《医学图像处理》课程教学质量改进方法的探讨

李明彩，李晓辉

（1.新乡医学院生物医学工程学院，新乡 453003；2.河南科技学院信息工程学院，新乡 453003)

《医学图像处理》课程教学质量改进方法的探讨

李明彩1，李晓辉2

（1.新乡医学院生物医学工程学院，新乡 453003；2.河南科技学院信息工程学院，新乡 453003)

结合学院生物医学工程专业《医学图像处理》课程的教学现状，分析教学中现存的主要问题。通过对国内其他院校相关课程的教学改革模式进行对比研究，提出以教学和实践为主线的适应学院本科教学资源配置和发展需要的具体措施。在专业内实施的反馈信息表明，这些措施对教学质量改进具有较大帮助。

《医学图像处理》课程;生物医学工程;教学质量;教学模式改革

0 引言

《医学图像处理》是生物医学工程专业本科教育的必修课程，是数字图像处理技术在医学影像领域的应用，课程以医学图像处理的基础知识、理论和技术为主要内容，要求学生掌握常用的医学图像处理方法，并具备一定的编程能力，能将算法应用于具体的医学图像处理和实践。课题组在多年教学实践中发现，课程理论性和实践性较强的突出特性使得其教学效果往往不够理想。本文通过调研国内相关课程教学模式，立足本院软硬件条件，提出以教学和实践为主线的适应学院本科教学资源配置和发展需要的具体措施。

1 课程教学现状分析

数字图像处理技术应用之广泛和深入使得它受到高校和科研机构重点关注，很多高校包括理工科、农医科专业都开设了相关课程，研究实施恰当的教学模式改革以提高教学水平是共同的课题。湖南大学电气与信息工程学院将理论知识传授、项目综合设计能力培养和工程实践能力训练有机结合的教学模式值得学习，但其依托的重点实验室资源却是我院努力建设但仍欠缺的[1]；河南理工大学计算机科学与技术学院按照“理论讲解-实例演示-算法实现-实验实践”[2]模式循序开展教学可以借鉴，但涉及医学院工科背景相关的项目实践较少；南通大学电子信息学院通过实验和课程设计的开展以及第二课堂的实施等实践教学环节的改革措施[3]，激发了学生兴趣，教学效果提高，但局限于实验课程课时设置，我院很难复制其模式；还有其他学校都在实践教学[4-5]和理论教学[6-8]方面采用了一些适应其自身特色的改革措施，对比分析找到适合自己学院特色的方式才是重点。

我校生物医学工程专业设在医学院校中，医学背景虽具备一定优势，但工科背景稍显薄弱，从学生素质到课程安排、特别是对于实践教学的重视程度都与纯工科院校有不小差距。当前《医学图像处理》课程存在以下问题。

（1）教学环节存在的问题

课程设置方面问题：48个理论课时和18个实验课时，理论教学用于讲授基本理论和方法课时数尚可，但采用传统教学方式讲授，教学手段单一；实验教学内容多为包括医学图像显示、变换、增强、复原、重建等基本算法的验证型实验，与其他工科背景院校的差距较大[7]。

学生基础方面问题：客观上，图像处理课程理论性强，公式枯燥，学生兴趣不高；而主观原因是学生自身有畏难和懒惰情绪，知识被动灌输；再者前期课程如数学、数字信号处理等学习不够扎实，编程类课程仅学过C语言和MATLAB程序设计，教学效果不理想，实践能力的培养也受到限制。

（2）应用实践环节存在的问题

毕业设计、大学生创业计划、实习、考研和工作都属应用检验环节，涉及医学图像处理相关的课题和内容，学生相关知识和技能的欠缺就凸显出来，充分表明该课程学生仅掌握了皮毛来突击应试，教学质量和实践技能都亟待提高，需跨越大三大四年级将教学和实践结合起来，实现前后呼应相辅相成。

为解决存在的问题，本文提出在现有资源配置基础上采用多元化模式改善教学方法提高教学水平、通过形成性评价手段把控学生学习环节的质量、通过实践教学的改革改善学生实践应用的能力。

2 教学-实践为主线改进教学质量的方法研究

2.1 教学方面开展的改进措施

吸引、监督学生主动或被动的完成教学任务是成功实施改进措施的前提，保护学生学习兴趣非常重要。课题组在教学实践中发现学生的兴趣起伏很规律。课程一开始，看到图像处理技术在医疗诊断、模式识别、人工智能等前沿科技方面的巨大潜力，学生绝大部分兴趣非常浓厚；当学习到图像采集，因与医学和前期学科结合较紧密，兴趣还能保持；到了图像增强、复原等中后期内容，兴趣会慢慢流失，学习流于表面，一方面是大量的公式算法和理论不理解，产生畏难情绪，另一方面学习本身就是时刻跟上不能松懈。这就要求在教学周期内教师引入科技前沿信息强调课程重要性、采用更多元的教学手段、通过综合性评价制度提高对学生的要求，全面整体把控教学环节。

（1）充分利用多媒体技术。PPT讲授已成为最常用的教学手段，可方便的结合动画、图片等接受度较高的多媒体技术将PPT设计的更加吸引学生[9]。鉴于医学图像处理课程理论和实践相结合的特性，可进一步将理论和MATLAB编程结合起来，比如学习对数变换来实现傅里叶频谱显示时，纯公式和曲线变换不够直观，而展示变换效果示例图后学生仍然不能深入理解傅里叶频谱为什么要先对数变换再显示，可事先从MATLAB运行环境中将原图图像矩阵、傅里叶频谱矩阵、频谱变换后矩阵分别拷贝在Excel表格里展示给学生，辅以详细说明；再如对于较为复杂的卷积和滤波运算，可结合Excel自定义计算公式结合MATLAB真实矩阵、代码语句展示给学生。这种将宏观图像理解算法功能、微观像素矩阵级别上剖析算法结合实施起来教学效果较好。

（2）PBL教学模式和翻转课程的结合[5]。PBL(Problem Based Learning)是基于问题的学习模式，选择若干较为枯燥的知识点以“提出问题-分组讨论-翻转课程”的方式开展教学，教师提前布置问题，学生通过分组讨论课下学习，在课堂上由学生推演问题结果。教师需设计好教学内容、引导学生解决问题并做好补充教学，如图像复原章节枯燥公式较多，可设计运动模糊图像复原方法、大雾模糊图像复原方法等面向问题有针对的学习。这种学生主导的教学活动可以调动学生积极性、锻炼学生自己解决问题的能力。

（3）建立形成性评价制度。加强对学生学习过程的评估和评判，将学生考勤、作业、课堂表现、翻转课堂、期中期末考核成绩综合在一起，形成对整个医学图像处理教学环节的综合性评价标准，改善学生被动学习的现状。

2.2 从应用实践角度开展的改进措施

（1）实验课程的教学改进

除了优化课程配置、增加实验教学课时外，需在有限的课时内最大化的强化实验教学效果。学生前期仅接触过C语言编程和MATLAB程序设计且动手能力不强。实验课程定位为对关键算法以及基础原理的实践，预期通过实验能对编程工具有更深入的了解。

教学重点做到重视实例教学，引导学生通过实例学习提高自己；重视工具学习，要求掌握MATLAB的跟踪、调试功能，充分发掘工具功能更有利于理解算法；增加贯穿整个课程的综合性实验，建立3-5人实验小组，锻炼独立解决问题的综合能力；编程能力锻炼因材施教，对于有兴趣参加参加大学生创业项目和毕业设计有意向选择图像处理相关课题的学生，提高动手实践要求，单独布置第二课堂课题并给于适当辅导。

（2）相关辅助课程的教学改进

实践教学过程中，难以避免的涉及英文文献、英文算法、MATLAB函数英文帮助，课题组发现在实验课学生通过Help分析函数功能尚有困难，因此《专业英语》课程配合开展针对医学图像处理的专题教学，指导学生积累部分常用短语和单词，突破科技英语的翻译关，发挥英语的工具性作用。

《MATLAB程序设计》前期课程增加实验课时，将工具的基本使用、矩阵运算、函数编写、GUI界面的设计等内容提早在《医学图像处理课程》之前，改善实践教学的效果。

（3）其他实践的教学改进

早期毕业设计的课题难度较低，通常是基于GUI的图像处理等简单应用程序，随着综合性实验的开展和第二课堂课题的布置，毕业设计的课题难度必然获得提高，学生能力分层化有利于因材施教；同时将毕业设计选题开题提前至大三下，或者根据导师的课题需要，从二年级就进入课题组开展研究，效果良好。

近年，院系大二大三本科生参加相关大学生创业项目的越来越多，如国家级、省级、校级挑战杯项目等，教师方面积极参与课题指导工作，鼓励和指导有兴趣的学生将创业想法付之实践。通过前期理论教学的改进，与后期实践教学相呼应相辅相成，这一系列实践教学措施实施效果才能发挥作用。

3 结语

本文结合院系《医学图像处理》课程的教学现状，分析了教学和实践主线中现存的问题，通过对其他院校图像处理相关课程的教学改革模式进行广泛的分析研究，找到了适合自己院系特色的改进措施。在最近教学周期的运行中实施，通过辅导答疑、学生座谈、毕业设计、挑战杯项目申请等相关活动的反馈中发现，教学质量获得较大的改善和提高。

[1]李树涛.基于理论-设计-实践的数字图像处理研究性教学模式研究[J].高等理科教育，2009,5：68-61.

[2]刘红敏,王志横等.《数字图像处理》教学模式探索[J].新乡学院学报,2011,4,Vol.25 No.2:197-198.

[3]汤敏,张士兵等.医学图像处理与分析课程的实践教学改革研究[J].中国教育技术装备,2014(2):90-91:197-198.

[4]王洪凯,刘惠等.《医学图像处理》课程实践性教学研究与探索[J].教育教学论坛,2017,1.No.3：132-133.

[5]张弛,付媛媛.基于PBL模式的数字图像处理实践课程探索[J].数字技术与应用,2013(3):242-242.

[6]肖志勇,刘建军等.《数字图像处理》课程教学改革探索研究[J].教育教学论坛,2017(3):86-87.

[7]裴明敬,符茂胜等.多元模式下的数字图像处理课程改革研究[J].教育,2016(8):176-176

[8]邓玥,吕芳.《数字图像处理》课程教学探索与实践[J].内蒙古工业大学学报:社会科学版，2016,25(2):109-113.

[9]柏均,闫红梅.MATLAB在“数字图像处理"课程教学中的利弊分析[J].电气电子教学学报2010,32(2):82-83.

Discussion on the Improvement Measures of Teaching Quality for Medical Image Processing Course

LI Ming-cai1，LI Xiao-hui2

（1．Department of Biomedical Engineering,Xinxiang Medical University,,Xinxiang 453003；2.Department of Information Engineering,Xinxiang 453003）

Combining with the teaching status of Medical Image Processing course in Biomedical Engineering major,analyzes the main problems existing in the teaching section.Through a comparative study on the teaching reform mode of related courses in other colleges in China,puts forward some concrete measures that fits to college undergraduate teaching resources allocation and development,teaching and practice in chief.The feedback information of implementation shows that these measures are of great help to the improvement of teaching quality.

李明彩（1982-），女，河南新乡人，硕士，讲师，研究方向为医学图像处理、信号处理

2017-04-28

2017-05-30

1007-1423（2017）16-0034-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.16.008

河南省科技厅项目（No,122102210065）

李晓辉（1981-），男，河南孟州人，硕士研究生，讲师，研究方向为机器视觉

Medical Image Processing Course;Biomedical Engineering;Teaching Quality;Teaching Model Reform