以问题为导向的医学图像处理教学方法改革

韩贵来+詹和庆+李晓玲+李海霞

摘要：本文首先分析了医学图像处理课程的特点，针对目前医学图像处理教学中所面临的问题，提出以问题为导向的医学图像处理教学方法改革。简要介绍了以问题为导向的教学方法的基本特征，阐述了以问题为导向的医学图像处理教学方法的课程安排、问题设计和具体组织实施方法等。实践表明，该方法能更有效地调动学生学习的积极性和主动性，提高学生的资料查找能力和实践能力，也能更好地培养学生的团队合作意识。

关键词：以问题为导向 医学图像处理 PBL

医学图像处理是一门讲述如何运用数学的方法利用计算机对医学图像进行处理的课程，它在生命科学研究、医学诊断与临床治疗等方面都起着重要的作用，是培养高素质复合型人才的一门重要学科。随着医学影像技术的日益成熟以及各种各样的医学影像设备在医院中的广泛使用，医院每天都获取大量人体内部组织图像。樊代明院士来我校讲座曾经半开玩笑地说过，他曾经带了一个医疗团队下乡，结果没有了这些影像设备这些医生到了乡下都不会看病了。因此如何对这些医学图像进行有效的处理与分析，具有重大的社会效益和广泛的应用前景。目前越来越多的医学院校已开始开设医学图像处理这门课，本文将从医学图像处理课程的特点、目前教学所面临的问题以及以问题为导向的医学图像处理教学方法等几个方面进行探讨。

一、医学图像处理课程的特点

医学图像处理是以数字图像处理为基础，结合医学院校的特点和教学要求，以医学影像为处理方向，开展的一门课程。医学图像处理教学的基本要求是：了解医学图像的基本特点和图像处理的基本概念，掌握医学图像处理和分析的基本原理及方法，能够利用计算机完成各种医学图像处理，包括医学图像的增强、分割、配准、三维重建和三维可视化。该课程具有以下特点：

1.多学科交叉

医学图像处理涉及医学、计算机科学、数学、物理、数字信号处理、生物生理学等多个领域的知识。课程内容广泛，各学科之间的交叉、渗透，对教学和实践均提出了较高的要求，学生较难理解相关知识和技术 [1]，尤其是医学院校学生数学基础薄弱，对医学图像处理中各种算法的理解更加困难。

2.理论和实践并重

医学图像处理的实现过程是建立在坚实的理论基础之上的，每一实现方法都有严格抽象的理论基础。医学图像处理的实现又是建立计算机编程实践的基础上的，医学图像处理的算法最终要在计算机上编程实现。只有通过计算机编程才能使相关医学图像处理理论得以验证，进而得到应用。因此，理论和实践相结合是医学图像处理研究与教学的关键，既要注重基础知识的教学，同时又要加强学生实践能力的培养。计算机编程恰恰是医学院校学生普遍的弱项，多数学生都没有系统学过编程语言。但是该课程的理论性和实践性都比较强， 尤其强调编程实践，因此该课程起点高、难度大，对任课老师和学生都提出了比较高的要求[2]。

二、目前教学所面临的问题

我校目前有医学影像和信息管理与信息系统两个专业开设了医学图像处理这门课。医学影像专业的学生对各种医学图像的特点比较清楚，但是医学影像专业的学生在先导课程中只学过大学计算机基础和Visual Foxpro两门计算机课程，他们普遍编程基础弱，面对各种医学图像处理算法就像读天书一样。而信息管理与信息系统专业的学生系统学习过数据结构、c++、java等计算机课程，在数学实验课上也接触过Matlab编程，编程对他们来说问题不是很大，对医学图像处理各种算法的接受能力也比医学影像专业学生强，但是信息管理与信息系统专业的学生在先导课程中没有学过医学影像学等课程，他们对各种医学图像的特点不够清楚。为了能顺利开展医学图像处理这门课程，结合学生的特点，对于医学影像专业的学生，我们通常在医学图像处理课程的前几节课给学生补习一些Matlab编程的内容，而对于信息管理与信息系统专业的学生则给他们补习几种常见的医学成像比如X射线、CT、MRI、超声、PET等，让学生熟悉它们各自成像的特点。根据多年的医学图像处理教学经验，即便如此，学生往往在医学图像处理前半部分课程还听的比较认真，但到后面面对铺天盖地的各种医学图像处理算法，大多数学生都招架不住了，仅有极少数学生能跟上老师的节奏。 尽管老师在讲台上讲的很辛苦，但是学生收获不多。究其原因，并不是学生不想学，学生前面听课也挺认真的；也并不是老師讲的不好，老师讲的满头大汗、口干舌燥。只是面对大量医学图像处理算法的填鸭式灌输，学生逐渐变麻木了，以至于越落越远。因此医学图像处理教学方法必须改，化被动为主动，充分调动学生学习的积极性和主动性，开展以问题为导向的医学图像处理教学方法改革。

三、以问题为导向的医学图像处理教学方法

以问题为导向（Problem-Based Learning，PBL）是以学生为中心的教学方式，其特点在于在教师的指导下，将学生放在主体地位，通过小组讨论的方式，以某一具体案例或问题为中心的展开讨论，在具体的案例讨论过程中不断“发现问题、分析问题和解决问题” [3]。为了解决问题，学生需要分工合作积极主动地去查找各种资料，包括课本中的各种医学图像处理算法。通过交流讨论，不仅可以促使一些懒惰的学生也要主动去查资料，而且通过学生间分享学习成果，也使一些学习差的学生不知觉中得到帮助。以问题为导向的教学方法，强调以问题解决为中心、多种学习途径相结合，强调小组成员间交流合作。为了解决问题促使学生主动地去学习各种医学图像处理算法，积极地开展小组讨论，从而达到学生主动学习的目的。

1.课程安排及问题设计

为了更好地开展以问题为导向的医学图像处理教学，我们初步将医学图像处理内容分为三部分[4]：一是医学图像处理基础部分，包括医学图像处理的发展历史、课程特点、研究内容以及临床中实际应用例子，这部分主要有老师来讲解，目的是把学生领进门，让学生了解图像处理的特点，明白数字图像是可以处理的，并通过一些真实的应用例子调动学生的学习兴趣。对于影像专业的学生还要给学生补充一些Matlab编程方面的知识。医学影像的各种成像技术对于医学影像专业的学生来说更是他们的长处，应该让学生在讲台上充分展现出来，以增强他们的自信心；而信息管理与信息系统专业的学生对于医学成像技术则比较陌生，则可以引导学生分组去查资料，通过分组展示和老师补充来完成这部分的学习。二是医学图像处理主要内容部分，包括图像变换、图像增强、图像分割等。这部分需要老师根据教学内容结合自己的科研设计合适的问题，引导学生分组去查资料，通过团队合作去解决这些问题。第三部分为医学图像处理的高级内容，包括医学图像配准融合和医学图像三维重建部分。这部分让学生去实现会有些难度，但可以让每组学生针对某一问题查资料以课程论文的形式提交他们的成果，如果能实现出来或者课程论文写的比较好，则可以在平时成绩等方面给与他们适当鼓励，也可充分调动学生的学习积极性。

2.组织实施

让学生按自愿原则分成若干组，每组5人左右，每组选出一个组长，负责每组的分工和协调工作。任课老师在上次课下课前20分钟左右将下次课要讨论解决的问题公布出来，通过老师简单讲解分析将问题拆分成若干子问题或同一问题的不同解决方向。不同组学生以抽签方式抽取自己组的问题。学生课后就可以抽时间去查资料，讨论分析问题的解决方法。考虑到学生平时的学习任务也比较重，课下可能没有那么多时间，因此下次课任课老师可以根据实际情况，给学生留出一、两节课时间继续讨论解决各自的问题，并记录讨论过程和每个组员在问题解决过程中所起的作用或给出的建议。在学生讨论的过程中，任课老师可以适当参与每组的讨论，解答学生讨论中出现的疑问。这时候往往也是学生学习效率最高的时候。针对不同专业的学生基础不一样，则可以因材施教。影像专业的学生则要求他们通过查资料运用Matlab编程实现自己要解决的问题。针对医学影像专业学生计算机编程基础弱的问题，我们专门开发了一个医学图像处理教学实验系统[5]。该系统包含了各种常见的医学图像处理算法及其Matlab实现代码。学生可以参考该系统实现也可以自己查资料实现。而对于信息管理和信息系统专业的学生，由于他们系统学习过C++、java等编程语言，编程基础比较好，任课老师则可以要求他们用C++编程来实现。这样做的好处一是可以与他们学的其他课程有机结合起来，二是运用C++编程实现可以更好地了解各种医学图像处理算法的实现过程，三是可以拓宽学生的就业门路。目前大多数图像处理相关公司在招聘时都要求学生要有VC++图像处理经验。最后一节课则由学生展示他们通过讨论后实现的程序代码及运行的结果，并由其他小组对该组进行评分。最后老师再针对学生的实现情况进行总结，对于学生没有考虑到的问题进行补充。最后每个学生在平时成绩问题讨论部分的得分则由两部分组成：一是小组分，由其他小组根据该组的表现和实现情况所给的评分；二是任课老师根据学生的每组讨论记录及其表现所给的组内表现分。

结语

以问题为导向的医学图像处理教学方法改革对任课老师提出了更高的要求，问题设计的好坏直接影响着该方法的教学效果。只有任課老师在教学科研方面见多识广才能设计出即能与临床实际相结合又能紧密联系医学图像处理各知识点的好问题。因此以问题为导向的医学图像处理教学方法改革也可以反过来促进老师的科研，使得教学与科研相得益彰。以问题为导向的医学图像处理教学方法改革在我校也是刚刚开始，还有许多问题有待解决完善。但是从学生的表现来看，学生的学习积极性比以前有了明显提高。

参考文献

[1] 梁佩鹏，李坤成. 基于问题的学习（ PBL） 结合Matlab 在医学图像处理中的应用[J]. 山西师范大学学报（ 自然科学版）. 2015.29（2）：35：38

[2]韩贵来. 医学图像处理课程教学方法探讨[J]. 时代教育. 2011年第4期：14

[3] 石盼. PBL 教学法在医学图像处理教学中的应用探索[J]. 科技经济导刊. 2016年第26期：123-124.

[4] 周涛，陆惠玲. PBL 教学模式在《医学数字图像处理》中的实践[J]. 中国西部科技 2014.13 （5）：108-113.

[5] 韩贵来，詹和庆，李晓玲. 医学图像处理系统设计与开发. 福建电脑[J].2016.10：31-32.