立德樹人背景下醫(yī)學影像物理學實驗改革探索*

張瑞蘭 劉迎九 李 寧 華 晶 蘭玉艷 周久光

(北華大學基礎(chǔ)醫(yī)學院 吉林 吉林 132013)

“立德樹人”是教育的根本任務(wù),大學教育要培養(yǎng)具有愛國主義情懷、堅定理想信念的社會主義建設(shè)者和接班人.我們要把立德樹人融入教學各個環(huán)節(jié),要把能力培養(yǎng)、價值引領(lǐng)工作貫穿教育教學全過程,實現(xiàn)全程育人、全方位育人[1].

教育教學過程又體現(xiàn)在一系列課程教學中,各類課程中都蘊含有豐富的思政教育資源,課程育人要結(jié)合本課程的特點發(fā)揮育人的作用,涉及教學內(nèi)容、方法、途徑等各個方面.

1 醫(yī)學影像物理學實驗的重要性

醫(yī)學影像專業(yè)始建于1984年,37年來我國的醫(yī)學影像學科高速發(fā)展,日新月異,對醫(yī)學影像學人才的需求也不斷提高.醫(yī)學影像設(shè)備是當今診斷領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展速度最快、技術(shù)最為復(fù)雜的一類大型醫(yī)療設(shè)備,雖然醫(yī)學影像設(shè)備、技術(shù)的研發(fā)及有效合理的使用需要多方面共同努力,但處于核心地位的是醫(yī)學影像物理學.醫(yī)學影像從宏觀形態(tài)進入到微觀形態(tài)、從細胞水平上升到分子水平,都是以醫(yī)學影像物理學為發(fā)展基礎(chǔ)的,醫(yī)學影像物理學是醫(yī)學影像的源頭和基礎(chǔ)[2].

醫(yī)學影像物理學是醫(yī)學影像學本科生重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程,專門講授現(xiàn)代醫(yī)學影像成像原理及圖像評價.醫(yī)學影像物理學以物理學的知識為基礎(chǔ),研究和解決與醫(yī)學診斷、治療有關(guān)的問題,為醫(yī)學影像診斷提供物理學依據(jù),即看到影像能夠知其所以然.醫(yī)學影像物理學是影像專業(yè)學生所學課程中為數(shù)不多的偏理工性質(zhì)的課程之一,是一門實驗科學,與其相關(guān)的物理現(xiàn)象和定律無不依賴于實驗.

課程教學幫助學生增長知識見識的同時,更要在厚植愛國主義情懷上下功夫,要在加強品德修養(yǎng)上下功夫,要在培養(yǎng)奮斗精神上下功夫,要在增強綜合素質(zhì)上下功夫[3].物理學課程蘊含著豐富的思政元素,巧妙融入實驗教學中,有助于訓練學生科學的思維方法、培養(yǎng)學生探索未知、追求真理、勇攀科學高峰的責任感和使命感.醫(yī)學影像物理學實驗課程在培養(yǎng)學生科學素質(zhì)、創(chuàng)新能力、研究能力方面有著突出優(yōu)勢,是學生科學素養(yǎng)養(yǎng)成的重要環(huán)節(jié).

2 醫(yī)學影像物理學實驗現(xiàn)狀

醫(yī)學影像物理學實驗在醫(yī)學影像人才塑造方面有著不可替代的作用,然而,通過調(diào)研,目前國內(nèi)醫(yī)學影像專業(yè)本科生醫(yī)學影像物理學實驗開設(shè)情況很不樂觀,主要原因有3個:

(1)實驗設(shè)備普遍比較昂貴,儀器不具備直接制約了醫(yī)學影像物理學實驗教學的開展.

(2)涉及放射防護,實驗室防護措施很難保障,也阻礙了實驗的開設(shè).

(3)缺乏恰當、便于實施又能充分培養(yǎng)學生素養(yǎng)的實驗項目及實驗指導.

教材是教學內(nèi)容的載體,不僅要反映學科的最新進展,而且還要生動地體現(xiàn)教育思想和觀念的更新.教育教學改革的成果最終要體現(xiàn)在教材中并通過教材加以推廣,這就要求教材建設(shè)應(yīng)貫徹全國教育大會精神,與教育教學改革相一致,把傳授知識、培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)融為一體.

目前,國內(nèi)大多數(shù)醫(yī)藥院校醫(yī)學影像物理學課程普遍使用的是2017年由人民衛(wèi)生出版社出版的國家衛(wèi)生和計劃生育委員會“十三五”規(guī)劃教材《醫(yī)學影像物理學》第4版(吉強、洪洋)及其配套實驗教材《醫(yī)學影像物理學實驗》第4版(仇惠、張瑞蘭),該教材有兩方面不足之處.

(1)難懂抽象的醫(yī)學影像物理原理類實驗的仿真實驗項目偏少.

(2)教材內(nèi)容更注重知識目標的達成,對技能目標達成度有待提升,欠缺達成素質(zhì)目標的意識.

3 改革措施

3.1 增設(shè)仿真實驗項目 彌補無法開設(shè)實驗的不足

X射線對人體存在輻射損傷,實驗室很難做到有效防護,加之設(shè)備昂貴,大部分學校無法開設(shè)此類實驗,X射線影像又是現(xiàn)代醫(yī)學影像的主要組成部分,必須補缺,因而開發(fā)了仿真實驗項目——X射線能譜仿真實驗、X-CT成像仿真實驗、X-CT窗口技術(shù)等,如圖1所示.

圖1 X射線影像仿真實驗界面

核磁共振成像原理抽象難懂,一直以來是學生普遍反映的難點,但同樣核磁共振影像也是現(xiàn)代醫(yī)學影像的主要組成部分,而且設(shè)備昂貴,很少有學校能開設(shè),故開發(fā)了仿真實驗項目——連續(xù)譜磁共振、核磁共振基礎(chǔ)仿真實驗、磁共振成像定位與K空間填充、磁共振成像仿真實驗等,如圖2所示.

圖2 磁共振影像仿真實驗界面

上述仿真實驗項目希望能對兄弟院校開設(shè)醫(yī)學影像物理學實驗有所幫助.

3.2 在實驗項目中體現(xiàn)立德樹人育人目標的設(shè)計與實現(xiàn)

醫(yī)學影像物理學屬于物理學科范疇,蘊含著豐富的科學思想、方法、態(tài)度和科學精神等德育元素.推動醫(yī)學影像的發(fā)展有賴于眾多物理學家的豐功偉績,實驗教學中可通過相關(guān)科學家事跡潛移默化培養(yǎng)學生勇于探索、敢于創(chuàng)新的精神,以及堅忍不拔、永不言棄的科學品質(zhì).借規(guī)律定理強化辯證唯物主義哲學思想,以前沿成果樹立責任意識[4],通過調(diào)節(jié)實驗數(shù)據(jù)培養(yǎng)精益求精、實事求是的科學作風,探索科學的方法、解決問題的途徑[5].具體設(shè)計與實現(xiàn)體現(xiàn)在每個實驗項目從實驗?zāi)繕说綄嶒瀮?nèi)容、步驟、思考題所有環(huán)節(jié)、整個過程中.融知識傳授、能力培養(yǎng)、價值引領(lǐng)于一體--“三位一體”,鑄魂育人.

3.2.1 實驗?zāi)繕酥性黾铀刭|(zhì)目標

每個實驗項目都有實驗?zāi)繕?根據(jù)實驗內(nèi)容、實驗步驟、實驗方法、數(shù)據(jù)處理、涉及的規(guī)律原理、科學家事跡等等不同,在原有知識目標基礎(chǔ)上增加了相應(yīng)的素質(zhì)目標.表1所示為幾個實驗項目的實驗?zāi)繕?

表1 實驗?zāi)繕酥性黾铀刭|(zhì)目標(舉例)

3.2.2 實驗內(nèi)容及步驟中增加選做部分,提升“兩性一度”

2018年11月24日,吳巖司長在第十一屆中國大學教學論壇上做了題為“建設(shè)中國金課”的報告,報告中提出了“兩性一度”的金課標準.“兩性一度”,即高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度[6].高階性就是知識能力素質(zhì)的有機融合.創(chuàng)新性是課程內(nèi)容反映前沿性和時代性,教學形式上體現(xiàn)先進性和互動性,學習結(jié)果具有探究性和個性化.挑戰(zhàn)度是指有一定難度,需要跳一跳才能夠得著.學生水平參差不齊,一部分學有余力的學生,可以增設(shè)選作部分,提升高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度,給學生們提供踮起腳尖夠一夠的機會,培養(yǎng)學生勇于探索、挑戰(zhàn)自我、不斷進取的科學精神.

【例1】實驗六 X射線半價層的測定

基本實驗內(nèi)容:在固定管電壓及固有附加濾過的情況下,使用標準鋁片作為濾過片,測其X射線的第一半價層H1、第二半價層H2,并計算其均質(zhì)性系數(shù)h.在此基礎(chǔ)上,設(shè)計選作部分:為了更深入地了解X射線在物質(zhì)中的穿透能力會受到哪些因素的影響,分別嘗試在附加濾過不變,改變管電壓數(shù)值以及管電壓不變而增加附加濾過兩種情況下重復(fù)上述實驗,并計算出第一半價層H1、第二半價層H2及均質(zhì)性系數(shù)h.

【例2】實驗三十一 筆形束X-CT成像仿真

完成基本實驗基礎(chǔ)上,增加了選做實驗:(1)保存模擬采集的原始正弦圖數(shù)據(jù),自行應(yīng)用iradon函數(shù)在Matlab或python環(huán)境下編程重建圖像.(2)應(yīng)用單機版軟件,同學們可自行設(shè)計樣品,經(jīng)數(shù)據(jù)采集后重建圖像.

【例3】實驗四十 磁共振弛豫時間測量

完成基本實驗基礎(chǔ)上,增設(shè)了選做部分:試從布洛赫方程出發(fā)通過數(shù)值模擬手段計算橫向磁化強度矢量Mxy和縱向磁化強度矢量Mz隨時間的變化關(guān)系,并給出橫向弛豫時間T2和縱向弛豫時間T1.(拓展自我的部分,有助于學生對知識的系統(tǒng)學習,培養(yǎng)他們汲取新知識、新經(jīng)驗的能力,體現(xiàn)挑戰(zhàn)度,鼓勵學生完成).

3.2.3 實驗過程中恰當融入思政元素

習近平總書記在2016年12月全國高校思想政治工作會議上要求: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(xié)同效應(yīng).2019年3月在學校思想政治理論課教師座談會上又強調(diào):要堅持顯性教育和隱性教育相統(tǒng)一,挖掘其他課程中蘊含的思想政治教育資源,實現(xiàn)全員全程全方位育人.2020年5月教育部印發(fā)《高等學校課程思政建設(shè)指導綱要》,全面部署課程思政建設(shè),要求所有課程所有教學環(huán)節(jié)擔負起育人責任.作為影像專業(yè)本科生重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,醫(yī)學影像物理學實驗堅決貫徹中央、教育部大會精神,積極挖掘課程思政元素,努力發(fā)揮理工類課程在培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)、創(chuàng)新精神及正確的世界觀等方面應(yīng)有的作用[7].

【例4】實驗二十 磁共振二維成像

在實驗步驟“8.改變成像縱橫比及有關(guān)參數(shù)調(diào)節(jié)”進行過程中,提醒學生思考:不同頻率編碼電流和不同相位編碼時間對圖像是如何影響的?如何正確完成脈沖序列設(shè)置?(總結(jié)上述問題,培養(yǎng)學生精益求精的科學素養(yǎng)和實事求是的科學作風,以及分析、比對、判斷的思維方法和能力.)

【例5】實驗二十二 磁共振四維成像

選作部分:將本實驗中的水換為其他類似的液體物質(zhì)研究化學位移成像的區(qū)別.(通過新穎的教學活動,喚起學生的創(chuàng)新意識,有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神,提高學生的創(chuàng)新能力.)

3.2.4 思考題中體現(xiàn)能力、價值達成

通過實驗整個過程,思考題中適當增加主觀思考題,答案對錯是其次,目的是引發(fā)學生積極思考,思考的過程中會經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、自主求索、解決問題、再提出問題的環(huán)節(jié),整個過程中提升學習能力,訓練高階思維能力.

【例6】實驗五 利用Photoshop處理數(shù)字圖像

經(jīng)過4學時的實驗,學生利用“圖像”菜單中各個命令對數(shù)字圖像進行處理,簡單方便,興致盎然.深刻體會數(shù)字圖像強大的圖像后處理特性的基礎(chǔ)上,思考:試想每一條命令操作如此方便,而功能如此強大,其背后是怎樣的程序在支撐?(探究其樂無窮)

【例7】實驗三十八 連續(xù)譜磁共振

實驗中選作部分為:應(yīng)用醫(yī)學物理學中的知識,通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)李薩如圖形,與本實驗中觀察到的李薩如圖像進行對比(體現(xiàn)高階性的部分,有助于養(yǎng)成良好的自學和綜合知識運用能力,培養(yǎng)勇于探究的科學素養(yǎng)).針對選作部分,給出思考題:通過選做部分學習,對李薩如圖形的形成有哪些認識?

4 結(jié)束語

通過增設(shè)仿真實驗項目,并在實驗?zāi)繕恕嶒瀮?nèi)容、步驟、思考題全方位改革、設(shè)計、融入思政元素,充分發(fā)揮實驗環(huán)節(jié)在培養(yǎng)學生探索精神、創(chuàng)新能力、科學素養(yǎng)等方面的優(yōu)勢.助力學生達成三維目標:知識目標、能力目標、價值目標,成長為具有良好職業(yè)素質(zhì)、一定科學素養(yǎng)的創(chuàng)新型醫(yī)學影像學人才.

本文所述醫(yī)學影像物理學實驗改革已用于北華大學醫(yī)學影像本科2017級、2018級、2019級三屆學生醫(yī)學影像物理學實驗課程教學中,效果良好.并于2021年獲批北華大學重點教改項目,2022年該項目獲批吉林省重點教改項目,包含47個實驗項目的《醫(yī)學影像物理學實驗》教材獲批吉林省首批本科重點教材.