医学院校数字图像处理实验教学改革研究

张鑫　陈伟斌

摘要：《数字图像处理》课程是研究图像所含信息的提取、加工、传输等问题，它广泛应用于生物医学工程、电子信息工程、计算机、自动化等领域。针对在医学院校工科专业教学中数字图像处理课程存在的问题，从实验教学内容、实验教学方法、实验操作环节等方面提出相应的改革方案。实践证明，这些改革措施可以提高教学效果。

关键词：数字图像处理；实验教学改革；医学院校

一、现状分析

数字图像处理课程是多学科的交叉，与很多专业都有很密切的联系，而且发展速度较快，目前，医学院校工科专业教学中数字图像处理的实验教学存在以下几个问题[1-4]：

1.对课程基础的要求与学生现状的矛盾

《数字图像处理》课程通常以高等数学、线性代数、概率论统计、信号与系统、数字信号处理等课程为基础，涉及的基础数学知识相对庞杂，但是学生对上述课程的概念往往不能与本课程的概念融会贯通，从而使得学生的学习积极性降低，学生对实验结果的分析能力得不到提高。如果在实验课程中摒弃课程基础知识过分强调应用技能的传授又会导致本科实验教学过于简单。因此，探索合理的实验教学模式，应用较合理的实验教学手段，提高学生的积极性，才能使学生更好地掌握本学科的知识并作为后续发展的知识储备。

2.没有较合理的利用医学院校独特的医学资源

在医学科研和临床诊断中，形态学的分析及各种成像技术的不断发展使图像处理技术成为医学科学中的一种重要技术和方法。传统的《数字图像处理》课程侧重于介绍图像处理和分析的基本原理、典型方法和实用技术，在医学院校中，应该结合医学院校中与医学相关的影像设备，完善课程的教学内容，培养学生将工程技术的科学方法应用于医学图像相关的研究中，培养多元化的思维方式。因此，在该课程的实验教学中需要结合相关的医学背景对实验教学内容进行相关的改革。

3.实验教学体系完整性

除了教学内容和教学方法外，实验是《数字图像处理》课程的一个重要的环节，传统的《数字图像处理》课程教学大都偏重于理论，一些已有的实验也主要是针对特定图像处理的一些应用，缺乏图像处理技术应用与实践相结合的系统的实验组织，同时也缺少与医学相关的实验应用及实践性操作。因此，需要探索建立相对完整的理论与实验教学体系。

二、实验教学内容的改革

1.针对不同层次的学生，调整实验教学内容

针对学校本部统招本科生，应从理论加技术的角度出发，选择较易理解的部分内容进行实验教学讲解及仿真模拟实验，一些理论性强的知识点可作为了解性内容，在实验课程中可以给出具体的演示实例；对于独立学院而非学校本部的学生来说，由于其理论基础较薄弱，应从应用的角度出发，在实验教学内容上强调常用的图像处理软件的使用方法，并能对基础的实验应用进行模拟应用。

2.针对不同专业的学生，发挥医学院校的优势，调整实验教学内容

笔者所在学校开设的《数字图像处理》课程是面向生物医学工程专业和电子信息工程专业本科学生的专业课程。在进行实验教学内容设定时，分析不同专业的教学大纲及培养目标，结合专业特色和新的教学大纲要求，制定合适本专业的实验教学内容。例如生物医学工程专业的学生在专业课程学习中接触医学影像、医疗设备的专业知识比较多，在数字图像处理课程实验教学中可以增加一些与医学影像相关的图像处理技术，可以侧重理解投影重建、图像重建、图像融合、形态学图像处理等方面的图像应用技术，利于学生将学过的专业课程进行融会贯通。对于电子信息工程专业的学生，由于平时动手能力较强，在进行图像程序仿真的同时可以引导学生进行硬件相关的图像设计，在设计相关实验案例时，可以结合学生在电子电路及信号处理方面的优势，例如进行图像灰度变换算法仿真模拟时可以加入电路板缺陷检测等为案例。

三、实验教学方法的改革

该课程实验教学方法的改革，主要是实现以下目标：增加课程的应用性和趣味性、充分调动学生的积极性和参与性、激发学生的求知欲和创造力。

为了实现这些目标，教师要从基础的备课做起，由于数字图像处理技术发展较快，在备课时，要查阅当前应用较多的技术，同时还要把前沿技术发展趋势应用于实验教学，在备课中还要多引入实例教学，对于有医学背景专业的学生可以加入图像处理在医学方面应用的案例教学。

具体的实验教学方法主要体现为以下几点：

1.根据教学内容，精心提炼教学重点，设计启发式实验教学方案

启发式教学主要是注重培养学生自主学习和创新精神，针对教学重点给出启发式问题，引导学生通过资料查询、小组讨论等方式进行解答。具体思路是：

（1）分析数字图像处理教学内容。在本科阶段，数字图像处理课程理论教学主要讲述六部分内容：图像处理基础、图像变换理论、图像压缩编码、图像增强、图像恢复和图像分割。根据教学内容，有针对性地设计一系列的启发式实验教学点，同时根据学生具体学习中的问题，对启发式实验教学点进行调整和更新。

（2）根据启发式实验教学点，结合学生的学习反馈，针对教学内容，设计6-12个实验讨论题目，并制定详细讨论要求。要求学生每6人分一组，选定讨论题目，在实验课堂内进行分组讨论并总结。

（3）对于教学中的难点，启发式实验教学可以详细分为四个阶段：教师精讲阶段、学生调研阶段、学生图像算法实验阶段、学生讲解演示阶段。

2.注重不同图像算法的应用范围，结合医学背景特色，设计案例法实验教学方案

针对具有医学背景和非医学背景在图像处理方面具体应用上存在的差别，设计3-6个典型的应用案例，贯彻图像处理课程实验教学的整个过程。具体思路是：

（1）案例的选择与准备。实验教学案例的选择要结合实际，除了让学生掌握理论外，还要让学生对所学的知识如何用、怎么使用有所了解。

（2）对于具有医学背景专业学生（如生物医学工程专业），在设计图像案例时，可以结合学生的医学背景，例如讲解图像代数运算时可以以数字减影、细胞活动度检测等为案例；在讲解边缘检测环节，可以以细胞技术、癌细胞识别等为案例；讲解图像变换时，可以以医学图像配准为案例，充分发挥医学背景特色。

（3）对于其他专业学生（如电子信息工程专业），在设计图像案例时，可以结合学生在电子电路及信号处理方面的优势，例如讲解图像灰度变换时可以加入电路板缺陷检测等为案例。

通过案例法教学，可以使学生更好地利用自己的专业特色，培养学生相应的思维运作模式，教会学生如何分析问题，解决问题，体现教育的真谛[3]。

四、实验操作环节的改革

1.实验教学平台的改革

在实验教学平台的选择方面，可以进一步改革。目前所使用的实验平台是MATLAB平台。数字图像处理实验软件平台通常可以分为两类：（1）编程性软件，MATLAB平台，OpenCV平台等；（2）应用软件，ImageJ平台，Photoshop平台等。在实验教学中可以结合这两类平台，互为补充，调动学生学习的积极性。对于接触硬件课程较多专业的学生，可以在基础实验之余增加一些硬件平台、图像采集平台等。

2.实验考核方式的改革

通常的实验考核方式是学生完成实验项目后撰写相应的实验报告，存在的问题是实验报告相似度较高，抄袭现象严重。针对这种情况，可以对考核方式进行相应改革，可以结合自己感兴趣的课题进行实验论文的撰写，同时对感兴趣的算法加以实际应用并进行仿真实验，在实验考核部分加入学生论文及仿真实验程序，既可以调动学生的积极性，又可以在实践中进行学习。例如有学生在自己进行实验课题撰写的时候选用了雾天图像增强的内容，将课堂上学过的算法应用到了实际拍摄的雾天图像中进行处理，有些医学知识较丰富的学生选择了影像图像进行了分割、理解等内容的分析与仿真，这样既调动了自己学习课程的积极性，也为课程实验交上了满意的答卷。

五、结 语

随着数字图像处理理论和技术不断发展和完善，《数字图像处理》的课程教学和实践也应不断吸收新知识，丰富教学内容，因此，对该课程实验教学改革研究具有可行性和必要性。在《数字图像处理》课程实验教学改革研究中，可以根据不同层次的学生，发挥医学院校为背景的优势，精选实验教学内容，注重师生之间的交流及学生创新意识与综合设计能力的培养。随着实验教学改革的不断深入和完善，该课程会取得更加良好的教学效果，使学生的信息综合设计能力和创新能力有明显的提高。

参考文献：

[1] 赵珊，刘静.《数字图像处理》课程教学改革探讨[J].

科技资讯，2010，（4）：178-179.

[2] 吴欣慧，杨军平，李静.数字图像处理课程实践教学的

探索与应用[J].教育教学研究，2010，（4）：116-118.

[3] 周耿烈，鲁逢兰.图像处理技术精品课程建设[J].计算

机教育，2010，（18）：101-104.

[4] 郭建林.应用型本科数字图像处理教学改革与实践[J].

安阳工学院学报，2010，（4）：124-126.

[5] 韩晓玲，丁翠红.基于行动研究的教育技术实践教学创

新策略研究——以《计算机图像处理》课程为例[J].

现代教育技术，2012，22（7）122-125.