独立学院《医学影像物理学》课程教学改革研究

陈菲 莫忠

摘要：医学影像物理学是我校医学影像技术专业的专业基础课，这门课程属于交叉学科，涵盖了多门学科的内容，知识体系跨度大且抽象，学生普遍反映该课程入门难，理解晦涩难懂，学习兴趣和主动性低，导致了该门课程的教学过程中出现了较多问题，教学效果不理想。从独立学院的学生学习情况和现有的师资力量出发，在教学内容、教学方式、实践实验教学三个方面进行优化改进，结果证明，改革后的教学模式调动了学生学习的积极性和主动性，提高了医学影像物理学的教学效果和质量。

关键词：医学影像物理学;教学现状;教学改革;实践教学

绪论

随着科技的发展，医学影像设备在临床的检验和诊断过程中逐渐占据主导地位，如磁共振成像（MRI）、超声成像、X射线成像（包括X-CT）及核医学成像并称四大影像，是目前医院辅助诊断常用的检查手段。医学影像类设备致力于人类疾病诊断和治疗，对人体内部情况进行可视化表达，需要表达的人体信息包括人体的解剖、生理、心理三种类型的信息。

医学影像从宏观形态进入到微观、从细胞水平上升到分子水平都是以医学影像物理学为发展基础。医学影像物理学是医学影像的源头和基础。

医学影像物理学是我校医学影像技术专业学生的一门专业基础课，医学影像物理学的任务是为医学影像技术专业学生学习医学影像设备学、医学影像检查技术等后续课程奠定有关医学影像的物理基础。

医学影像物理学融合了医学影像和物理学，以物理学的知识为基础，通过介绍辐射波与人体的相互作用，将人体内部组织、器官的形态结构、功能等，以影像的形式展现出来，是研究和解决与医学诊断、治疗以及与人体基础研究有关问题的交叉学科。

现状分析/在教学中普遍存在的问题

医学影像物理学包含了影像诊断学中的物理现象和物理学方面的基础理论知识，汇集了物理、数学、计算机、医学等多门学科，基于高等数学、量子物理、核物理学、超声波物理等知识之上，课程交叉性极强。

（一）教学内容多、涵盖面广、知识点抽象难懂

我校针对本课程，选用的教材为《医学影像物理学》（第 4 版，吉强、洪洋主编，人民卫生出版社，2016 ），授课对象为大学二年级学生。教学基本内容包括：X射线物理、X射线影像、超声波物理、超声成像、磁共振物理、磁共振成像、核医学物理、核医学影像、电离辐射防护等。

根据教材内容和篇幅的设置，本课程主要篇幅涵盖了四大影像技术（即磁共振成像、超声成像、X射线成像（包括X-CT）及核医学成像）的物理基础和成像原理。由于每种成像模式所用到的辐射波各不相同，因此所需的人体成像数据信号的采集方式和方法也各不相同。不同章节所涵盖的不同成像技术，运用到的物理原理和知识相差甚远，不同部分的交集非常少。譬如磁共振成像所采用的的辐射波是射频电磁波，主要通过氢质子横向磁化矢量自由旋進使线圈感生电信号进行成像信号的采集;超声成像采用的是超声波在人体组织中的反射或散射回波信号进行数据读取;X射线摄影采用的辐射波是X射线，成像基础是人体内不同组织对X射线的吸收程度不同，通过采集透过人体携带内部信息的X射线进行成像。

每部分的内容涵盖了物理学、数学、电子学、生物学等学科。内容繁杂、涵盖面广，理解抽象难懂是本课程的特点，无疑增加了教师的教学难度和教学效果，更重要的是增加了学生学习的难度和影响了学习的积极主动性。

（二）学生的基础较差、学习积极性不高

独立学院是我国高等教育大众化过程中出现的一种新的办学模式，经过多年的发展，独立学院已成为我国高等教育的一支重要力量。独立学院的学生学风普遍欠佳，学习态度不够端正、学习投入度也不高，学生较少具有课前预习、课后复习功课的学习习惯。最重要的是，学生普遍物理、数学、电子等理工学科基础薄弱，对抽象难以理解的科目往往采取回避或消极对待的态度。

在本校，本课程面向对象为专业基础知识薄弱的大二学生，学生前期相关知识储备较少，仅储备了少量课时的医用高等数学和计算机应用基础以及医用物理学等课程知识。医学影像物理学课程要求学生重点掌握X线、CT、MRI等成像的概况、相关成像技术的基本成像原理，这些内容的知识点涉及到卷积计算、自相关函数等数学知识，磁矩、磁化矢量、角动量等原子核物理概念，以及频谱分析、滤波等基本知识。这些基础理论知识对于独立学院理工科薄弱的学生而言，抽象、枯燥、难懂，使他们对本课程的学习失去兴趣并出现了畏难情绪，极大的打击了他们的自主学习能动性和积极性，逐渐丧失对本门课程的兴趣。在课堂教学过程中，由于学生的积极性降低，因此课堂上和与教师的配合度较差，导致课堂效果和教学质量的下降，无疑增加了授课教师的教学难度。

如何在有限的课时内，使理工知识相对薄弱、理性思维相对欠缺的独立学院理工科学生有较大的收获，是教师一直要思考并亟需解决的难题。

（三）师资力量

影像技术专业的培养目标是使学生学以致用，将来就业工作时能更好的服务临床。我校的医学影像物理学的教学由生物医学工程专业教师承担，医工专业教师对涉及的物理等理工科的知识把握较好，但医学方面知识欠缺，在授课时往往专注于物理学知识的讲授，医学影像部分的内容属于空白状态，未能将物理和影像知识有机结合，学生无法真正理解如何将物理知识应用在临床医学影像，未能达到学以致用的目的。

另外，我校现有的高学历的专业教师较少，具备较大行业影响力的专家教师较为稀缺，尚未形成一支高素质、高水平的专业教师队伍。教师参与的相关研究课题也比较少，发表的相关学术论文数量十分有限，独立院校的经费支持也导致了学校很难承担起人才培育工作。

独立学院教学改革和创新

针对上述所提出的问题，结合独立学院学生理工科基础知识薄弱、专业师资力量匮乏的实际情况，本课程改革的内容包括了优化教学内容和探索合适的课堂教学模式，并在此基础上增添一定数量的实践实验课时，增强学生对课程的认知，提高学习本课程的积极性。

（一）教学内容的优化

我校该课程的《医学影像物理学》教材中，内容分为X射线、超声波、磁共振、放射性核素四大影像技术和辐射的生物效应及防护等五个模块，每个模块包含了成像技术的基本物理原理和成像原理及其应用。在教学内容的优化中，将教材中与学生于大一学习过的《医用物理学》重复的内容进行了删减。学生在医用物理课程中学习过X射线的基础知识，譬如X射线的产生条件、X射线的产生装置、X射线的性质以及X射线与物质的相互作用等，这部分内容将不再在《医学影像物理学》的课堂上进行重复和详细讲解，采用简单回顾的方式取而代之。

教材中涉及了一些内容逐渐过时，在目前临床上应用较少或已被其他技术取代，授课时对该部分知识点进行删减。如模拟X射线成像技术中，增感屏、医用胶片等内容在临床诊断检查中已很少使用，对教材中涉及到的该部分内容进行删除。经过类似一系列临床很少使用的成像方式涉及到的知识点进行删减、整合、优化，重点突出授课内容。这也节约出一些课时，利用这些节约出来的课时对临床广泛应用的数字X射线成像技术、X-CT、多普勒彩超、MRI、PET等医学影像技术进行详细讲解，并补充相关最新技术。这样使学生在课堂上可以了解最新的影像技术水平，学生一定程度上适应了科技的进步，而且了解了影像物理学的临床应用价值。

对较多涉及高等数学、电子学等部分的内容，在课堂讲授时尽可能用通俗易懂的语言代替晦涩难懂的抽象概念，尽可能避免复杂的数学推导。如在X-CT图像重建的数理基础一部分中，尽可能运用图解法进行讲解。MRI原理中用到的角动量、磁矩、旋进、梯度磁场、K空间等知识采用定量和定性分析相结合，以定性分析为主的策略，将抽象的内容客观化具体化，以学生通俗易懂的形式进行讲解。

（二）教学方法和模式的优化

在教学中，以往的教学模式以教师为主导，教师上课进行理论讲解，学生属于被动接收知识。在教学模式的改革中，探索新的課堂教学模式，强调并确立学生的主体地位，提倡研究性教学，促使学生主动参与到教学，调动学生主动积极思考的能动性，并在此过程中培养他们分析问题和解决问题的能力。

讲授完部分内容后，提供思考问题，采用分组讨论法和任务驱动法，将学生们分成若干学习小组。学生们课下采用自主利用网络教材查阅知识的方式，结合小组讨论，在接下来的课堂中，学生们进行回答并讨论总结。这不仅提高学生对知识的理解能力，还增强了他们的自主学习意识以及合作能力。如在CT断层成像之前，提出“断层的含义;如何确定体素的衰减系数;CT值的本质”等问题，学生通过思考，小组讨论，将答案以作业的形式上交，教师通过作业可以了解每个小组对问题的理解、讨论情况，及时了解了学生的学习情况。这一系列的过程，正是学生分析问题、解决问题的能力培养过程。

利用多媒体教学手段，采取图形、动画等表现形式将枯燥的、晦涩难懂的公式概念进行直观演示，可以增强学生的学习兴趣。网上公开课堂的获取也非常方便，如慕课、网易公开课堂等。向学生分享知名高校的相关慕课视频或公开课堂，为学生提供充足的教学资源和自主学习的环境，这对本课程的教学也是一种补充和拓展。

（三）实验教学的改革

有效的学习过程包括“实践、认识、再实践”，实践这一过程是必不可少的。在医学影像物理学的教学过程中，也应遵循实践和认识结合的规律。在向学生传授理论知识的同时，应该给学生提供实践的机会，才能使学生更好的吸收、巩固理论知识。

在以往的课程设置中，本课程为纯理论教学，教师只进行理论讲解。学生对抽象难懂的知识点接受度较差，对课程内容没有清晰的认识，学习主观能动性较低。因此医学影像物理学的实验课程设置是尤为必要的，增设一定数量的实验课时可以很好的调动学生的学习积极性和主动性，引导学生从被动学习向主动学习，也能让他们提高对本课程的认识。

医学影像物理学实践教学中，对应的实验项目特点是高投入、高危险和难实现。高投入：影像设备包括x线设备、磁共振设备、CT设备等。这些设备的价值昂贵，教学经费的投入远远达不到教学规模需求，独立学院的经费支持非常有限，且设备仅应用于普通示教大材小用。高危险：X线设备和CT设备是利用X线成像，X线对人体辐射危害，使得在具体实验过程中并不能用实际的X线操作。难实现：在磁共振成像教学中磁共振原理、磁共振成像的过程无法用实时实验显示，而在用医院实际设备实习时，由于设备昂贵，病人太多，时间有限，学生最多只能动眼不能动手。

我校影像实验室配有临床常见的大型影像设备虚拟仿真教学平台，软件涵盖了普通X线、CT、MRI等设备、操作检查及图像形成原理等仿真教学模块，在脱离硬件设备的环境下，可获得与硬件成像教学相类似的实验效果。利用虚拟仿真软件，学生可以清晰的了解各设备的构造以及成像流程。

虚拟仿真软件通过类似于网络游戏的操作，生动有趣的实验模拟调动学生的实验积极性，锻炼了学生们的动、动脑能力。在学生学习完一种成像模式的物理原理后，接着采取相应的实验教学，可以进一步增强学生对课程知识的理解，也提高了他们的兴趣。虚拟仿真教学模块中，设置有考核的方式。学生在做完实验后，仿真教学软件相应模块将针对学生的操作、处理等方面的情况，给出客观的评价与成绩。教师可以根据成绩，清晰的了解学生掌握知识的情况和实践操作的水平。有助于教师了解学生掌握相关知识的情况。

结语

优化教学内容、改革传统教学方法、增加以虚拟仿真平台为基础的实驗教学，这使学生主动参与到了教学过程中，培养了学生分析、解决问题的能力，而且激发了学生学习专业知识兴趣，帮助学生建立起了将物理知识应用到临床上的概念，对本课程的理解有了较为清晰的认识。

在这种思路指导下，医学影像物理学课程教学改革效果良好，学生和教师课堂上相互配合程度很大程度上得到了改善提高，学生对课程的反馈较好，教学效果取得了稳步的提高。

影像设备更新迭代的步伐越来越快，使得作为理论基础的医学影像物理学的教学改革也要一直持续进行，以使教学内容、教学方法和教学手段更适合新的教学要求和进展，跟紧时代的进步。

参考文献：

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