楊春蘭?吳水才?白燕萍?高宏建

摘要：“生物醫(yī)學(xué)圖像編程實現(xiàn)技術(shù)”是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)研究生的選修課。教學(xué)方式主要采用課堂講授和學(xué)生上機討論同步結(jié)合的形式。針對該課程教學(xué)內(nèi)容中ITK和VC均采用英文開發(fā)平臺的特點，在各章節(jié)的教學(xué)中為學(xué)生提供了豐富的英文學(xué)習(xí)資源。教學(xué)中采用英文ITK編程指導(dǎo)書作為程序編寫的基本算法理論參考。程序設(shè)計中，示例程序英文注釋占到1/2以上篇幅。鑒于目前的教學(xué)現(xiàn)狀， 對該課程的雙語教學(xué)改革進行了探索。

關(guān)鍵詞：生物醫(yī)學(xué)圖像編程實現(xiàn)技術(shù)；雙語；教學(xué)改革

作者簡介：楊春蘭（1980-），女，河北石家莊人，北京工業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與生物工程學(xué)院，副教授；吳水才（1964-），男，江西九江人，北京工業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與生物工程學(xué)院，教授。（北京 100124）

基金項目：本文系北京工業(yè)大學(xué)2013年度研究生課程建設(shè)項目（項目編號：015000542513528）、北京工業(yè)大學(xué)教育教學(xué)研究項目（項目編號：ER2013B21）的研究成果。

中圖分類號：G643.2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）09-0105-02

“生物醫(yī)學(xué)圖像編程實現(xiàn)技術(shù)”是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)研究生的選修課。該課程的主要內(nèi)容是分別利用Visual C++和ITK兩種編程工具實現(xiàn)常見生物醫(yī)學(xué)圖像的讀寫、點運算、配準、分割等涉及醫(yī)學(xué)圖像分析基本問題的程序編制。本課程共32學(xué)時，包括7個章節(jié)：常用醫(yī)學(xué)圖像處理軟件編程環(huán)境介紹；生物醫(yī)學(xué)圖像的類型及其數(shù)據(jù)表達；各種醫(yī)學(xué)圖像的讀寫方法和顯示；生物醫(yī)學(xué)圖像處理類庫的實現(xiàn)；醫(yī)學(xué)圖像配準；醫(yī)學(xué)圖像分割；基于醫(yī)學(xué)圖像的統(tǒng)計分析。

本課程教學(xué)方式主要采用課堂講授和學(xué)生上機討論同步結(jié)合的形式。教學(xué)思路圍繞利用VC等編程工具實現(xiàn)圖像處理程序的編寫展開：以ITK學(xué)習(xí)作為算法理論指導(dǎo)的基礎(chǔ)和主線，在學(xué)生理解具體算法的核心內(nèi)容后，再利用VC完成算法的實現(xiàn)，進而使學(xué)生掌握VC進行生物醫(yī)學(xué)圖像處理的編程技巧。在課堂教學(xué)中充分發(fā)揮學(xué)生的積極性，鼓勵創(chuàng)新思路和團隊合作。本課程目前主要選用與ITK和VC圖像處理緊密相關(guān)的指導(dǎo)書和參考書，以及筆者編寫的教學(xué)講義。

針對該課程教學(xué)內(nèi)容中ITK和VC均采用英文開發(fā)平臺的特點，目前英文多媒體課件已達教學(xué)內(nèi)容總量的2/3以上。筆者多年從事生物醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域的科研工作，近年來查閱并收集了大量英文文獻。在各章節(jié)的教學(xué)中為學(xué)生提供了豐富的英文學(xué)習(xí)資源。此外，教學(xué)中采用英文ITK編程指導(dǎo)書作為程序編寫的基本算法理論參考。程序設(shè)計中，示例程序英文注釋占到1/2以上篇幅。鑒于目前的教學(xué)現(xiàn)狀， 擬將該課程建設(shè)為雙語課程。

一、雙語教學(xué)改革的必要性

“生物醫(yī)學(xué)圖像編程實現(xiàn)技術(shù)”作為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)碩士生的專業(yè)選修課，目的是使學(xué)生學(xué)會利用VC和ITK等編程工具完成生物醫(yī)學(xué)圖像處理的程序設(shè)計和相關(guān)科研任務(wù)。目前Microsoft Visual C++6.0開發(fā)平臺和ITK開發(fā)平臺均為英語環(huán)境，ITK學(xué)習(xí)資料和網(wǎng)站亦均使用英語，因此，掌握VC和ITK程序設(shè)計中的常見專業(yè)術(shù)語，具備閱讀并編寫英文注釋的程序代碼能力是教學(xué)中的一個重要目標(biāo)。前幾輪教學(xué)中主要存在以下問題：

第一，學(xué)生本科階段專業(yè)背景和英文水平存在差異，在學(xué)習(xí)以英文為主的教學(xué)內(nèi)容時存在一定困難。北京工業(yè)大學(xué)（以下簡稱“我?！保┥镝t(yī)學(xué)工程專業(yè)研究生大多來自其他各地方院校，很多學(xué)生在計算機語言學(xué)習(xí)和編程操作方面基礎(chǔ)較為薄弱，編程水平亟待提高。目前生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)開設(shè)的研究生課程中，“醫(yī)學(xué)圖像處理”僅從基礎(chǔ)理論方面論述了生物醫(yī)學(xué)圖像處理的內(nèi)容、模式和發(fā)展趨勢，學(xué)生缺乏利用計算機編程工具實現(xiàn)圖像處理算法的技術(shù)入門和指導(dǎo)。本課程目前主要以ITK用戶學(xué)習(xí)指導(dǎo)書和Visual C++圖像處理參考書作為學(xué)生學(xué)習(xí)的參考資料。ITK指導(dǎo)書和相關(guān)學(xué)習(xí)資料為全英文編寫，通常程序開發(fā)者使用的VC6.0開發(fā)平臺為英文版，幫助查詢信息也為英文，在一定程度上增加了學(xué)生學(xué)習(xí)編程技術(shù)的難度。雙語教學(xué)的開展成為解決該問題的重要途徑。

第二，已有經(jīng)試用一定時期、教學(xué)效果良好的上機指導(dǎo)講義，但尚無與英文學(xué)習(xí)資料配套的雙語教學(xué)講義。生物醫(yī)學(xué)圖像處理的基本概念和相關(guān)算法是本課程的理論基礎(chǔ)，利用ITK和VC進行編程是學(xué)生學(xué)習(xí)本課程應(yīng)掌握的基本技能。鑒于在課堂教學(xué)中，理論講授仍是主要教學(xué)手段，筆者圍繞使用ITK和VC圖像編程兩條主線來安排課堂教學(xué)，精選出能夠提高生命科學(xué)與生物工程學(xué)院（以下簡稱“我院”）研究生科研水平的課程內(nèi)容。

目前的課堂教學(xué)主要以ITK用戶學(xué)習(xí)指導(dǎo)書和Visual C++圖像處理參考書作為學(xué)生學(xué)習(xí)的參考資料，尚無可供使用的正式出版教材?；谇捌谠撜n程教學(xué)改革建設(shè)，筆者編寫了該課程的上機編程指導(dǎo)講義，教學(xué)中已試用3輪，學(xué)生普遍反映對其學(xué)習(xí)很有幫助，取得了較好的實驗教學(xué)效果。然而，單獨一本上機指導(dǎo)書或者幾本相關(guān)參考書無法滿足教學(xué)中的實際要求。此外，目前編寫的上機指導(dǎo)書中缺少英文專業(yè)術(shù)語，而在實際教學(xué)中應(yīng)當(dāng)注重專業(yè)術(shù)語的解釋和英漢對照，使學(xué)生在掌握專業(yè)知識和技能的基礎(chǔ)上進一步學(xué)會專業(yè)詞匯的運用，提高其科研能力。因此，教學(xué)中亟需使用將基礎(chǔ)理論內(nèi)容與上機操作有效緊密結(jié)合的雙語教學(xué)講義，使課堂教學(xué)中學(xué)習(xí)資料與上機指導(dǎo)書內(nèi)容相對應(yīng)，從而使教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)化，能夠同時滿足學(xué)生理論學(xué)習(xí)和上機操作的實際需要。

第三，學(xué)生自主學(xué)習(xí)內(nèi)容來源均為英文資料，尚需教師做中英對照指導(dǎo)。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和動手實踐能力是研究生教學(xué)的基本指導(dǎo)思想。計算機程序設(shè)計類課程需要足夠的上機操作練習(xí)和課后自主學(xué)習(xí)來鞏固學(xué)習(xí)成效。只強調(diào)課堂講授往往使學(xué)生的思路受到限制，不能達到同步跟隨講解掌握編程要點和調(diào)試技巧的目的。筆者鼓勵學(xué)生在自學(xué)中利用互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代學(xué)習(xí)工具，并結(jié)合自己在生物醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域的科研工作，針對教學(xué)內(nèi)容收集了大量英文文獻，在各章節(jié)的教學(xué)中為學(xué)生提供了豐富的英文學(xué)習(xí)資源。但多數(shù)學(xué)生在計算機語言學(xué)習(xí)和編程操作方面基礎(chǔ)較為薄弱，且缺乏圖像處理方面的先修專業(yè)知識，在自學(xué)時遇到了較多困難，需要教師對相關(guān)專業(yè)術(shù)語和概念做中英對照解釋和指導(dǎo)。因此，課堂講授和課后師生答疑及作業(yè)等均宜采用雙語模式。

綜合以上分析，本課程在教學(xué)中需組織并精選雙語教學(xué)內(nèi)容，并在此基礎(chǔ)上編寫與英文學(xué)習(xí)資料配套的雙語課堂教學(xué)講義，在課堂講授等環(huán)節(jié)亦適合采用雙語教學(xué)模式。雙語教學(xué)是解決前述幾個教學(xué)問題的必要手段，也是增強本課程教學(xué)效果的重要途徑。

二、雙語教學(xué)建設(shè)的具體措施

1.教學(xué)內(nèi)容建設(shè)

本課程主要以利用ITK和VC兩種工具進行生物醫(yī)學(xué)圖像處理的程序設(shè)計展開。ITK的學(xué)習(xí)相對易于掌握和理解，可作為引導(dǎo)和幫助學(xué)生形成編程思路和整體框架的基礎(chǔ)部分；針對生物醫(yī)學(xué)圖像的特點，在ITK對應(yīng)內(nèi)容學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，重點使學(xué)生掌握利用VC進行各種處理算法的程序?qū)崿F(xiàn)。由于課時數(shù)的限制，教學(xué)內(nèi)容將緊密聯(lián)系目前醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域的熱點問題，參照國內(nèi)外常用生物醫(yī)學(xué)圖像編程軟件的基本功能，精選有助于學(xué)生今后開展科研工作的內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上完成教學(xué)內(nèi)容的中英對照優(yōu)化。

在目前使用的英文ITK學(xué)習(xí)指導(dǎo)書、VC圖像處理參考書和自編的上機指導(dǎo)講義中，對于圖像文件的讀寫、圖像濾波等內(nèi)容，是交叉重合的部分，也是教學(xué)中的重點內(nèi)容。因此，可依據(jù)學(xué)習(xí)資料將上述章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容重新整合，組織成中英雙語對照的形式；對于無交叉的內(nèi)容，如圖像配準、統(tǒng)計分析等，以中文參考書為主導(dǎo)，英文指導(dǎo)書相關(guān)知識點為參考，通過查閱參考資料，完善該部分的中英對照內(nèi)容。

2.教學(xué)方式建設(shè)

雙語教學(xué)的目的是使學(xué)生能夠在專業(yè)領(lǐng)域進行學(xué)習(xí)和應(yīng)用，使外語不再成為專業(yè)學(xué)習(xí)和交流的困難和障礙。因此，雙語教學(xué)不能僅僅立足于提高學(xué)生的外語水平，更應(yīng)在教學(xué)中注重專業(yè)術(shù)語的解釋和英漢對照，使學(xué)生在掌握專業(yè)知識和技能的基礎(chǔ)上進一步學(xué)會專業(yè)詞匯的運用。[1-3]本課程雙語教學(xué)的目標(biāo)必須以掌握專業(yè)知識及技能為基礎(chǔ)，進而培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和利用編程理解各種理論算法的學(xué)習(xí)能力。

基于上述教學(xué)思想，教學(xué)方式主要采取課堂教師講授與學(xué)生同步上機操作相結(jié)合的形式。在雙語教學(xué)過程中充分發(fā)揮學(xué)生使用英語學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)新意識，鼓勵團隊合作完成較復(fù)雜程序的設(shè)計。[4，5]針對課堂講授環(huán)節(jié)，以英文多媒體課件為依據(jù)，在各章節(jié)末給出專業(yè)術(shù)語的中英文對照總結(jié)。對基本理論算法采用英語講解，重點和難點部分用漢語加以強調(diào)。

每個專題內(nèi)容的教學(xué)中，首先由教師給出具體的設(shè)計任務(wù)，以ITK示例程序作為基礎(chǔ)理論指導(dǎo)，利用VC演示經(jīng)典程序的編寫調(diào)試過程，重點強調(diào)編程中的技術(shù)要點和中英對照專業(yè)術(shù)語，并對易錯點進行提示。根據(jù)設(shè)計任務(wù)，鼓勵學(xué)生在實現(xiàn)程序的基本功能基礎(chǔ)上，加入自己對算法的理解和功能擴展，并請學(xué)生在課堂上對程序設(shè)計思路用英語進行講解和交流。課后程序作業(yè)要求學(xué)生在程序編寫時給出各種函數(shù)功能和關(guān)鍵語句的英文注釋。

在醫(yī)學(xué)圖像配準、分割專題的教學(xué)中，讓學(xué)生分析查閱中英文獻資料，結(jié)合自己今后的科研方向制作簡單的軟件實現(xiàn)配準、分割的常用算法。在這些專題中組織學(xué)生進行英文口頭報告和學(xué)術(shù)討論。對于功能模塊較復(fù)雜的程序，讓學(xué)生自由分組，注重培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作精神和個性特長的發(fā)揮。

3.教材建設(shè)

目前該課程沒有指定的正式出版教材，在實踐教學(xué)中主要采用自編的上機指導(dǎo)講義《<生物醫(yī)學(xué)圖像編程實現(xiàn)技術(shù)>上機指導(dǎo)說明書》，課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中主要從ITK和VC實現(xiàn)圖像處理兩個方面為學(xué)生提供了相應(yīng)的英文學(xué)習(xí)資料和參考書。

結(jié)合該課程的專業(yè)特色和注重上機操作環(huán)節(jié)的特點，在優(yōu)化中英對照教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，編寫本課程雙語教學(xué)講義。講義內(nèi)容涉及中英對照的醫(yī)學(xué)圖像處理相關(guān)基本概念和術(shù)語、ITK程序運行步驟及結(jié)果分析中文注釋、ITK專業(yè)術(shù)語中英對照詳解、VC圖像編程技巧要點等。由于該課程實踐性強，在編寫講義的同時，對重要的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)難點可以制作視頻講解的VCD光盤予以輔助。

三、雙語課程建設(shè)的可行性

本課程教學(xué)內(nèi)容是在了解學(xué)生知識水平和專業(yè)背景的前提下，結(jié)合我院生物醫(yī)學(xué)工程中心各研究室的研究方向和主要工作而安排的。針對VC開發(fā)平臺和ITK教學(xué)示例程序及注解均為英語的特點，后續(xù)教學(xué)中可以做到對雙語教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)的進一步完善和調(diào)整，從而達到提高教學(xué)效果的目的。

盡管目前本課程尚無可供使用的正式出版教材，但已有適應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)水平的相關(guān)中英文參考資料和申請者編寫的學(xué)生上機實驗指導(dǎo)書和講義，后續(xù)建設(shè)中編寫與中文對照的英文講義是完全可行的。

選修該課程的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)生人數(shù)相對固定，課堂教學(xué)過程便于控制。授課對象具備良好的英語基礎(chǔ)和專業(yè)知識，具備雙語教學(xué)的接受水平和理解能力。因此可以探索更為合理的雙語教學(xué)模式，從而充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)研究生利用英語查閱文獻和學(xué)習(xí)的研究能力，提高其國際交流水平。充分發(fā)揮本課程教學(xué)內(nèi)容和參考資料為英文的優(yōu)勢，讓學(xué)生在該課程的學(xué)習(xí)中對利用英語進行科研的訓(xùn)練得以實現(xiàn)。

本課程教學(xué)團隊的師資力量和業(yè)務(wù)素質(zhì)達到了對“生物醫(yī)學(xué)圖像編程實現(xiàn)技術(shù)”進行雙語課程建設(shè)的基本要求。筆者曾赴英國華威大學(xué)參加了校青年骨干教師出國培訓(xùn)，口語流利，專業(yè)基礎(chǔ)知識扎實；為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本科生主講“Visual Basic程序設(shè)計”（雙語）課程，具有為該專業(yè)學(xué)生講授計算機類課程的雙語教學(xué)經(jīng)驗，了解該專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)計算機類課程時的知識水平和心理特點；多年從事生物醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域的科研工作，查閱并收集了大量英文文獻，在各章節(jié)的教學(xué)中為學(xué)生提供了豐富的英文學(xué)習(xí)資源。

本課程隸屬生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)碩士生計算機類選修課。我院設(shè)有生物醫(yī)學(xué)工程一級學(xué)科博士學(xué)位、碩士學(xué)位授權(quán)點，該學(xué)科是北京市重點建設(shè)學(xué)科。生物醫(yī)學(xué)工程中心下設(shè)2個生物電子與儀器研究室，1個生物力學(xué)與仿真工程研究室。生物醫(yī)學(xué)圖像處理是生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的主要研究方向之一，上述研究室均開展了涉及生物醫(yī)學(xué)圖像處理的研究工作，可為本課程的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)提供科研實踐訓(xùn)練環(huán)境；此外，產(chǎn)學(xué)研基地還可吸納學(xué)生進行與圖像處理相關(guān)課題的編程創(chuàng)新訓(xùn)練。我院與美國桑利尼亞州立大學(xué)簽訂了聯(lián)合培養(yǎng)協(xié)議，為開展雙語教學(xué)提供了有利的國際學(xué)習(xí)和交流條件。

四、展望

為推進國際化教育進程，研究生課程建設(shè)應(yīng)積極做到與國際化接軌?！吧镝t(yī)學(xué)圖像編程實現(xiàn)技術(shù)”以提高學(xué)生圖像處理的編程水平為基本出發(fā)點，結(jié)合當(dāng)前該課程的教學(xué)現(xiàn)狀，在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式等方面都有望實現(xiàn)雙語化。通過借鑒相關(guān)計算機類課程雙語教學(xué)的寶貴經(jīng)驗，不斷進行總結(jié)，從而實現(xiàn)預(yù)期教學(xué)目標(biāo)，切實提高研究生的實踐能力和研究水平。

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（責(zé)任編輯：王意琴）