人工智能教育背景下研究生数字图像处理课程思政教学探究

徐 艳，胡顺波，魏红光

（1.临沂大学信息科学与工程学院，山东 临沂 276000；2.临沂市教育局，山东 临沂 276000）

0 引言

人工智能，应该说是一项引领未来趋势的新兴战略性技术，世界各国领导人当前都高度重视人工智能产业的发展。2018年4月，教育部发布《高等学校人工智能创新行动计划》，重点提出“引导高校通过增量支持和存量调整，加大人工智能领域人才培养力度”[1]。高校一直是处于科技创新第一要素生产力、人才培育第一资源、创新成果第一核心动力之间的三个结合点，必须能够紧紧把抓住机遇发展，为今后我国的人工智能行业的全面创新持续发展提供强大科技智力与高水平人才力量的支撑。

在2016年的全国高校思想政治工作会议中，习近平总书记强调：“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[2]。”中国共产党历来重视以德育人、以德治教，“立德树人”要贯穿于教育的各个阶段。因此，在高校中，不仅本科生要实现课程思政全覆盖，研究生也要实施课程思政。随着培养规模逐步扩大，我国高等教育中研究生群体也越来越大，在研究生课程中开展课程思政非常有必要。

近年来,随着一些人工智能技术逐步被人们应用拓展到诸如医疗及辅助健康诊断、智能终端、智能机器人应用等的多个新领域，人工智能已经与很多学科都有了很大深度的相互交叉融合[3]。人工智能的很多技术比如医学影像AI辅助诊断就是基于医学影像处理与分析的。因此，为了培养当今人工智能时代浪潮下所需的品德优良、具备深度专业能力和创造力的高素质研究生人才，就需要对现有的研究生数字图像处理课程教学内容安排和基本的教学手段进行根本性改革，融入新思政文化元素，教学方式探索也已经日渐成为我校研究生在教学管理及学生培养管理工作中面临一项较为紧迫重大的任务。

1 数字图像处理课程思政教学思路

高等教育的目标是培养时代需求的人才。在人工智能教育背景下，怎样从道德修养和知识传授并重的方向来培养人是高校所有课程教学都必须深思的问题。

目前，临沂大学正在进行人工智能专业建设，并计划积极组织推进学校新兴工科领域与现代新医科领域融合体系建设。在此专业背景支持下，作为一个电子信息技术相关学科专业的在校硕士研究生学习的专业课程数字图像处理在教学内容上是围绕“医学图像处理”的知识架构和算法系统框架构建，整合了第二、三、四、五、七、十章共六章的教学内容和核心知识点，设计综合性算法教学应用案例；结合近年来该研究领域中相关学者最新成果研究，着重在强调医学图像的处理应用在现代临床医学影像。能快速有效的为临床精准诊断手术方案和介入治疗技术提供相关专业基础知识,有着相对较强的工程实用性。还能为现今热门的人工智能影像诊断和读片分析提供基础知识，比如人工智能辅助诊断新冠肺炎系统。以国家关于“新一代人工智能”的中长期规划等为信息媒介，激发我校学生极大潜能的创新实践和学习实践新动力；将众多的国内外新技术、新产品引入课堂，提升案例的时代性和挑战性，并剖析算法原理，回归课程知识点，帮助广大学生在实践中轻松快速找到方法和获得学习“归属感”；以学术会议、学术论文、任务驱使的项目教学等方式，促进学生自主学习，提升学生的认知能力兴趣，让大多数学生在实践学习中有获得感，成为合格的中国特色社会主义的建设者和接班人。

2 思政教学设计

在课程思政教学中，案例的选取要合情合理、打动人心，只有触动到学生才能达育人的效果。这就需要教师注重平时发现和积累。临沂大学研究生的数字图像处理课程以婴幼儿自闭症预测、肺结节检测和识别、脑部肿瘤检测和识别等案例，启发学生自主学习关键技术和算法，跨章节综合知识点，构建医学影像预处理系统，如图1所示。从人工智能辅助检测阿兹海默症关联课程思政，帮学生树立科技要为人民大众利益服务的理念，激发学生的家国情怀、时代责任、历史使命，帮助他们进一步地树立更积极和正确乐观向上的三观意识。本课程可以考虑从以下三个方面入手来进行思政教学设计。

图1 教学设计

（1）以热点案例为“引”：比如，抛出《我的姐姐》等电影情节，以重男轻女引起的婚姻问题、社会问题激发学生对案例的关注度；接着引出在中国每年通过非法医学鉴定性别有不少于30000名女婴胎儿被打掉[4]。同时，中国目前面临着极其严重的男女比例结构失调，在截至2021年统计里达到最低结婚年龄标准的单身男子就已经远远比女子多出了1800万。由此引申到男女平等、人人平等思政元素。有些人没有人道主义精神，借助B超检查鉴别胎儿性别，只看重家族与个人利益，把社会利益抛一遍。女孩也能为国争光、为家添彩，可举出朱婷、谷爱凌的例子。由医学鉴别胎儿性别案例，启发学生医学图像分类知识，最终联系到知识点──分类器的设计。

（2）以项目教学为“支撑”：从国家“新一代人工智能”领域对人才基础理论的高要求出发，提出学习图像预处理算法的重要性；并以阿兹海默症AI辅助诊断项目为例，对数据库构建、网络搭建、特征提取、损失函数计算、系统调试和过程分析等技术进行过程可视化讲解，展示给学生一个可触及、可设计、可创新、可分解、可综合的阿兹海默症AI辅助诊断系统。通过播放电影《困在时间里的父亲》片段，让我们意识到尽早检测出阿兹海默症并及时进行干预的重要性。目前，治疗阿尔茨海默病的方法有限，我们所能做好的就是预防。目前，在临床医学上，大多数阿兹海默症病人被确诊时已处于晚期。而新一代人工智能技术能够通过提供早期预警来帮助病人进行早期干预。由此，可帮学生进一步树立科技要为人民大众利益服务的理念，要有科技强国之意识，激励广大研究生们走科技报国之路。

（3）以翻转课堂和学生项目质量为“评教”：把主动权交给学生，以“强国有我”鼓励学生根据案例自主策划选题、自行进行项目调试设计，老师给予必要的指导，并要求在调试过程中做到逐步调参、优化再创新，培养他们主动学习的能力和激发他们的创新创业意识，塑造学生大国工匠素养；设立前沿论文讲解、项目设计、小组汇报等分项目标考核评估机制，培养学生独立查阅文献的能力和团队协作能力。

通过参加学术会议、阅读学术论文的线上线下自主学习[3]、项目案例的讲解设计和翻转课堂将思政育人、知识传授、技能培养和双创培育有机结合在教学实施过程中。以思政引领价值塑造，以热点案例引导知识目标，以项目教学促进创新创业意识，以考评机制激发能力目标。预期教学成效：能够在实践中逐步培养学生攻坚克难的拼搏意志，在热点应用的激发下，能够通过现象看本质，掌握图像预处理算法及其综合应用，激发学生的爱国情感，培养学生求真务实的工作严谨态度和逐步树立正确的科学观念。

3 教学实施

3.1 教学模式

（1）在知识结构上，由项目任务抛出基本理论的学习，再转向应用和算法分析，再回归到项目任务上来，循序迈进；在教学内容上，由实际案例向融入实景和思政元素进行改革，引导知识模块的有机整合，逐步实现案例和模块化教学的结合，采用任务驱动的教学方法，不仅使研究生了解到数字图像处理的具体应用及与其他学科的交叉融合，还拓宽了学生的研究思路和方向，激发了学生知识系统化、精益求精的学术素养。临沂大学研究生开设的“数字图像处理”课程，依托智能计算团队和国家面上项目“基于结构回归森林估计形态和灰度婴幼儿脑部核磁共振图像非刚体配准研究”，将课程内容与医学影像进行了交叉融合。

（2）在自主学习和翻转课堂方面，考查学生线上课程的自学情况、参加学术会议的情况和前沿论文的阅读情况。以“科技强国”为内在动力、“翻转课堂和评价机制”为外在动力，通过自主学习，可使他们很快能够了解认识到数字图像处理技术就是人工智能时代的“眼睛”，可与很多学科进行交叉融合。这种教学方式不仅能快速培养研究生主动查阅文献资料和批判性阅读高水平学术论文的学习能力，还能在实践中进一步拓宽自身学术知识面、调动自主学习的主动性意识和勇于探索科学研究的精神。如由《等着我》电视栏目想到，从和谐社会到拐卖人口问题再到网络照片寻亲再抽象到图像处理算法最后上升到课程素养目标，在潜移默化中让他们养成居安思危、勇于攀登科技高峰的信念[5]。

（3）小组项目汇报。从思政的角度，以实例或实际应用场景视频、故事开场打开教学过程。启发学生针对场景抽象到图像处理算法上去，然后进行系统功能设计。小组汇报设计和系统功能实现，演示实操结果。通过小组汇报的方式，让学生有获得感，同时也培养了学生团队协作的精神。

3.2 信息化平台

平台选用智慧树、雨课堂、腾讯会议等。智慧树，用于线上讨论、发布任务、了解学生课下自主学习情况等；学生通过共享自录授课视频预习知识点和进行项目设计等。雨课堂+腾讯会议用于直播答疑、热点讨论、翻转课堂等。智慧树系统中，学生通过线上完成预习和自主学习完成率近100%。腾讯会议中，学生积极参与课堂讨论，随堂提问答题准确率较高，对知识点的实际应用非常感兴趣。个别学生课堂表现不佳，专注力弱、课堂沉默，需要考虑应对和改善的有效策略。

3.3 混合式教学设计

课程立足于立德树人的根本教育任务，采用“阅读前沿文章+问题讨论、热点思政+技术提炼、案例实操+项目设计、分项考核+持续改进”相结合的线上线下混合式教学方法。如图2所示。

图2 混合式教学设计

4 结语

在当前人工智能时代的背景下，国家对应用型研究生人才的培养提出了更高的要求[6]。作为应用型研究生课程“数字图像处理”面向新一代人工智能领域，立足于立德树人，遵循工程认证理念，将知识传授、能力培养、价值塑造和创新意识紧密融入课程教学全过程。我们要在前沿技术发展和当下社会热点话题中充分挖掘学科知识点，整合教学内容，用实景故事引导学生要居安思危，关注专业领域前沿，培养学生切实具备发现问题、解决复杂疑难问题的决心和毅力。同时，我们还要持续挖掘完善课程思政案例，不断拓展优化，围绕立德树人，培养学生课下自主学习、项目设计和课上热点思政引导、项目案例讲解、翻转课堂、小组汇报等方式，培养学生创新创业团队意识。临沂大学数字图像处理课程团队成员积极参加思政课程培训，不断进行课程思政教学探索，在社会热点和国内外科学技术成果中，持续挖掘典型思政教学案例，将“价值塑造、知识目标、能力目标和双创培育”四位一体的理念贯穿于课程教学始末。

课程思政教育建设体系作为一项长期的系统工程，目前全国范围仍处于起步和建设阶段。如何真正做到合理地、有效地、科学地根据专业知识制定合适的课程思政内容，还需我们不断地去深入探索与交流学习。面向临沂大学高水平应用型人才培养定位，在日常的教学中，我们既要提升研究生群体的专业技能[7]，又要注重学生思想教育的引领，培养出专业水平高的、素质过硬的合格的应用型人才。