基于创新能力培养的医学图像处理课程混合式教学改革与实践

摘要：随着国家创新驱动发展战略的深入推进，教育领域正迎来前所未有的改革机遇。本文针对医学图像处理课程中存在的教学内容与应用需求脱节、实践项目缺乏创新性、课程评价方法单一等问题，进行了基于创新能力培养的混合式教学改革实践。通过重新组织和优化课程资源，完成课程内容重构，构建“学堂云+雨课堂”的混合式教学模式；设计“三阶四层”的实践教学系统，增强学生的实践操作能力和创新意识；设计注重“过程+效果+创新”的考核评价体系，将临床实践创新案例引入考核过程，明显提升了学生参与创新创业活动的积极性。课程实践证明，医学图像处理课程教学改革切实有效地促进了学生创新实践能力的培养。

关键词：创新能力；医学图像处理；混合式教学

中图分类号：G424 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2025）04-0178-03 开放科学（资源服务） 标识码（OSID） ：

0 引言

随着国家对创新驱动发展战略的不断深入实施，教育领域迎来了前所未有的改革机遇。党的二十大报告中，“创新”一词共出现55次，其中，第五部分“实施科教兴国战略，强化现代化建设人才支撑”中提及“创新”21次，指出“必须坚持科技是第一生产力，创新驱动发展战略”。

为提升学生创新能力，各高等教育学府积极开展教育教学研究改革。新疆医科大学龚巧巧[1]通过录制生动教学视频，嵌入翻转课堂、实验虚实结合和优化考核方式，对医学免疫学实验教学进行改革，结果表明促进了学生实践能力的培养及创新思维的发散。中国科学技术大学李卫芳[2]、河北大学王怀颖[3]、厦门大学刘晓莉[4]等学者基于线上资源平台、大学生创新训练项目、多样化教学手段、实验项目重构等方式开展创新能力培养的混合式教学改革，结果表明能够促进医学生的科学素养培养、创新思维发展，提升自主学习能力和创新能力。

医学图像处理课程是医学影像技术专业的专业核心课程，是集计算机科学、医学知识与临床应用于一体的交叉学科。面对日益复杂的医学图像数据和不断涌现的新技术，传统教学模式已难以满足学生创新能力培养的需求。为此，基于岗位能力需求和社会人才需求的背景，开展基于创新能力培养的医学图像处理课程混合式教学改革与实践，能够促进具有创新精神和实践能力的医学人才培养，为推动我国医疗卫生事业的发展贡献力量。

1 医学图像处理课程现状分析

医学图像处理作为连接基础医学、临床医学与工程技术的桥梁，对培养学生的创新思维和实践能力具有重要意义。然而，目前该课程在教学内容、实践项目以及考核评价方面存在问题，导致学生难以将理论知识应用于实际，缺乏创新意识与能力。

1.1 教学内容偏离应用需求

当前医疗诊断过程中存在临床工作繁重、医疗资源稀缺以及实习过程中的安全风险等问题，导致医学生实习过程缺乏足够的实践机会。此外，部分医学院校缺乏附属医院，导致医学生难以在临床一线完成实际操作；实验室及实验设备不足，使教学过于侧重算法解读，与医学融合度不够，学习难度大。同时，教学内容与医院实际应用和处理过程脱节，学生虽具备较好的图像处理基础，但未能达到解决医学问题的教学目的。

1.2 实践项目案例单一，缺乏创新性

医学图像处理是医工结合的产物，是人工智能在医学影像发展中的重要载体，也是创新创业的重要体现。然而，由于实验平台的缺失，导致医学影像技术类设计性、探索性和创新性实验项目开出率不足，从而引发学生实验兴趣不高、实验效果不理想等问题，不利于学生创新意识与能力的培养[5]。

1.3 考核评价方式单一，缺乏学习过程的全面评估

课程改革前的成绩评定方式为：课程成绩=平时成绩（30%） +期末成绩（70%） ，期末考核比重过大。平时成绩仅由学生的出勤、作业和实验报告构成，不能满足学生全面发展和社会需求的考核要求。此外，传统课程评价注重期末试卷考核，导致学生学习过程懒散、期末突击等问题。

2 面向创新能力培养的医学图像处理课程混合式教学改革

为解决医学图像处理课程教学中存在的问题，依据学生需求和课程知识体系，增强医工融合，设计多元化评价方式，对课程内容进行重构。基于“学堂云+ 雨课堂”设计混合式教学模式，并基于医学图像实践云平台构建“三阶四层”实践体系，以推进教学改革。

2.1 基于创新能力培养的课程资源组织

依据医学影像技术专业的定位和培养目标，制定充分体现“创新能力”要求并落实“立德树人”理念的教学目标。在教学目标的指导下，编写课程大纲和实验大纲，不仅传授医学图像处理的专业知识，更注重强化“学科交叉”和“创新能力”的培养，同时将课程思政融入知识体系中。实验大纲以提高学生工程实践和创新能力为目的，充分考虑学生的特殊性和差异性，搭建层次化实验教学体系。

通过深挖工程实践项目和线上线下教学内容，优化教学内容，实施“以学生为中心”的工程项目和案例式教学，强化学生在解决复杂工程问题过程中创新思维的培养。如图1所示，医学图像处理课程教学资源的组织如下：

1） 教学内容。以临床案例呈现，解构原有教材的知识体系，通过临床案例设计对知识体系进行重构。在临床案例设计时，科学合理地拓展知识的广度、深度和温度，充分体现“创新创业教育”和“新医科”育人目标。

2） 实验内容。围绕教学目标，搭建医学图像处理真实应用“场景”和层次化实验教学体系，贴合“创新创业教育”背景下课程的专业特点和行业需求。实验内容暗含创新思维和创新意识，有效落实“创新创业教育”的根本任务。

3） 学习资源。通过多样化途径实现，包括线上平台、线下课堂和在线互动，满足不同学生的学习需求，提升学习效果。

2.2 基于“三阶四层”的实践教学系统设计

通过对医学影像技术专业专升本学生的学情分析和调研发现，学生在专业知识方面存在较大差异，知识体系较为杂乱，缺乏系统性；且学生的学科基础知识水平参差不齐，部分学生基础薄弱，需要对课程前导知识进行补充和强化。为了提高学生的工程实践能力和创新能力，充分考虑学生的特殊性和差异性，基于医学图像实践云平台构建了层次化的实验教学体系[6]。

如图2所示，该实验教学体系按照递进式将实验分为4个层次：医学图像数据基础（基础层） 、基本医学图像处理（应用层） 、进阶医学图像处理（进阶层） 和高级医学图像处理（高阶层） 。同时，将基本理论技能、综合设计能力和创新实践能力三阶能力培养贯穿其中，构建了“三阶四层”的实践教学系统。层次化实践教学体系充分满足了不同学生的学习需求，实现因材施教。“三阶四层”实践教学系统由浅入深、由易到难、由简单到综合，充分尊重学生的学习及成长规律。

其涵盖的主要内容如下所示。

1） 医学图像数据基础。主要包括图像文件格式、DICOM格式的数据读取、信息读取、格式转换、直方图模块、窗宽和窗位模块、显示布局等内容。

2） 基本医学图像处理。包括医学图像灰度运算、代数运算和几何运算，可实现灰度拉伸、线性变换、非线性变换、灰度翻转、加法运算、减法运算、逻辑运算、缩放、旋转、水平剪切、垂直剪切、平移及原点翻转等操作。

3） 进阶医学图像处理。包括医学图像的增强、分割和形态学运算，可实现直方图均衡化增强、图像卷积运算、空域滤波、图像锐化、膨胀腐蚀、开闭运算、孔洞填充、阈值分割及区域生长分割等功能[7]。

4） 高级医学图像处理。包括医学图像的重建与三维可视化、图像的配准与融合，可实现医学图像反投影法、迭代法重建；融合CT、MR和PET等多种模态影像数据特征；并在数据标注中采用智能融合的方法。

2.3 基于“学堂云+雨课堂”的混合式教学模式

由于医学图像处理课程的授课学时从原来的48 小时压缩至32小时，导致学时严重不足。此外，现有教材侧重学术研究，不利于培养创新实践人才。因此，设计了基于“学堂云+雨课堂”的线上、线下混合式教学模式，开展以学生为中心、以自主学习为主线、以“互联网+”多维学习时空为特色的教学模式。该模式拓展了“教”和“学”的时间和空间，有利于学生个性化自主学习的发展，能够更好地满足新时代人才培养的需求。

通过深挖临床实践项目和线上线下教学内容，将各项教学活动分配到线上（学堂云） 、线下和课堂上（雨课堂） 、课后（学堂云+云实践平台） ，以渐进式、多层级的教学活动加强学生的深度学习。课前通过学堂云推送预习内容，课中讨论教学问题，课后拓展课程知识，实施“以学生为中心、以问题为导向、教学科研相结合”的“问题+启发式、探究+讨论式、工程项目+创新式”的混合教学模式。

深度开发临床案例项目，通过课前线上自学、课中练习测试、课后使用MATLAB开展工程项目案例，以及师生在线交流讨论等方式，加强医学图像处理理论知识的实践应用。同时结合机器学习、计算机视觉等人工智能知识，融入学科前沿内容，突出理论与实践的紧密结合，实施“以学生为中心，以创新为驱动”的工程项目+案例式教学。

2.4 以创新能力和工程化理念设计多元化课程评价

设计了注重“过程+效果+创新”的考核评价体系，打破原有的评价规则，强化教学过程评价，弱化期末考核权重。在考核过程中，融入对学生创新能力、工匠精神和道德素养等方面的考查。具体评价方式如下，1） 过程评价：包括课堂互动、小组讨论汇报、课堂作业和实践操作，占总成绩的50%。2） 效果评价：为期末测试，占总成绩的40%。3） 创新评价：以学科竞赛获奖、创新训练项目及国家专利为依据，占总成绩的10%。课程评价方案从考核“学习成绩”向评价“学习效果”转变，引导学生从“考试结果”向“学习过程”转变。新评价方案注重学生学习全过程的考核，涵盖知识、能力和素质目标的多方位评价。

通过“雨课堂+学堂云”收集的大数据信息，进行过程反馈、评估和测量，使考核更加多元化和合理化。课程考核全面实现数字化，便于课程考核数据的统计和分析。

3 课程改革教学效果分析

基于创新能力培养的医学图像处理课程混合式教学改革，在医学影像技术专业2023级本科2个班级中进行实施。改革显著提升了学生的课堂积极性，班级全体学生均参与课堂互动。根据学堂云后台数据分析，超过80%的学生在课堂互动中表现出色，特别是在实践环节，学生能够积极讨论方案。课程综合评价的平均成绩较上届学生提高了18%，优秀率增加了10%。

通过“三阶四层”的实践教学系统设计，学生在实际操作中得到了更多锻炼机会，实验兴趣和积极性明显提高；多元化的课程资源组织和临床案例的引入，激发了学生的创新思维。学生在完成项目案例的过程中，能够主动思考、探索新方法，培养了创新意识和能力。改革后，90%的学生积极参与学科竞赛、大学生创新创业项目和申请国家专利等创新实践活动。在创新实践方面，学生取得了显著成果：授权实用新型专利4项；参加全国大学生创新创业“互联网+”大赛，荣获省级铜奖2项；获批大学生创新创业训练项目国家级1项、省级3项、校级7项。

4 结束语

本文针对医学图像处理课程存在的问题，进行了基于创新能力培养的医学图像处理课程混合式教学改革实践。在实践过程中，课题组重新组织和优化了课程资源，设计了“三阶四层”的实践教学系统，并采用了“学堂云+雨课堂”的混合式教学模式。通过实施“以学生为中心，以创新为驱动”的工程项目+案例式教学方法，有效提升了学生的课堂积极性和学习效果。

利用“雨课堂+学堂云”的大数据信息进行过程反馈、评估和测量，使考核更加多元化和合理化，课程考核全面实现数字化，便于课程考核数据的统计和分析。课程实践改革验证表明，不仅提高了学生的综合评价成绩和优秀率占比，还显著增强了学生的实践操作能力和创新意识。本文不仅为医学图像处理课程教学提供了有益参考，也为其他课程改革提供了借鉴。

参考文献：

[1] 龚巧巧，马龙，马昕，等.基于大学生创新能力培养的医学免疫学实验改革[J].基础医学教育，2024，26（8）：655-659.

[2] 李卫芳，李旭，王冬梅，等.创新能力培养为导向的混合式实验教学模式的探索与实践[J].生命的化学，2022，42（12）：2279-2287.

[3] 王怀颖，张悦，靳祎.基于创新能力培养的“生物化学与分子生物学” 混合式教学探索与实践[J].科教导刊，2023（16）：91-93.

[4] 刘晓莉，高丰光，谢婷玉，等.培养医学生自主学习能力和创新能力的医学免疫学线上线下混合式教学模式改革[J].中国免疫学杂志，2023，39（11）：2402-2405.

[5] 刘雅楠，李靖宇，赵添羽，等.探究型教学法在医学图像处理课程教学中的应用[J].中国高等医学教育，2023（5）：139-140.

[6] 张毅，李冠亚，胡杨，等.基于“教学-研究-应用” 相结合的创新实践教学：以医学图像处理与分析课程为例[J].中国多媒体与网络教学学报（上旬刊），2022（11）：80-83.

[7] 刘雅楠，李靖宇，赵添羽，等.医学图像处理智慧课堂探究型教学实践[J].中国继续医学教育，2022，14（10）：47-50.

【通联编辑：唐一东】

基金项目：陕西省“十四五”教育科学规划2023 年度课题基于创新能力培养的《医学图像处理》混合式教学改革与实践（项目编号：SGH23Y2932）