面向創新能力培養的“醫學圖像處理”實驗教學改革研究

王克難 王亞平 李福星 李子軍

摘 要：以“醫學圖像處理”實驗課程中培養學生創新實踐能力為目的，以“醫學圖像處理”實驗課程教學改革為例展開研究，通過實驗教學改革，激發了醫學院學生的學習積極性，培養了學生自主學習的能力，加強了學生學習的主動性，提高了學生的動手能力，提升了學生的創新能力和獨立從事科研工作的能力。實踐證明，教學改革方案對于提高學生解決實際問題能力和提高學生學習效率和學習效果有顯著作用。

關鍵詞：醫學圖像處理；實驗改革；創新能力

醫學科學的不斷發展，有賴于醫學自身認識能力的提高，更有賴富于獨立思考能力和創新能力的醫學人才的成長，在大學階段培養和造就富于創新能力的醫學人才，是時代賦予我們的神圣使命。

醫學圖像處理是一門系統地研究各種圖像理論、技術和應用的較新的課程，實驗教學在“醫學圖像處理”課程中起著越來越重要的作用，數字醫學圖像處理實驗教學的目的在于讓學生掌握醫學成像和圖像處理方面的基本原理、方法和發展趨勢，培養學生解決該方面實際問題的能力。本文通過對醫學圖像處理實驗課程進行改革研究，通過實踐動手環節，有效培養醫學生的獨立思考和創新能力，并為醫療學科培養學生創新能力的實驗教學模式提供借鑒。

一、培養學生的學習興趣和獨立思考的積極性

通過實驗教學改革，設計新的實驗方案，以培養學生的學習興趣，增強主動參與意識。學生對實驗內容產生了好奇，就會積極主動地查找相關資料，與老師和同學討論。實驗過程嘗試多種教學方法，增強學生的學習動力，培養學生對實驗內容的濃厚興趣。同時，采用醫院實際應用案例，培養學生獨立思考的習慣和解決實際應用問題的能力。醫學圖像處理課程相關的數學理論抽象，算法難度偏大，給教師教學和學生學習造成了很大的困難。利用影像物理課程的“醫學圖像處理”實驗教學中的Matlab軟件使用Matlab圖像處理工具箱函數將大大減輕圖像數據的繁雜操作，使學生更加快捷地完成圖像處理任務，可以把更多的精力傾注于各種圖像處理算法的效果上。Matlab為醫學影像專業的學生提供了一個很好的編程平臺，使學生能夠編程實現簡單的圖像處理算法，提高學生的獨立思考能力和實際動手能力，使學生能更快、更好掌握圖像處理和圖像分析的基本理論和分析方法。對于醫學圖像處理這門課程的特點，布置大量上機操作訓練，讓學生體驗圖像處理的樂趣。例如，圖像增強處理實驗，圖像增強技術是圖像處理的重要內容，用來改善圖像的質量，一幅視覺效果很差的圖像，其灰度直方圖都集中在很窄的一段區間內，為了增強該圖像的對比度，提高圖像的視覺效果，就需要采用一種圖像增強方法。Matlab工具箱中有求直方圖函數imhist和均衡化函數histeq函數，讀取原始圖像后，直接調用工具箱的相應函數就可以處理圖像，可以讓學生自己編寫函數，嘗試用不同的方法改善圖像，將增強后的圖像與原圖像進行相比，觀察處理結果，不斷改進，這樣就可以使學生對直方圖均衡化圖像增強方法產生興趣。

二、通過開展研究性教學培養學生的自主學習和獨立思考能力

開展研究性教學，培養學生在教學中的主動性和創造性，它是以培養學生的獨立思考和創新實踐能力為核心的一種教學活動方式，可以提高學生的觀察、操作、研究的能力且開發其創新思維。具體實施步驟為：首先，教師根據課程內容，提出問題，解釋實驗題目的內容和研究目標。其次，學生查閱文獻資料，找到感興趣的課題題目。再次，在教師的指導下，學生提出解決問題的方案，激發學生自主學習和探究的動機，鼓勵學生自己編程調試實現，學生開動腦筋，親自動手，開發了學生的創造力并使其對該學科產生興趣。最后，實驗總結和評價。實驗結束，有針對性地找出典型實驗，對于最優解決方案和尚有不足的解決方案，分別對各方案的研究方法、技術路線、研究結論進行總結和評價。以醫學圖像處理的直方圖知識點為例，首先教師解釋該實驗題目的內容和研究目標，認識直方圖在圖像處理中的基本概念，接下來需要學生對教材的知識進行系統的掌握，并且要查閱相關資料，根據課本上直方圖的數學公式，利用Matlab軟件仿真出一幅圖像的直方圖分布，進而得出的仿真圖與利用Matlab圖像處理工具箱的imhist函數得到的直方圖分布圖片進行比較，根據兩者圖像曲線的相似度來判斷自己編寫的程序是否合理。學生完成上述步驟后，教師需進行實驗總結和評價并對本實驗進行統一演示，對共性問題統一解決，對個別問題應進行單獨輔導。

三、充分利用實驗室條件，通過實驗室教學，解決一些圖像處理問題

配合20學時的理論課程，安排了12學時的實驗課。設計了5個多達20學時的實驗內容供學生選擇，其中驗證性實驗2個8學時，目的是鞏固和掌握在醫學圖像處理理論內容中的基本的原理、算法及思想；綜合性實驗2個8學時，使理論課程中的重要知識點的綜合運用能力得到提高；設計創新性實驗1個4學時，運用理論知識解決實際問題、與本學科前沿研究相結合、注重培養學生創新能力的有效手段。選擇圖像處理中最重要的算法作為實驗課教學的主要內容，覆蓋了醫學圖像處理中圖像增強、圖像壓縮、圖像分割、圖像特征描述、彩色圖像處理等各個重要部分，并利用實驗室開放管理的模式為學生課下做實驗提供了條件，以滿足因材施教，體現以學生為主體的思想，以及滿足不同層次學生的需要。

四、通過實訓基地教學，開展拓展性探究學習

通過醫學院附屬醫院實訓基地教學，了解社會對該課程應用方向的實際需求情況以及創新技術進行項目開發，積累實踐經驗和工作技能，培養地科研、生產實踐一體化的創新型人才。增加課外設計實驗，鼓勵學生對算法改進或提出新的解決算法，加強學生的動手能力。加強科研訓練，培養創新實踐意識，重視實際研究性問題實驗，有針對性地提出研究性問題，讓學生利用所學知識進行解決。例如，我們提出了附屬醫院實際MRI圖像分割問題，讓學生利用圖像分割的方法去解決，提高學生開展科學研究的能力。這些科研訓練能提高學生思考問題、分析問題和解決問題的能力，培養其創新實踐意識，從而提高學生開展科學研究的能力，為今后工作打下良好基礎。

總之，針對醫學圖像處理課程的特點，結合學科組多年的教學經驗，在實驗教學實踐等環節中對如何培養學生的創新思維這個課題進行了一些具有改革性的嘗試，結合實驗教學案例，簡要闡述了如何利用實際的案例來激發學生的學習興趣和培養創新動機。通過教學效果能夠看出該實踐可以有效地激發學生的興趣，在培養學生的動手能力同時可以加深學生對實際問題的理解，加強了學生對知識綜合運用和創新研究的能力。

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基金項目：本文系2012遼寧省普通高等教育本科教學改革研究立項（2012-821），遼寧醫學院2012教改重大項目（ZD201205）子課題資助。

作者簡介：王克難，1961年2月出生，男，漢族，遼寧錦州人，副教授，從事物理學與電子技術教學工作。

編輯 魯翠紅