面向创新能力培养的“医学图像处理”实验教学改革研究

王克难 王亚平 李福星 李子军

摘 要：以“医学图像处理”实验课程中培养学生创新实践能力为目的，以“医学图像处理”实验课程教学改革为例展开研究，通过实验教学改革，激发了医学院学生的学习积极性，培养了学生自主学习的能力，加强了学生学习的主动性，提高了学生的动手能力，提升了学生的创新能力和独立从事科研工作的能力。实践证明，教学改革方案对于提高学生解决实际问题能力和提高学生学习效率和学习效果有显著作用。

关键词：医学图像处理；实验改革；创新能力

医学科学的不断发展，有赖于医学自身认识能力的提高，更有赖富于独立思考能力和创新能力的医学人才的成长，在大学阶段培养和造就富于创新能力的医学人才，是时代赋予我们的神圣使命。

医学图像处理是一门系统地研究各种图像理论、技术和应用的较新的课程，实验教学在“医学图像处理”课程中起着越来越重要的作用，数字医学图像处理实验教学的目的在于让学生掌握医学成像和图像处理方面的基本原理、方法和发展趋势，培养学生解决该方面实际问题的能力。本文通过对医学图像处理实验课程进行改革研究，通过实践动手环节，有效培养医学生的独立思考和创新能力，并为医疗学科培养学生创新能力的实验教学模式提供借鉴。

一、培养学生的学习兴趣和独立思考的积极性

通过实验教学改革，设计新的实验方案，以培养学生的学习兴趣，增强主动参与意识。学生对实验内容产生了好奇，就会积极主动地查找相关资料，与老师和同学讨论。实验过程尝试多种教学方法，增强学生的学习动力，培养学生对实验内容的浓厚兴趣。同时，采用医院实际应用案例，培养学生独立思考的习惯和解决实际应用问题的能力。医学图像处理课程相关的数学理论抽象，算法难度偏大，给教师教学和学生学习造成了很大的困难。利用影像物理课程的“医学图像处理”实验教学中的Matlab软件使用Matlab图像处理工具箱函数将大大减轻图像数据的繁杂操作，使学生更加快捷地完成图像处理任务，可以把更多的精力倾注于各种图像处理算法的效果上。Matlab为医学影像专业的学生提供了一个很好的编程平台，使学生能够编程实现简单的图像处理算法，提高学生的独立思考能力和实际动手能力，使学生能更快、更好掌握图像处理和图像分析的基本理论和分析方法。对于医学图像处理这门课程的特点，布置大量上机操作训练，让学生体验图像处理的乐趣。例如，图像增强处理实验，图像增强技术是图像处理的重要内容，用来改善图像的质量，一幅视觉效果很差的图像，其灰度直方图都集中在很窄的一段区间内，为了增强该图像的对比度，提高图像的视觉效果，就需要采用一种图像增强方法。Matlab工具箱中有求直方图函数imhist和均衡化函数histeq函数，读取原始图像后，直接调用工具箱的相应函数就可以处理图像，可以让学生自己编写函数，尝试用不同的方法改善图像，将增强后的图像与原图像进行相比，观察处理结果，不断改进，这样就可以使学生对直方图均衡化图像增强方法产生兴趣。

二、通过开展研究性教学培养学生的自主学习和独立思考能力

开展研究性教学，培养学生在教学中的主动性和创造性，它是以培养学生的独立思考和创新实践能力为核心的一种教学活动方式，可以提高学生的观察、操作、研究的能力且开发其创新思维。具体实施步骤为：首先，教师根据课程内容，提出问题，解释实验题目的内容和研究目标。其次，学生查阅文献资料，找到感兴趣的课题题目。再次，在教师的指导下，学生提出解决问题的方案，激发学生自主学习和探究的动机，鼓励学生自己编程调试实现，学生开动脑筋，亲自动手，开发了学生的创造力并使其对该学科产生兴趣。最后，实验总结和评价。实验结束，有针对性地找出典型实验，对于最优解决方案和尚有不足的解决方案，分别对各方案的研究方法、技术路线、研究结论进行总结和评价。以医学图像处理的直方图知识点为例，首先教师解释该实验题目的内容和研究目标，认识直方图在图像处理中的基本概念，接下来需要学生对教材的知识进行系统的掌握，并且要查阅相关资料，根据课本上直方图的数学公式，利用Matlab软件仿真出一幅图像的直方图分布，进而得出的仿真图与利用Matlab图像处理工具箱的imhist函数得到的直方图分布图片进行比较，根据两者图像曲线的相似度来判断自己编写的程序是否合理。学生完成上述步骤后，教师需进行实验总结和评价并对本实验进行统一演示，对共性问题统一解决，对个别问题应进行单独辅导。

三、充分利用实验室条件，通过实验室教学，解决一些图像处理问题

配合20学时的理论课程，安排了12学时的实验课。设计了5个多达20学时的实验内容供学生选择，其中验证性实验2个8学时，目的是巩固和掌握在医学图像处理理论内容中的基本的原理、算法及思想；综合性实验2个8学时，使理论课程中的重要知识点的综合运用能力得到提高；设计创新性实验1个4学时，运用理论知识解决实际问题、与本学科前沿研究相结合、注重培养学生创新能力的有效手段。选择图像处理中最重要的算法作为实验课教学的主要内容，覆盖了医学图像处理中图像增强、图像压缩、图像分割、图像特征描述、彩色图像处理等各个重要部分，并利用实验室开放管理的模式为学生课下做实验提供了条件，以满足因材施教，体现以学生为主体的思想，以及满足不同层次学生的需要。

四、通过实训基地教学，开展拓展性探究学习

通过医学院附属医院实训基地教学，了解社会对该课程应用方向的实际需求情况以及创新技术进行项目开发，积累实践经验和工作技能，培养地科研、生产实践一体化的创新型人才。增加课外设计实验，鼓励学生对算法改进或提出新的解决算法，加强学生的动手能力。加强科研训练，培养创新实践意识，重视实际研究性问题实验，有针对性地提出研究性问题，让学生利用所学知识进行解决。例如，我们提出了附属医院实际MRI图像分割问题，让学生利用图像分割的方法去解决，提高学生开展科学研究的能力。这些科研训练能提高学生思考问题、分析问题和解决问题的能力，培养其创新实践意识，从而提高学生开展科学研究的能力，为今后工作打下良好基础。

总之，针对医学图像处理课程的特点，结合学科组多年的教学经验，在实验教学实践等环节中对如何培养学生的创新思维这个课题进行了一些具有改革性的尝试，结合实验教学案例，简要阐述了如何利用实际的案例来激发学生的学习兴趣和培养创新動机。通过教学效果能够看出该实践可以有效地激发学生的兴趣，在培养学生的动手能力同时可以加深学生对实际问题的理解，加强了学生对知识综合运用和创新研究的能力。

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基金项目：本文系2012辽宁省普通高等教育本科教学改革研究立项（2012-821），辽宁医学院2012教改重大项目（ZD201205）子课题资助。

作者简介：王克难，1961年2月出生，男，汉族，辽宁锦州人，副教授，从事物理学与电子技术教学工作。

编辑 鲁翠红