3D打印技術輔助PBL教學法在臨床醫學本科生骨科疾病教學中的實踐應用

吳愛憫，王 凱，王鑒順，林 焱，倪文飛，池永龍，王向陽（溫州醫科大學附屬第二醫院、育英兒童醫院脊柱外科，溫州醫科大學第二臨床醫學院，浙江省骨科學重點實驗室，數字化骨科研究所，浙江 溫州 507）

·醫學教育·

3D打印技術輔助PBL教學法在臨床醫學本科生骨科疾病教學中的實踐應用

吳愛憫1，王 凱2，王鑒順3，林 焱1，倪文飛1，池永龍1，王向陽1（1溫州醫科大學附屬第二醫院、育英兒童醫院脊柱外科，2溫州醫科大學第二臨床醫學院，3浙江省骨科學重點實驗室，數字化骨科研究所，浙江 溫州 325027）

目的：探討3D打印技術輔助PBL教學法和傳統教學法在臨床醫學本科生骨科疾病教學中的實踐應用．方法：選取2013級臨床專業5年制本科生90名，采用整群隨機分2組，分別為3D打印技術輔助PBL教學組和傳統教學組．教學結束后，讓學生對教學吸引力、知識理解深度、思考啟發力、知識掌握程度、總體滿意度5個方面進行評分，每項采取10分制，同時記錄學生的實訓考核成績（100分制）．最后比較兩組教學法的評分．結果：教學吸引力、知識理解深度、思考啟發力、知識掌握程度、總體滿意度平均分分別為6．7，6．1，6．9，6．1，6．5分，PBL結合3D打印骨骼模型教學組的平均分分別為7．8，8．1，7．7，7．6，7．8分，對兩組學生的教學吸引力、知識理解深度、思考啟發力、知識掌握程度、總體滿意度及實訓考核等評分進行比較，3D打印技術輔助PBL教學組評分和實訓考核均高于傳統教學組，差異具有統計學意義（P＜0．05）．結論：3D打印技術輔助PBL教學可以提高課堂吸引力，使學生更好地理解骨科疾病，值得推廣．

PBL教學；3D打印；骨科教學；醫學教育

0 引言

本科生在進入臨床前，已經學習了正常解剖，但是臨床骨科碰到的都是病理狀態的解剖結構，本科生會有一定的生疏感，在理解很多骨科疾病上存在一定困難．如何增強本科生對疾病的認識和思考是臨床教學的一個亟需解決的問題．PBL（problem based learning）教學方式以學生為中心，從老師提出臨床實際問題出發，通過小組討論學習等方式，比傳統的以教師為中心的教學方式有一定優勢［1］．這種教學模式在溫州醫科大學已經廣泛開展，取得了不錯的成績［2］．但也存在不足，尤其是對骨科病理解剖的認識不足，影像系統和圖片缺乏實體直觀感．

3D打印隨著技術和設備的成熟，目前已廣泛應用于各個領域［3］，近年來，被引入到臨床醫學研究和教學中［4］．Wu等［5］采用3D打印技術驗證了3D打印骨骼模型的準確性，提出了其作為臨床教學應用的潛在可行性．溫州醫科大學附屬第二醫院設有浙江省骨科學重點實驗室、數字醫學研究所，其影像學圖像存檔和傳輸系統（picture archiving and communica?tion system，PACS），Mimics 16．0三維重建軟件和華森三代3D打印機為本研究提供了良好的技術支持．本研究對比了PBL結合3D打印骨骼模型教學和傳統床旁帶教的教學效果．

1 對象和方法

1．1 對象及分組 選取2013級臨床專業5年制本科生90名，采用整群隨機分組方式［6］，分為6組，每組15人，其中3組接受PBL結合3D打印骨骼模型教學，另外3組接受傳統床旁帶教方式教學．

1．2 步驟 調取PACS系統1例脊柱骨折、1例脊柱側凸患者CT數據，導入Mimics 16．0軟件中，通過灰度分割提取骨性信息，以軟件默認的最佳三維重建（opti?mal）模式進行三維重建，保存，然后導入Cura軟件中，調整好相應位置區域后，以Gcode格式保存，導入華森三代3D打印機打印備用［5］，供進一步教學使用．

根據教學大綱，學習內容包括疾病機制、患者臨床癥狀、體征、輔助檢查、診斷、鑒別診斷、分型、治療方案選擇和療效評價．具體問題如下：①脊柱骨折和脊柱側凸的基本機制分別是什么？②脊柱骨折和脊柱側凸患者的臨床癥狀分別包括哪些？③醫師對脊柱骨折和脊柱側凸患者查體能發現哪些體征？④醫師對脊柱骨折和脊柱側凸患者都采用哪些輔助檢查手段，不同檢查手段的優缺點是什么？⑤根據這些癥狀、體征及輔助檢查，如何診斷脊柱骨折和脊柱側凸，分別需要和哪些疾病進行鑒別？⑥脊柱骨折和脊柱側凸患者目前常用的分類包括哪些？⑦脊柱骨折和脊柱側凸的治療方案包括哪些？如何根據診斷和分類選擇脊柱骨折和脊柱側凸的治療方案？⑧不同治療方案的優缺點及通過哪些指標評價治療效果和安全性？

1．3 教學評估 教學評估在教學結束后匿名評估，視覺模擬評分評估教學內容，教學效果評估內容分為教學吸引力、知識理解深度、思考啟發力、知識掌握程度、總體滿意度．視覺模擬評分采用10 cm刻度線條在每個題目下方打分，0到10分，0分表示效果極差，10分表示極好．學生僅需根據自己的感受在線條上畫切割線，收回答卷后進行刻度讀取，評分保留一個小數點，如切割點在8．2 cm處，記8．2分，實訓考核按學校統一安排，為百分制．

1．4 統計學處理 采用SPSS（Version 17．0，SPSS Inc．，Chicago，IL）軟件統計處理，結果采用x ±s的方式表示．兩組數據對比采用兩個獨立樣本對比t檢驗，P＜0．05表示差異有統計學意義．

2 結果

教學結束后共發放答卷90張，100%回收，均對教學吸引力、知識理解深度、思考啟發力、知識掌握程度、總體滿意度5個問題進行了評分．對兩組學生的教學吸引力、知識理解深度、思考啟發力、知識掌握程度、總體滿意度等評分進行比較，PBL結合3D打印骨骼模型教學組評分均高于傳統教學組，差異有統計學意義（P＜0．05，表1）．

表1 PBL結合3D打印骨骼模型教學組對比傳統教學組教學評估分數比較 （n＝45，x ±s）

3 討論

3．1 PBL在骨科教學中的優勢和不足 骨科疾病是臨床醫學的一門必修課程，傳統教學采用床旁帶教的方式，以教師講解為主，學生是被動的獲取知識，這種教學方式缺乏對學生主動學習的培養．PBL教學基于“臨床問題”，以學生為中心［7］，該教學方式中，教師扮演的是引導角色．教師主要圍繞臨床疾病提出問題，讓學生收集資料，討論并總結．學生收集資料、討論總結是主動學習的過程．因此具有增加學生主動學習興趣，提高其自主解決問題能力等優點．在自主學習過程中，學生對問題的探索也培養了其批判思維和自主創新能力［8－9］，已在骨科教學中得到較好的實踐［10］．

但PBL教學也存在一些不足之處［11］，如果學生對疾病認識不足，就無法激起他們主動討論的積極性．對于骨科疾病，很多形態學改變是三維的，需要三維空間想象能力，這也是目前很多本科生面臨的學習困難．很多時候，教師滔滔不絕的純理論演講讓學生在理解三維空間改變不足的情況下自主探索，都會阻礙學生學習的積極性．

3．2 3D打印技術輔助PBL教學的優勢 醫學影像系統的使用［9］和數字化重建技術［12］對于幫助學生理解具有一定作用．但是，對于本科生來講，這種方式還是缺乏直觀感．3D打印技術可以將虛擬的影像通過打印變為實體，目前的3D打印技術因為準確度高被引入醫學教育［13］．和尸體標本相比，3D打印材料獲取方便，隨著三維打印技術國產化技術的不斷普及，價格不斷下降［14］．另外 3D打印模型準確度高［5］，不存在尸體標本被福爾馬林固定后因脫水形態學發生變化等問題．而且3D打印標本是高聚物，無氣味，常溫室內即可保存，可以反復利用，尤其適合很多具有特殊風俗習慣、不樂意捐贈尸體的國家和地區［15－16］．同時，尸體標本一般用于正常解剖教學，對于疾病狀態缺乏相應教學材料，3D打印基本可以將所有骨骼形態學改變以直觀的方式呈現給學生．

本次教學采用3D打印技術輔助PBL教學法，克服了PBL教學中學生因為理解不足而導致主動學習不積極的缺點．學生們對3D打印模型觀察細致，激起了他們的學習熱情，最后的教學評分問卷也表明3D打印模型結合PBL教學組學生教學吸引力、知識理解深度、思考啟發力、知識掌握程度、總體滿意度5項評分均高于傳統教學組．3D打印模型可對PBL教學方式不足之處進行補充．

3．3 3D打印技術輔助PBL教學的不足 目前的3D打印模型教學仍存在一些不足，打印的模型是骨性結果，沒有神經、血管等軟組織，教學時對神經走行等教學仍需教師結合模型進行手工標記．另外，開展3D打印技術輔助PBL教學需要相關教學醫院具備三維打印機和相關軟件，這一點目前已經逐漸普及，未來不再是難題．

4 結語

醫學的教學總是和時代背景息息相關，為了提高教學效果，很多新技術不斷被應用到醫學教育中．PBL教學充分帶動了學生自主學習的積極性，激發了學習興趣和熱情．引入目前先進的3D打印技術，讓學生可以更好地理解骨科疾病的形態學改變，從而推導疾病的各個知識點．這種方式可以實現PBL教學和3D技術的優勢互補，值得推廣應用．

［1］Kaufman DM，Holmes DB．Tutoring in problem?based learning：perceptions of teachers and students［J］．Med Educ，1996，30（5）：371－377．

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［3］Horn TJ，Harrysson OL．Overview of current additive manufacturing technologies and selected applications［J］．Sci Prog，2012，95（Pt 3）：255－282．

［4］Webb PA．A review of rapid prototyping（RP）techniques in the medical and biomedical sector［J］．J Med Eng Technol，2000，24（4）：149－153．

［5］Wu AM，Shao ZX，Wang JS，et al．The accuracy of a method for printing three?dimensional spinal models［J］．PLoS One，2015，10（4）：e0124291．

［6］閆世艷．臨床研究中常用隨機化方法的比較［D］．西安：第四軍醫大學，2006．

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［9］姜文錫，杜小琴，楊紅慶．PBL教學模式對臨床醫學生批判性思維能力的影響［J］．轉化醫學電子雜志，2016，3（9）：90－92．

［10］吳 敏，王照東，肖玉周．PBL教學模式在骨科臨床教學中的應用研究［J］．中華全科醫學，2013，11（7）：1129－1130．

［11］胡明冬，徐劍鋮．醫學教育實施PBL教學法的優缺點［J］．重慶醫學，2010，39（16）：2145－2146．

［12］黃義星，池永龍，郭曉山．數字化醫學技術在骨科臨床教學中的應用與探討［J］．中國高等醫學教育，2013（4）：92－93．

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Application of 3D printing technology in assisting problem?based learning teaching method in teaching of orthopedic diseases for undergraduate medical students

WU Ai?Min1，WANG Kai2，WANG Jian?Shun3，LIN Yan1，NI Wen?Fei1，CHI Yong?Long1，WANG Xiang?Yang11Department of Spine Surgery，The Second Affiliated Hospital and Yuying Children's Hospital，2The Second Medical School of Wenzhou Medical University，3Digital Orthopaedic Institute，the Key Orthopaedic Laboratory in Zhejiang，Wenzhou 325027，China

AIM：To compare the outcomes of 3D printing tech?nology in assisting problem?based learning teaching（PBL）meth?od and traditional teaching method in teaching of undergraduate medical students in orthopedics．METHODS：Ninty undergradu?ate medical students of grade 2013 were included in this research object and randomly divided into two groups．A total of 45 students were assigned into 3D printing technology aided PBL teaching group，other 45 students were assigned into traditional teaching method group．The teaching method was scored by students in five different aspects，including teaching attraction，knowledge understanding，thinking enlightenment，the degree of grasping knowledge and the overall satisfaction，with 0?10 scores in each item．And the collected scores were compared between two groups．RESULTS：The mean scores of teaching attraction，knowledge understanding，thinking enlightenment，the degree of grasping konwledge，the overall satisfaction in traditional teaching method group were 6．7，6．1，6．9，6．1，6．5，while those of 3D printing technology aided PBL teaching group were 7．8，8．1，7．7，7．6，7．8．Teaching attraction，knowledge understanding，thinking enlightenment，the degree of grasping knowledge，the overall sat?isfaction and training test in 3D printing technology aided PBL teaching group were significantly higher than those of the tradition?al teaching method，with statistically significant differences（P＜0．05）．CONCLUSION：3D printing technology in assisting PBL teaching can improve the teaching attraction，knowledge under?standing，student satisfaction and training test，which is worth for spreading．

PBL teaching；3D printing；orthopedic teaching；medical education

2095?6894（2017）06?90?03

G642．0

A

2017－03－21；接受日期：2017－04－05

國家自然科學青年基金項目（81501933）；溫州市科技計劃基金項目（Y20160369）

吳愛憫．博士，主治醫師，碩導．研究方向：骨科教育、微創脊柱和數字脊柱．E?mail：aiminwu＠wmu．edu．cn

王向陽．博士，主任醫師，教授，博導．研究方向：骨科教育、微創脊柱和數字脊柱．E?mail：knightman＠yeah．net