《生物醫學圖像編程實現技術》課程思政建設改革探索

楊春蘭 周著黃 高宏建 孫 珅 吳水才

（北京工業大學 北京 100124）

《生物醫學圖像編程實現技術》是北京工業大學生物醫學工程專業研究生的選修課。針對該課程教學內容中 ITK和VC均采用英文開發平臺的特點，筆者前期分別進行了雙語教學課程建設和線上課程建設，取得了預期教學效果。習近平總書記在全國高校思想政治工作會議中強調，“高校思想政治工作關系高校培養什么樣的人、如何培養人以及為誰培養人這個根本問題。要堅持把立德樹人作為中心環節，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，實現全程育人、全方位育人，努力開創我國高等教育事業發展新局面”。因此，思想政治工作必須以學生為中心，只有不斷提高學生思想水平、政治覺悟、道德品質、文化素養，才能為社會培養德才兼備的合格人才。

我校為進一步把貫徹落實全國高校思想政治工作會議和《中共中央國務院關于加強和改進新形勢下高校思想政治工作的意見》精神引向深入，大力提升高校思想政治工作質量，在課程育人質量提升體系建設中，大力推動以“課程思政”為目標的課堂教學改革，通過優化課程設置，修訂專業教材，完善教學設計，加強教學管理，梳理各門專業課程所蘊含的思想政治教育元素和所承載的思想政治教育功能，融入課堂教學各環節，進而實現思想政治教育與知識體系教育的有機統一。

生物醫學圖像分析是生物醫學工程專業和從事圖像處理等相關專業的研究熱點，而目前生物醫學工程專業研究生程序設計和編程實踐能力亟待提高?！渡镝t學圖像編程實現技術》的課程目的是使學生學會利用VC和ITK等編程工具完成生物醫學圖像處理的程序設計和相關科研任務；此外，采用雙語授課能夠提高廣大研究生和工程技術人員的專業詞匯量和閱讀英文文獻的水平。本課程實踐性強，以往傳統課堂教學中經常出現學生因個別環節沒有聽懂或者調試出錯，后續無法繼續順利學習的情況；而在線學習方便學生分節點學習和復習編程步驟，各章節之間聯系緊密，便于學生查找程序錯誤，提高動手能力和解決問題的能力，實現使用上機指導說明書與教學情境同步化，充分發揮網絡教學的資源優勢和特點。基于上述課程特點，筆者認為在課程教學中，思想政治改革的重點在于培養學生不畏困難、主動探索的自主學習意識，踏實認真的職業素養，以及廣闊的國際視野和家國情懷。以下將根據上述改革思路，具體討論思想政治元素在本課程教學中的融入方案。

1 思政改革實施方案

在以往的教學中，我們更加注重學生對教學內容、知識點的掌握情況，通常用作業、考試等手段來督促和考查學生的學習效果。如何充分調動學生主動學習的內驅力，也是思政改革的重要目標之一。筆者擬在各章節內容的教學方式上做出重要的調整，以充分發揮學生自主學習的主動性為設計目標，重點培養學生實踐動手能力和自主探索的創新意識。這里給出幾個典型案例加以分析。

1.1 生物醫學圖像分析技術的研究概況

關于該章節，除對生物醫學圖像分析的相關概念進行講解外，擬加大該技術在臨床醫學領域的實際應用背景認知教育環節。在這一環節中，一方面通過動態視頻等多媒體形式讓學生直觀了解醫學圖像分析技術的實際應用價值，一方面為學生展示國內外最新學術研究動態。此外，增加學生自主探究的學習內容，通過小組匯報的方式，要求學生進行國內外與醫學圖像分析技術相關的行業信息調研，包括與其相關的醫療器械、產業化進展、醫學圖像分析研究領域的課題組成果等。

在完成上述任務的過程中，學生需要充分發揮主觀能動性，積極探索獲取信息的多元化途徑，包括參加醫療器械展覽會等實際考察和體驗的方式。此外，學生還將借助網絡工具，鍛煉其檢索主題內容并從中總結、提煉、歸納的能力。由于要求檢索信息不僅局限在國內，通過大量查閱國外文獻和行業網絡資源，學生將了解醫學圖像分析技術的國際前沿和程序設計的重要性，進一步開拓國際視野。此外，在進行總結匯報的過程中，能夠直觀比較國內外該技術的差異，增強其趕超國際先進技術的民族自信心，弘揚中華民族奮發圖強、吃苦耐勞的傳統美德。

小組協作進行口頭匯報的任務方式，可增強學生的團隊合作意識，培養其在團隊任務中的大局意識和主動發揮個人特長的奉獻精神和參與意識，為其日后的工作和學習提供模擬鍛煉的平臺。

1.2 生物醫學圖像分割程序設計

圖像分割是生物醫學圖像分析技術的重要內容,也是當前人工智能分類識別技術的熱點。在這一章節的傳統教學中，筆者以概念講解、案例示范為主要教學內容和教學方式，學生課上以單向輸入為主，缺乏自主思考的時間。課程改革以充分調動學生學習當前熱點技術的熱情為主要教學目標，在基本概念的講解和介紹之外，提前請學生進行調研并在課堂展示調研成果和存在的問題。

該章節將圖像分割技術的實質與當前人工智能的熱點相結合，從模式分類在醫學圖像領域的應用入手，讓學生充分了解模式分類等人工智能技術在醫學領域發揮的重要作用。在自主調研的過程中，讓學生把握國際前沿動態和我國科技發展規劃政策，將研究生階段的學習目標和規劃與就業聯系起來。通過本章節的學習，期望培養學生的愛國主義精神，讓學生充分了解國情，特別是我國生物醫學成像技術和生物醫學圖像分析技術的發展水平，激發其參與先進技術創新的熱情和自主學習的內驅力。

此外，利用學生調研環節，進一步培養其閱讀國內外文獻的基本科研素養，將技術應用的出口作為課堂學習的入口，提高其理論聯系實際的實踐能力和學以致用的大局意識。在調研的過程中，鼓勵其發現問題，并在查閱資料和教師的指導下嘗試進一步解決問題。

1.3 生物醫學圖像配準程序設計

生物醫學圖像配準是生物醫學圖像分析技術領域的難點，也是相關編程實現技術的難點。傳統教學過程中，圖像配準的概念、步驟以及數學變換公式的講解占據了主要環節和時間，但學生課堂吸收效果不理想，很多學生數學基礎不扎實，對圖像的幾何變換，特別是編程設計環節概念不清晰。針對上述諸多問題，該章節的教學改革以配準在手術導航中的重要作用為主導線索，首先使學生明確配準的應用背景和重要臨床意義，并讓學生明確技術精度要求對醫學臨床應用結果的巨大影響。其次，為學生多方面提供學習資源，特別是視頻類電子資源，以及醫學圖像分析軟件產品的開拓學生思考問題的角度和方式，培養學生自主探究問題的主動意識和創新精神。

本課程依托 ITK（Insight Segmentation and Registration Toolkit）平臺，重點讓學生在理解醫學圖像分析技術的基本概念后，能夠基于該平臺的工具包開發簡單的程序，實現生物醫學圖像的相關處理功能。因此，程序設計能力的培養是本課程在技術實踐方面的關鍵教學目標。程序設計要求學生具備一定的數學基礎和邏輯分析能力，以及嚴謹認真、不畏困難的做事態度。圖像配準的相關程序設計，要求學生深入理解圖像變換的基本原理，以及圖像插值等圖像配準技術涉及的基本方法。

本章節的程序設計作業，擬在前期教學方式上做出重要調整，即學生需要對程序設計流程、程序調試過程中遇到的難點問題進行動態記錄，可以采用錄屏或者PPT制作的形式，在課堂上進行分享交流。通過上述方式,學生由被動接受和完成學習任務,轉變為激發自主學習熱情和參與實踐過程,這對于學生提升程序設計和分析能力,以及研究生階段解決實際問題的動手能力,有很好的促進作用和成效。

1.4 期末作業提交和口頭匯報展示

期末作業是對本課程學生學習效果的檢驗及其對應掌握內容的歸納總結。改革之前以上機作業和相應實驗報告的書面形式為主。因部分學生本科期間程序設計基礎較差，上機作業必須依賴其他同學的幫助尚能完成，學生作業內容相似度較高，無法體現個體差異和檢測學習漏洞。為切實提高學生的實踐動手能力和編程水平,改革后擬充分考慮學生的基礎水平和專業背景,將同一知識模塊的作業題目進行難易不同程度的區分,學生可以根據自身情況選做相應的上機題目。

筆者期望能夠通過考核形式的改變，給予學生更多貼切其實際客觀情況的指導練習，讓學生腳踏實地的根據自身水平進行相應的學習，避免浮躁和依賴他人的不良心態，樹立勤奮、熱情、進取的價值觀和良好品質。

口頭匯報部分，沿用改革前團隊協作的形式，但將團隊人數控制在三至四人以內。為開拓學生視野，匯報內容要求學生查閱國內外文獻，并以英文形式制作PPT和講解匯報。團隊分工協作的各項任務，要求團隊成員在匯報時明確進行講解并對主講學生匯報的內容進行補充。在該項環節中，還要求學生圍繞匯報內容主題，說明國內外的差異并鼓勵學生進一步結合國情等因素分析原因，增強學生的大局意識和科學思維，培養其敢于創新和適應社會等綜合能力。

因此，充分利用課堂的各個實踐環節，提升思想政治教育的針對性，堅定文化自信，加強學生的理想信念教育和樹立積極向上的價值觀。

2 小結

生物醫學圖像編程是生物醫學圖像分析領域研究生應掌握的基本技能。作為教師，以創新思維培育學生自主學習的能力和科學思維，是在教學課堂內落實思想政治建設的關鍵。如何發揮“科學課堂”作用，弘揚科學精神，加強科研育人的效果，將科研素養的培養融入課堂教學目標，是落實本課程思想政治改革的重要環節。在后續教學改革中，我們將用好課堂教學的主渠道，將家國情懷、文化自信和正確積極的人生觀、價值觀傳遞給學生，促進學生全面發展，為其步入社會打下良好基礎。