“生物医学图像编程实现技术”双语教学建设

摘 要：“生物医学图像编程实现技术”是生物医学工程专业研究生的选修课.教学方式主要采用课堂讲授和学生上机讨论同步结合的形式.针对该课程教学内容中ITK和VC均采用英文开发平台的特点,在各章节的教学中为学生提供了丰富的英文学习资源.教学中采用英文ITK编程指导书作为程序编写的基本算法理论参考.程序设计中,示例程序英文注释占到1/2以上篇幅.鉴于目前的教学现状,对该课程的双语教学改革进行了探索.

关 键 词：生物医学图像编程实现技术；双语；教学改革

作者简介：杨春兰（1980-）,女,河北石家庄人,北京工业大学生命科学与生物工程学院,副教授；吴水才（1964-）,男,江西九江人,北京工业大学生命科学与生物工程学院,教授.（北京100124）

基金项目：本文系北京工业大学2013年度研究生课程建设项目（项目编号：015000542513528）、北京工业大学教育教学研究项目（项目编号：ER2013B21）的研究成果.

中图分类号：G643.2文献标识码：A文章编号：1007-0079（2014）09-0105-02

“生物医学图像编程实现技术”是生物医学工程专业研究生的选修课.该课程的主要内容是分别利用VisualC++和ITK两种编程工具实现常见生物医学图像的读写、点运算、配准、分割等涉及医学图像分析基本问题的程序编制.本课程共32学时,包括7个章节：常用医学图像处理软件编程环境介绍；生物医学图像的类型及其数据表达；各种医学图像的读写方法和显示；生物医学图像处理类库的实现；医学图像配准；医学图像分割；基于医学图像的统计分析.

本课程教学方式主要采用课堂讲授和学生上机讨论同步结合的形式.教学思路围绕利用VC等编程工具实现图像处理程序的编写展开：以ITK学习作为算法理论指导的基础和主线,在学生理解具体算法的核心内容后,再利用VC完成算法的实现,进而使学生掌握VC进行生物医学图像处理的编程技巧.在课堂教学中充分发挥学生的积极性,鼓励创新思路和团队合作.本课程目前主要选用与ITK和VC图像处理紧密相关的指导书和参考书,以及笔者编写的教学讲义.

针对该课程教学内容中ITK和VC均采用英文开发平台的特点,目前英文多媒体课件已达教学内容总量的2/3以上.笔者多年从事生物医学图像处理领域的科研工作,近年来查阅并收集了大量英文文献.在各章节的教学中为学生提供了丰富的英文学习资源.此外,教学中采用英文ITK编程指导书作为程序编写的基本算法理论参考.程序设计中,示例程序英文注释占到1/2以上篇幅.鉴于目前的教学现状,拟将该课程建设为双语课程.

一、双语教学改革的必要性

“生物医学图像编程实现技术”作为生物医学工程专业硕士生的专业选修课,目的是使学生学会利用VC和ITK等编程工具完成生物医学图像处理的程序设计和相关科研任务.目前MicrosoftVisualC++6.0开发平台和ITK开发平台均为英语环境,ITK学习资料和网站亦均使用英语,因此,掌握VC和ITK程序设计中的常见专业术语,具备阅读并编写英文注释的程序代码能力是教学中的一个重要目标.前几轮教学中主要存在以下问题：

第一,学生本科阶段专业背景和英文水平存在差异,在学习以英文为主的教学内容时存在一定困难.北京工业大学（以下简称“我校”）生物医学工程专业研究生大多来自其他各地方院校,很多学生在计算机语言学习和编程操作方面基础较为薄弱,编程水平亟待提高.目前生物医学工程专业开设的研究生课程中,“医学图像处理”仅从基础理论方面论述了生物医学图像处理的内容、模式和发展趋势,学生缺乏利用计算机编程工具实现图像处理算法的技术入门和指导.本课程目前主要以ITK用户学习指导书和VisualC++图像处理参考书作为学生学习的参考资料.ITK指导书和相关学习资料为全英文编写,通常程序开发者使用的VC6.0开发平台为英文版,帮助查询信息也为英文,在一定程度上增加了学生学习编程技术的难度.双语教学的开展成为解决该问题的重要途径.

第二,已有经试用一定时期、教学效果良好的上机指导讲义,但尚无与英文学习资料配套的双语教学讲义.生物医学图像处理的基本概念和相关算法是本课程的理论基础,利用ITK和VC进行编程是学生学习本课程应掌握的基本技能.鉴于在课堂教学中,理论讲授仍是主要教学手段,笔者围绕使用ITK和VC图像编程两条主线来安排课堂教学,精选出能够提高生命科学与生物工程学院（以下简称“我院”）研究生科研水平的课程内容.

目前的课堂教学主要以ITK用户学习指导书和VisualC++图像处理参考书作为学生学习的参考资料,尚无可供使用的正式出版教材.基于前期该课程教学改革建设,笔者编写了该课程的上机编程指导讲义,教学中已试用3轮,学生普遍反映对其学习很有帮助,取得了较好的实验教学效果.然而,单独一本上机指导书或者几本相关参考书无法满足教学中的实际要求.此外,目前编写的上机指导书中缺少英文专业术语,而在实际教学中应当注重专业术语的解释和英汉对照,使学生在掌握专业知识和技能的基础上进一步学会专业词汇的运用,提高其科研能力.因此,教学中亟需使用将基础理论内容与上机操作有效紧密结合的双语教学讲义,使课堂教学中学习资料与上机指导书内容相对应,从而使教学内容系统化,能够同时满足学生理论学习和上机操作的实际需要.

第三,学生自主学习内容来源均为英文资料,尚需教师做中英对照指导.培养学生的创新意识和动手实践能力是研究生教学的基本指导思想.计算机程序设计类课程需要足够的上机操作练习和课后自主学习来巩固学习成效.只强调课堂讲授往往使学生的思路受到限制,不能达到同步跟随讲解掌握编程要点和调试技巧的目的.笔者鼓励学生在自学中利用互联网等现代学习工具,并结合自己在生物医学图像处理领域的科研工作,针对教学内容收集了大量英文文献,在各章节的教学中为学生提供了丰富的英文学习资源.但多数学生在计算机语言学习和编程操作方面基础较为薄弱,且缺乏图像处理方面的先修专业知识,在自学时遇到了较多困难,需要教师对相关专业术语和概念做中英对照解释和指导.因此,课堂讲授和课后师生答疑及作业等均宜采用双语模式.综合以上分析,本课程在教学中需组织并精选双语教学内容,并在此基础上编写与英文学习资料配套的双语课堂教学讲义,在课堂讲授等环节亦适合采用双语教学模式.双语教学是解决前述几个教学问题的必要手段,也是增强本课程教学效果的重要途径.

二、双语教学建设的具体措施

1.教学内容建设

本课程主要以利用ITK和VC两种工具进行生物医学图像处理的程序设计展开.ITK的学习相对易于掌握和理解,可作为引导和帮助学生形成编程思路和整体框架的基础部分；针对生物医学图像的特点,在ITK对应内容学习的基础上,重点使学生掌握利用VC进行各种处理算法的程序实现.由于课时数的限制,教学内容将紧密联系目前医学图像处理领域的热点问题,参照国内外常用生物医学图像编程软件的基本功能,精选有助于学生今后开展科研工作的内容,在此基础上完成教学内容的中英对照优化.

在目前使用的英文ITK学习指导书、VC图像处理参考书和自编的上机指导讲义中,对于图像文件的读写、图像滤波等内容,是交叉重合的部分,也是教学中的重点内容.因此,可依据学习资料将上述章节的教学内容重新整合,组织成中英双语对照的形式；对于无交叉的内容,如图像配准、统计分析等,以中文参考书为主导,英文指导书相关知识点为参考,通过查阅参考资料,完善该部分的中英对照内容.

2.教学方式建设

双语教学的目的是使学生能够在专业领域进行学习和应用,使外语不再成为专业学习和交流的困难和障碍.因此,双语教学不能仅仅立足于提高学生的外语水平,更应在教学中注重专业术语的解释和英汉对照,使学生在掌握专业知识和技能的基础上进一步学会专业词汇的运用.[1-3]本课程双语教学的目标必须以掌握专业知识及技能为基础,进而培养学生的动手能力和利用编程理解各种理论算法的学习能力.

基于上述教学思想,教学方式主要采取课堂教师讲授与学生同步上机操作相结合的形式.在双语教学过程中充分发挥学生使用英语学习的主动性和创新意识,鼓励团队合作完成较复杂程序的设计.[4,5]针对课堂讲授环节,以英文多媒体课件为依据,在各章节末给出专业术语的中英文对照总结.对基本理论算法采用英语讲解,重点和难点部分用汉语加以强调.

每个专题内容的教学中,首先由教师给出具体的设计任务,以ITK示例程序作为基础理论指导,利用VC演示经典程序的编写调试过程,重点强调编程中的技术要点和中英对照专业术语,并对易错点进行提示.根据设计任务,鼓励学生在实现程序的基本功能基础上,加入自己对算法的理解和功能扩展,并请学生在课堂上对程序设计思路用英语进行讲解和交流.课后程序作业要求学生在程序编写时给出各种函数功能和关键语句的英文注释.

在医学图像配准、分割专题的教学中,让学生分析查阅中英文献资料,结合自己今后的科研方向制作简单的软件实现配准、分割的常用算法.在这些专题中组织学生进行英文口头报告和学术讨论.对于功能模块较复杂的程序,让学生自由分组,注重培养学生团队协作精神和个性特长的发挥.

3.教材建设

目前该课程没有指定的正式出版教材,在实践教学中主要采用自编的上机指导讲义《<生物医学图像编程实现技术>上机指导说明书》,课堂教学环节中主要从ITK和VC实现图像处理两个方面为学生提供了相应的英文学习资料和参考书.

结合该课程的专业特色和注重上机操作环节的特点,在优化中英对照教学内容的基础上,编写本课程双语教学讲义.讲义内容涉及中英对照的医学图像处理相关基本概念和术语、ITK程序运行步骤及结果分析中文注释、ITK专业术语中英对照详解、VC图像编程技巧要点等.由于该课程实践性强,在编写讲义的同时,对重要的教学内容和教学难点可以制作视频讲解的VCD光盘予以辅助.

三、双语课程建设的可行性

本课程教学内容是在了解学生知识水平和专业背景的前提下,结合我院生物医学工程中心各研究室的研究方向和主要工作而安排的.针对VC开发平台和ITK教学示例程序及注解均为英语的特点,后续教学中可以做到对双语教学内容结构的进一步完善和调整,从而达到提高教学效果的目的.

尽管目前本课程尚无可供使用的正式出版教材,但已有适应学生学习水平的相关中英文参考资料和申请者编写的学生上机实验指导书和讲义,后续建设中编写与中文对照的英文讲义是完全可行的.

选修该课程的生物医学工程专业学生人数相对固定,课堂教学过程便于控制.授课对象具备良好的英语基础和专业知识,具备双语教学的接受水平和理解能力.因此可以探索更为合理的双语教学模式,从而充分发挥学生学习的积极性,培养研究生利用英语查阅文献和学习的研究能力,提高其国际交流水平.充分发挥本课程教学内容和参考资料为英文的优势,让学生在该课程的学习中对利用英语进行科研的训练得以实现.

本课程教学团队的师资力量和业务素质达到了对“生物医学图像编程实现技术”进行双语课程建设的基本要求.笔者曾赴英国华威大学参加了校青年骨干教师出国培训,口语流利,专业基础知识扎实；为生物医学工程专业本科生主讲“VisualBasic程序设计”（双语）课程,具有为该专业学生讲授计算机类课程的双语教学经验,了解该专业学生在学习计算机类课程时的知识水平和心理特点；多年从事生物医学图像处理领域的科研工作,查阅并收集了大量英文文献,在各章节的教学中为学生提供了丰富的英文学习资源.

本课程隶属生物医学工程专业硕士生计算机类选修课.我院设有生物医学工程一级学科博士学位、硕士学位授权点,该学科是北京市重点建设学科.生物医学工程中心下设2个生物电子与仪器研究室,1个生物力学与仿真工程研究室.生物医学图像处理是生物医学工程领域的主要研究方向之一,上述研究室均开展了涉及生物医学图像处理的研究工作,可为本课程的实践教学环节提供科研实践训练环境；此外,产学研基地还可吸纳学生进行与图像处理相关课题的编程创新训练.我院与美国桑利尼亚州立大学签订了联合培养协议,为开展双语教学提供了有利的国际学习和交流条件.

四、展望

为推进国际化教育进程,研究生课程建设应积极做到与国际化接轨.“生物医学图像编程实现技术”以提高学生图像处理的编程水平为基本出发点,结合当前该课程的教学现状,在教学内容和教学方式等方面都有望实现双语化.通过借鉴相关计算机类课程双语教学的宝贵经验,不断进行总结,从而实现预期教学目标,切实提高研究生的实践能力和研究水平.