医学影像技术专业融入课程思政的卷积微课教学设计与实践

刘东艳 崔丽娟 刘桂然 范素军 李芳 秦瑞平

摘  要 针对“卷积”知识点进行教学设计，挖掘其蕴含的课程思政元素，形成微课设计案例。引领学生认识到科技发展不断推动社会进步，应用卷积解决医学影像问题，并利用调查和测试数据对此微课的教学效果进行分析，实践表明：教学效果良好。

关键词 卷积；课程思政；医学影像技术；微课

中图分类号：G642.3    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）13-0032-03

0  引言

微课是指运用信息技术按照认知规律呈现碎片化学习内容、过程及扩展素材的结构化数字资源，其以教学内容短小精悍、教学目标清晰明确、应用方式灵活方便的特点深受教师和学生的青睐[1]。2016年10月，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调：“要用好课堂教学这个主渠道，思想政治理论课要坚持在改进中加强，提升思想政治教育亲和力和针对性，满足学生成长发展需求和期待，其他各门课都要守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应。”[2]本文探討在卷积微课中融入课程思政，在传授知识的同时实现立德树人。

1  医学影像技术专业卷积教学现状

卷积是复变函数与积分变换课程的重要内容之一，是医学影像技术专业后续课程医学影像成像原理、医学图像处理等的重要基础，也是人工智能核心技术——卷积神经网络的重要基础。卷积内容理论性较强且计算复杂，学生不易掌握，更难以应用。

1.1  教师直接讲定义公式，导致学生理解困难

大多教师在讲解卷积时，一般都是直接给出连续函数的卷积定义式，而不讲卷积的实际意义。卷积的定义式较长且复杂，学生不理解就容易记错，导致计算不正确，更谈不上在本专业中应用。

1.2  教师注重理论推导和计算，但缺乏应用，导致学生学习兴趣不高，学习主动性不足

目前，大部分医学影像技术专业数学教师为纯数学专业教师，讲授知识时重点大多在纯数学的理论推导上[3]，由于缺乏对医学影像学科的了解，难以将卷积与医学影像联系起来，更难以讲解其在医学影像中的重要应用，这样会直接导致学生学习兴趣不足，缺乏学习主动性。

2  卷积微课教学设计

基于教学现状，有必要将卷积内容重新加以设计，制作成微课，以便医学影像技术专业学生理解和应用。此微课教学设计坚持“以学生为中心”的理念，整体思路为：问题引入—实例引出定义—卷积计算—卷积应用（解决问题）。

2.1  引入

由于卷积定义较为复杂枯燥，因此从与本专业相关的内容入手，以引发学生学习的兴趣。从医学影像的第一张X光照片——伦琴夫人的手的影像入手，这是一张布满很多噪点的不清晰影像，设置问题：如何得到清晰的影像呢？答案就是应用卷积，从而引出微课要讲的主题。

2.2  卷积的定义

在讲授卷积定义时，从“往平静的水面扔石头”的例子开始讲解，一般化后引出离散卷积的定义，再转化为连续函数的卷积定义。

【例1】往平静的水面扔一个“单位石块”，将此时定义为0时刻，水面产生的水花高度为h（0），随着时间的流逝，高度逐渐降低。在t=1时刻，衰减为h（1）；在t=2时刻，衰减为h（2）。假设t时刻后，“单位石块”产生的水花高度为h（t）。在t=0，t=1，t=2时刻，各扔一个石块。假设t时刻投入水中的石块是单位石块的f（t）倍，则在t=0，t=1，t=2时刻产生的水花高度各为多少？

2.4  卷积的应用

再回到有噪点的伦琴夫人的手的影像，影像上每一个点都对应一个像素值，提取全部像素值得到一个二维矩阵。为应用卷积去噪点，首先将一维离散卷积定义推广到二维：

选取一个合适的矩阵，与原影像像素矩阵做卷积，就可以得到一个新的矩阵，即没有噪点的清晰影像。

【课程思政点】科技推动社会发展进步。从伦琴发现第一张医学影像X光照片开始，影像技术不断发展，现在可以获得清晰的二维影像，但这仍然不符合现代精准医学的标准。目前，医学影像三维可视化技术为医学的智能化发展作出巨大贡献，能够帮助医务人员更直接地观察病人的病灶，更准确地提出精确的诊疗方案。如何将二维影像转化为清晰光滑的三维影像，使之符合现代的精准医学要求呢？卷积在里面起着什么样的作用？如何计算？让学生课下查阅资料认真思考。此外，卷积在许多领域都有所应用，可以用于各种信号的处理，如手机通信信号、地震信号等，在地图导航系统中也应用到了卷积。

2.5  小结

卷积和加减乘除一样，是一种运算，但又有自身的神奇之处。领会其内涵，将其应用到医学影像人工智能领域，不断创新，引领医学影像智能化。让学生认识到科技在不断推动社会发展进步，引发其科学研究热情和创新精神。

3  卷积微课教学实践

为检验此微课的教学效果，在对河北医科大学2018级医学影像技术专业教学时，将班级分为两组进行教学，一组（实验组：90人）使用此微课教学，另外一组（对照组：41人）采用传统方式进行教学。其中，传统方式教学过程为：直接给出卷积定义，接下来讲卷积的计算，不讲应用。课后统计学生自我评价并进行测试。

3.1  学生自我评价统计

两组学生的自我评价统计如图2所示。从图2可以看出，使用此微课教学，约90%的学生更容易理解卷积，学习兴趣和主动性大大提高，认为数学与医学影像技术专业高度相关，能够促进其创新和进行科学研究。

3.2  测试成绩对比分析

两组学生的测试成绩结果如表1所示。可以看出，实验组平均成绩和优秀率明显高于对照组，不及格率明显低于对照组，说明此微课的教学效果较好。

4  结束语

本微课的教学设计旨在引导学生应用卷积知识解决医学影像问题。本微课能够改变学生认为数学枯燥乏味的印象，从实际生活中的现象“往平静的水面扔石头”出发，提高学生学习兴趣，促进其主动学习。同时，本微课改变了学生认为数学与本专业相关度不高的想法，从第一张影像图片入手，提出问题，让学生通过所学能够最终解决问

题；再提出现代精准医学的要求，让学生认识到科技发展不断推动社会进步，引发学生求知探索的欲望和不断创新的科学精神。将卷积知识点制作成微课，可以让学生利用碎片时间学习，实用性强，也可以为教师讲授此知识点提供思路。

参考文献

[1]王燕飞，薛冬梅，杨州.切比雪夫不等式的微课程教学设计与实践[J].吉林化工学院学报，2020（8）：59-62.

[2]习近平在全国高校思想政治工作会议上强调把思想政治工作贯穿教育教学全过程 开创我国高等教育事业发展新局面[N].人民日报，2016-12-09（1）.

[3]刘东艳，范素军，刘桂然，等.医学影像技术专业工程数学教学改革[J].中国教育技术装备，2019（17）：92-94.