医学影像信息系统教学设计论文

医学影像信息系统教学设计论文 篇1：

基于核心大概念培养学生计算思维的教学设计

● 核心大概念能培养学生计算思维，促进学生深度学习

1.核心大概念指向学科本质，揭示原理、思想和方法

核心大概念是一个学科最重要、最基础的理论知识，指向学科本质，揭示原理、思想和方法，能够改变学生的思维方式，而科学层面的东西是最本质的，最终是要教给学生的。信息科技学科的核心大概念，包括数据、算法、信息系统、信息社会、网络、信息处理、信息安全、人工智能等，蕴涵着计算机执行命令解决问题的一系列思想方法。

2.计算思维的定义

周以真教授提出，计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动，学生通过对核心概念的理解掌握培养计算思维。但在目前的教材中，应用软件的教学大多是说明书式的教学，对学生的意识、思想没有触及，所以，教师应让学生明白，不能只追求技术的应用，满足于技术带来的实用的功能，而要追问技术背后的道理，探究技术背后的原理和规律。

3.计算思维是人的思维，存在于每个人的生活之中

计算思维是人的思维，它不只属于计算机科学家，也是每个人的基本技能，如出门前需要把当天的东西放进背包，这就是预置和缓存思想;当弄丢手机时，沿走过的路寻找，这就是回推。计算思维是人类解决问题的一条途径。

4.核心大概念构成学科体系能促进学生的深度学习

刘月霞在《深度学习：基于核心素养的教学改进》一文中指出，“深度学习”深在让学生对学科核心知识有深度的理解和加工。所谓对学科核心知识的深度理解和加工主要体现在以下三个方面的动态过程：一是从单一知识点到结构性知识;二是从细枝末节的知识到学科核心内容、大概念;三是从浅表性知识到学科独特思想方法、学科本质。信息科技学科通过核心大概念构建学科知识体系，使课程内容结构化、零散的内容系统化，帮助学生构建知识间有意义的连接，掌握计算机科学的思想和方法，培养计算思维，促进深度学习，从而转变学生的思维，影响学生的行为，改变学生的生活方式。

5.课堂观察记录呈现出思维深度层级逐渐加深的趋势

美国教育评价专家韦伯提出了“知识深度”理论，这个理论主要指向教学活动和任务设计，强调需要设计的内容是学习的深度、学习过程的复杂程度，这正是在课堂上落实核心素养所需要的。如上页表1所示，知识深度理论将学生的认识水平分成四个等级，设计者可以根据不同等级的思维要求，设计与教学目标相匹配的活动和任务，也可以用这个工具评估自己所设计的活动是否处在较高的思维层级，是否具有一定的综合性和挑战性，是否能推动学生深度学习，促进核心素养落实。

● 基于核心大概念的教学设计

机器学习是人工智能模块中很重要的一个概念，笔者根据上页表1的框架，设计了小学《机器学习》一课的课堂教学观察表（如表2），研究这节课学生思维层级的变化，评估深度学习的程度。通过课堂观察，把本节课的活动任务记录下来，分析出目的，以及思维水平、认知水平、深度层级，发现本课思维深度从平常思维到批判性思維，从一级到四级，逐层深入，既符合学生的认知发展规律，又实现了深度学习，落实了核心素养。

1.教学内容设计

核心大概念指向计算机科学本质、思想、原理、方法，根据中小学生的认知能力和特点，需要对核心大概念进行分解，并设计好高初小的衔接，科学地螺旋上升。每节课的课题宜小，内容宜少、精、深，但要指向本质，既要符合学生认知发展规律，又要对核心大概念科学分解，找到各学段的育人价值。

2.教学目标和重难点的设计

教育的目的是改变思想，改变思维方式，核心大概念指向思想方法，因此信息科技学科的教学目标可设计为四维目标，包括思想方法目标、概念原理目标、实践应用目标和德育目标。在本课中，思想方法目标为理解机器学习是对人类认知学习过程的模拟;原理目标是掌握机器学习的过程、概念、原理以及计算机实现过程;实践目标是小组合作完成人工智能创意作品;德育目标是基于原理进行德育渗透，使学生辩证地看待人工智能的利弊，自觉保护数据安全，承担信息社会责任。

核心大概念比较难理解，因此首先要理清知识之间的脉络关系，知识的逻辑性决定了教学过程的逻辑性，是一节课的关键。例如，在小学阶段，学生需要了解提取特征和建立模型是基于数据和算法，数据通过算法提取特征、建立模型。具体的算法比较难实现，教学中可以将其作为黑盒子处理，而数据是本课需解决的难点，数据的精准对机器学习的效率影响很大，可以让学生通过简单的机器学习积木化程序来实现。同时，数据是导致人工智能不安全的主要因素，可以适时借助其对学生进行安全以及责任教育，实现其育人价值。

3.教学过程要循序渐进突破教学重难点

计算思维在生活中具有广泛的应用，选取丰富、恰当、贴近生活的事例，可以加深学生的理解。本课选取了婴儿认识世界、认识新老师、识字、人脸识别、医学影像识别等实例，符合小学生的认知心理，材料准确、科学、典型，贴近社会和学生现实生活，有说服力，能加深学生的理解。

同时，设计的核心任务要设计出具有综合性、挑战性和现实性，这样才能承载落实核心素养的教学目标。教学中要恰当设计实验验证、探究、游戏、玩、猜、试、计算机程序验证等活动，激发学生持久思考、探究。只有经历这样的过程，学生才有可能逐渐形成解决问题的基本思路和方法。

此外，教师还应将突破重难点的探究任务分解成若干个容易处理的小任务，让学生能够一步步完成探究，找准学生“最近发展区”，提供必要的经验或资料，促使其形成问题解决的良好的经验结构。

4.针对难点适时进行道德教育

教师应思考学科独特的育人价值，让学生知道产生不安全因素的原因，以及如何避免，从而培养学生的信息安全意识和信息社会责任感。例如，可通过人工智能违法案例，让学生知道生活中要注意保护人脸、指纹等生物特征，防止信息泄露，以免危及财产安全，认识到数据的重要性。同时，明确事物具有两面性，人工智能既能给人们带来智慧生活，也会产生很多问题，使学生在学习机器学习的过程和原理的基础上，能够深入理解产生不安全因素的原因，培养学生自觉保护自己和他人的信息安全意识。

5.评价

反馈性评价即过程性评价。教学中，为了随时了解学生的思维，教师可通过提问、互动、讨论、汇报展示等多种方式获取学生学习信息，做出及时评价和反馈，监控教学得失，调整教学策略，提高教学有效性。创新作品评价是从知识的迁移应用出发，引导学生自选主题，发挥想象力。结果性评价主要对学习的具体概念进行再认知、分析、解释、应用，了解学生习得情况。

● 结束语

基于核心大概念构建信息科技学科体系，着眼于学科的基本思想和方法，对学习对象的深度加工，有利于学生的学习内容结构化，帮助学生全面把握知识的内在联系，探究技术背后的原理和规律，促进知识的实践转化和综合应用，并创造性地解决问题，引导学生理解所学习的内容与过程，体会大概念的内在价值，进而形成积极的社会性情感、态度与责任感，在培养学生计算思维的同时，也培养了学生的信息意识、数字化学习与创新、信息安全与信息社会责任等核心素养，有效促进学生深度学习。目前，存在的最大问题是如何分解细化核心大概念、如何精准确定教到什么程度，这些都还需要继续深入研究。

作者：张杨

医学影像信息系统教学设计论文 篇2：

交互医学图像处理平台的研制

摘要：医学图像处理是一门包含大量的数学、图像处理知识点的课程，我校不同专业对此门课程的要求不一，导致教、學环节存在一定的困难，根据我校三区一园的格局，以医学图像处理基本功能模块为基础，辅以Matlab、C++混合编程，开发了可远程访问的交互医学图像处理平台[1]，可根据不同专业的学习各取所需，各有侧重，实现同一平台，多种应用，并以水平集分割为例详细介绍了平台的使用，并经我校生物医学工程专业学生试用，效果良好。

关键词：图像处理;水平集;混合编程;轮廓检测

1 引言

我院开设的《医学图像处理》是一门集数学、计算机技术、医学于一体的复杂交叉学科，图像处理结果对临床医生有重要的指导作用，但其内容丰富、广泛，并含有大量繁琐数学公式推导，学生接受、理解存在一定的困难。与此同时，由图像处理产生的二维序列，在头脑中构建出三维重建后的立体[2]，对并没有医学背景的医学信息工程学院计算机各专业师生而言困难重重。基于我校的大学生创新创业项目，开发了基于Matlab交互的医学图像处理平台，旨在使同学们直观了解医学图像的获取，处理、重建前后的对比效果，加深对算法的理解和对医学图像的认识[3]。

2 交互医学图像处理

2.1平台的设计思想[4]

平台的设计思想以医学图像处理的基本理论为基础，通过交互的界面，学生可任意选择实验项目或算法展示对比处理前后的效果，并通过基于B/S架构，构建服务器端和学生端（客户端），并把此平台嵌入医学信息工程学院综合实验中心虚拟仿真中心网站，实现两校三区一园均可在线访问。

2.2 Matlab、C++混合编程

Matlab是一款优秀的集众多功能于一身的软件，其优越的计算性能在图像处理过程中得以体现，以编程简单、易懂、工具包丰富得到各理工学科青睐，可把图像、图形以矩阵的形式予以计算，与此同时，Matlab是我院医学信息工程学院计算机、生物医学工程专业课程中均采用的软件，学生熟悉其性能，并与基于C++的部分图像功能函数进行混合编程，提高编程效率。通过软件界面及功能的实现，有效的“串联”了计算机专业课程有关的知识。

3平台的实施

医学图像理平台的创建采用了服务器端和学生端的形式[5-6]，创建之初，藉希望其平台可远程访问，并使用组件技术，搭建各实验项目所需的实验仪器设备，然后通过注册到服务器端予以使用，以服务于我校三区一园的学生使用。

3.1创建服务器

服务器端采用了由安装的Matlab及其OLE、COM组件、库文件，并采用了由Matlab执行解释脚本语言的方式。服务器伪代码如下：

Link.listen（port）

Link.accept（）;

cassociateromteAEtitlte（）;

if（iacceptremoteaetitle）

cassocitate.send（link）;

if（prescontexaccept>0）

cassociateac.send（link）

if（！iacceptlocalaetitle）

cassocitate.send（link）;

else

cassociate.send（link）;

3.2客户（学生）端

通过客户（学生）端，用户不需要在本地机上安装Matlab等相关的图像处理软件，只需要把需求提交至服务器端，服务器对接收到的请求予以响应，将图像处理后的结果，以网页的形式返回客户端，在客户端的显示器上显示处理前后的效果。客户（学生）端的确伪代码如下：

Link=open tcp connection;

Construct cassociatedq;

Cassociaterq.send（link）;

Reply=link.receive（）;

If（reply==cassociateAC）

{

While（presentationcontext）

Acceptedpresentationcontext++

If（aceptedpresentationcontext！=0）

Return true;

Else

Return false;

}

Else if （reply==cassoctateRJ）

{closetcpcouncction

Return false;

}

4以图像的轮廓检测验证平台

图像的轮廓检测是计算图形学的重要内容，在医学图像轮廓检测中具有重要应用。特别是在肿瘤的治疗过程中，医生往往利用肿瘤分割技术将肿瘤与正常组织分割开来，通过确定肿瘤位置、肿瘤大小、形状等肿瘤病灶轮廓特征对病灶进行定性分析、探明病灶与其周围组织间的关系;准确地勾画出肿瘤的边界以及正常器官的范围，确定治疗范围，制定合理的治疗方案但由于病变组织的形态变化细微且无规律可循，加入成像过程中各种噪声的引入，使肿瘤图像分割没有摆脱出具体任务具体分析的局面，没有形成一个通用的解决方案。本平台以一普通图形的分割及医学图像的分割展示平台的强壮性、可移植性。图像分割方法众多，从运算量较小精度有限的Sobel算子、Kirsc算子、Laplacian算子，到计算复雜精度较高的区域生长，水平集分割算法。创建的平台根据需要分别予以给出具体演示，在此以水平集分割为例予以验证，C-V模型是基于区域的水平集方法，它对于要分割对象与背景的像素平均值具有明显不同的图像具有很好的效果。根据定义可得C-V模型的能量公式：

其核 心即为计算上式，当其取最小值时，取得分割曲线c即为检测对象的轮廓，根据求解方法的不同又衍生出许多计算方法，但均以复杂的数学公式推导为基础，如学生为追求知识的理解，过多的投入精力用于数学公式的论证，将忽视医学图像处理的核心——图像处理、图像分析、理解。本平台可为不同专业不同侧重的学习者提供可视、直观的图像处理效果。使医学类相关专业学生无需过多的关注数学公式的论证，推导，直接点击相关的分割方法[7-8]，即会产生分割效果。

具体操作步骤如下：

1）打开图象

2）选定主窗口

（1）单击“选定主窗口”复选框

（2）拖动鼠标选定窗口

3）选择水平集模型

4）只需选择一个子窗口（子区域）

（1）选择子区号1

（2）选定子窗口：

单击“选定子窗口”复选框，拖动鼠标选定窗口。

5）单击演化按钮

演化8500次后：

5结论

在学习医学图像处理过程，接合我校实际教学需要，研制基于Matlab的交互医学图像处理平台，实现了医学图像处理的基本图像处理功能，并以水平集方法为例详细介绍了平台的使用方法，我校涉及此课程的各专业均可使用，并可根据使用者对图像处理的理解，自行选择算法，对比处理前后的效果。既绕开了复杂的数学公式，又达到了医学图像处理知识的“串联”，经我校2016级、2017级生物医学工程专业学生使用，运行效果良好。平台将在后续引入VR相关技术，使平台的交互性、立体感更强。

参考文献：

[1] 董默，苏奎，周志尊，等.生物医学工程专业《医学图像处理》实践教学的改革[J].软件，2017，38（2）：37-41.

[2] 李振伟，杨晓利，胡志刚，等.以学生为中心的专业课实验方式研究与实践——以医学图像处理实验为例[J].中国医学教育技术，2015，29（1）：87-91.

[3] 廖湘琳，宋金玉，余晓晗，等.基于项目化教学法的信息系统技术基础课程教学设计[J].计算机教育，2017（4）：28-30.

[4] 李越.计算机图像处理技术在医学影像中的进展与应用[J].电脑知识与技术，2016，12（30）：238-240.

[5] 李锐娟，李瑞敏.临床医学中计算机图像处理技术的应用[J].中国新通信，2016，18（21）：153.

[6] Li C M，Xu C Y，Gui C F，et al.Distance regularized level set evolution and its application to image segmentation[J].IEEE Transactions on Image Processing，2010，19（12）：3243-3254.

[7]杨红喆.水平集理论及其在医学图像分割中的应用[D].北京理工大学学报，2014（8）.

[8]江贵平，秦文健，周寿军. 医学图像分割及其发展现状[J].  计算机学报， 2015（6）.

【通联编辑：王力】

作者：刘二林　苏蕊　王胜川

医学影像信息系统教学设计论文 篇3：

基于任务驱动的电子健康实践课程教学研究

[摘 要]本文研究分析了电子健康教育的现状和问题，在分析任务驱动教学模式的基礎上，致力于将其应用到电子健康实践教学体系中，并从多方面进行了解析，这对突破电子健康教学具有重要意义。

[关键词]电子健康；教学研究；任务驱动模式

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.12.129

电子健康是对基于信息和通信技术的、帮助并加强健康和生活方式领域的预防、诊断、治疗、监控和管理的一系列工具的统称。在信息技术和通信技术的大力推动下，电子健康事业蓬勃发展，相应的电子健康人才需求和技能需求达到了新的高度。电子健康教育教学逐渐进入各高校的课程体系，研究者在“大学《电子健康》课程建设研究与探讨”一文中详细分析了电子健康课程开展的意义、目的及教学课程设计，本文在先前的研究基础上，重点关注电子健康课程的实践教学研究，探索电子健康实践教学的出路。

1 电子健康实践课程教学

电子健康实践课程是电子健康教学的重要组成部分，电子健康本身是一种全新的医疗卫生模式，具有实现信息化程度高、基于网络和智能化应用便捷性强、服务多利益相关者和多学科交叉的特点，导致网络信息环境下的应用型、技能型复合人才成为了电子健康的社会化需求，其教学的重点在于社会需求技能的培养。因此，电子健康实践课程成为了教学的核心和重点。

纵观现有的电子健康相关的教育形势，其尚处于教育教学的孵化和起步阶段，相应的实践教学还存在以下的问题和现象。一是教学目标不明确。电子健康是新生事物，相应的内容也被引入到高校和社会办学的教学体系，但其教育目标却不明确，教学的引入只是因为其不可阻挡的发展。二是教学内容空泛，针对性差。电子健康教学处于起步阶段，相应的教学内容尚处于构建阶段，内容倾向于电子健康基础知识的普及教育，内容的深度和广度都需进一步加强。三是教学过程重理论，轻实践。电子健康是信息技术及管理技术等多学科的交叉应用，实质是管理信息系统在健康领域的应用，其社会化需求侧重点是电子健康技能运用。而反观现有的教学，实践性教学或实验教学严重缺失。目前，主要的实践或实验形式是以计算机实验室为主的考察调研性实验，现有电子健康实践、实验教学的学时总量，很难达到技能培养的目标。四是教学结果评价过程性、形成性考核缺失。在应用技能培养为主的教学中，平时表现的过程性考核和技能逐渐形成的形成性考核及其重要，单纯的以考试的终结性考核的形式对学习效果的评价难以客观、科学，但现今电子健康教学效果的评价还过多地依赖于终结性考试。五是师资队伍薄弱。学科的发展是一个产学研的完整过程，教师是教学开展的“拓荒者”和“引路者”，很多院校的电子健康课程往往由计算机或信息专业的教师兼任。

2 基于任务驱动的电子健康实践教学改革

基于任务驱动的教学方法，在整个教学过程中以任务为核心，学生围绕任务展开学习。学习过程中教师依据任务进行教学设计（制定教学目标、统筹教学资源、提供教学环境、设计教学指南和教学效果评价方案），学生针对教学任务构建任务体系、设计任务完成过程，通过个人的自我实践或者团队的协作完成任务提出的问题，是以学生为主体的自我构建主义的教学形式。其特点体现在以下几个方面：一是以任务为核心，以任务问题为驱动，其教学的导向性强；二是教学任务的设置来源于社会的真实需求，针对性强，内容以实践为主，实用性强；三是注重能力和技能的培养，任务驱动模式下理论与实践于一体，注重问题分析能力、问题解决能力和综合应用能力的培养。

任务驱动模式经过一个长时间的发展，已经走入了成熟的应用时期，正如很多研究者指出的，基于其原理和特点，任务驱动教学模式在技能教育中有较好的应用效果。因此，本文将任务驱动模式引入电子健康实践教学的过程中，面对其教学存在的问题和现状，更好地实现电子健康技能培养效果，其实践教学改革内容如下。

明确电子健康实践教学任务。明确教学目标，任务的制定是关键。电子健康是信息技术和通信技术在医学领域的技能性应用，其任务的制定来源于其在医学领域的应用，立足于实际应用和问题。本文采用实地调查和走访的方式进行了电子健康应用问题调研，结合整理和规划确定电子健康实践教学的任务主要集中于以下几个方面：传统医疗中的医院信息系统应用任务、电子病例系统应用管理任务、医学影像存档与通信系统应用任务，以及新型医疗中的远程医疗任务、移动医疗任务、健康信息网络应用任务、医学大数据应用任务等。这些是总体的任务内容框架，各项任务内容需要根据具体的知识体系与应用，继续划分详细的子任务体系。

（1）创建电子健康实践教学情境。创建电子健康实践教学的情境是任务完成的基础保障，良好的学习情景可以给学习者带来最大的真实感，构建直观的、形象的体验，进而达到最佳的实践教学效果。本文以网络化的、多媒体计算机实验室为基础，采用电子健康应用安装及电子健康应用虚拟等手段，进行教学情境的设置，包括传统医学信息系统环境的虚拟构建，新型电子健康应用环境的模拟和软件安装再现，以及构建电子健康网络化环境等。

（2）制定任务驱动的电子健康实践教学指南。电子健康实践教学指南由教师在教学筹备阶段建立并生成，其包括教学实践开展活动的规章制度、具体任务涉及的知识与技能、实践的参考过程和实施形式等。电子健康实践教学指南是学生进行任务问题分析、计划进度安排、环境资源运用规划的基础参考。

（3）注重教学实施过程和教学形式。任务制教学的实施需要教师和学生共同努力，在实施过程中教师是指导者和引路者，学生是完成任务的主体，实施过程是学生自我探究的过程，也是交流协作的过程，实施过程中应注意教师与学生的角色关系。同时，整个实施过程是一个动态的过程，既要合理调整不同任务教学的先后顺序，使教学在一个合理的难度上运行，又要保持任务的运行方向。任务驱动模式的教学形式以个人和团体探究为主，教师辅导为辅，充分发挥以学生为主导的地位，并采取多种教学手段，如在线讨论、媒体演示、实地观摩等。

（4）设计任务驱动模式下电子健康实践教学效果评价方案。任务驱动的教学模式教学效果评价是其关键内容。对于学生的评价包括知识形成评价和技能的应用能力的评价。为了体现这两方面的评价内容，本文提出了针对电子健康实践课程的过程性考核评价和终结性考核评价两个部分。过程性评价关注学生对整个实践教学的参与情况（类似于平时表现，如出勤、参与度、协作度等）和任务实际的整体过程（包括任务的分析情况、任务实践过程的设计情况等）。终结性评价中，一是知识架构考核评价，重点关注知识构建情况，以试卷的形式进行客观评价。二是任务的总结评价（包括任务的完成度、任务的社会应用性等），以成果演示的形式进行。教学效果评价在关注学生的同时也关注了对教师的评价，包括教师任务设置的合理性及社会应用性、教学过程中教师的参与性、教师电子健康领域的能力等多方面。

3 结 论

近些年，电子健康技术不断革新，在医学及医疗领域的应用不断深入和拓展，导致相应的技能型应用人才的需求产生巨大缺口，电子健康也进入了大学和社会的教育体系。但不容否认的是，目前，整个电子健康的体系在教学目标的设定、内容的组织、教学的过程、形式和评价等多方面存在诸多问题。本文将较成熟的任务驱动的实践教学培训模式引入电子健康教学体系的目的在于突破现状，探寻未来教育的出路。本文还提出了基于任务驱动的电子健康实践课程教学的改革体系，以促进任务驱动模式在电子健康实践课程教学中的应用，提高教学效率和教学质量。

主要参考文献

[1]赵慧.大学电子健康课程建设研究与探讨[J].中国管理信息化，2017（3）.

[2]彭彧华，武亚琴，刘伟峰，等.电子健康及其发展研究[J].医学信息学杂志，2011（7）.

[3]吴士艳，张旭熙，安宁，等.电子健康素养测评与应用研究现状[J].中国健康教育，2016（7）.

作者：赵慧