医学影像技术专业工程数学教学改革

摘  要 医学影像技术专业对数学知识的要求越来越高,工程数学作为其主要数学课程,教学方式和课程建设继续进行改革。结合医学院校工程数学教学实际,对改革医学院校工程数学教学方式、课程建设及考核方式进行初步探讨。

关键词 医学院校;医学影像技术专业;工程数学;课程建设;教学改革;案例教学法;MATLAB

中图分类号:G642.0    文献标识码:B

文章编号:1671-489X(2019)17-0092-03

1 前言

我国医学影像技术专业是依据医疗各学科的需要而发展起来的专业性极强的学科[1-2],对数学知识的要求越来越高。很多医学院校医学影像技术专业都在开设高等数学课程的基础上开设工程数学课程,如积分变换、线性代数等课程,但是理论与应用的结合还很欠缺。为了更好地将工程数学与影像专业技术相结合,应积极改变教学方式,实施教学改革,以适应时代和科技的发展,培养新型合格的医学影像人才。

2 医学影像技术专业工程数学课程现状

工程数学课程是医学影像技术专业的一门非常重要的公共基础课,是为后期的医学影像成像理论、图像处理等课程打基础的。同时,医学影像技术专业学生在以后考研中,如在考取生物医学工程等专业研究生时,也需要很多的工程数学知识。而目前大多数医学院校的工程数学课程难以满足学生的需求,一般存在下面一些问题。

1)教师大多采用传统教学法,教学改革较少。目前,大多数高等数学教师采用传统教学法,即简单的板书与多媒体课件的结合,但是这种教学方式和方法不能更好地引起学生的学习兴趣。数学课程本身較其他学科显得枯燥,工程数学更是如此,虽然目前很多数学教师在积极探索新的教学方式和方法,但是有时可能因为特殊情况(如班级容量较大等)而未能完全实施。

2)太注重理论,轻视相关背景和实验教学。教师在讲解工程数学内容时,重点大多在纯数学的理论推导上,忽视了对专业相关知识背景的介绍,使得学生在学习过程中不清楚本专业和工程数学之间的联系,造成学生学习兴趣不足,影响工程数学在其专业中作用的充分发挥。同时,多数院校影像技术专业的工程数学课时相对较少,而教学任务又相对较多,所有课时基本上均被理论课所占用,没有相应的实际应用的实验教学,导致学生对工程数学的应用知之甚少,不能引发学生的思考和学习积极性。

3)考核方式单一。目前,教师对工程数学的考核方式比较单一,基本上是通过期末考试一次定性。虽然有的教师加入了平时成绩的考核,但是一般而言,平时成绩也是看学生出勤率和课后作业;而且平时成绩所占比例一般较小,且形式比较单一,基本以课后习题为主。因此,学生的最终成绩仍由期末考试决定,从而导致学生成绩一考定结果,不能够体现学生的综合水平和素质。

相对于其他数学课程,工程数学具有教学任务重、课时少、实用性强等特点[3]。因工程数学具有概念抽象、推导复杂、计算量大、内容与专业课联系不紧密等特点,使得学生在学习过程中兴趣不浓厚,缺乏学习热情,学习主动性和积极性不高,从而导致工程数学的基础不扎实。针对医学院校工程数学教学现状,结合医学影像技术专业特点及教学大纲,本文结合医学院校工程数学教学实际,对医学院校工程数学理论课的教学方式改革和课程设置等方面进行初步探讨。

3 医学影像技术专业工程数学课程教学改革

理论课教学方式改革  目前,大多数医学院校的教师均采用传统教学方式,应逐步向案例教学法转变。案例教学法是通过案例教学使学生主动参与具体的问题,并引导学生进行自主探究性学习以提高解决实际问题能力的一种教学方法。这种教学方法也是国际上大学广泛采取的主流方法。随着对现代人才要求的不断提高,近几年国内一些大学的各专业一线教师积极改进教学方式,将传统讲授教学法与案例和参与式学习教学法有机结合,对学生进行专业教育,涉及的教学领域广泛,如分子生物学、生理学、管理学、外语等,并取得一定的教学成果[4]。

工程数学是建立在高等数学基础之上的一门课程,传统的以教师和课本为主的教学方式容易使学生感觉知识太难,不易理解。而案例教学法则是以学生和课堂为主,应用案例引导学生理解知识,这样不仅能更大程度地引起学生的兴趣,而且能充分调动学生对工程数学课程的学习主动性和积极性,帮助学生实现对工程数学知识学有所用。

案例教学法对教师而言是极大的挑战,不只需要精通所授课程的专业领域,更需要以问题来刺激学生思考,引发学生的好奇心,并通过互相辩论,让学生感觉到自己思考的盲点,找到改善自我的可能性。教师要在课前进行相当充分的准备,要与学生充分互动,引导学生之间互动,要以学生、课堂为主去引发学生的疑问,引导学生解决疑问,从而充分激发学生以原有知识来理解新知识的动机,促使学习的主动发生。

案例教学法的重点之一是教师对案例的设计,即问题的提出。因此,如何选择合适的案例是教师有效实施教学的前提。教师在选择案例时需要考虑案例的客观真实性、专业针对性、趣味互动性以及广泛综合性。在工程数学教学中,教师可进行如下案例设计。

1)在讲解矩阵时,可以从一张影像图片引出,每一张影像图片都是由很多像素点组成,若提取每一点的像素值,则会形成一个m行n列的数字阵,从而引出矩阵的定

义;通过比较不同灰度图像的像素矩阵,理解矩阵的大小和灰度图像空间分辨率之间的关系,了解矩阵元素的数值区间和图像的灰度分辨率之间的关系。

2)在讲解积分变换中的傅里叶变换内容时,可简单介绍其在影像技术中的应用,即CT的基本原理,从而使影像技术专业的学生认识到工程数学在其专业中的重要性,充分调动学生的学习主动性。

3)在讲解积分变换的卷积内容时,从手机中美图秀秀软件的基本工作原理出发,引出卷积这一数学名词,从而调动学生的学习兴趣,激发学生的学习欲望;在讲解卷积定义时,从生活实际出发,用往平静的水面扔石头的简单案例,用图形逐步演示,变抽象为形象,与学生讨论互动,使学生易于理解,同时设置问题情境,引发学生思考,引出卷积的定义;利用心电信号或者脑电信号的卷积,讲解卷积定理,让学生真正理解时域与频域的转换关系,从而能够深刻理解卷积定理。

加强工程数学实验课的建设  目前已经有部分医学院校开设了工程数学的实验课,工程数学实验课是建立在数学软件MATLAB基础上的实验课程,因此,医学院校在开设工程数学课程之前应开设MATLAB课程,让学生掌握软件的基本使用方法。

理论课能够使学生牢固掌握工程数学的理论知识,但是工程数学课程的内容较高等数学更复杂,理解起来难度更大、更抽象,因此更需要开设实验课程,使内容更加形象化,并增加工程数学在影像技术中的应用,以增强学生的兴趣,提高学生学习工程数学的积极性。

如教学线性代数的矩阵内容,可以让学生提取某一图像的像素矩阵以加强对矩阵定义的理解;对图像进行加减背景,实质就是两个像素矩阵的加法和减法运算,通过对图像的加减背景操作,使矩阵的加减运算更为形象,增强工程数学的实用性,激发学生的学习兴趣。

如在积分变换的一维傅里叶变换内容中,可利用MATLAB

进行不同频率和不同振幅的正弦信号的傅里叶变换的图形展示及叠加信号的傅里叶变换的圖形展示,加深学生对傅里叶变换的理解,通过实验如何傅里叶变换构造方波、三角波、锯齿形波等,引发学生思考,拓展学生思维;在二维傅里叶变换内容中,通过医学影像图像傅里叶变换,观察其包含频率成分,去掉噪声成分,然后进行傅里叶逆变换,获得处理后的图像,对比图像处理前后的变化;在卷积内容中,用简单的数字信号展示卷积的原理,然后考查医学信号(如心电信号、脑电信号等)的卷积,展示卷积在实际医学中的应用,让学生学以致用,真正体会到工程数学是一个强大的工具,提高学生的学习积极性。同时,为学生后期要学习的医学影像原理、图像处理等课程打下坚实的基础,也使学生了解工程数学在其他课程中占有的重要地位。

考核方式改革  随着时代进步及高等教育的发展,考核方式也应有相应的改变。学生最终成绩的考核应由平时成绩和期末考试成绩共同决定,但是平时成绩更应该占主要部分。并且平时成绩也不应该只是简单的出勤率和作业次数,而应该加上平时表现,如学生课堂上的积极性,学生自学部分内容的讲解等。另外,教师布置作业时不应该是简单的重复练习,而应该出一些开阔思维、引发学生创新的作业,还可以让学生为自己布置作业。例如:在讲解完二维矩阵定义后,可以布置三维矩阵的定义作业;在讲解完一维傅里叶变换定义后,让学生完成二维傅里叶变换的定义作业;在讲解完二维卷积应用后,让学生自己布置卷积应用方面的作业;不定期地让学生自学部分内容后进行讲解;也可以让学生完成文献阅读和整理工作等。只有将作业形式多样化、内容多元化,才能激发学生的学习积极性和创造性,同时体现工程数学知识的特点。

4 结语

随着科技发展,医学影像技术不断进步,工程数学在医学影像技术专业课程中的地位越来越重要。因此,为了满足培养新型合格的医学影像人才需要,对工程数学这门基础专业课程的教学改革也迫在眉睫。但是教学改革不是一朝一夕的事情,需要持之以恒、不断探索,在总结经验和教训的基础上不断地探讨和实践。只有提升教学水平,改革教学方式,丰富教学手段,加强理论与实际的结合,让乏味、枯燥、难懂远离学生,才能培养出更适合新时代的医学影像人才。

参考文献

[1]赵红兰,孙存杰,赵英红.新医疗环境下医学影像技术学的教学探索与思考[J].现代医用影像学,2014,2(4):458-460.

[2]王啸,余永强,钱银锋,等.基于应用型人才培养的医学影像学多元化教学改革[J].安徽医药,2015,19(12):

2424-2425.

[3]张铎,廖敏,唐春霞.《工程数学》教学改革与研究[J].教育现代化,2018,6(26):21-22.

[4]刘东艳,范素军,李芳.基于CMPCL教学法的医学高等数学教学改革的初步探讨[J].时代教育,2016(13):202.