《生物医学图像编程实现技术》课程思政建设改革探索

杨春兰 周著黄 高宏建 孙 珅 吴水才

（北京工业大学 北京 100124）

《生物医学图像编程实现技术》是北京工业大学生物医学工程专业研究生的选修课。针对该课程教学内容中 ITK和VC均采用英文开发平台的特点，笔者前期分别进行了双语教学课程建设和线上课程建设，取得了预期教学效果。习近平总书记在全国高校思想政治工作会议中强调，“高校思想政治工作关系高校培养什么样的人、如何培养人以及为谁培养人这个根本问题。要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人，努力开创我国高等教育事业发展新局面”。因此，思想政治工作必须以学生为中心，只有不断提高学生思想水平、政治觉悟、道德品质、文化素养，才能为社会培养德才兼备的合格人才。

我校为进一步把贯彻落实全国高校思想政治工作会议和《中共中央国务院关于加强和改进新形势下高校思想政治工作的意见》精神引向深入，大力提升高校思想政治工作质量，在课程育人质量提升体系建设中，大力推动以“课程思政”为目标的课堂教学改革，通过优化课程设置，修订专业教材，完善教学设计，加强教学管理，梳理各门专业课程所蕴含的思想政治教育元素和所承载的思想政治教育功能，融入课堂教学各环节，进而实现思想政治教育与知识体系教育的有机统一。

生物医学图像分析是生物医学工程专业和从事图像处理等相关专业的研究热点，而目前生物医学工程专业研究生程序设计和编程实践能力亟待提高。《生物医学图像编程实现技术》的课程目的是使学生学会利用VC和ITK等编程工具完成生物医学图像处理的程序设计和相关科研任务；此外，采用双语授课能够提高广大研究生和工程技术人员的专业词汇量和阅读英文文献的水平。本课程实践性强，以往传统课堂教学中经常出现学生因个别环节没有听懂或者调试出错，后续无法继续顺利学习的情况；而在线学习方便学生分节点学习和复习编程步骤，各章节之间联系紧密，便于学生查找程序错误，提高动手能力和解决问题的能力，实现使用上机指导说明书与教学情境同步化，充分发挥网络教学的资源优势和特点。基于上述课程特点，笔者认为在课程教学中，思想政治改革的重点在于培养学生不畏困难、主动探索的自主学习意识，踏实认真的职业素养，以及广阔的国际视野和家国情怀。以下将根据上述改革思路，具体讨论思想政治元素在本课程教学中的融入方案。

1 思政改革实施方案

在以往的教学中，我们更加注重学生对教学内容、知识点的掌握情况，通常用作业、考试等手段来督促和考查学生的学习效果。如何充分调动学生主动学习的内驱力，也是思政改革的重要目标之一。笔者拟在各章节内容的教学方式上做出重要的调整，以充分发挥学生自主学习的主动性为设计目标，重点培养学生实践动手能力和自主探索的创新意识。这里给出几个典型案例加以分析。

1.1 生物医学图像分析技术的研究概况

关于该章节，除对生物医学图像分析的相关概念进行讲解外，拟加大该技术在临床医学领域的实际应用背景认知教育环节。在这一环节中，一方面通过动态视频等多媒体形式让学生直观了解医学图像分析技术的实际应用价值，一方面为学生展示国内外最新学术研究动态。此外，增加学生自主探究的学习内容，通过小组汇报的方式，要求学生进行国内外与医学图像分析技术相关的行业信息调研，包括与其相关的医疗器械、产业化进展、医学图像分析研究领域的课题组成果等。

在完成上述任务的过程中，学生需要充分发挥主观能动性，积极探索获取信息的多元化途径，包括参加医疗器械展览会等实际考察和体验的方式。此外，学生还将借助网络工具，锻炼其检索主题内容并从中总结、提炼、归纳的能力。由于要求检索信息不仅局限在国内，通过大量查阅国外文献和行业网络资源，学生将了解医学图像分析技术的国际前沿和程序设计的重要性，进一步开拓国际视野。此外，在进行总结汇报的过程中，能够直观比较国内外该技术的差异，增强其赶超国际先进技术的民族自信心，弘扬中华民族奋发图强、吃苦耐劳的传统美德。

小组协作进行口头汇报的任务方式，可增强学生的团队合作意识，培养其在团队任务中的大局意识和主动发挥个人特长的奉献精神和参与意识，为其日后的工作和学习提供模拟锻炼的平台。

1.2 生物医学图像分割程序设计

图像分割是生物医学图像分析技术的重要内容,也是当前人工智能分类识别技术的热点。在这一章节的传统教学中，笔者以概念讲解、案例示范为主要教学内容和教学方式，学生课上以单向输入为主，缺乏自主思考的时间。课程改革以充分调动学生学习当前热点技术的热情为主要教学目标，在基本概念的讲解和介绍之外，提前请学生进行调研并在课堂展示调研成果和存在的问题。

该章节将图像分割技术的实质与当前人工智能的热点相结合，从模式分类在医学图像领域的应用入手，让学生充分了解模式分类等人工智能技术在医学领域发挥的重要作用。在自主调研的过程中，让学生把握国际前沿动态和我国科技发展规划政策，将研究生阶段的学习目标和规划与就业联系起来。通过本章节的学习，期望培养学生的爱国主义精神，让学生充分了解国情，特别是我国生物医学成像技术和生物医学图像分析技术的发展水平，激发其参与先进技术创新的热情和自主学习的内驱力。

此外，利用学生调研环节，进一步培养其阅读国内外文献的基本科研素养，将技术应用的出口作为课堂学习的入口，提高其理论联系实际的实践能力和学以致用的大局意识。在调研的过程中，鼓励其发现问题，并在查阅资料和教师的指导下尝试进一步解决问题。

1.3 生物医学图像配准程序设计

生物医学图像配准是生物医学图像分析技术领域的难点，也是相关编程实现技术的难点。传统教学过程中，图像配准的概念、步骤以及数学变换公式的讲解占据了主要环节和时间，但学生课堂吸收效果不理想，很多学生数学基础不扎实，对图像的几何变换，特别是编程设计环节概念不清晰。针对上述诸多问题，该章节的教学改革以配准在手术导航中的重要作用为主导线索，首先使学生明确配准的应用背景和重要临床意义，并让学生明确技术精度要求对医学临床应用结果的巨大影响。其次，为学生多方面提供学习资源，特别是视频类电子资源，以及医学图像分析软件产品的开拓学生思考问题的角度和方式，培养学生自主探究问题的主动意识和创新精神。

本课程依托 ITK（Insight Segmentation and Registration Toolkit）平台，重点让学生在理解医学图像分析技术的基本概念后，能够基于该平台的工具包开发简单的程序，实现生物医学图像的相关处理功能。因此，程序设计能力的培养是本课程在技术实践方面的关键教学目标。程序设计要求学生具备一定的数学基础和逻辑分析能力，以及严谨认真、不畏困难的做事态度。图像配准的相关程序设计，要求学生深入理解图像变换的基本原理，以及图像插值等图像配准技术涉及的基本方法。

本章节的程序设计作业，拟在前期教学方式上做出重要调整，即学生需要对程序设计流程、程序调试过程中遇到的难点问题进行动态记录，可以采用录屏或者PPT制作的形式，在课堂上进行分享交流。通过上述方式,学生由被动接受和完成学习任务,转变为激发自主学习热情和参与实践过程,这对于学生提升程序设计和分析能力,以及研究生阶段解决实际问题的动手能力,有很好的促进作用和成效。

1.4 期末作业提交和口头汇报展示

期末作业是对本课程学生学习效果的检验及其对应掌握内容的归纳总结。改革之前以上机作业和相应实验报告的书面形式为主。因部分学生本科期间程序设计基础较差，上机作业必须依赖其他同学的帮助尚能完成，学生作业内容相似度较高，无法体现个体差异和检测学习漏洞。为切实提高学生的实践动手能力和编程水平,改革后拟充分考虑学生的基础水平和专业背景,将同一知识模块的作业题目进行难易不同程度的区分,学生可以根据自身情况选做相应的上机题目。

笔者期望能够通过考核形式的改变，给予学生更多贴切其实际客观情况的指导练习，让学生脚踏实地的根据自身水平进行相应的学习，避免浮躁和依赖他人的不良心态，树立勤奋、热情、进取的价值观和良好品质。

口头汇报部分，沿用改革前团队协作的形式，但将团队人数控制在三至四人以内。为开拓学生视野，汇报内容要求学生查阅国内外文献，并以英文形式制作PPT和讲解汇报。团队分工协作的各项任务，要求团队成员在汇报时明确进行讲解并对主讲学生汇报的内容进行补充。在该项环节中，还要求学生围绕汇报内容主题，说明国内外的差异并鼓励学生进一步结合国情等因素分析原因，增强学生的大局意识和科学思维，培养其敢于创新和适应社会等综合能力。

因此，充分利用课堂的各个实践环节，提升思想政治教育的针对性，坚定文化自信，加强学生的理想信念教育和树立积极向上的价值观。

2 小结

生物医学图像编程是生物医学图像分析领域研究生应掌握的基本技能。作为教师，以创新思维培育学生自主学习的能力和科学思维，是在教学课堂内落实思想政治建设的关键。如何发挥“科学课堂”作用，弘扬科学精神，加强科研育人的效果，将科研素养的培养融入课堂教学目标，是落实本课程思想政治改革的重要环节。在后续教学改革中，我们将用好课堂教学的主渠道，将家国情怀、文化自信和正确积极的人生观、价值观传递给学生，促进学生全面发展，为其步入社会打下良好基础。