融合線上線下的醫(yī)學(xué)圖像處理課程教學(xué)改革探究

劉艷麗，貝翠琳，高小濤，董現(xiàn)玲，昝程

（承德醫(yī)學(xué)院，河北 承德）

一 引言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)越來越多地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，醫(yī)學(xué)成像設(shè)備越發(fā)的高精尖、各種醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性要求也越來越高。專業(yè)培養(yǎng)中引入醫(yī)學(xué)圖像處理課程的定位是利用計算機(jī)對醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行處理與分析，相關(guān)方法涵蓋了理、工、醫(yī)等多學(xué)科知識的交叉融合，因此我校在專業(yè)課程群建設(shè)中融入了復(fù)變函數(shù)與積分變換、MATLAB基礎(chǔ)與應(yīng)用、Python語言應(yīng)用、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、醫(yī)學(xué)影像原理等多門必修課程，不難發(fā)現(xiàn)，課程模塊從學(xué)科抽象的基礎(chǔ)理論到實(shí)際應(yīng)用跨度較大，知識繁雜，而我校作為普通的本科醫(yī)學(xué)院校，理工科基礎(chǔ)較為薄弱，學(xué)生基礎(chǔ)亦參差不齊[1]，總體較綜合性大學(xué)還有一定的差距，往往表現(xiàn)出數(shù)理基礎(chǔ)不夠扎實(shí)，綜合運(yùn)用能力較為不足的現(xiàn)象。我校自2010年開始陸續(xù)為本專科學(xué)生開設(shè)了醫(yī)學(xué)圖像處理課程，結(jié)合學(xué)生基礎(chǔ)和教學(xué)實(shí)際，一直在探究適合校本學(xué)生特點(diǎn)的教學(xué)方式。雖然課堂上引入了仿真軟件，但學(xué)生大多以被動接收知識、單純驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)生的主動性和參與性不夠，很難進(jìn)行實(shí)踐創(chuàng)新及實(shí)際應(yīng)用。

近年來信息技術(shù)和教育教學(xué)的日益融合、大規(guī)模在線開放課程（MOOC）等資源共享為教育教學(xué)改革提供了新思路和新途徑，應(yīng)用MOOC資源可突破課堂教學(xué)的時間和空間限制，學(xué)生可以因地制宜，大大提高了學(xué)習(xí)便利性，但在逐步實(shí)施過程也發(fā)現(xiàn)有效的師生互動不足、專業(yè)特色不突出等問題，單純依賴網(wǎng)絡(luò)平臺很難做到學(xué)生的因材施教[2-3]。2020年新型冠狀病毒肺炎疫情的突然發(fā)生給人們正常生活帶來了極大困擾，而另一方面也進(jìn)一步推動了線上教學(xué)與混合教學(xué)模式改革。如何更好地融合線上線下教學(xué)模式，揚(yáng)長避短，以期達(dá)到線上教學(xué)的便利性、個體性兼顧線下教學(xué)互動性的特點(diǎn)[4]，是教育者們積極探索的。

隨著我校教育教學(xué)信息化的持續(xù)推進(jìn)，應(yīng)用超星學(xué)習(xí)通搭建網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，可上傳完整的教學(xué)資源，包括課程簡介、教學(xué)大綱、章節(jié)建設(shè)、配套教學(xué)視頻等資源，學(xué)生可自主安排線上資源的學(xué)習(xí)時間，可進(jìn)行重復(fù)學(xué)習(xí)并提出問題，同時教師可依據(jù)學(xué)生的反饋設(shè)置當(dāng)前教學(xué)進(jìn)度，整理收集學(xué)生的問題結(jié)合課程重難點(diǎn)進(jìn)行線下課程的精講和解疑，使學(xué)生更好地掌握教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)一步提高線下教學(xué)的有效性。同時，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺可以將學(xué)生學(xué)習(xí)的實(shí)時數(shù)據(jù)及時記錄，如視頻的點(diǎn)擊量、學(xué)習(xí)次數(shù)（反芻比）、參與討論等，形成對學(xué)生平時成績的動態(tài)化考核，教師可通過學(xué)生對本門課程的學(xué)習(xí)習(xí)慣、階段性成績等進(jìn)一步分析，調(diào)整教學(xué)進(jìn)度，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，極大地促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高[5]。

二 教學(xué)設(shè)計和思路

我校開設(shè)的醫(yī)學(xué)圖像處理課程共46學(xué)時，20個理論學(xué)時，26個實(shí)踐學(xué)時。通過學(xué)習(xí)通平臺建設(shè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課程，依據(jù)專業(yè)培養(yǎng)要求和教學(xué)大綱設(shè)計并上傳相關(guān)的教學(xué)資源。區(qū)別于傳統(tǒng)的固有教學(xué)模式，學(xué)生不受學(xué)習(xí)進(jìn)度的約束，以章節(jié)為結(jié)點(diǎn)，實(shí)施課前引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、課中指導(dǎo)，增加課上師生互動，引導(dǎo)學(xué)生思考討論、課后有效實(shí)踐，完善整個教學(xué)活動。

在課程開展之前，預(yù)先建立課程的微信或QQ群，介紹課程的教學(xué)方法及準(zhǔn)備相關(guān)軟件。要求學(xué)生利用課下登錄課程平臺完成課前預(yù)習(xí)、觀看視頻講解、章節(jié)測驗(yàn)及知識點(diǎn)討論環(huán)節(jié)，以理論強(qiáng)化和相關(guān)知識點(diǎn)梳理為主。課中老師針對各個章節(jié)內(nèi)容重要知識點(diǎn)梳理引發(fā)集體思考和討論，一方面可以檢查學(xué)生的自主學(xué)習(xí)效果，另一方面有助于學(xué)生對整理課程內(nèi)容的把握和鞏固，為實(shí)踐環(huán)節(jié)做好充分準(zhǔn)備。課后布置實(shí)踐任務(wù)，從臨床影像實(shí)際案例出發(fā)，選擇比較典型的臨床應(yīng)用案例如腦科學(xué)應(yīng)用、胸外科應(yīng)用、骨科應(yīng)用等圖像進(jìn)行設(shè)計情境式實(shí)踐教學(xué)，考查學(xué)生對圖像綜合處理的方法和算法，實(shí)現(xiàn)工程技術(shù)解決醫(yī)學(xué)實(shí)際問題的深度融合。

三 教學(xué)過程和實(shí)施

本科階段醫(yī)學(xué)圖像處理課程定位為基本的醫(yī)學(xué)背景圖像處理和方法，是通用數(shù)字圖像處理技術(shù)的改進(jìn)和創(chuàng)新[6]，前期課程中學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了數(shù)學(xué)及信號處理算法，并在各門課程中進(jìn)行了公式推導(dǎo)和邏輯訓(xùn)練。因此本門課程在講解時盡量簡化一些繁雜的公式推導(dǎo)，難理解的知識點(diǎn)教師適當(dāng)引導(dǎo)，并鼓勵學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)資源自主復(fù)習(xí)理解。按照醫(yī)學(xué)圖像處理的流程，課程內(nèi)容設(shè)計了圖像的基本知識、醫(yī)學(xué)圖像增強(qiáng)、分割、配準(zhǔn)與融合及圖像的三維重建和可視化等主要章節(jié)。在完成章節(jié)項(xiàng)目實(shí)踐的基礎(chǔ)上推薦開放性綜合案例如人臉識別、細(xì)胞檢測、超聲圖像分割應(yīng)用等提升訓(xùn)練，以適應(yīng)學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)、學(xué)習(xí)興趣濃厚的學(xué)生。為了進(jìn)一步加強(qiáng)線上及線下融合，教師準(zhǔn)備了八個專題內(nèi)容，對線上內(nèi)容進(jìn)行梳理和總結(jié)，以問題思考來呈現(xiàn)，課上兼顧討論與分析，加深學(xué)生對知識的理解（如表1）。

表1 專題引導(dǎo)式教學(xué)設(shè)計

四 實(shí)踐環(huán)節(jié)保障

學(xué)生可以自主選擇用MATLAB或者Python軟件進(jìn)行圖像處理和分析仿真，線下選用醫(yī)學(xué)圖像處理仿真實(shí)踐教程，合理分配驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)時間。除此之后，建議學(xué)生以3～4人成立興趣小組，對感興趣的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域圖像進(jìn)行收集，查閱相關(guān)論文資料，充分了解圖像的獲取及病理圖像特點(diǎn)，應(yīng)用常規(guī)的算法調(diào)試參數(shù)進(jìn)行處理，加強(qiáng)學(xué)生綜合能力及對理論知識梳理和靈活運(yùn)用能力，開展項(xiàng)目驅(qū)動實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題和解決問題的工程思維能力[7]。

有效的軟件仿真的另一個方面是算法編程實(shí)驗(yàn)，地方醫(yī)學(xué)院校學(xué)生的編程能力有限，但是對于圖像處理而言，優(yōu)質(zhì)的算法對分析效果的好壞至關(guān)重要，因此需進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生編程和應(yīng)用能力。圖像處理實(shí)驗(yàn)室實(shí)施開放制度，鼓勵學(xué)生利用課下分析研究算法，然后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室仿真討論，及時發(fā)現(xiàn)不足。

五 強(qiáng)化綜合性課程設(shè)計

在項(xiàng)目驅(qū)動實(shí)驗(yàn)中，推薦學(xué)生學(xué)習(xí)新技術(shù)、新方法進(jìn)行設(shè)計。學(xué)生依據(jù)前期的興趣點(diǎn)深入選題設(shè)計，在一周時間里完成學(xué)生或小組自評、ppt展示、小組他評、教師點(diǎn)評、分析和總結(jié)等環(huán)節(jié)。極大程度地挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)興趣、思考問題的廣度和深度以及分析解決問題的能力，體會到開拓新思路、一分耕耘一分收獲的樂趣，同時孵化醫(yī)工融合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目。將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入到專業(yè)教育中，是建設(shè)創(chuàng)新型國家的重大戰(zhàn)略。要提高創(chuàng)新能力，則需要專業(yè)知識、創(chuàng)新方法和工具、創(chuàng)新實(shí)踐三個環(huán)節(jié)的教學(xué)。利用大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程培養(yǎng)學(xué)生在醫(yī)工交叉領(lǐng)域的創(chuàng)新設(shè)計能力。利用TRIZ理論分析當(dāng)前醫(yī)工交叉科技作品的不足，培養(yǎng)學(xué)生利用創(chuàng)新設(shè)計工具尋找問題，優(yōu)化設(shè)計能力。同時鼓勵學(xué)生參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目和各種學(xué)科競賽，指導(dǎo)學(xué)生從“醫(yī)學(xué)圖像處理+醫(yī)學(xué)”選題，以算法為核心，嘗試解決醫(yī)學(xué)中尚未解決的問題，彌補(bǔ)課堂教學(xué)的不足。

六 教學(xué)評價

利用網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行混合式教學(xué)可以有效把握學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，再利用授課環(huán)節(jié)把握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。學(xué)生可以多次反芻重難點(diǎn)知識，要求學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)提交作業(yè)或者實(shí)驗(yàn)報告，如果完成得不好，教師可打回重做，并且每步分?jǐn)?shù)可查，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的緊迫感。課上也可以利用學(xué)習(xí)平臺要求學(xué)生遵守課堂紀(jì)律，可以通過手勢、位置簽到、隨機(jī)點(diǎn)名、討論題統(tǒng)計分?jǐn)?shù)、作業(yè)互評等方式調(diào)節(jié)課堂氣氛，提高學(xué)生課堂主動性和參與度。

教學(xué)評價中形成性評價在結(jié)課后由學(xué)習(xí)通平臺自動生成，包含課程視頻、章節(jié)測樣、章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)、參與討論、作業(yè)或?qū)嶒?yàn)報告環(huán)節(jié)，總占比40%，終結(jié)性評價期末考查，包含理論和實(shí)踐操作，盡可能多的開放題目，總占比60%。開放性綜合案例旨在引導(dǎo)學(xué)生興趣，增加對學(xué)科方向的深入理解，盡量不給學(xué)生造成較強(qiáng)心理壓力，因此不計入必考項(xiàng)目。但如果完成得好，可適當(dāng)增加5分的總評分。教學(xué)評價設(shè)計如表2所示。

表2 線上線下融合教學(xué)評價方案

七 結(jié)語

近年來，基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺建設(shè)日益成熟，尤其是在2020年全民抗疫過程中發(fā)揮了極大的優(yōu)勢。本文以醫(yī)學(xué)圖像處理課程實(shí)施混合式教學(xué)改革為例，共享優(yōu)勢高校教學(xué)資源，同時結(jié)合院校實(shí)際因地制宜，不斷提升教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)醫(yī)工融合型的應(yīng)用人才。