张 昊 王 欣 靳瑞霞

新乡医学院三全学院 河南新乡 453003

1 概述

1.1 背景

医学发展经历了经验医学时代、科学医学时代，当前医学进入整合医学时代。科学技术正在从信息时代进入人工智能时代。随着大数据、人工智能等技术融入医疗领域，医学逐渐形成全新的知识体系和图谱，以及全新的思考模式和处理方案。在新技术、新产业和新模式不断涌现的背景下，迫切需要发展新医科+新工科教学理念，建立符合时代发展的人才培养体系[1]，这要求医学高等教育从理念、内容、标准和方法进行创新[2]。

“医学影像工程学”除了涉及医学，还涉及信息、计算机、电子等工学学科以及互联网、人工智能和大数据等新兴学科，是典型的新生交叉学科[3]。为适应多学科、新技术融合的发展趋势，本文在不改变、不影响原有教研室、教学团队格局的基础上，以信息技术为依托，建设动态开放的虚拟教研室。基于虚拟教研室，通过跨学科师资队伍构建双线融合式教学模式。通过探索推进新型教学组织和培养模式，为“智能医学影像”课程的高质量教学提供有力支撑，培养具有基础医学、医学影像学和信息技术、智能技术的基本理论和技能的医学影像工程人才，为从事智能医学影像工作打好基础[3]。

1.2 概念

1.2.1 虚拟教研室

以教研室为主的基层教学组织，是我国高等教育发展的基石。高校教研室在20世纪50年代形成，经历过初创期、定型期、恢复和转型期、虚化期四个阶段[4]，具有教学、科研职能和基层管理职能。20世纪90年代，随着科研评价导向日盛，教研室的管理功能增强，而教学从有组织的交流、研讨和有指导的集体活动回归到个人活动，削弱了教学质量[5]。在新医科背景下建立教学学术交叉、融合和创新发展的机制，教研室再次扮演重要角色。2020年，教育部高等教育司要求“全面加强基层教学组织建设”，要求恢复、完善和提升教研室功能，探索基层教研组织的新形态、新形式，并于2021年7月发布了《关于开展虚拟教研室试点建设工作的通知》。

虚拟教研室利用现代信息技术手段将学科领域涉及的资源进行整合，成员可以是跨学科、跨校、跨单位、跨国际的教研工作者，以网络教学平台作为载体，就相关科研、教研课题共同商讨和活动，承担着教学学术研究、教学改革先行先试等教研功能和教学理念技能示范推广、基层教学组织创新等职能[6]。虚拟教研室的建设遵循问题导向、交叉融合、前瞻研究和动态建设等原则，具有一般科研学术共同体的自主性、自觉性和自律性等特点。同时破解了地理局限、学科专业局限、行政隶属局限等短板，使具有共同目标的教师联合致力于教学学术研究[7]。

虚拟教研室将学科领域涉及的人才资源进行整合，共同组织教学研讨活动。一方面，推动教师“新医科”背景下加强对学科融合、专业建设、课程实施、教学内容、教学方法、教学手段、教学评价等方面的研究探索。另一方面，运用信息技术手段，探索突破时空限制、高效便捷、“线上+线下”结合的教研模式，形成基层教学组织建设管理的新思路、新方法、新范式。

1.2.2 “智能医学影像”课程

新工科、新医科是国家为应对新科技革命和产业变革提出的“四新”中的重要组成部分。新工科专业主要指针对新兴产业的专业，以互联网和工业智能为核心，包括大数据、云计算、人工智能、区块链、虚拟现实、智能科学与技术等相关工科专业。2017年国务院发布《关于开展新工科研究与实践的通知》，2018年教育部办公厅发布《高等学校人工智能创新行动计划》的通知，要求推进“新工科”建设。新医科是以人工智能为代表的新一轮科技革命和产业革命对医学产生影响后的产物，与新工科交互推动。从新工科、新医科的建设内涵上来看，两者存在天然的契合性及学科交叉性。新医科教育体系的目的是培养能适应以人工智能为代表的新技术革命，能运用交叉学科知识解决未来医学领域前沿问题的创新人才，是新工科、新医科融合发展的必然趋势，也是人才市场需求的必然结果。

在医学院校实现“新医科”建设，必须以医工融合为抓手。医学影像工程是典型的医工融合学科，该学科综合了医学、工学、理学，又在人工智能等新兴技术的推动下，催生了智能医学影像工程。该学科是新科技革命在医学领域中落地的核心和重心，也是新兴技术最先尝试的试验田。智能医学影像工程是医学、工程、智能技术融合的学科。其核心课程是“智能医学影像”，主要内容是介绍用人工智能技术解决医学影像在生成、处理、分析辅助诊断中产生的问题。

1.2.3 双线融合教学

双线融合教学指师资的两个双线融合和教学过程的两个双线融合。

师资的两个双线融合指的是在院系层面和校企层面的融合师资和教学资源。(1)在校内，智能医学工程学院提供成像原理、影像设备学的师资和教学资源；医学影像学院提供检查技术、影像诊断相关的师资和教学资源。(2)在校企层面，医院影像科提供医学影像解读的师资和教学资源；医学影像企业提供影像设备学、智能图像处理相关的师资和教学资源。基于以上融合组建虚拟教研室。

教学过程中的两个双线融合指的是融合课堂授课、融合授课对象。(1)融合课堂教学，即双师进课堂，根据课程的内容需求和师资的优势差异，将两个学院的教师、临床影像医师和影像工程师两两结合。每堂课都会有两个不同来源的教师，负责成像原理、影像设备学、检查技术、影像诊断、智能图像处理等模块的教学。(2)授课对象的融合，融合教学可对智能影像工程专业、医学影像技术专业、智能医学工程专业医学影像处理方向进行教学，还可为影像学、临床专业提供具有“新医科+新工科”思维的课程。

1.3 研究状况

2016年，国家发改委、科技部、工信部制定《促进新一代人工智能产业发展三年行动计划(2018—2020年)》，提出要助推人工智能应用场景落地，特别是在智慧医疗领域，支持开发数字化医疗影像设备、分析系统、诊断系统、健康检测系统等智能医疗设备的研制及产业化。

为落实该计划，国家教育部批准上海大学开设智能医学诊疗专业，上海健康医学院开设智能影像工程专业。上海大学与上海全景医学影像诊断中心合作建立“上海大学医学影像教学科研基地”，相关专业学生在该基地实习、科研，实现企业与高校间的人才培养[8]。上海健康医学院选送教师赴各大院校、医疗机构和医疗器械公司深造。同时引入医疗机构和行业企业的优质资源，聘任医师和工程师作为外聘教师，共同完成专业定位、培养方案制订、专业课程授课等教学行为。复旦大学与华为联合开设医学人工智能课程，涵盖人工智能在医学影像学数据、组学数据、电子病历数据、医学场景中的运用[3]。校企通过共建教学合作机制，融合优势资源，开发课程体系，实现双赢。

目前，校企的合作停留在院校或院系层面，并没有融入教研室的日常教学工作中。同时，校内的师资和教学资源也并没有得到最优化的配置，重复建设、信息孤岛的现象仍是制约教学效果的主要因素。另外，医学影像人才的培养没有很好地将大数据、云计算、互联网、人工智能等学科融合到教学活动中，没有解决好基础医学、临床医学与智能医学的关系[3]。

2 研究过程

通过配置各方资源，建设虚拟教研室，实施双线融合教学模式，将教学与能力需求联系起来，将综合素质和专业技能结合，旨在培养具有医学背景、掌握人工智能相关理论和技能、工程能力强的应用型智能医学影像人才，以适应社会、企业和行业的实际需要。还可为医学影像学专业、临床专业、其他专业提供具有“新医科+新工科”思维的选修课程。

2.1 研究对象

本课题的研究对象为智能影像工程类专业，包括智能影像工程专业、医学影像技术专业、智能医学工程专业影像处理方向。该类专业人才既要具有医学基础和临床实践能力，也要掌握工学和智能类知识，能运用前沿工程技术破解医学问题[9]，可从事医学影像设备的智能化研究、开发、管理与使用，解决我国医学影像领域创新能力不足、影像诊断治疗水平发展不均衡等问题。

2.2 研究步骤

2.2.1 搭建虚拟教研室

智能医学影像虚拟教研室由本校的智能医学工程学院、医学影像学院与附属医院影像科、医学影像仪器生产企业、智能影像处理企业共同组建，成员包括教学院长、科室主任、项目经理、工程师、专业负责人、专业教师、实验教师。

发起人负责组织教学实施及管理工作，明确成员及工作职责。成员共建人才培养计划、教学大纲、课程建设规划；通过“云端”建设优质共享的教学资源库：知识图谱、教学视频、电子课件、习题试题、教学案例、实训项目、影像数据集等；开展教研和教学活动，落实课程建设任务，实现双线融合教学模式的目标。教研活动包括专业需求讨论、专业知识讲座、技术讲座、行业讲座、企业走访。教学活动包括课程教学、实践教学、教改研究、教学交流、学生评奖、质量评价等。教研、教学的方式以项目、课题形式呈现，以研讨、分享、交流和培训等方法实施。载体以线上为主，线上线下混合。线上活动选择直播教学平台、会议平台实现，进行资源储备、课程建设、案例积累、成果固化等。教研活动所需场所、办公设施、经费等由教务部门提供，保障教学研究等活动顺利开展。

2.2.2 建设融合授课模式

为保证人才培养质量，衔接不同的学科，更好地搭建知识体系，虚拟教研室采用“共同上课、共同科研、共同学习”的双师进课堂的融合授课模式。一方面，由于智能医学影像学科的前沿性和交叉学科性质，教学活动要根据课程内容匹配相应的师资组合进行授课，同一次课由不同专业背景的教师从不同角度对学科知识进行解读和传授。智能医学工程学院的教师、影像工程师和影像技师负责成像原理、影像设备学、智能图像处理的教学；医学影像学院的教师和影像医师负责检查技术、影像诊断的教学。另一方面，由于虚拟教研室所属成员其学科的特殊性、交叉性，不仅对智能影像工程类专业授课，还可通过模块化设计，承担影像学和临床专业的相关课程。

2.2.3 建立考核体系

考核体系分两类，一类是对教研室成员的考核：针对跨单位的特点，构建专业教学督导组的教学质量管理体制，开展教学评价。定期组织教学检查、教师听课、学生座谈会、调查问卷，将问题反馈给教师，督促其改进，保证虚拟教研室教学质量；开展集体备课，消除不同专业背景教师的教学盲点。一类是对授课对象进行的考核，根据不同专业的学情和培养目标的不同，制定相适应的考核模式和标准。要求智能影像工程类专业掌握医学影像的成像原理、设备构成、影像处理技术，熟练操作、维护、检修医学影像设备，运用智能技术处理医学影像问题。影像学专业、临床专业和其他专业的要求达到了解、简单操作、处理的程度即可。

新医科背景下的医学影像人才培养评价体系不仅局限于医学知识和临床技能的关注，还增加了对人工智能相关学科的基础知识、人工智能新技术的考核。

2.2.4 实验阶段

以本校智能影像工程专业的两个班和医学影像技术专业的两个班作为研究对象，两个专业中各取一个班为实验组，另外两个班为对照组。在实验组，用本文提出的虚拟教研室教学共享资源以及双线融合体系进行人才培养，对照组采用传统教学方法进行人才培养。经过一个完整教学周期后，对两组学生进行统一考试，考试内容涉及医学影像知识链上不同学科的知识，对成绩做数据统计处理。

3 数据记录与分析

3.1 教学效果评价

考核科目为成像原理及设备学、影像检查技术及诊断学、智能图像处理等，教学效果评价的指标为上述考试科目的成绩。

3.2 统计学处理

实验组和对照组各科成绩比较表

3.3 结果分析

本文设计的基于虚拟教研室的双线融合教学提供了丰富的教学案例，串联了不同课程知识之间的内在联系，丰富了教学的实践形式，有利于促进学生认知结构的形成和参与课堂的积极性，教学效果明显优于传统教学模式。

4 讨论

本设计联合高校、行业、企业组建智能医学影像虚拟教研室，构建涉及成像原理、设备、检查技术和影像处理的双线融合式教学模式。此次教学模式的改革调动了参与方的优势资源和师资，发挥网络教学平台的优势，激发学生学习积极性，筑牢知识体系。未来在虚拟教研室的基础上，建立医学影像实训教学中心，使医学影像实训室能够与直属附属医院放射科、影像核医学科的诊断工作站联网，使实践教学环节更贴近临床真实情景。