獨立學院《醫學影像物理學》課程教學改革研究

陳菲 莫忠

摘要：醫學影像物理學是我校醫學影像技術專業的專業基礎課，這門課程屬于交叉學科，涵蓋了多門學科的內容，知識體系跨度大且抽象，學生普遍反映該課程入門難，理解晦澀難懂，學習興趣和主動性低，導致了該門課程的教學過程中出現了較多問題，教學效果不理想。從獨立學院的學生學習情況和現有的師資力量出發，在教學內容、教學方式、實踐實驗教學三個方面進行優化改進，結果證明，改革后的教學模式調動了學生學習的積極性和主動性，提高了醫學影像物理學的教學效果和質量。

關鍵詞：醫學影像物理學;教學現狀;教學改革;實踐教學

緒論

隨著科技的發展，醫學影像設備在臨床的檢驗和診斷過程中逐漸占據主導地位，如磁共振成像（MRI）、超聲成像、X射線成像（包括X-CT）及核醫學成像并稱四大影像，是目前醫院輔助診斷常用的檢查手段。醫學影像類設備致力于人類疾病診斷和治療，對人體內部情況進行可視化表達，需要表達的人體信息包括人體的解剖、生理、心理三種類型的信息。

醫學影像從宏觀形態進入到微觀、從細胞水平上升到分子水平都是以醫學影像物理學為發展基礎。醫學影像物理學是醫學影像的源頭和基礎。

醫學影像物理學是我校醫學影像技術專業學生的一門專業基礎課，醫學影像物理學的任務是為醫學影像技術專業學生學習醫學影像設備學、醫學影像檢查技術等后續課程奠定有關醫學影像的物理基礎。

醫學影像物理學融合了醫學影像和物理學，以物理學的知識為基礎，通過介紹輻射波與人體的相互作用，將人體內部組織、器官的形態結構、功能等，以影像的形式展現出來，是研究和解決與醫學診斷、治療以及與人體基礎研究有關問題的交叉學科。

現狀分析/在教學中普遍存在的問題

醫學影像物理學包含了影像診斷學中的物理現象和物理學方面的基礎理論知識，匯集了物理、數學、計算機、醫學等多門學科，基于高等數學、量子物理、核物理學、超聲波物理等知識之上，課程交叉性極強。

（一）教學內容多、涵蓋面廣、知識點抽象難懂

我校針對本課程，選用的教材為《醫學影像物理學》（第?4?版，吉強、洪洋主編，人民衛生出版社，2016?），授課對象為大學二年級學生。教學基本內容包括：X射線物理、X射線影像、超聲波物理、超聲成像、磁共振物理、磁共振成像、核醫學物理、核醫學影像、電離輻射防護等。

根據教材內容和篇幅的設置，本課程主要篇幅涵蓋了四大影像技術（即磁共振成像、超聲成像、X射線成像（包括X-CT）及核醫學成像）的物理基礎和成像原理。由于每種成像模式所用到的輻射波各不相同，因此所需的人體成像數據信號的采集方式和方法也各不相同。不同章節所涵蓋的不同成像技術，運用到的物理原理和知識相差甚遠，不同部分的交集非常少。譬如磁共振成像所采用的的輻射波是射頻電磁波，主要通過氫質子橫向磁化矢量自由旋進使線圈感生電信號進行成像信號的采集;超聲成像采用的是超聲波在人體組織中的反射或散射回波信號進行數據讀取;X射線攝影采用的輻射波是X射線，成像基礎是人體內不同組織對X射線的吸收程度不同，通過采集透過人體攜帶內部信息的X射線進行成像。

每部分的內容涵蓋了物理學、數學、電子學、生物學等學科。內容繁雜、涵蓋面廣，理解抽象難懂是本課程的特點，無疑增加了教師的教學難度和教學效果，更重要的是增加了學生學習的難度和影響了學習的積極主動性。

（二）學生的基礎較差、學習積極性不高

獨立學院是我國高等教育大眾化過程中出現的一種新的辦學模式，經過多年的發展，獨立學院已成為我國高等教育的一支重要力量。獨立學院的學生學風普遍欠佳，學習態度不夠端正、學習投入度也不高，學生較少具有課前預習、課后復習功課的學習習慣。最重要的是，學生普遍物理、數學、電子等理工學科基礎薄弱，對抽象難以理解的科目往往采取回避或消極對待的態度。

在本校，本課程面向對象為專業基礎知識薄弱的大二學生，學生前期相關知識儲備較少，僅儲備了少量課時的醫用高等數學和計算機應用基礎以及醫用物理學等課程知識。醫學影像物理學課程要求學生重點掌握X線、CT、MRI等成像的概況、相關成像技術的基本成像原理，這些內容的知識點涉及到卷積計算、自相關函數等數學知識，磁矩、磁化矢量、角動量等原子核物理概念，以及頻譜分析、濾波等基本知識。這些基礎理論知識對于獨立學院理工科薄弱的學生而言，抽象、枯燥、難懂，使他們對本課程的學習失去興趣并出現了畏難情緒，極大的打擊了他們的自主學習能動性和積極性，逐漸喪失對本門課程的興趣。在課堂教學過程中，由于學生的積極性降低，因此課堂上和與教師的配合度較差，導致課堂效果和教學質量的下降，無疑增加了授課教師的教學難度。

如何在有限的課時內，使理工知識相對薄弱、理性思維相對欠缺的獨立學院理工科學生有較大的收獲，是教師一直要思考并亟需解決的難題。

（三）師資力量

影像技術專業的培養目標是使學生學以致用，將來就業工作時能更好的服務臨床。我校的醫學影像物理學的教學由生物醫學工程專業教師承擔，醫工專業教師對涉及的物理等理工科的知識把握較好，但醫學方面知識欠缺，在授課時往往專注于物理學知識的講授，醫學影像部分的內容屬于空白狀態，未能將物理和影像知識有機結合，學生無法真正理解如何將物理知識應用在臨床醫學影像，未能達到學以致用的目的。

另外，我校現有的高學歷的專業教師較少，具備較大行業影響力的專家教師較為稀缺，尚未形成一支高素質、高水平的專業教師隊伍。教師參與的相關研究課題也比較少，發表的相關學術論文數量十分有限，獨立院校的經費支持也導致了學校很難承擔起人才培育工作。

獨立學院教學改革和創新

針對上述所提出的問題，結合獨立學院學生理工科基礎知識薄弱、專業師資力量匱乏的實際情況，本課程改革的內容包括了優化教學內容和探索合適的課堂教學模式，并在此基礎上增添一定數量的實踐實驗課時，增強學生對課程的認知，提高學習本課程的積極性。

（一）教學內容的優化

我校該課程的《醫學影像物理學》教材中，內容分為X射線、超聲波、磁共振、放射性核素四大影像技術和輻射的生物效應及防護等五個模塊，每個模塊包含了成像技術的基本物理原理和成像原理及其應用。在教學內容的優化中，將教材中與學生于大一學習過的《醫用物理學》重復的內容進行了刪減。學生在醫用物理課程中學習過X射線的基礎知識，譬如X射線的產生條件、X射線的產生裝置、X射線的性質以及X射線與物質的相互作用等，這部分內容將不再在《醫學影像物理學》的課堂上進行重復和詳細講解，采用簡單回顧的方式取而代之。

教材中涉及了一些內容逐漸過時，在目前臨床上應用較少或已被其他技術取代，授課時對該部分知識點進行刪減。如模擬X射線成像技術中，增感屏、醫用膠片等內容在臨床診斷檢查中已很少使用，對教材中涉及到的該部分內容進行刪除。經過類似一系列臨床很少使用的成像方式涉及到的知識點進行刪減、整合、優化，重點突出授課內容。這也節約出一些課時，利用這些節約出來的課時對臨床廣泛應用的數字X射線成像技術、X-CT、多普勒彩超、MRI、PET等醫學影像技術進行詳細講解，并補充相關最新技術。這樣使學生在課堂上可以了解最新的影像技術水平，學生一定程度上適應了科技的進步，而且了解了影像物理學的臨床應用價值。

對較多涉及高等數學、電子學等部分的內容，在課堂講授時盡可能用通俗易懂的語言代替晦澀難懂的抽象概念，盡可能避免復雜的數學推導。如在X-CT圖像重建的數理基礎一部分中，盡可能運用圖解法進行講解。MRI原理中用到的角動量、磁矩、旋進、梯度磁場、K空間等知識采用定量和定性分析相結合，以定性分析為主的策略，將抽象的內容客觀化具體化，以學生通俗易懂的形式進行講解。

（二）教學方法和模式的優化

在教學中，以往的教學模式以教師為主導，教師上課進行理論講解，學生屬于被動接收知識。在教學模式的改革中，探索新的課堂教學模式，強調并確立學生的主體地位，提倡研究性教學，促使學生主動參與到教學，調動學生主動積極思考的能動性，并在此過程中培養他們分析問題和解決問題的能力。

講授完部分內容后，提供思考問題，采用分組討論法和任務驅動法，將學生們分成若干學習小組。學生們課下采用自主利用網絡教材查閱知識的方式，結合小組討論，在接下來的課堂中，學生們進行回答并討論總結。這不僅提高學生對知識的理解能力，還增強了他們的自主學習意識以及合作能力。如在CT斷層成像之前，提出“斷層的含義;如何確定體素的衰減系數;CT值的本質”等問題，學生通過思考，小組討論，將答案以作業的形式上交，教師通過作業可以了解每個小組對問題的理解、討論情況，及時了解了學生的學習情況。這一系列的過程，正是學生分析問題、解決問題的能力培養過程。

利用多媒體教學手段，采取圖形、動畫等表現形式將枯燥的、晦澀難懂的公式概念進行直觀演示，可以增強學生的學習興趣。網上公開課堂的獲取也非常方便，如慕課、網易公開課堂等。向學生分享知名高校的相關慕課視頻或公開課堂，為學生提供充足的教學資源和自主學習的環境，這對本課程的教學也是一種補充和拓展。

（三）實驗教學的改革

有效的學習過程包括“實踐、認識、再實踐”，實踐這一過程是必不可少的。在醫學影像物理學的教學過程中，也應遵循實踐和認識結合的規律。在向學生傳授理論知識的同時，應該給學生提供實踐的機會，才能使學生更好的吸收、鞏固理論知識。

在以往的課程設置中，本課程為純理論教學，教師只進行理論講解。學生對抽象難懂的知識點接受度較差，對課程內容沒有清晰的認識，學習主觀能動性較低。因此醫學影像物理學的實驗課程設置是尤為必要的，增設一定數量的實驗課時可以很好的調動學生的學習積極性和主動性，引導學生從被動學習向主動學習，也能讓他們提高對本課程的認識。

醫學影像物理學實踐教學中，對應的實驗項目特點是高投入、高危險和難實現。高投入：影像設備包括x線設備、磁共振設備、CT設備等。這些設備的價值昂貴，教學經費的投入遠遠達不到教學規模需求，獨立學院的經費支持非常有限，且設備僅應用于普通示教大材小用。高危險：X線設備和CT設備是利用X線成像，X線對人體輻射危害，使得在具體實驗過程中并不能用實際的X線操作。難實現：在磁共振成像教學中磁共振原理、磁共振成像的過程無法用實時實驗顯示，而在用醫院實際設備實習時，由于設備昂貴，病人太多，時間有限，學生最多只能動眼不能動手。

我校影像實驗室配有臨床常見的大型影像設備虛擬仿真教學平臺，軟件涵蓋了普通X線、CT、MRI等設備、操作檢查及圖像形成原理等仿真教學模塊，在脫離硬件設備的環境下，可獲得與硬件成像教學相類似的實驗效果。利用虛擬仿真軟件，學生可以清晰的了解各設備的構造以及成像流程。

虛擬仿真軟件通過類似于網絡游戲的操作，生動有趣的實驗模擬調動學生的實驗積極性，鍛煉了學生們的動、動腦能力。在學生學習完一種成像模式的物理原理后，接著采取相應的實驗教學，可以進一步增強學生對課程知識的理解，也提高了他們的興趣。虛擬仿真教學模塊中，設置有考核的方式。學生在做完實驗后，仿真教學軟件相應模塊將針對學生的操作、處理等方面的情況，給出客觀的評價與成績。教師可以根據成績，清晰的了解學生掌握知識的情況和實踐操作的水平。有助于教師了解學生掌握相關知識的情況。

結語

優化教學內容、改革傳統教學方法、增加以虛擬仿真平臺為基礎的實驗教學，這使學生主動參與到了教學過程中，培養了學生分析、解決問題的能力，而且激發了學生學習專業知識興趣，幫助學生建立起了將物理知識應用到臨床上的概念，對本課程的理解有了較為清晰的認識。

在這種思路指導下，醫學影像物理學課程教學改革效果良好，學生和教師課堂上相互配合程度很大程度上得到了改善提高，學生對課程的反饋較好，教學效果取得了穩步的提高。

影像設備更新迭代的步伐越來越快，使得作為理論基礎的醫學影像物理學的教學改革也要一直持續進行，以使教學內容、教學方法和教學手段更適合新的教學要求和進展，跟緊時代的進步。

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