生物醫學工程專業“醫學影像設備學”課程教學改革探索與實踐

繆月紅 楊 帆 陳 晉

貴州醫科大學 貴州貴陽 550025

一、概述

生物醫學工程是運用工程學的原理和方法，從分子、細胞、組織、器官、生命系統各層面研究并解決生物醫學問題，加深人類對生命現象的認識，提高人類健康水平的綜合性學科。醫學影像設備是生物醫學工程的一個重要技術領域，它是指利用各種不同媒介作為信息載體，將人體內部組織和器官的結構、機能信息、生化信息等以影像的方式表現出來的各種設備，主要包括醫用X線機、X線計算機體層成像設備(X-CT)、磁共振成像設備(MRI)、超聲成像設備以及核醫學成像設備等。由于醫學影像含有豐富的人體信息，可以幫助醫生了解人體內部病變的類型、大小、形狀、位置等情況，從而為疾病的診斷和治療提供有效的依據。醫學影像設備是衛生資源的重要組成部分，對生命科學和醫療衛生事業的發展起著重要的推動作用，是現代醫院必不可少的醫療設備。“醫學影像設備學”是一門綜合性學科，主要研究醫學影像設備的基本原理、基本結構、性能評價、臨床應用、安裝維護、質量保證，是生物醫學工程專業的核心課程。

二、生物醫學工程專業“醫學影像設備學”教學現狀

我校面向生物醫學工程專業開設的“醫學影像設備學”這門課程，其課程性質為專業必修課，授課學期為第6學期，授課學時為54學時，其中理論課36學時，實驗課18學時。課程內容包括八大部分：普通X線成像設備、計算機X線攝影設備(CR)、數字化X線成像設備(DR)、數字減影血管造影成像設備(DSA)、X-CT成像設備、MRI設備、超聲成像設備、核醫學成像設備。選用的教材是石明國、韓豐談主編，人民衛生出版社于2016年出版的《醫學影像設備學》。課程的教學目標是使該專業的學生了解醫學影像設備領域的概貌；掌握大型醫學影像設備的基本原理、基本結構、技術參數、性能評價以及應用特點；具備研發、管理、安裝與維護醫學影像設備的基本能力；培養學生對醫療行業的認同、對中國制造的堅信，樹立高尚的職業道德，弘揚大國工匠精神，激發學生的專業自豪感和愛國情懷。

然而，“醫學影像設備學”課程在教學過程中存在著諸多問題。第一，教學內容多，課程學時少。“醫學影像設備學”的教學內容包括八種成像設備，而理論課課程僅有36學時，這對于大型醫學影像設備的理論教學是遠遠不夠的。第二，知識點復雜抽象。該門課程必須全面運用數學、物理學、電子學、電磁學、計算機技術等多種學科知識來闡述影像設備的基本原理和基本結構，涉及的知識點復雜深奧、抽象難懂。學生學習時不僅需要有扎實的基礎知識，還需要有較強的邏輯思維能力和空間想象能力，這給教師的課堂講授以及學生的學習帶來了較大的難度。第三，教材知識結構不完善，對于成像原理的介紹較少。而成像原理是基石，只有在掌握基本成像理論的基礎上，才能更好地理解儀器的硬件結構和臨床應用等。此外，近年來人工智能、半導體技術等技術的發展，不斷驅動著醫學影像設備的升級換代，而所用教材的出版年份是2016年，且有些影像設備已被淘汰，難以滿足現代醫學影像設備的教學需求。第四，理論與實踐脫節。醫學影像設備價格昂貴，普通院校難以將各種影像設備配備齊全，因此學生缺少動手實踐的機會。

三、生物醫學工程專業“醫學影像設備學”教學改革思路

“醫學影像設備學”課程改革秉持以學生為中心、教師為主導的現代教育理念；不斷更新教學內容，優化教學內容組織形式；強化以問題為導向的教學方法，激發學生的學習興趣；充分利用網絡教學資源，解決教學內容多，課程學時少的問題；引進實驗教學用儀器設備，精心設計教學方案；不斷加強校院、校企合作，促進醫學影像設備實習實訓基地建設；進一步優化教學評價方式，注重培養學生的綜合能力，促進學生全面發展。

四、生物醫學工程專業“醫學影像設備學”教學改革舉措

(一)教學內容改革

依據生物醫學工程專業培養方案的要求，結合醫學影像設備行業的發展趨勢，對醫學影像設備學的教學內容進行了合理整合及優化。

針對教材知識結構不完善的問題，我們選取了李真林、雷子喬主編，人民衛生出版社于2016年出版的《醫學影像成像理論》作為參考教材，對成像原理部分的內容進行補充；引入《中國CT和MR雜志》《IEEE transaction on medical imaging》等期刊作為課外拓展閱讀材料；關注醫學影像設備領域的學術會議，如北美放射學年會，獲取不同公司發布的最新影像技術和設備資料，從而對醫學影像設備領域的知識進行更新和拓展，進一步豐富本課程的教學內容，構建完整的知識體系。

針對教學內容多、課程學時少的問題，我們舍棄CR等已被淘汰的影像設備的教學內容，且不拘泥于某一具體型號的影像設備的結構及電路，課堂上著重講解各類影像設備的成像原理、基本結構、技術參數及性能評價等共性的知識點。充分挖掘有關影像設備的安裝與維護方面的網絡教學資源，要求學生利用課后時間進行自主學習，并對自主學習內容提出學習目標和要求。學生通過自主學習，一方面可以打破傳統課時少的限制，使學習的內容更加豐富；另一方面可以將理論知識與實際問題有機結合，增強學生對課程內容的理解。

(二)教學方法改革

課堂教學離不開“教”與“學”的互動，教學的最終目的是將理論知識運用于實際。針對課程知識點復雜抽象、教師難講、學生難學的問題，教師應轉換教學思路，變革傳統的“灌輸式”課堂教學，采用現代化的教學方法，如以問題為導向的教學方法、思維導圖法等。

以問題為導向的教學方法是將學生置于問題環境當中，學生高度發揮主觀能動性，充分利用已學知識，廣泛搜集領域信息，尋找問題的解決方案。教師則是課堂的引導者，首先需要幫助學生掌握相應的基礎知識，構建認知架構，然后在此基礎上合理地設計問題，指引學生解決問題，并對結果進行有效評估。以問題為導向的教學方法，其關鍵在于問題的設置，應根據學生的知識儲備情況和思維能力，細致考量問題的難易程度。如果問題過于簡單，則不利于啟發學生，難以培養學生分析問題和解決問題的能力；如果問題難度較大，則會打擊學生的學習積極性，破壞學習興趣。只有難度適中的問題，才能起到引發學生思考，培養學生的學習興趣和持續學習意愿的作用。例如，工頻X線機燈絲加熱電路的空間電荷補償裝置部分，教師先對空間電荷的定義、空間電荷補償目的及補償原理進行講解，然后設計問題，讓學生對變壓器式空間電荷補償電路進行分析；又如CT圖像重建算法中的傅里葉變換重建法部分，教師先對中心切片定理進行講解，然后引導學生思考如何利用中心切片定理來重建CT圖像。學生在解決以上問題的過程中，不僅需要靈活應用到本節課的新知識，還需要應用到物理學、高等數學等相關學科的知識，通過啟發引導和相關學科內容的關聯、互補，可以激發學生的求知欲，幫助學生形成系統的知識結構，強化學生對于理論知識的理解和掌握，培養學生的思維能力和解決問題的能力。

思維導圖是一種表達發散性思維的工具，它利用圖形、關鍵字、顏色等要素，在各級主題之間建立鏈接，把單調乏味的文字信息變成具有高度組織性的彩色圖譜。利用思維導圖法對“醫學影像設備學”知識點進行加工整理，將知識脈絡用生動的圖像表示出來，可以充分調動左腦的詞匯、數字、分析、邏輯能力和右腦的色彩、空間、想象能力，從而加深對知識點的理解和記憶。圖文并茂的思維導圖不僅是一種將知識可視化的思維工具，還是一種將人腦發散性思考方式具體化的思維方法，將其整合到教學過程當中，可以將單一化、模塊化的知識轉變為系統化的知識結構，有效加強知識點之間的內在聯系，不僅能促進聯想，豐富知識架構，提高學生的學習效率，還能培養學生的發散性思維能力和創造性思考能力。

(三)實踐教學改革

“醫學影像設備學”是一門實踐性、應用性較強的學科，因此必須高度重視實踐教學。實踐教學改革首要的是為學生創造豐富的實踐機會，其次是不斷優化實踐教學體系，從基礎驗證型、綜合型、設計型、創新型四個維度設計實踐教學項目，努力將知識目標、能力目標、素質目標融為一體，培養兼具理論知識、實踐能力和創新精神的醫學影像設備專業技術人才。

為保障“醫學影像設備學”實踐教學的順利開展，提高實驗實踐教學水平，我校大力引進實驗教學儀器設備，積極搭建醫學影像設備實驗教學平臺。目前該平臺已具備影像設備學綜合試驗臺、紐邁EDU MR20型核磁共振成像技術實驗儀、紐邁核磁共振分析應用軟件、紐邁核磁共振成像軟件、紐邁核磁共振圖像處理軟件、紐邁MRI虛擬數據采集與圖像重建軟件、深圳時邁M60系列彩色多普勒超聲診斷系統以及附屬醫院淘汰的X線球管一個、超聲成像設備多臺。利用該平臺已經開設的實驗項目如下表所示。

“醫學影像設備學”實驗項目及課時分配表

然而醫學影像設備實驗教學與實際的設備安裝、維護及臨床應用之間還存在一定的差距，為了使實踐教學盡可能貼近實際應用，提高實踐教學的真實性、應用性，我校還不斷加強校院、校企合作，努力搭建醫學影像設備實習實訓基地。醫科院校開設生物醫學工程專業具有得天獨厚的優勢，我校生物醫學工程專業的學生在前六學期完成所有科目的課堂學習之后，將會在第七學期被安排到我校附屬醫院的影像科、超聲科、設備科等科室實習，部分優秀的學生還有機會到上海聯影醫療科技有限公司、貴陽惠翼醫學影像科技有限公司等影像設備公司實習。實習過程中，學生可以親身接觸到各種醫學影像設備，了解它們的使用與操作流程，深入體會設備的工作原理、基本構成以及臨床應用。特別是進入公司實習的學生，可以進入工廠了解影像設備的內部結構，還可以參與到影像設備的安裝、維修甚至研發等過程。通過這些寶貴的實習機會，不僅可以加深學生對于醫學影像設備知識的理解和掌握，并且能夠促使學生應用理論知識來解決實際問題，為以后的就業打下良好的基礎。

(四)教學評價改革

為了適應課程教學內容、教學方法以及實踐教學方面的改革，不斷提高學生的課堂參與度和學習積極性，提升教學質量，需要摒棄傳統的教學評價方式，不斷加大對學生學習過程的考核力度，豐富評價指標。具體做法是將課堂表現成績、自主學習成績、實驗成績和期末考試成績按照20%、20%、20%、40%的比例計入總評成績。其中，課堂表現主要利用雨課堂進行考核，主要包括考勤、回答問題、課堂討論等方面；自主學習成績主要從網絡資源的學習情況、文獻閱讀情況、課后測試等方面進行評定；實驗成績主要從實驗課表現、實驗報告、實驗結果等方面進行考查。

結語

“醫學影像設備學”是一門具有較強的理論性和實踐性綜合性學科。在新工科建設教育背景下，為了進一步提高課程教學質量，我校教學團隊深刻剖析教學過程中遇到的知識點復雜抽象、教師難講、學生難學、教材不完善、課程學時少、理論與實踐脫節等一系列問題，努力從教學內容、教學方法、實踐教學、教學評價等方面進行教學改革的探索與實踐。具體做法是充分利用網絡教學資源、學術會議、科研文獻等豐富教學內容，優化教學內容組織形式；采用先進的教學方法，如以問題為導向的教學方法、思維導圖法等；搭建實驗教學平臺，促進醫學影像設備實習實訓基地建設；進一步優化教學評價方式，促進學生全面發展，從而為國家培養更多高素質的生物醫學工程專業技術人才。