生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)《醫(yī)學(xué)圖像處理》教學(xué)方法探討

高軍峰+熊義君

摘 要：《醫(yī)學(xué)圖像處理》是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)課，由于該專業(yè)的交叉學(xué)科的特殊性，又由于該課程需要較多的前期課程為基礎(chǔ)，因此課程必須具有不同于其他編程課程的獨(dú)特教學(xué)方法。本文從理論課題到實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)方法提出了若干改革方法，教學(xué)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)表明，這些方法顯著提高了課程學(xué)習(xí)效果。

關(guān)鍵詞：醫(yī)學(xué)圖像處理；生物醫(yī)學(xué)工程；引導(dǎo)式教學(xué)；分層次教學(xué)

隨著人們生活水平提高及醫(yī)學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人們的日常生活中需要越來越多的圖像處理技術(shù)，對于生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的大學(xué)本科生而言，對醫(yī)學(xué)圖像處理的能力也提出了更高更新的要求。由于醫(yī)學(xué)圖像處理應(yīng)用廣泛，因此掌握好醫(yī)學(xué)圖像的處理技術(shù)對學(xué)生將來的科研或者就業(yè)意義重大。

生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)有著其特殊性，屬于交叉學(xué)科，雖然不同專業(yè)在學(xué)習(xí)理論知識時(shí)是相通的，但各專業(yè)在實(shí)際的教學(xué)方法和具體應(yīng)用上還是有較大差別。另外，本課程既有數(shù)學(xué)類課程注重推理和抽象思維的特點(diǎn)，又有計(jì)算機(jī)語言類課程的特點(diǎn)，需要學(xué)生利用編程能力，解決醫(yī)學(xué)圖像處理及各醫(yī)學(xué)影像設(shè)備開發(fā)。如何把課程的理論知識和專業(yè)應(yīng)用方向結(jié)合起來進(jìn)行教學(xué)，是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的老師應(yīng)該注意的第一個(gè)問題。另外，本課程前期的基礎(chǔ)課程比較多，需要學(xué)生掌握高等數(shù)學(xué)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等多門課程的知識，如何在有限的課時(shí)中，既要鞏固前期的基礎(chǔ)知識，還必須做到重難點(diǎn)突出。因此，本文對生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)《醫(yī)學(xué)圖像處理》課程的教學(xué)提出以下改革舉措。

一、 項(xiàng)目式及問題式引導(dǎo)教學(xué)

由于圖像處理算法眾多，每種算法公式也較為繁瑣，為了始終讓學(xué)生對本課程充滿興趣，筆者提出在講授每種算法之前，先給學(xué)生一個(gè)由該算法實(shí)現(xiàn)的具體的工程項(xiàng)目，告訴學(xué)生某種算法可以達(dá)到什么效果，該處理方式可以激發(fā)學(xué)生的求知欲，又能增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

另外，筆者還提出問題引導(dǎo)式教學(xué)，例如：在講授“圖像增強(qiáng)”這個(gè)模塊時(shí)，我們就以人腦輕微移動(dòng)造成的MRI圖像模糊后如何恢復(fù)的問題，通過我們的圖像增強(qiáng)方法，可以大幅度地改善圖像的視覺效果，提高圖像的質(zhì)量。借助以上兩種方法，教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，它們可以充分激發(fā)出學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，最終提高了教學(xué)效果。

二、 現(xiàn)代教學(xué)手段提高教學(xué)質(zhì)量

一方面我們強(qiáng)調(diào)其他軟件的引入，比如教學(xué)過程中，我們引入了Photoshop軟件，我們把圖像的很多算法的效果，用該軟件予以快速實(shí)現(xiàn)，并讓學(xué)生觀察參數(shù)改變帶來的圖像處理結(jié)果的改變，然后提問學(xué)生其原因，這樣加深對算法的理解，從而將公式和理論進(jìn)行聯(lián)想記憶。

另外，筆者也提出板書與現(xiàn)代化的PPT演示相結(jié)合的方法。雖然PPT課件具有直觀簡潔的特點(diǎn)，但在演示推理等過程的時(shí)候還是不夠方便直觀。而板書具有易于呈現(xiàn)思維過程、易修改的特點(diǎn)，對于很多場合板書更有利。

以上這些傳統(tǒng)方法與現(xiàn)代方法的結(jié)合，可以有效地加深學(xué)生對算法的理解，將原始的課堂講解變得生動(dòng)有趣，可以有效吸引學(xué)生，提高他們的興趣，從而提高課堂教學(xué)效果。

三、 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

針對本專業(yè)及本課程的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)課也做了如下改革。

1. 實(shí)驗(yàn)課鼓勵(lì)學(xué)生使用流行軟件進(jìn)行實(shí)踐

C或者C++語言編寫簡單的圖像處理需要大量代碼，不能很快見到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，容易讓學(xué)生陷入繁雜的編程細(xì)節(jié)中。而比如Matlab語言提供了豐富的圖像處理函數(shù)，因此使用它可以大大節(jié)省學(xué)生編寫低層次算法代碼的時(shí)間，有利于學(xué)生將主要精力放在算法研究和理論理解上。

2. 設(shè)計(jì)式實(shí)驗(yàn)進(jìn)行引導(dǎo)

實(shí)驗(yàn)被筆者分為至少兩個(gè)層次，第一個(gè)是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，對于該類型的實(shí)驗(yàn)，主要目的是理解當(dāng)前重要的理論知識點(diǎn)，在每次實(shí)驗(yàn)的任務(wù)書中可以對實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行說明，給出部分核心代碼，引導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)。此類型的實(shí)驗(yàn)針對能力不是很強(qiáng)的學(xué)生進(jìn)行設(shè)置。

3. 綜合性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行提高

除了上述實(shí)驗(yàn)，課程最后將安排一次綜合性實(shí)驗(yàn)，項(xiàng)目要求和生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)相結(jié)合，并分解為若干小的模塊，我們要求學(xué)生分組討論，讓每個(gè)學(xué)生完成某一個(gè)或幾個(gè)模塊的編程工作。這個(gè)類型的項(xiàng)目針對小組中有較強(qiáng)能力的同學(xué)設(shè)置，該實(shí)驗(yàn)一方面可以將全部知識點(diǎn)串起來，進(jìn)行全面最后的復(fù)習(xí)，也鍛煉了學(xué)生的科研協(xié)作的能力。

四、 結(jié)束語

本文就生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)及《醫(yī)學(xué)圖像處理》課程的特殊性做了討論分析，從項(xiàng)目式及提問式的引導(dǎo)教學(xué)，到現(xiàn)代化的教學(xué)方式提出了我們的建議，最后提出實(shí)驗(yàn)課中必須強(qiáng)調(diào)引導(dǎo)和提高雙方面結(jié)合，采取因材施教的方法。經(jīng)過幾年的教學(xué)實(shí)施，這些教學(xué)方法有效地提高了學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣及學(xué)習(xí)的成績，取得了良好的教學(xué)效果，也提高了本專業(yè)學(xué)生的就業(yè)競爭力。

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作者簡介：高軍峰，湖北省武漢市，中南民族大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院；熊義君，湖北省武漢市，武漢東湖學(xué)院。endprint