雷天潤 夏干清 姜福澤 周龐虎

骨科是一門臨床復(fù)雜、理解抽象、內(nèi)容繁多、更新速度較快的學(xué)科，目前，傳統(tǒng)的骨科教學(xué)因復(fù)雜的解剖變化和繁多的疾病分型使學(xué)生的學(xué)習(xí)難度頗高，缺乏直觀示例的授課也是教師的難題[1]。近年來隨著科學(xué)的發(fā)展，3D 打印技術(shù)逐漸成熟。通過計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)建模結(jié)合3D 打印機(jī)構(gòu)建實(shí)物模型，骨組織的體外三維重建成為可能，這也使3D 打印技術(shù)在骨科的研究、治療和教學(xué)中得到了更廣泛的應(yīng)用[2-4]。以案例為基礎(chǔ)的教學(xué)法（case-based learning，CBL），是指教師根據(jù)教學(xué)目的設(shè)置典型案例，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)此進(jìn)行討論，借此幫助學(xué)生掌握理論知識(shí)的教學(xué)方法，它是在案例分析與討論的基礎(chǔ)上進(jìn)行知識(shí)講解和技能鍛煉的一種教學(xué)模式，不僅訓(xùn)練了學(xué)生的推理能力，也培養(yǎng)了學(xué)生解決問題的能力[5]。近年來本校逐步開展的CBL 教學(xué)法在許多學(xué)科中取得了較好的成果。文章就3D 打印技術(shù)結(jié)合CBL 教學(xué)法的教學(xué)研究設(shè)計(jì)、研究效果進(jìn)行介紹和討論，希望能對(duì)醫(yī)學(xué)高校骨科教學(xué)提供一定的幫助。

1 資料與方法

1.1 一般資料

隨機(jī)選取2020 年4—5 月武漢大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院2016 級(jí)臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生80 名，要求既往一年平均成績?yōu)?5 分以上，其中男性42 名，女性38 名，隨機(jī)分為兩組，每組各40 名，其中兩組男女比例相同，均為男生21 名、女生19 名。兩組學(xué)生平均年齡為（21.60±0.78）歲和（21.53±0.64）歲，兩組學(xué)生的一般資料比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），可對(duì)比。隨后由相同外科學(xué)教師對(duì)兩組學(xué)生進(jìn)行授課。

1.2 教學(xué)方法

教學(xué)地點(diǎn)選為武漢大學(xué)人民醫(yī)院骨科臨床教室，自教學(xué)日起對(duì)兩組學(xué)生提供為期2 周的實(shí)習(xí)帶教及課程教學(xué)，為兩組學(xué)生提供相同的教材。授課內(nèi)容根據(jù)教學(xué)大綱進(jìn)行，選取《外科學(xué)》中上下肢骨折相關(guān)內(nèi)容作為教學(xué)示例內(nèi)容，每次課程2～3 個(gè)學(xué)時(shí)，每周2 次。

1.2.1 新教學(xué)組

新教學(xué)組需提前演示電腦中Sante CT Viewer 閱片軟件使用方法，并幫助學(xué)生安裝軟件，準(zhǔn)備好教學(xué)病例的局部3D 打印病變模型及正常對(duì)比模型。上課3 d前向?qū)W生提供教學(xué)病例資料，包括病例基本情況、X 線電子圖片、CT 掃描文件，根據(jù)教材設(shè)置教學(xué)問題。上課時(shí)給各小組下發(fā)3D 模型、影像學(xué)資料讓學(xué)生根據(jù)預(yù)設(shè)問題進(jìn)行病例討論，再派出代表對(duì)該病例的診治結(jié)果展開匯報(bào)。隨后教師借助3D 模型講解疾病的解剖概要、病因與分類、臨床表現(xiàn)和診斷、治療方法、手術(shù)要點(diǎn)等疾病相關(guān)知識(shí)。最后使用3D 模型講解手術(shù)方案，模擬手術(shù)固定方式，讓學(xué)員對(duì)復(fù)雜骨折有更加深刻的認(rèn)識(shí)和理解。

1.2.2 傳統(tǒng)教學(xué)組

由教師準(zhǔn)備課程PPT，結(jié)合影像學(xué)資料以及手術(shù)視頻對(duì)教材知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解，通過課堂提問幫助學(xué)生鞏固知識(shí)。

1.3 教學(xué)病例3D 模型制作

根據(jù)以下流程進(jìn)行教學(xué)病例3D 模型制作：（1）經(jīng)過患者同意及醫(yī)院批準(zhǔn)后獲得典型病例一般信息及CT 掃描數(shù)據(jù)。（2）使用Mimics 10.1 軟件處理掃描數(shù)據(jù)，通過濾波、分割等方法建立病例局部3D 數(shù)據(jù)模型。（3）使用3D 打印機(jī)制造1 ∶1 大小的病例實(shí)體3D 模型。

1.4 觀察指標(biāo)

教學(xué)課程結(jié)束后，對(duì)參與研究的所有學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)內(nèi)容考核以及課程評(píng)價(jià)。學(xué)習(xí)內(nèi)容考核按照全國高等院校規(guī)劃五年制教材《外科學(xué)》（第九版）考試大綱的要求制定，其中包括：（1）理論考核：上下肢骨折相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，如定義、分析、診斷、鑒別診斷、治療原則及方法。（2）技能考核：包括體格檢查、拆線換藥、簡單清創(chuàng)縫合、固定方式選擇以及病例分析。理論考核總分為20 分，技能考核總分為40 分，課程評(píng)價(jià)包括：（1）自我評(píng)價(jià)：學(xué)習(xí)興趣、知識(shí)理解程度、溝通表達(dá)能力；（2）教學(xué)內(nèi)容評(píng)價(jià)：課程難度、師生交流、教學(xué)效果。課程評(píng)價(jià)每項(xiàng)均為10 分。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 17.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行分析和處理，計(jì)數(shù)資料以n（%）表示，行χ2檢驗(yàn)，計(jì)量資料以（）表示，行t檢驗(yàn)，P＜0.05 則差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 學(xué)習(xí)內(nèi)容考核

整體來看，新教學(xué)組理論考核成績與技能考核成績均高于傳統(tǒng)教學(xué)組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見表1。

表1 兩組學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容考核成績比較（分，）

表1 兩組學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容考核成績比較（分，）

2.2 課程評(píng)價(jià)

在兩組學(xué)生自我評(píng)價(jià)中，無論是學(xué)習(xí)興趣、知識(shí)理解程度還是學(xué)生溝通表達(dá)能力，新教學(xué)組學(xué)生的自我評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)均高于傳統(tǒng)教學(xué)組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見表2。

表2 兩組學(xué)生自我評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)對(duì)比（分，）

表2 兩組學(xué)生自我評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)對(duì)比（分，）

在兩組學(xué)生的課程評(píng)價(jià)中，新教學(xué)組學(xué)生對(duì)于課程難度的評(píng)價(jià)顯著低于傳統(tǒng)教學(xué)組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），而對(duì)于師生交流和教學(xué)效果的評(píng)價(jià)顯著高于傳統(tǒng)教學(xué)組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見表3。

表3 兩組學(xué)生課程評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)對(duì)比（分，）

表3 兩組學(xué)生課程評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)對(duì)比（分，）

3 討論

立足于“十三五”規(guī)劃，黨和國家提出了新世紀(jì)人才培養(yǎng)戰(zhàn)略任務(wù)，即培養(yǎng)創(chuàng)新型、實(shí)用型人才。因此，在高等院校醫(yī)學(xué)院教學(xué)中，需注重加強(qiáng)學(xué)生各方面能力、創(chuàng)造性思維的養(yǎng)成[6]。隨著科學(xué)技術(shù)日新月異，高校醫(yī)學(xué)教育要求逐步走向高精尖化，高等院校的教學(xué)只有不斷推陳出新，才能為社會(huì)培養(yǎng)具備過硬專科知識(shí)、符合臨床需求的高素質(zhì)綜合性人才。對(duì)于傳統(tǒng)教學(xué)而言，學(xué)生如果對(duì)骨折產(chǎn)生直觀印象和初步的認(rèn)識(shí)，那么教學(xué)目的就已經(jīng)達(dá)到了，但對(duì)于當(dāng)前的學(xué)生而言，這已經(jīng)不能滿足教學(xué)要求[7]。認(rèn)識(shí)骨科疾病，掌握理論知識(shí)，明白臨床治療原理，有初步臨床操作處理能力和臨床溝通能力才是大部分臨床型骨科規(guī)培研究生應(yīng)該具備的素質(zhì)[8]。

著眼于現(xiàn)在的醫(yī)學(xué)教學(xué)工作，在目前（5+3）本科與規(guī)范化培訓(xùn)合并這一培養(yǎng)模式盛行的時(shí)節(jié)中，對(duì)于未來骨科方向?qū)W生的理論培養(yǎng)依然是憑借傳統(tǒng)《外科學(xué)》中骨科內(nèi)容的教學(xué)加以簡單的短周期臨床實(shí)習(xí)[1]。對(duì)結(jié)束了《外科學(xué)》學(xué)習(xí)進(jìn)入臨床實(shí)習(xí)或住培的學(xué)生而言，理論教學(xué)與臨床工作的脫軌對(duì)其帶來的挑戰(zhàn)是巨大的。由于空間想象和思維能力的較高要求，初期接觸臨床的醫(yī)學(xué)生的學(xué)習(xí)比較困難；同時(shí)因?yàn)槭中g(shù)對(duì)無菌的要求，很難使得初入臨床的學(xué)生得以充分接觸手術(shù)，了解手術(shù)過程、原理和細(xì)節(jié)；此外，缺乏工作實(shí)戰(zhàn)演練也容易讓這些學(xué)生在臨床中遭遇醫(yī)患摩擦[9]。對(duì)于臨床醫(yī)學(xué)這樣一個(gè)早期就表現(xiàn)出教育、工作、生活緊密結(jié)合的學(xué)科而言，教學(xué)效果不理想更容易影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并給他們的工作生活帶來挫敗感，打擊臨床從業(yè)積極性。在此次研究中不難發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的骨科教學(xué)中存在幾個(gè)問題：首先是教學(xué)內(nèi)容難度較高，記住正常的骨骼、肌肉、血管、神經(jīng)解剖學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)于學(xué)生而言已經(jīng)是不小的難題，但是在骨科的學(xué)習(xí)與臨床工作中，他們往往面臨的是更為復(fù)雜的病理解剖結(jié)構(gòu)，因此解剖學(xué)成了骨科教學(xué)的第一個(gè)“攔路虎”[10]。其次，影像學(xué)資料是骨科教學(xué)幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)病理解剖的重要橋梁，也是臨床工作中進(jìn)行診斷最重要的證據(jù)之一，但培養(yǎng)學(xué)生從二維的平面圖形中理解三維的解剖情況需要給予非常多的影片學(xué)習(xí)和術(shù)中病例實(shí)際觀察，這在多數(shù)教學(xué)機(jī)構(gòu)中是難以實(shí)現(xiàn)的，如何使影像學(xué)資料能更好地幫助學(xué)生理解病例解剖實(shí)況是一個(gè)亟待解決的問題[11]。再者，傳統(tǒng)課堂具有一定傳承性，強(qiáng)調(diào)教師作為“講述者”地位，但往往導(dǎo)致課堂內(nèi)容單一，學(xué)生作為課堂的“聆聽者”很少能參與進(jìn)來，面對(duì)難以理解的內(nèi)容更會(huì)使大部分人失去學(xué)習(xí)興趣，轉(zhuǎn)而通過單純背誦記憶的方式應(yīng)付考試，不能做到學(xué)、懂、用[12]。此外，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容與目前正處于理論教學(xué)向臨床工作過渡的學(xué)生而言相對(duì)脫節(jié)[13]，學(xué)生能記憶課本知識(shí)但不能明白臨床工作中上級(jí)醫(yī)師的治療方案制定與選擇，在難得的手術(shù)上臺(tái)體驗(yàn)中也不能理解操作原理和骨科固定方式、器材選擇理由，讓初入臨床的學(xué)生感到無所適從。

3D 打印技術(shù)作為一類快速成型手段，能通過3D打印機(jī)構(gòu)建出數(shù)據(jù)建模的實(shí)物模型，在骨科臨床、教學(xué)、科研中都在逐漸扮演著更重要的角色[14]。各類骨折作為骨科最重要的創(chuàng)傷疾病，在骨科教學(xué)中也是重點(diǎn)之一。在這次教學(xué)對(duì)照研究中筆者發(fā)現(xiàn)，構(gòu)建3D打印模型可以讓學(xué)員更加直接地理解骨折情況，立體地觀察和觸摸骨折模型，幫助學(xué)生理解骨折分型，高質(zhì)量的骨折模型甚至能構(gòu)建骨骼周圍軟組織的簡易分布情況，有利于學(xué)生了解病理解剖的力學(xué)原理，減小學(xué)習(xí)難度。與病例影像學(xué)資料相對(duì)應(yīng)的3D 模型也能讓學(xué)生更容易完成平面圖像到立體實(shí)況的思維轉(zhuǎn)化，對(duì)閱片理解也有啟發(fā)作用，減少學(xué)生理解影像學(xué)資料的時(shí)間成本。在治療方案的教學(xué)上，教師同樣能用3D模型模擬各類固定方案，將最新的臨床器材運(yùn)用到課堂之中，完成理論教學(xué)和實(shí)際工作的對(duì)接，也能讓學(xué)生進(jìn)行簡單的固定方案操作，大大增加了臨床治療的實(shí)操學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，避免了實(shí)際操作教學(xué)風(fēng)險(xiǎn)大和機(jī)會(huì)少的窘境。動(dòng)手與動(dòng)腦結(jié)合，讓骨折教學(xué)走出了“憑空想象”的困境，既調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情也加強(qiáng)了學(xué)習(xí)效果。總體而言，在骨科教學(xué)中運(yùn)用3D 打印模型，能切實(shí)有效的降低學(xué)生學(xué)習(xí)成本，拉動(dòng)教學(xué)內(nèi)容的更新速度，降低實(shí)操的臨床風(fēng)險(xiǎn)。CBL 教學(xué)法源自“啟發(fā)式問答法”，在隨后的發(fā)展中強(qiáng)調(diào)結(jié)合系統(tǒng)的理論和實(shí)踐，在醫(yī)學(xué)教育中則轉(zhuǎn)變?yōu)椤盎诩膊?、教師主持、學(xué)生參與”的教學(xué)模式[15]。相比于傳統(tǒng)教學(xué)方式通常注重教師的“講”和學(xué)生的“記”，CBL 教學(xué)法更多注重的是課堂的交流和知識(shí)應(yīng)用的穿插。通過案例來設(shè)置問題，分解掉知識(shí)學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)，能夠讓學(xué)生在逐步學(xué)習(xí)的過程中保持興趣，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)疾病在病因與發(fā)病機(jī)制、治療上的聯(lián)系，在課堂討論中基于學(xué)生自己的理解運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，并且鍛煉了將來臨床必備的溝通能力。由于教學(xué)病例的真實(shí)性，學(xué)生在課堂中也更有預(yù)備醫(yī)生的代入感，使他們能更好地集中注意力，提前知曉臨床相關(guān)病例的處理流程和醫(yī)患溝通技巧，幫助他們完成從醫(yī)學(xué)生到新醫(yī)生的轉(zhuǎn)變。

本研究發(fā)現(xiàn)，在教學(xué)研究中應(yīng)用3D 模型確實(shí)能幫助學(xué)生直觀地感受病損部位的病理解剖，對(duì)骨折分型有了更明確的了解；同時(shí)，觀察立體的實(shí)物模型也讓學(xué)生對(duì)平面影像學(xué)資料有更深的理解；在治療方案選擇上，結(jié)合模型和固定器材的講解以及簡單的操作模擬也增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)不同固定方案特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)，對(duì)比傳統(tǒng)理論學(xué)習(xí)更拓展了視野，更早接觸到了前沿的臨床工作。同時(shí)本研究發(fā)現(xiàn)，討論加講解的教學(xué)模式學(xué)生參與感更高，也能隨時(shí)與教師、同學(xué)交換意見，對(duì)學(xué)生更有吸引力；由于在學(xué)習(xí)中能借助3D 實(shí)物模型，骨科教學(xué)中復(fù)雜的解剖位置直觀化，與課本知識(shí)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，加強(qiáng)了學(xué)生的知識(shí)理解；而通過討論環(huán)節(jié)，學(xué)生在醫(yī)學(xué)專業(yè)上的溝通表達(dá)也得到了鍛煉。教學(xué)內(nèi)容及方式多樣化的課堂對(duì)學(xué)生而言，拆解了傳統(tǒng)理論教學(xué)的難點(diǎn)，因此課程內(nèi)容難度相對(duì)下降；因?yàn)榻處熖崆皽?zhǔn)備的病例兼具真實(shí)性與專業(yè)性，貼近學(xué)生平時(shí)的實(shí)習(xí)工作生活，課堂上師生交流也得到了加強(qiáng)；因此對(duì)學(xué)生而言，多樣化的教學(xué)內(nèi)容效果更佳。

對(duì)于教師而言，新教學(xué)組中教師能通過實(shí)物模型模擬骨骼周圍主要肌群對(duì)創(chuàng)傷部位的力學(xué)影響，幫助學(xué)生理解骨折畸形表現(xiàn)的原因，復(fù)習(xí)解剖知識(shí)的同時(shí)也克服了傳統(tǒng)教學(xué)中單一理論教學(xué)的片面性；在講解影像學(xué)表現(xiàn)時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了從3D 實(shí)物到2D 圖像的轉(zhuǎn)化，降低了授課難度；對(duì)于治療方案講解，帶教老師則擺脫了臨床手術(shù)中教學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)，能一對(duì)多進(jìn)行手術(shù)方案講解，手把手進(jìn)行簡單操作教學(xué)。在病例討論環(huán)節(jié)教師則得到了學(xué)生對(duì)知識(shí)掌握和交流能力情況的第一手資訊，在課堂上能實(shí)時(shí)加入學(xué)生討論，給出針對(duì)性意見，幫助學(xué)生的同時(shí)自己也得到了教學(xué)反饋，有利于下一步教學(xué)計(jì)劃的制定與改進(jìn)[16]。

但此次教學(xué)研究依然有需要改進(jìn)的地方，如臨床的病例準(zhǔn)備程序復(fù)雜，病例采集需要大量的準(zhǔn)備時(shí)間；從醫(yī)院中CT 數(shù)據(jù)到3D 模型建立，數(shù)據(jù)處理和給學(xué)生的數(shù)據(jù)閱讀學(xué)習(xí)對(duì)未接觸過的教師和學(xué)生也需要有前置知識(shí)課程補(bǔ)充；由于教學(xué)內(nèi)容較多，各類3D 模型、骨折固定物品的準(zhǔn)備也大大增加了授課成本?？傮w而言，3D 打印結(jié)合CBL 教學(xué)法的骨科教學(xué)，對(duì)教師和學(xué)生的準(zhǔn)備工作有一定的考驗(yàn)，側(cè)面增加了教師和學(xué)生的負(fù)擔(dān)。另外，學(xué)習(xí)《外科學(xué)》時(shí)，大三學(xué)生的學(xué)時(shí)較為緊張，增加了學(xué)習(xí)內(nèi)容后，教學(xué)戰(zhàn)線拉長，對(duì)教學(xué)安排需要作出新的規(guī)劃，這些都是在實(shí)際應(yīng)用中需要考慮和優(yōu)化的內(nèi)容。但在今后的骨科教學(xué)中，3D 打印結(jié)合CBL 的教學(xué)模式是值得嘗試的良好方法，結(jié)合教學(xué)醫(yī)院豐富的臨床資料建立教學(xué)可用的數(shù)據(jù)庫能大大減少教師及學(xué)生的前置準(zhǔn)備工作，學(xué)校系統(tǒng)地準(zhǔn)備病例3D 模型也可以讓新的教學(xué)方式成本減少、效率更高。成熟的信息化3D 模型與病例數(shù)據(jù)庫如果能進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，也將是小規(guī)模高等院校完善教學(xué)制度、提高教學(xué)質(zhì)量的優(yōu)質(zhì)選擇。