ITK和VC進(jìn)行編程是學(xué)生學(xué)習(xí)本課程應(yīng)掌握的基本技能。鑒于在課堂教學(xué)中，理論講授仍是主要教學(xué)手段，筆者圍繞使用ITK和VC圖像編程兩條主線來安排課堂教學(xué)，精選出能夠提高生命科學(xué)與生物工程學(xué)院（以下簡稱“我院”）研究生科研水平的課程內(nèi)容。

目前的課堂教學(xué)主要以ITK用戶學(xué)習(xí)指導(dǎo)書和Visual C++圖像處理參考書作為學(xué)生學(xué)習(xí)的參考資料，尚無可供使用的正式出版教材?；谇捌谠撜n程教學(xué)改革建設(shè)，筆者編寫了該課程的上機(jī)編程指導(dǎo)講義，教學(xué)中已試用3輪，學(xué)生普遍反映對(duì)其學(xué)習(xí)很有幫助，取得了較好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。然而，單獨(dú)一本上機(jī)指導(dǎo)書或者幾本相關(guān)參考書無法滿足教學(xué)中的實(shí)際要求。此外，目前編寫的上機(jī)指導(dǎo)書中缺少英文專業(yè)術(shù)語，而在實(shí)際教學(xué)中應(yīng)當(dāng)注重專業(yè)術(shù)語的解釋和英漢對(duì)照，使學(xué)生在掌握專業(yè)知識(shí)和技能的基礎(chǔ)上進(jìn)一步學(xué)會(huì)專業(yè)詞匯的運(yùn)用，提高其科研能力。因此，教學(xué)中亟需使用將基礎(chǔ)理論內(nèi)容與上機(jī)操作有效緊密結(jié)合的雙語教學(xué)講義，使課堂教學(xué)中學(xué)習(xí)資料與上機(jī)指導(dǎo)書內(nèi)容相對(duì)應(yīng)，從而使教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)化，能夠同時(shí)滿足學(xué)生理論學(xué)習(xí)和上機(jī)操作的實(shí)際需要。

第三，學(xué)生自主學(xué)習(xí)內(nèi)容來源均為英文資料，尚需教師做中英對(duì)照指導(dǎo)。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手實(shí)踐能力是研究生教學(xué)的基本指導(dǎo)思想。計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)類課程需要足夠的上機(jī)操作練習(xí)和課后自主學(xué)習(xí)來鞏固學(xué)習(xí)成效。只強(qiáng)調(diào)課堂講授往往使學(xué)生的思路受到限制，不能達(dá)到同步跟隨講解掌握編程要點(diǎn)和調(diào)試技巧的目的。筆者鼓勵(lì)學(xué)生在自學(xué)中利用互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代學(xué)習(xí)工具，并結(jié)合自己在生物醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域的科研工作，針對(duì)教學(xué)內(nèi)容收集了大量英文文獻(xiàn)，在各章節(jié)的教學(xué)中為學(xué)生提供了豐富的英文學(xué)習(xí)資源。但多數(shù)學(xué)生在計(jì)算機(jī)語言學(xué)習(xí)和編程操作方面基礎(chǔ)較為薄弱，且缺乏圖像處理方面的先修專業(yè)知識(shí)，在自學(xué)時(shí)遇到了較多困難，需要教師對(duì)相關(guān)專業(yè)術(shù)語和概念做中英對(duì)照解釋和指導(dǎo)。因此，課堂講授和課后師生答疑及作業(yè)等均宜采用雙語模式。

綜合以上分析，本課程在教學(xué)中需組織并精選雙語教學(xué)內(nèi)容，并在此基礎(chǔ)上編寫與英文學(xué)習(xí)資料配套的雙語課堂教學(xué)講義，在課堂講授等環(huán)節(jié)亦適合采用雙語教學(xué)模式。雙語教學(xué)是解決前述幾個(gè)教學(xué)問題的必要手段，也是增強(qiáng)本課程教學(xué)效果的重要途徑。

二、雙語教學(xué)建設(shè)的具體措施

1.教學(xué)內(nèi)容建設(shè)

本課程主要以利用ITK和VC兩種工具進(jìn)行生物醫(yī)學(xué)圖像處理的程序設(shè)計(jì)展開。ITK的學(xué)習(xí)相對(duì)易于掌握和理解，可作為引導(dǎo)和幫助學(xué)生形成編程思路和整體框架的基礎(chǔ)部分；針對(duì)生物醫(yī)學(xué)圖像的特點(diǎn)，在ITK對(duì)應(yīng)內(nèi)容學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)使學(xué)生掌握利用VC進(jìn)行各種處理算法的程序?qū)崿F(xiàn)。由于課時(shí)數(shù)的限制，教學(xué)內(nèi)容將緊密聯(lián)系目前醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題，參照國內(nèi)外常用生物醫(yī)學(xué)圖像編程軟件的基本功能，精選有助于學(xué)生今后開展科研工作的內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上完成教學(xué)內(nèi)容的中英對(duì)照優(yōu)化。

在目前使用的英文ITK學(xué)習(xí)指導(dǎo)書、VC圖像處理參考書和自編的上機(jī)指導(dǎo)講義中，對(duì)于圖像文件的讀寫、圖像濾波等內(nèi)容，是交叉重合的部分，也是教學(xué)中的重點(diǎn)內(nèi)容。因此，可依據(jù)學(xué)習(xí)資料將上述章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容重新整合，組織成中英雙語對(duì)照的形式；對(duì)于無交叉的內(nèi)容，如圖像配準(zhǔn)、統(tǒng)計(jì)分析等，以中文參考書為主導(dǎo)，英文指導(dǎo)書相關(guān)知識(shí)點(diǎn)為參考，通過查閱參考資料，完善該部分的中英對(duì)照內(nèi)容。

2.教學(xué)方式建設(shè)

雙語教學(xué)的目的是使學(xué)生能夠在專業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行學(xué)習(xí)和應(yīng)用，使外語不再成為專業(yè)學(xué)習(xí)和交流的困難和障礙。因此，雙語教學(xué)不能僅僅立足于提高學(xué)生的外語水平，更應(yīng)在教學(xué)中注重專業(yè)術(shù)語的解釋和英漢對(duì)照，使學(xué)生在掌握專業(yè)知識(shí)和技能的基礎(chǔ)上進(jìn)一步學(xué)會(huì)專業(yè)詞匯的運(yùn)用。[1-3]本課程雙語教學(xué)的目標(biāo)必須以掌握專業(yè)知識(shí)及技能為基礎(chǔ)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和利用編程理解各種理論算法的學(xué)習(xí)能力。

基于上述教學(xué)思想，教學(xué)方式主要采取課堂教師講授與學(xué)生同步上機(jī)操作相結(jié)合的形式。在雙語教學(xué)過程中充分發(fā)揮學(xué)生使用英語學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)新意識(shí)，鼓勵(lì)團(tuán)隊(duì)合作完成較復(fù)雜程序的設(shè)計(jì)。[4，5]針對(duì)課堂講授環(huán)節(jié)，以英文多媒體課件為依據(jù)，在各章節(jié)末給出專業(yè)術(shù)語的中英文對(duì)照總結(jié)。對(duì)基本理論算法采用英語講解，重點(diǎn)和難點(diǎn)部分用漢語加以強(qiáng)調(diào)。

每個(gè)專題內(nèi)容的教學(xué)中，首先由教師給出具體的設(shè)計(jì)任務(wù)，以ITK示例程序作為基礎(chǔ)理論指導(dǎo)，利用VC演示經(jīng)典程序的編寫調(diào)試過程，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)編程中的技術(shù)要點(diǎn)和中英對(duì)照專業(yè)術(shù)語，并對(duì)易錯(cuò)點(diǎn)進(jìn)行提示。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)現(xiàn)程序的基本功能基礎(chǔ)上，加入自己對(duì)算法的理解和功能擴(kuò)展，并請(qǐng)學(xué)生在課堂上對(duì)程序設(shè)計(jì)思路用英語進(jìn)行講解和交流。課后程序作業(yè)要求學(xué)生在程序編寫時(shí)給出各種函數(shù)功能和關(guān)鍵語句的英文注釋。

在醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)、分割專題的教學(xué)中，讓學(xué)生分析查閱中英文獻(xiàn)資料，結(jié)合自己今后的科研方向制作簡單的軟件實(shí)現(xiàn)配準(zhǔn)、分割的常用算法。在這些專題中組織學(xué)生進(jìn)行英文口頭報(bào)告和學(xué)術(shù)討論。對(duì)于功能模塊較復(fù)雜的程序，讓學(xué)生自由分組，注重培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和個(gè)性特長的發(fā)揮。

3.教材建設(shè)

目前該課程沒有指定的正式出版教材，在實(shí)踐教學(xué)中主要采用自編的上機(jī)指導(dǎo)講義《<生物醫(yī)學(xué)圖像編程實(shí)現(xiàn)技術(shù)>上機(jī)指導(dǎo)說明書》，課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中主要從ITK和VC實(shí)現(xiàn)圖像處理兩個(gè)方面為學(xué)生提供了相應(yīng)的英文學(xué)習(xí)資料和參考書。

結(jié)合該課程的專業(yè)特色和注重上機(jī)操作環(huán)節(jié)的特點(diǎn)，在優(yōu)化中英對(duì)照教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，編寫本課程雙語教學(xué)講義。講義內(nèi)容涉及中英對(duì)照的醫(yī)學(xué)圖像處理相關(guān)基本概念和術(shù)語、ITK程序運(yùn)行步驟及結(jié)果分析中文注釋、ITK專業(yè)術(shù)語中英對(duì)照詳解、VC圖像編程技巧要點(diǎn)等。由于該課程實(shí)踐性強(qiáng)，在編寫講義的同時(shí)，對(duì)重要的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)難點(diǎn)可以制作視頻講解的VCD光盤予以輔助。

三、雙語課程建設(shè)的可行性

本課程教學(xué)內(nèi)容是在了解學(xué)生知識(shí)水平和專業(yè)背景的前提下，結(jié)合我院生物醫(yī)學(xué)工程中心各研究室的研究方向和主要工作而安排的。針對(duì)VC開發(fā)平臺(tái)和ITK教學(xué)示例程序及注解均為英語的特點(diǎn)，后續(xù)教學(xué)中可以做到對(duì)雙語教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步完善和調(diào)整，從而達(dá)到提高教學(xué)效果的目的。

盡管目前本課程尚無可供使用的正式出版教材，但已有適應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)水平的相關(guān)中英文參考資料和申請(qǐng)者編寫的學(xué)生上機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和講義，后續(xù)建設(shè)中編寫與中文對(duì)照的英文講義是完全可行的。

選修該課程的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)生人數(shù)相對(duì)固定，課堂教學(xué)過程便于控制。授課對(duì)象具備良好的英語基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)，具備雙語教學(xué)的接受水平和理解能力。因此可以探索更為合理的雙語教學(xué)模式，從而充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)研究生利用英語查閱文獻(xiàn)和學(xué)習(xí)的研究能力，提高其國際交流水平。充分發(fā)揮本課程教學(xué)內(nèi)容和參考資料為英文的優(yōu)勢(shì)，讓學(xué)生在該課程的學(xué)習(xí)中對(duì)利用英語進(jìn)行科研的訓(xùn)練得以實(shí)現(xiàn)。

本課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)的師資力量和業(yè)務(wù)素質(zhì)達(dá)到了對(duì)“生物醫(yī)學(xué)圖像編程實(shí)現(xiàn)技術(shù)”進(jìn)行雙語課程建設(shè)的基本要求。筆者曾赴英國華威大學(xué)參加了校青年骨干教師出國培訓(xùn)，口語流利，專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)；為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本科生主講“Visual Basic程序設(shè)計(jì)”（雙語）課程，具有為該專業(yè)學(xué)生講授計(jì)算機(jī)類課程的雙語教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，了解該專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)類課程時(shí)的知識(shí)水平和心理特點(diǎn)；多年從事生物醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域的科研工作，查閱并收集了大量英文文獻(xiàn)，在各章節(jié)的教學(xué)中為學(xué)生提供了豐富的英文學(xué)習(xí)資源。

本課程隸屬生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)碩士生計(jì)算機(jī)類選修課。我院設(shè)有生物醫(yī)學(xué)工程一級(jí)學(xué)科博士學(xué)位、碩士學(xué)位授權(quán)點(diǎn)，該學(xué)科是北京市重點(diǎn)建設(shè)學(xué)科。生物醫(yī)學(xué)工程中心下設(shè)2個(gè)生物電子與儀器研究室，1個(gè)生物力學(xué)與仿真工程研究室。生物醫(yī)學(xué)圖像處理是生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的主要研究方向之一，上述研究室均開展了涉及生物醫(yī)學(xué)圖像處理的研究工作，可為本課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)提供科研實(shí)踐訓(xùn)練環(huán)境；此外，產(chǎn)學(xué)研基地還可吸納學(xué)生進(jìn)行與圖像處理相關(guān)課題的編程創(chuàng)新訓(xùn)練。我院與美國桑利尼亞州立大學(xué)簽訂了聯(lián)合培養(yǎng)協(xié)議，為開展雙語教學(xué)提供了有利的國際學(xué)習(xí)和交流條件。

四、展望

為推進(jìn)國際化教育進(jìn)程，研究生課程建設(shè)應(yīng)積極做到與國際化接軌?！吧镝t(yī)學(xué)圖像編程實(shí)現(xiàn)技術(shù)”以提高學(xué)生圖像處理的編程水平為基本出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)前該課程的教學(xué)現(xiàn)狀，在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式等方面都有望實(shí)現(xiàn)雙語化。通過借鑒相關(guān)計(jì)算機(jī)類課程雙語教學(xué)的寶貴經(jīng)驗(yàn)，不斷進(jìn)行總結(jié)，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)期教學(xué)目標(biāo)，切實(shí)提高研究生的實(shí)踐能力和研究水平。

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（責(zé)任編輯：王意琴）