生物医学工程专业“医学影像设备学”课程教学改革探索与实践

缪月红 杨 帆 陈 晋

贵州医科大学 贵州贵阳 550025

一、概述

生物医学工程是运用工程学的原理和方法，从分子、细胞、组织、器官、生命系统各层面研究并解决生物医学问题，加深人类对生命现象的认识，提高人类健康水平的综合性学科。医学影像设备是生物医学工程的一个重要技术领域，它是指利用各种不同媒介作为信息载体，将人体内部组织和器官的结构、机能信息、生化信息等以影像的方式表现出来的各种设备，主要包括医用X线机、X线计算机体层成像设备(X-CT)、磁共振成像设备(MRI)、超声成像设备以及核医学成像设备等。由于医学影像含有丰富的人体信息，可以帮助医生了解人体内部病变的类型、大小、形状、位置等情况，从而为疾病的诊断和治疗提供有效的依据。医学影像设备是卫生资源的重要组成部分，对生命科学和医疗卫生事业的发展起着重要的推动作用，是现代医院必不可少的医疗设备。“医学影像设备学”是一门综合性学科，主要研究医学影像设备的基本原理、基本结构、性能评价、临床应用、安装维护、质量保证，是生物医学工程专业的核心课程。

二、生物医学工程专业“医学影像设备学”教学现状

我校面向生物医学工程专业开设的“医学影像设备学”这门课程，其课程性质为专业必修课，授课学期为第6学期，授课学时为54学时，其中理论课36学时，实验课18学时。课程内容包括八大部分：普通X线成像设备、计算机X线摄影设备(CR)、数字化X线成像设备(DR)、数字减影血管造影成像设备(DSA)、X-CT成像设备、MRI设备、超声成像设备、核医学成像设备。选用的教材是石明国、韩丰谈主编，人民卫生出版社于2016年出版的《医学影像设备学》。课程的教学目标是使该专业的学生了解医学影像设备领域的概貌；掌握大型医学影像设备的基本原理、基本结构、技术参数、性能评价以及应用特点；具备研发、管理、安装与维护医学影像设备的基本能力；培养学生对医疗行业的认同、对中国制造的坚信，树立高尚的职业道德，弘扬大国工匠精神，激发学生的专业自豪感和爱国情怀。

然而，“医学影像设备学”课程在教学过程中存在着诸多问题。第一，教学内容多，课程学时少。“医学影像设备学”的教学内容包括八种成像设备，而理论课课程仅有36学时，这对于大型医学影像设备的理论教学是远远不够的。第二，知识点复杂抽象。该门课程必须全面运用数学、物理学、电子学、电磁学、计算机技术等多种学科知识来阐述影像设备的基本原理和基本结构，涉及的知识点复杂深奥、抽象难懂。学生学习时不仅需要有扎实的基础知识，还需要有较强的逻辑思维能力和空间想象能力，这给教师的课堂讲授以及学生的学习带来了较大的难度。第三，教材知识结构不完善，对于成像原理的介绍较少。而成像原理是基石，只有在掌握基本成像理论的基础上，才能更好地理解仪器的硬件结构和临床应用等。此外，近年来人工智能、半导体技术等技术的发展，不断驱动着医学影像设备的升级换代，而所用教材的出版年份是2016年，且有些影像设备已被淘汰，难以满足现代医学影像设备的教学需求。第四，理论与实践脱节。医学影像设备价格昂贵，普通院校难以将各种影像设备配备齐全，因此学生缺少动手实践的机会。

三、生物医学工程专业“医学影像设备学”教学改革思路

“医学影像设备学”课程改革秉持以学生为中心、教师为主导的现代教育理念；不断更新教学内容，优化教学内容组织形式；强化以问题为导向的教学方法，激发学生的学习兴趣；充分利用网络教学资源，解决教学内容多，课程学时少的问题；引进实验教学用仪器设备，精心设计教学方案；不断加强校院、校企合作，促进医学影像设备实习实训基地建设；进一步优化教学评价方式，注重培养学生的综合能力，促进学生全面发展。

四、生物医学工程专业“医学影像设备学”教学改革举措

(一)教学内容改革

依据生物医学工程专业培养方案的要求，结合医学影像设备行业的发展趋势，对医学影像设备学的教学内容进行了合理整合及优化。

针对教材知识结构不完善的问题，我们选取了李真林、雷子乔主编，人民卫生出版社于2016年出版的《医学影像成像理论》作为参考教材，对成像原理部分的内容进行补充；引入《中国CT和MR杂志》《IEEE transaction on medical imaging》等期刊作为课外拓展阅读材料；关注医学影像设备领域的学术会议，如北美放射学年会，获取不同公司发布的最新影像技术和设备资料，从而对医学影像设备领域的知识进行更新和拓展，进一步丰富本课程的教学内容，构建完整的知识体系。

针对教学内容多、课程学时少的问题，我们舍弃CR等已被淘汰的影像设备的教学内容，且不拘泥于某一具体型号的影像设备的结构及电路，课堂上着重讲解各类影像设备的成像原理、基本结构、技术参数及性能评价等共性的知识点。充分挖掘有关影像设备的安装与维护方面的网络教学资源，要求学生利用课后时间进行自主学习，并对自主学习内容提出学习目标和要求。学生通过自主学习，一方面可以打破传统课时少的限制，使学习的内容更加丰富；另一方面可以将理论知识与实际问题有机结合，增强学生对课程内容的理解。

(二)教学方法改革

课堂教学离不开“教”与“学”的互动，教学的最终目的是将理论知识运用于实际。针对课程知识点复杂抽象、教师难讲、学生难学的问题，教师应转换教学思路，变革传统的“灌输式”课堂教学，采用现代化的教学方法，如以问题为导向的教学方法、思维导图法等。

以问题为导向的教学方法是将学生置于问题环境当中，学生高度发挥主观能动性，充分利用已学知识，广泛搜集领域信息，寻找问题的解决方案。教师则是课堂的引导者，首先需要帮助学生掌握相应的基础知识，构建认知架构，然后在此基础上合理地设计问题，指引学生解决问题，并对结果进行有效评估。以问题为导向的教学方法，其关键在于问题的设置，应根据学生的知识储备情况和思维能力，细致考量问题的难易程度。如果问题过于简单，则不利于启发学生，难以培养学生分析问题和解决问题的能力；如果问题难度较大，则会打击学生的学习积极性，破坏学习兴趣。只有难度适中的问题，才能起到引发学生思考，培养学生的学习兴趣和持续学习意愿的作用。例如，工频X线机灯丝加热电路的空间电荷补偿装置部分，教师先对空间电荷的定义、空间电荷补偿目的及补偿原理进行讲解，然后设计问题，让学生对变压器式空间电荷补偿电路进行分析；又如CT图像重建算法中的傅里叶变换重建法部分，教师先对中心切片定理进行讲解，然后引导学生思考如何利用中心切片定理来重建CT图像。学生在解决以上问题的过程中，不仅需要灵活应用到本节课的新知识，还需要应用到物理学、高等数学等相关学科的知识，通过启发引导和相关学科内容的关联、互补，可以激发学生的求知欲，帮助学生形成系统的知识结构，强化学生对于理论知识的理解和掌握，培养学生的思维能力和解决问题的能力。

思维导图是一种表达发散性思维的工具，它利用图形、关键字、颜色等要素，在各级主题之间建立链接，把单调乏味的文字信息变成具有高度组织性的彩色图谱。利用思维导图法对“医学影像设备学”知识点进行加工整理，将知识脉络用生动的图像表示出来，可以充分调动左脑的词汇、数字、分析、逻辑能力和右脑的色彩、空间、想象能力，从而加深对知识点的理解和记忆。图文并茂的思维导图不仅是一种将知识可视化的思维工具，还是一种将人脑发散性思考方式具体化的思维方法，将其整合到教学过程当中，可以将单一化、模块化的知识转变为系统化的知识结构，有效加强知识点之间的内在联系，不仅能促进联想，丰富知识架构，提高学生的学习效率，还能培养学生的发散性思维能力和创造性思考能力。

(三)实践教学改革

“医学影像设备学”是一门实践性、应用性较强的学科，因此必须高度重视实践教学。实践教学改革首要的是为学生创造丰富的实践机会，其次是不断优化实践教学体系，从基础验证型、综合型、设计型、创新型四个维度设计实践教学项目，努力将知识目标、能力目标、素质目标融为一体，培养兼具理论知识、实践能力和创新精神的医学影像设备专业技术人才。

为保障“医学影像设备学”实践教学的顺利开展，提高实验实践教学水平，我校大力引进实验教学仪器设备，积极搭建医学影像设备实验教学平台。目前该平台已具备影像设备学综合试验台、纽迈EDU MR20型核磁共振成像技术实验仪、纽迈核磁共振分析应用软件、纽迈核磁共振成像软件、纽迈核磁共振图像处理软件、纽迈MRI虚拟数据采集与图像重建软件、深圳时迈M60系列彩色多普勒超声诊断系统以及附属医院淘汰的X线球管一个、超声成像设备多台。利用该平台已经开设的实验项目如下表所示。

“医学影像设备学”实验项目及课时分配表

然而医学影像设备实验教学与实际的设备安装、维护及临床应用之间还存在一定的差距，为了使实践教学尽可能贴近实际应用，提高实践教学的真实性、应用性，我校还不断加强校院、校企合作，努力搭建医学影像设备实习实训基地。医科院校开设生物医学工程专业具有得天独厚的优势，我校生物医学工程专业的学生在前六学期完成所有科目的课堂学习之后，将会在第七学期被安排到我校附属医院的影像科、超声科、设备科等科室实习，部分优秀的学生还有机会到上海联影医疗科技有限公司、贵阳惠翼医学影像科技有限公司等影像设备公司实习。实习过程中，学生可以亲身接触到各种医学影像设备，了解它们的使用与操作流程，深入体会设备的工作原理、基本构成以及临床应用。特别是进入公司实习的学生，可以进入工厂了解影像设备的内部结构，还可以参与到影像设备的安装、维修甚至研发等过程。通过这些宝贵的实习机会，不仅可以加深学生对于医学影像设备知识的理解和掌握，并且能够促使学生应用理论知识来解决实际问题，为以后的就业打下良好的基础。

(四)教学评价改革

为了适应课程教学内容、教学方法以及实践教学方面的改革，不断提高学生的课堂参与度和学习积极性，提升教学质量，需要摒弃传统的教学评价方式，不断加大对学生学习过程的考核力度，丰富评价指标。具体做法是将课堂表现成绩、自主学习成绩、实验成绩和期末考试成绩按照20%、20%、20%、40%的比例计入总评成绩。其中，课堂表现主要利用雨课堂进行考核，主要包括考勤、回答问题、课堂讨论等方面；自主学习成绩主要从网络资源的学习情况、文献阅读情况、课后测试等方面进行评定；实验成绩主要从实验课表现、实验报告、实验结果等方面进行考查。

结语

“医学影像设备学”是一门具有较强的理论性和实践性综合性学科。在新工科建设教育背景下，为了进一步提高课程教学质量，我校教学团队深刻剖析教学过程中遇到的知识点复杂抽象、教师难讲、学生难学、教材不完善、课程学时少、理论与实践脱节等一系列问题，努力从教学内容、教学方法、实践教学、教学评价等方面进行教学改革的探索与实践。具体做法是充分利用网络教学资源、学术会议、科研文献等丰富教学内容，优化教学内容组织形式；采用先进的教学方法，如以问题为导向的教学方法、思维导图法等；搭建实验教学平台，促进医学影像设备实习实训基地建设；进一步优化教学评价方式，促进学生全面发展，从而为国家培养更多高素质的生物医学工程专业技术人才。