陸榮斌 程建文 陳麗霞 丁曉飛

摘要 目的：比較3D打印實體建模和互聯(lián)網(wǎng)虛擬三維建模兩種三維建模方式，在全英班來華留學生臨床骨科見習教學應用的效果。方法：進行交叉設(shè)計單因素方差分析，選取14名來華留學生，隨機配對分為兩組。在全英教學中，針對同一類骨折，提取CT數(shù)據(jù)進行三維實體和互聯(lián)網(wǎng)虛擬建模教學演示并交叉實施。結(jié)果：兩組學生的課堂理論測試成績差異沒有統(tǒng)計學意義；在興趣度和直觀性方面，3D打印實體建模演示的學生評價更好，在操作性方面，互聯(lián)網(wǎng)虛擬建模方式的學生評價更優(yōu)，兩方面評分差異有統(tǒng)計學意義。結(jié)論：兩種教學技巧各有優(yōu)缺點，在合適的教學場景、骨折類型和分析致傷過程中針對性應用能取得最佳的教學效果。

關(guān)鍵詞 來華留學生；醫(yī)學教育；全英教學；3D打?。换ヂ?lián)網(wǎng)

中圖分類號：G642文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.18.048

骨科學臨床見習是基礎(chǔ)理論知識與臨床思維應用結(jié)合的過渡階段。來華留學生全英骨外科學見習教學旨在醫(yī)學生進入臨床實習階段前，提高學生的學習自主積極性，培養(yǎng)初步臨床思維。近年來，隨著3D打印和互聯(lián)網(wǎng)虛擬化三維建模技術(shù)的逐漸成熟，我們應用這些新方法于骨外科學見習教學中，并歸納總結(jié)、客觀評價這些新教學技巧，為今后以更有效、更直觀的應用提供參考。

3D打印技術(shù)的興起及其在醫(yī)學領(lǐng)域的廣泛應用，在醫(yī)學生、住院醫(yī)師培養(yǎng)中發(fā)揮著重要的作用。得益于新的醫(yī)學影像數(shù)據(jù)交換標準（digitalimagingandcommunication inmedicine，DICOM），將CT、核磁共振或超聲的多平面薄層掃描轉(zhuǎn)化為可被三維軟件系統(tǒng)所用的格式已變得極為便利。相對于應用于患者的計算機三維輔助成像和重建專業(yè)軟件，通用的免費三維建模軟件和兼容性極強的編程環(huán)境，降低的3D打印成本，都使得實體3D打印模型可以被常規(guī)應用于一線骨科見習教學[1]。骨折是骨科疾病中最常見的病種，但也是最容易被忽視的。不少學生或其他專業(yè)的教師，在沒有深入接觸骨折這類疾病前，總是在頭腦里把骨折單純地想象成一根折斷的長木棍或者是竹子。其實，因為骨骼的表面幾何結(jié)構(gòu)復雜，且與功能高度相關(guān)的許多解剖特點，在沒有CT三維重建之前，是需要花費很多時間才能理解好的[2]。3D打印技術(shù)正好彌補了這方面的欠缺，經(jīng)過技術(shù)處理，按照1：1打印的實體骨骼或骨折模型，可以任由教師或?qū)W生進行標記、分解、組裝，非常直觀地協(xié)助學生來還原或理解好疾病的發(fā)生發(fā)展過程。

在采取線上授課模式時，移動互聯(lián)網(wǎng)虛擬三維建模方式是非常有效的師生互動方式[3]。學生通過手機或個人電腦掃描教師提供的二維碼，訪問基于DICOM標準數(shù)據(jù)的虛擬三維建模的骨折模型的一種3D可視化技術(shù)，在手機端或PC端可以“零成本”反復對模型感興趣的部分進行拆分、移動、翻轉(zhuǎn)、切割，從平時難以觀察到的角度，去深入了解骨骼或骨折的特點[4]。上述兩種已經(jīng)應用于教育領(lǐng)域的新方法，在骨科見習教學中的主客觀教學效果是本研究的關(guān)注點。

1對象與方法

1.1研究對象

選取廣西醫(yī)科大學（以下簡稱“我校”）2015級臨床醫(yī)學專業(yè)本科全英班進入骨科見習的學生14名，男女生各7名。他們來自印度、巴基斯坦、尼泊爾、越南等國家，學生在開始醫(yī)學本科教學前一年均接受過中文預科教育，授課過程中師生間均使用英語交流。通過Python生成隨機整數(shù)100個，作為分組數(shù)組，然后按學號順序降序分組，當遇到分組數(shù)組中單數(shù)時該學生分入甲組，為偶數(shù)時則入乙組，任意一組先分配滿7人，則剩余學生自動歸入另一組，形成7個配對，其中甲組男4人、女3人，乙組男3人、女4人。兩次見習課間隔周期（效應洗脫期）為2周。

1.2研究方法

教學設(shè)計。在介紹骨折類型和移位方式時，我們引入3D打印或虛擬三維建模的方法，向?qū)W生說明骨折的三維構(gòu)型。四肢骨折分為兩次見習課完成，甲組在第一次課使用3D打印模型教師講解和學生操作，教師可以在3D打印模型上標記肌肉起止點、韌帶及關(guān)節(jié)囊等附著結(jié)構(gòu)，學生可以使用圖釘和橡皮筋模擬定位這些結(jié)構(gòu)，并對骨骼及骨折塊進行模擬受力，以了解骨折致傷的過程及繼發(fā)的不同骨折類型和移位方式之間的關(guān)系，在第二次課使用三維虛擬建模，以在手機或電腦上投影的形式教師講解和學生操作，教師利用軟件切割虛擬3D模型或分離內(nèi)固定物，學生掃碼后可以進入CT數(shù)據(jù)重建的虛擬三維模型，利用移動互聯(lián)網(wǎng)在電腦或手機上進行切割、分離、拼接、翻轉(zhuǎn)等操作，從日常平片和影像系統(tǒng)中CT三維重建不能觀察骨折的角度進行觀察；乙組的兩次講課內(nèi)容與甲組一致，但使用的教學技巧順序與甲組相反。講解和實操結(jié)束后，兩組均由同一組高年資臨床教師指導分析病例，在隨堂測試結(jié)束后，填寫問卷。

教學效果評估。兩次見習課結(jié)束后，針對兩種教學技巧是否提高學生對骨折認識的興趣度、操體性和直觀性，以0到10分別代表最無效和最有效，記錄評價等級得分，隨堂測試題記錄實際得分來評價兩種教學技巧的課堂應用效果。

1.3統(tǒng)計學方法

采用Python 3.9及科學統(tǒng)計軟件包Numpy、Scipy、Pandas等，進行22交叉試驗設(shè)計單因素方差分析和描述性統(tǒng)計，比較兩種教學技巧的課堂效果，p<0.05則差異有統(tǒng)計學意義。

2結(jié)果

甲組（3D打印實體模式演示）和乙組（互聯(lián)網(wǎng)虛擬建模演示）在以下四個方面進行比較，課堂測驗成績分別為87.429分和87.143分，差異沒有統(tǒng)計學意義（p>0.05）；對課程和疾病的感興趣程度和積極參與程度，學生主觀評價分別為9.143分和8.5分，差異有統(tǒng)計學意義（p<0.05）；模型在實際操作和手機或計算機上操作的體驗評價，分別為8.286分和8.786分，差異有統(tǒng)計學意義（p<0.05）；對于疾病認識的直觀性和易學程度評價，分別為9.071分和8.214分，差異有統(tǒng)計學意義（p<0.05）。詳見表1。

3討論

在骨科臨床教學實踐中，如何用較短的時間讓學生掌握骨科常見病的基礎(chǔ)知識，并結(jié)合課本和理論課的基礎(chǔ)，培養(yǎng)學生的臨床思維能力，一直是一線教師關(guān)心的熱點問題。無論是課本中的文字、圖片，抑或是教學幻燈片，無不是從抽象和二維示意圖的角度，試圖讓學生在腦中自行構(gòu)建骨折疾病的三維結(jié)構(gòu)。對于有豐富臨床經(jīng)驗的教師來說，這一過程是很迅速的[5]。但是對于初始骨折，這類空間位置依賴型的疾病，就會有部分學生出現(xiàn)理解困難，特別是部分來華留學生的英語水平和從事全英教育教師的英語表達之間仍然存在語言溝通問題。例如，解釋致傷過程中的骨折發(fā)生和移位機制、可能的骨折端朝向?qū)ζ渌鞴俚挠绊懟蚴菆D像遮擋問題，過多的語言表達也難以達到三維模型的直觀示意精度。

在常用的基于三維建模技術(shù)的教學技巧中，筆者及同事作為一線教師常用的有兩種，分別是3D打印技術(shù)直接實物建模和互聯(lián)網(wǎng)三維虛擬建模，兩種教學技巧各有優(yōu)缺點。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩組學生的理論測試水平是具有一致性的，理解能力和推理能力都處于同水平。當進行線下教學時，3D打印實物建模顯著改善了學生的初次認知水平，激發(fā)了他們的學習興趣，并在實操過程中，病因、致傷過程、診斷和治療原則，通過模型的動態(tài)還原，可以融入對疾病的整體認識中。這表現(xiàn)在學生對疾病更感興趣并主動積極參與模型操作，更直觀、更快速、更準確地了解骨折疾病的特點和分類，從學生在這些方面的主觀評價來看，實體打印模型好于互聯(lián)網(wǎng)三維虛擬建模。然而，在線上教學需要更加靈活的操作性能方面，互聯(lián)網(wǎng)三維虛擬建模表現(xiàn)要好于3D打印的實物模型。學生在利用計算機或手機對虛擬模型進行切割、旋轉(zhuǎn)、分離及多視角觀察等操作時，虛擬模型可以很快滿足這些要求，而實體的3D打印模型需要教師或?qū)W生動手操作，沒有速度優(yōu)勢，且進行切割操作后實體模型不可完全還原。我們也發(fā)現(xiàn)，兩種方式在教學中的應用各有優(yōu)缺點，教師針對學習目標、應用條件做出選擇性應用，有利于發(fā)揮見習課堂到臨床的橋梁作用，更好地培養(yǎng)了學生的骨科疾病臨床思維能力。

根據(jù)本研究的結(jié)果，結(jié)合上述討論與本學科的教學經(jīng)驗，我們認為在疾病診斷和術(shù)前評估部分使用3D打印實體模型進行教學效果較好，而在術(shù)前手術(shù)設(shè)計和術(shù)后評估部分使用虛擬建模技術(shù)較好。本研究仍然存在局限性，如設(shè)計的應用場景相對單一，問卷評測存在一定主觀性，課堂測試的試題量較小，不能更深入地評價兩種教學技巧的各個方面的課堂效果。目前國內(nèi)來華留學生全英班本科的骨科臨床教學并沒有統(tǒng)一的教學指南，各院校均按照自身對教學大綱和教學目標的理解設(shè)置課程，同時授課教師的教學模式和技巧存在多樣性的局面。因此，有必要在今后的教學改革和研究中，加強此領(lǐng)域的教學投入和師資培訓，將更多的新技術(shù)，如3D打印、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)引入教學實踐中來。

隨著我國國際影響力的不斷提升，很多來自東盟、南亞或非洲地區(qū)的學生進入我國學習。作為國內(nèi)較早開始招收來華留學生的醫(yī)學院校，我校一直致力于提高一線教師非母語教學的質(zhì)量。盡管授課過程均使用英語，但是在很多細節(jié)或?qū)I(yè)方面，教師的語言表達，學生的專業(yè)英語聽力和理解力，都不同程度地存在著足以影響正確理念傳授的溝通障礙。3D打印技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)虛擬建模技術(shù)可以提供視覺和觸覺體驗的提升，把復雜的疾病模型層次清楚、空間相對位置明確、翔實地展示在學生面前。這也間接減小了語言溝通障礙導致的負面課堂效果。

4結(jié)論與展望

兩種教學技巧各有優(yōu)缺點，3D打印技術(shù)更適用于認知啟蒙、還原致傷過程和模擬診療計劃制訂，有助于降低需要抽象過程想象才能理解知識的學習難度，互聯(lián)網(wǎng)虛擬建模對于線上教學更友好且可以幾乎無限制地對虛擬骨骼模型進行多種操作，有利于提高學生在骨科臨床教學課程中的參與度。兩者對于學生掌握理論知識表現(xiàn)相近。計算機和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展極大地為醫(yī)學高等教育創(chuàng)造了更好的教學手段，3D打印技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)遠程虛擬建模技術(shù)都是將原本抽象復雜的問題變得直觀化，能有效提高學生的自學積極性，也增加了操控環(huán)節(jié)讓學生更好地融入課堂，使得知識吸收更全面和深入。形象化的教學也使得語言溝通的障礙被一定程度地消除。在未來的留學生高等醫(yī)學教育方面，這些新技術(shù)將得到更廣泛地應用。

*通訊作者：丁曉飛

基金項目：廣西醫(yī)科大學本科教育教學改革項目（桂醫(yī)大教評〔2021〕3號）（2021XJGQYBO1）。

參考文獻

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