楊春蘭 周著黃 高宏建 孫 珅 吳水才

（北京工業(yè)大學(xué) 北京 100124）

《生物醫(yī)學(xué)圖像編程實現(xiàn)技術(shù)》是北京工業(yè)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)研究生的選修課。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，筆者前期分別進行了雙語教學(xué)課程建設(shè)和線上課程建設(shè)，取得了預(yù)期教學(xué)效果。習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會議中強調(diào)，“高校思想政治工作關(guān)系高校培養(yǎng)什么樣的人、如何培養(yǎng)人以及為誰培養(yǎng)人這個根本問題。要堅持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程，實現(xiàn)全程育人、全方位育人，努力開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面”。因此，思想政治工作必須以學(xué)生為中心，只有不斷提高學(xué)生思想水平、政治覺悟、道德品質(zhì)、文化素養(yǎng)，才能為社會培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞暮细袢瞬拧?/p>

我校為進一步把貫徹落實全國高校思想政治工作會議和《中共中央國務(wù)院關(guān)于加強和改進新形勢下高校思想政治工作的意見》精神引向深入，大力提升高校思想政治工作質(zhì)量，在課程育人質(zhì)量提升體系建設(shè)中，大力推動以“課程思政”為目標(biāo)的課堂教學(xué)改革，通過優(yōu)化課程設(shè)置，修訂專業(yè)教材，完善教學(xué)設(shè)計，加強教學(xué)管理，梳理各門專業(yè)課程所蘊含的思想政治教育元素和所承載的思想政治教育功能，融入課堂教學(xué)各環(huán)節(jié)，進而實現(xiàn)思想政治教育與知識體系教育的有機統(tǒng)一。

生物醫(yī)學(xué)圖像分析是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)和從事圖像處理等相關(guān)專業(yè)的研究熱點，而目前生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)研究生程序設(shè)計和編程實踐能力亟待提高?！渡镝t(yī)學(xué)圖像編程實現(xiàn)技術(shù)》的課程目的是使學(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)；此外，采用雙語授課能夠提高廣大研究生和工程技術(shù)人員的專業(yè)詞匯量和閱讀英文文獻的水平。本課程實踐性強，以往傳統(tǒng)課堂教學(xué)中經(jīng)常出現(xiàn)學(xué)生因個別環(huán)節(jié)沒有聽懂或者調(diào)試出錯，后續(xù)無法繼續(xù)順利學(xué)習(xí)的情況；而在線學(xué)習(xí)方便學(xué)生分節(jié)點學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)編程步驟，各章節(jié)之間聯(lián)系緊密，便于學(xué)生查找程序錯誤，提高動手能力和解決問題的能力，實現(xiàn)使用上機指導(dǎo)說明書與教學(xué)情境同步化，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的資源優(yōu)勢和特點?；谏鲜稣n程特點，筆者認為在課程教學(xué)中，思想政治改革的重點在于培養(yǎng)學(xué)生不畏困難、主動探索的自主學(xué)習(xí)意識，踏實認真的職業(yè)素養(yǎng)，以及廣闊的國際視野和家國情懷。以下將根據(jù)上述改革思路，具體討論思想政治元素在本課程教學(xué)中的融入方案。

1 思政改革實施方案

在以往的教學(xué)中，我們更加注重學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容、知識點的掌握情況，通常用作業(yè)、考試等手段來督促和考查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。如何充分調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，也是思政改革的重要目標(biāo)之一。筆者擬在各章節(jié)內(nèi)容的教學(xué)方式上做出重要的調(diào)整，以充分發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主動性為設(shè)計目標(biāo)，重點培養(yǎng)學(xué)生實踐動手能力和自主探索的創(chuàng)新意識。這里給出幾個典型案例加以分析。

1.1 生物醫(yī)學(xué)圖像分析技術(shù)的研究概況

關(guān)于該章節(jié)，除對生物醫(yī)學(xué)圖像分析的相關(guān)概念進行講解外，擬加大該技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的實際應(yīng)用背景認知教育環(huán)節(jié)。在這一環(huán)節(jié)中，一方面通過動態(tài)視頻等多媒體形式讓學(xué)生直觀了解醫(yī)學(xué)圖像分析技術(shù)的實際應(yīng)用價值，一方面為學(xué)生展示國內(nèi)外最新學(xué)術(shù)研究動態(tài)。此外，增加學(xué)生自主探究的學(xué)習(xí)內(nèi)容，通過小組匯報的方式，要求學(xué)生進行國內(nèi)外與醫(yī)學(xué)圖像分析技術(shù)相關(guān)的行業(yè)信息調(diào)研，包括與其相關(guān)的醫(yī)療器械、產(chǎn)業(yè)化進展、醫(yī)學(xué)圖像分析研究領(lǐng)域的課題組成果等。

在完成上述任務(wù)的過程中，學(xué)生需要充分發(fā)揮主觀能動性，積極探索獲取信息的多元化途徑，包括參加醫(yī)療器械展覽會等實際考察和體驗的方式。此外，學(xué)生還將借助網(wǎng)絡(luò)工具，鍛煉其檢索主題內(nèi)容并從中總結(jié)、提煉、歸納的能力。由于要求檢索信息不僅局限在國內(nèi)，通過大量查閱國外文獻和行業(yè)網(wǎng)絡(luò)資源，學(xué)生將了解醫(yī)學(xué)圖像分析技術(shù)的國際前沿和程序設(shè)計的重要性，進一步開拓國際視野。此外，在進行總結(jié)匯報的過程中，能夠直觀比較國內(nèi)外該技術(shù)的差異，增強其趕超國際先進技術(shù)的民族自信心，弘揚中華民族奮發(fā)圖強、吃苦耐勞的傳統(tǒng)美德。

小組協(xié)作進行口頭匯報的任務(wù)方式，可增強學(xué)生的團隊合作意識，培養(yǎng)其在團隊任務(wù)中的大局意識和主動發(fā)揮個人特長的奉獻精神和參與意識，為其日后的工作和學(xué)習(xí)提供模擬鍛煉的平臺。

1.2 生物醫(yī)學(xué)圖像分割程序設(shè)計

圖像分割是生物醫(yī)學(xué)圖像分析技術(shù)的重要內(nèi)容,也是當(dāng)前人工智能分類識別技術(shù)的熱點。在這一章節(jié)的傳統(tǒng)教學(xué)中，筆者以概念講解、案例示范為主要教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，學(xué)生課上以單向輸入為主，缺乏自主思考的時間。課程改革以充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)當(dāng)前熱點技術(shù)的熱情為主要教學(xué)目標(biāo)，在基本概念的講解和介紹之外，提前請學(xué)生進行調(diào)研并在課堂展示調(diào)研成果和存在的問題。

該章節(jié)將圖像分割技術(shù)的實質(zhì)與當(dāng)前人工智能的熱點相結(jié)合，從模式分類在醫(yī)學(xué)圖像領(lǐng)域的應(yīng)用入手，讓學(xué)生充分了解模式分類等人工智能技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮的重要作用。在自主調(diào)研的過程中，讓學(xué)生把握國際前沿動態(tài)和我國科技發(fā)展規(guī)劃政策，將研究生階段的學(xué)習(xí)目標(biāo)和規(guī)劃與就業(yè)聯(lián)系起來。通過本章節(jié)的學(xué)習(xí)，期望培養(yǎng)學(xué)生的愛國主義精神，讓學(xué)生充分了解國情，特別是我國生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)圖像分析技術(shù)的發(fā)展水平，激發(fā)其參與先進技術(shù)創(chuàng)新的熱情和自主學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力。

此外，利用學(xué)生調(diào)研環(huán)節(jié)，進一步培養(yǎng)其閱讀國內(nèi)外文獻的基本科研素養(yǎng)，將技術(shù)應(yīng)用的出口作為課堂學(xué)習(xí)的入口，提高其理論聯(lián)系實際的實踐能力和學(xué)以致用的大局意識。在調(diào)研的過程中，鼓勵其發(fā)現(xiàn)問題，并在查閱資料和教師的指導(dǎo)下嘗試進一步解決問題。

1.3 生物醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)程序設(shè)計

生物醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)是生物醫(yī)學(xué)圖像分析技術(shù)領(lǐng)域的難點，也是相關(guān)編程實現(xiàn)技術(shù)的難點。傳統(tǒng)教學(xué)過程中，圖像配準(zhǔn)的概念、步驟以及數(shù)學(xué)變換公式的講解占據(jù)了主要環(huán)節(jié)和時間，但學(xué)生課堂吸收效果不理想，很多學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不扎實，對圖像的幾何變換，特別是編程設(shè)計環(huán)節(jié)概念不清晰。針對上述諸多問題，該章節(jié)的教學(xué)改革以配準(zhǔn)在手術(shù)導(dǎo)航中的重要作用為主導(dǎo)線索，首先使學(xué)生明確配準(zhǔn)的應(yīng)用背景和重要臨床意義，并讓學(xué)生明確技術(shù)精度要求對醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用結(jié)果的巨大影響。其次，為學(xué)生多方面提供學(xué)習(xí)資源，特別是視頻類電子資源，以及醫(yī)學(xué)圖像分析軟件產(chǎn)品的開拓學(xué)生思考問題的角度和方式，培養(yǎng)學(xué)生自主探究問題的主動意識和創(chuàng)新精神。

本課程依托 ITK（Insight Segmentation and Registration Toolkit）平臺，重點讓學(xué)生在理解醫(yī)學(xué)圖像分析技術(shù)的基本概念后，能夠基于該平臺的工具包開發(fā)簡單的程序，實現(xiàn)生物醫(yī)學(xué)圖像的相關(guān)處理功能。因此，程序設(shè)計能力的培養(yǎng)是本課程在技術(shù)實踐方面的關(guān)鍵教學(xué)目標(biāo)。程序設(shè)計要求學(xué)生具備一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和邏輯分析能力，以及嚴(yán)謹認真、不畏困難的做事態(tài)度。圖像配準(zhǔn)的相關(guān)程序設(shè)計，要求學(xué)生深入理解圖像變換的基本原理，以及圖像插值等圖像配準(zhǔn)技術(shù)涉及的基本方法。

本章節(jié)的程序設(shè)計作業(yè)，擬在前期教學(xué)方式上做出重要調(diào)整，即學(xué)生需要對程序設(shè)計流程、程序調(diào)試過程中遇到的難點問題進行動態(tài)記錄，可以采用錄屏或者PPT制作的形式，在課堂上進行分享交流。通過上述方式,學(xué)生由被動接受和完成學(xué)習(xí)任務(wù),轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)自主學(xué)習(xí)熱情和參與實踐過程,這對于學(xué)生提升程序設(shè)計和分析能力,以及研究生階段解決實際問題的動手能力,有很好的促進作用和成效。

1.4 期末作業(yè)提交和口頭匯報展示

期末作業(yè)是對本課程學(xué)生學(xué)習(xí)效果的檢驗及其對應(yīng)掌握內(nèi)容的歸納總結(jié)。改革之前以上機作業(yè)和相應(yīng)實驗報告的書面形式為主。因部分學(xué)生本科期間程序設(shè)計基礎(chǔ)較差，上機作業(yè)必須依賴其他同學(xué)的幫助尚能完成，學(xué)生作業(yè)內(nèi)容相似度較高，無法體現(xiàn)個體差異和檢測學(xué)習(xí)漏洞。為切實提高學(xué)生的實踐動手能力和編程水平,改革后擬充分考慮學(xué)生的基礎(chǔ)水平和專業(yè)背景,將同一知識模塊的作業(yè)題目進行難易不同程度的區(qū)分,學(xué)生可以根據(jù)自身情況選做相應(yīng)的上機題目。

筆者期望能夠通過考核形式的改變，給予學(xué)生更多貼切其實際客觀情況的指導(dǎo)練習(xí)，讓學(xué)生腳踏實地的根據(jù)自身水平進行相應(yīng)的學(xué)習(xí)，避免浮躁和依賴他人的不良心態(tài)，樹立勤奮、熱情、進取的價值觀和良好品質(zhì)。

口頭匯報部分，沿用改革前團隊協(xié)作的形式，但將團隊人數(shù)控制在三至四人以內(nèi)。為開拓學(xué)生視野，匯報內(nèi)容要求學(xué)生查閱國內(nèi)外文獻，并以英文形式制作PPT和講解匯報。團隊分工協(xié)作的各項任務(wù)，要求團隊成員在匯報時明確進行講解并對主講學(xué)生匯報的內(nèi)容進行補充。在該項環(huán)節(jié)中，還要求學(xué)生圍繞匯報內(nèi)容主題，說明國內(nèi)外的差異并鼓勵學(xué)生進一步結(jié)合國情等因素分析原因，增強學(xué)生的大局意識和科學(xué)思維，培養(yǎng)其敢于創(chuàng)新和適應(yīng)社會等綜合能力。

因此，充分利用課堂的各個實踐環(huán)節(jié)，提升思想政治教育的針對性，堅定文化自信，加強學(xué)生的理想信念教育和樹立積極向上的價值觀。

2 小結(jié)

生物醫(yī)學(xué)圖像編程是生物醫(yī)學(xué)圖像分析領(lǐng)域研究生應(yīng)掌握的基本技能。作為教師，以創(chuàng)新思維培育學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和科學(xué)思維，是在教學(xué)課堂內(nèi)落實思想政治建設(shè)的關(guān)鍵。如何發(fā)揮“科學(xué)課堂”作用，弘揚科學(xué)精神，加強科研育人的效果，將科研素養(yǎng)的培養(yǎng)融入課堂教學(xué)目標(biāo)，是落實本課程思想政治改革的重要環(huán)節(jié)。在后續(xù)教學(xué)改革中，我們將用好課堂教學(xué)的主渠道，將家國情懷、文化自信和正確積極的人生觀、價值觀傳遞給學(xué)生，促進學(xué)生全面發(fā)展，為其步入社會打下良好基礎(chǔ)。