醫學影像技術專業融入課程思政的卷積微課教學設計與實踐

劉東艷 崔麗娟 劉桂然 范素軍 李芳 秦瑞平

摘? 要 針對“卷積”知識點進行教學設計，挖掘其蘊含的課程思政元素，形成微課設計案例。引領學生認識到科技發展不斷推動社會進步，應用卷積解決醫學影像問題，并利用調查和測試數據對此微課的教學效果進行分析，實踐表明：教學效果良好。

關鍵詞 卷積；課程思政；醫學影像技術；微課

中圖分類號：G642.3? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）13-0032-03

0? 引言

微課是指運用信息技術按照認知規律呈現碎片化學習內容、過程及擴展素材的結構化數字資源，其以教學內容短小精悍、教學目標清晰明確、應用方式靈活方便的特點深受教師和學生的青睞[1]。2016年10月，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調：“要用好課堂教學這個主渠道，思想政治理論課要堅持在改進中加強，提升思想政治教育親和力和針對性，滿足學生成長發展需求和期待，其他各門課都要守好一段渠、種好責任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應?！盵2]本文探討在卷積微課中融入課程思政，在傳授知識的同時實現立德樹人。

1? 醫學影像技術專業卷積教學現狀

卷積是復變函數與積分變換課程的重要內容之一，是醫學影像技術專業后續課程醫學影像成像原理、醫學圖像處理等的重要基礎，也是人工智能核心技術——卷積神經網絡的重要基礎。卷積內容理論性較強且計算復雜，學生不易掌握，更難以應用。

1.1? 教師直接講定義公式，導致學生理解困難

大多教師在講解卷積時，一般都是直接給出連續函數的卷積定義式，而不講卷積的實際意義。卷積的定義式較長且復雜，學生不理解就容易記錯，導致計算不正確，更談不上在本專業中應用。

1.2? 教師注重理論推導和計算，但缺乏應用，導致學生學習興趣不高，學習主動性不足

目前，大部分醫學影像技術專業數學教師為純數學專業教師，講授知識時重點大多在純數學的理論推導上[3]，由于缺乏對醫學影像學科的了解，難以將卷積與醫學影像聯系起來，更難以講解其在醫學影像中的重要應用，這樣會直接導致學生學習興趣不足，缺乏學習主動性。

2? 卷積微課教學設計

基于教學現狀，有必要將卷積內容重新加以設計，制作成微課，以便醫學影像技術專業學生理解和應用。此微課教學設計堅持“以學生為中心”的理念，整體思路為：問題引入—實例引出定義—卷積計算—卷積應用（解決問題）。

2.1? 引入

由于卷積定義較為復雜枯燥，因此從與本專業相關的內容入手，以引發學生學習的興趣。從醫學影像的第一張X光照片——倫琴夫人的手的影像入手，這是一張布滿很多噪點的不清晰影像，設置問題：如何得到清晰的影像呢？答案就是應用卷積，從而引出微課要講的主題。

2.2? 卷積的定義

在講授卷積定義時，從“往平靜的水面扔石頭”的例子開始講解，一般化后引出離散卷積的定義，再轉化為連續函數的卷積定義。

【例1】往平靜的水面扔一個“單位石塊”，將此時定義為0時刻，水面產生的水花高度為h（0），隨著時間的流逝，高度逐漸降低。在t=1時刻，衰減為h（1）；在t=2時刻，衰減為h（2）。假設t時刻后，“單位石塊”產生的水花高度為h（t）。在t=0，t=1，t=2時刻，各扔一個石塊。假設t時刻投入水中的石塊是單位石塊的f（t）倍，則在t=0，t=1，t=2時刻產生的水花高度各為多少？

2.4? 卷積的應用

再回到有噪點的倫琴夫人的手的影像，影像上每一個點都對應一個像素值，提取全部像素值得到一個二維矩陣。為應用卷積去噪點，首先將一維離散卷積定義推廣到二維：

選取一個合適的矩陣，與原影像像素矩陣做卷積，就可以得到一個新的矩陣，即沒有噪點的清晰影像。

【課程思政點】科技推動社會發展進步。從倫琴發現第一張醫學影像X光照片開始，影像技術不斷發展，現在可以獲得清晰的二維影像，但這仍然不符合現代精準醫學的標準。目前，醫學影像三維可視化技術為醫學的智能化發展作出巨大貢獻，能夠幫助醫務人員更直接地觀察病人的病灶，更準確地提出精確的診療方案。如何將二維影像轉化為清晰光滑的三維影像，使之符合現代的精準醫學要求呢？卷積在里面起著什么樣的作用？如何計算？讓學生課下查閱資料認真思考。此外，卷積在許多領域都有所應用，可以用于各種信號的處理，如手機通信信號、地震信號等，在地圖導航系統中也應用到了卷積。

2.5? 小結

卷積和加減乘除一樣，是一種運算，但又有自身的神奇之處。領會其內涵，將其應用到醫學影像人工智能領域，不斷創新，引領醫學影像智能化。讓學生認識到科技在不斷推動社會發展進步，引發其科學研究熱情和創新精神。

3? 卷積微課教學實踐

為檢驗此微課的教學效果，在對河北醫科大學2018級醫學影像技術專業教學時，將班級分為兩組進行教學，一組（實驗組：90人）使用此微課教學，另外一組（對照組：41人）采用傳統方式進行教學。其中，傳統方式教學過程為：直接給出卷積定義，接下來講卷積的計算，不講應用。課后統計學生自我評價并進行測試。

3.1? 學生自我評價統計

兩組學生的自我評價統計如圖2所示。從圖2可以看出，使用此微課教學，約90%的學生更容易理解卷積，學習興趣和主動性大大提高，認為數學與醫學影像技術專業高度相關，能夠促進其創新和進行科學研究。

3.2? 測試成績對比分析

兩組學生的測試成績結果如表1所示?？梢钥闯觯瑢嶒灲M平均成績和優秀率明顯高于對照組，不及格率明顯低于對照組，說明此微課的教學效果較好。

4? 結束語

本微課的教學設計旨在引導學生應用卷積知識解決醫學影像問題。本微課能夠改變學生認為數學枯燥乏味的印象，從實際生活中的現象“往平靜的水面扔石頭”出發，提高學生學習興趣，促進其主動學習。同時，本微課改變了學生認為數學與本專業相關度不高的想法，從第一張影像圖片入手，提出問題，讓學生通過所學能夠最終解決問

題；再提出現代精準醫學的要求，讓學生認識到科技發展不斷推動社會進步，引發學生求知探索的欲望和不斷創新的科學精神。將卷積知識點制作成微課，可以讓學生利用碎片時間學習，實用性強，也可以為教師講授此知識點提供思路。

參考文獻

[1]王燕飛，薛冬梅，楊州.切比雪夫不等式的微課程教學設計與實踐[J].吉林化工學院學報，2020（8）：59-62.

[2]習近平在全國高校思想政治工作會議上強調把思想政治工作貫穿教育教學全過程 開創我國高等教育事業發展新局面[N].人民日報，2016-12-09（1）.

[3]劉東艷，范素軍，劉桂然，等.醫學影像技術專業工程數學教學改革[J].中國教育技術裝備，2019（17）：92-94.