基于3D打印技術的PBL與CBL教學法在骨科臨床教學中的應用

馮永增 王鑒順 毛蔥 蔡樂益 楊雷

摘 要：觀察以問題為基礎（ PBL）及以案例為基礎（ CBL）的教學法聯合3D打印技術在骨科臨床教學中的應用效果。將100名骨科實習生隨機分為試驗組和對照組，教學結束后對兩組學生進行考核，并得出結論：基于3D打印技術的PBL與CBL綜合教學法有助于增強骨科實習生的教學效果。

關鍵詞：PBL教學;CBL教學;3D打印技術;骨科教學

骨科學是一門內容繁多、治療方法多樣的學科，要求學生具有較強的空間想象思維和臨床操作能力。然而，我們目前在臨床教學中所采用的骨骼模型不但缺乏病理狀態下的逼真性，同時也不具備模擬手術的操作性，這也成為困擾骨科臨床教學的一個瓶頸。3D打印技術是一種采用數字技術材料打印機來構造物體的新技術，能制造出高度仿真的病理模型，讓學生能更直觀地根據患者受傷的嚴重程度做出準確的臨床診斷，并進行相應的模擬手術操作。采用3D打印技術印證了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。

以授課為基礎的（Lecture Based Learning，LBL）傳統教學模式因缺乏臨床實踐性和操作性，學生也沒有主動學習的積極性，故已無法適應學科發展的需求。近年來，以問題為基礎（Problem Based Learning，PBL）的教學法及以案例為基礎（Case Based Learning，CBL）的教學法在臨床骨科教學中的應用越來越廣泛，并取得了較好的效果。因此，我們嘗試將兩種教學方法聯合3D打印技術這一綜合教學模式應用于骨科臨床帶教中，并與傳統教學模式進行對比，以觀察兩種教學方式的效果。

一、對象與方法

1. 研究對象及分組

選取在我院骨科實習的2013級臨床醫學100名專業本科生作為研究對象，分為試驗組與對照組，每組各50人。試驗組采用3D打印技術聯合PBL與CBL教學模式進行教學，對照組采用LBL教學方式進行教學。兩組學生在年齡、性別、參加實驗前學習成績等一般資料比較差異無統計學意義，說明兩組學生具有可比性。

2. 研究方法

試驗組：

（1）提出詳細問題：選擇骨外科中常見的具有代表性的病例，例如股骨頸骨折病例，先讓學生分小組去采集病史，按照采集的病例先進行知識點的預習，然后帶教教師提出具體問題：① 股骨頸骨折的損傷機制;② 股骨頸的血液供應特點;③ 股骨頸前傾角和頸干角的概念及意義;④ 股骨距的概念及骨小梁特點;⑤ 股骨頸骨折的不同分型及臨床意義;⑥ 股骨頸骨折臨床表現及診斷（尤其注意隱匿性骨折的漏診）;⑦ 新鮮股骨頸骨折不同治療方法的適應證;⑧ 股骨頸骨折不愈合的治療方法。

（2）選擇并設計案例：帶教教師在授課前篩選幾例典型的骨科常見病例。例如，膝關節炎、股骨頸骨折、腰椎間盤突出、骨盆骨折，分別搜集4種病例患者的詳細資料各1例。以膝關節炎為例，帶教教師通過病例引出膝關節炎，分析其病因、發病機制、診斷及鑒別診斷、治療及預后等相關的問題，并帶領實習生在患者床旁觀摩，然后查閱資料，針對教師提出的問題進行分組討論，將學生分成10個小組，每小組5人，以小組長為代表進行回答。教師應及時指出各組學生回答的錯誤，并分析原因，最后進行總結歸納。

（3）3D 打印模型的制備：從我院影像系統里調取典型病例的薄層CT掃描數據，導入軟件進行三維重建，采用華森3D打印機打印出相同大小、仿真性高的骨骼模型。

（4）分組討論：帶教教師對學生在診療過程中的不同想法進行評價，并根據自身臨床經驗及患者具體情況制訂治療方案，并指導學生在3D打印模型上進行模擬手術操作。

對照組：采用LBL教學法，對學生進行統一授課，講解不同病種的癥狀、診斷及治療等教學要求。

3. 教學效果評價

在骨科階段實習結束后進行考評測試，內容分為理論知識考核和臨床操作能力考核，理論知識考核50分，考核內容為骨科基本理論;臨床操作能力考核50分，考核內容為骨科相關操作。

4. 統計學分析

采用SPSS 19.0 統計軟件進行統計分析，考核成績數據用x±s表示，兩組間計量資料比較采用t檢驗，以P<0.05具有統計學意義。

二、結果

理論知識考核、臨床操作能力考核成績及總分都呈正態分布，試驗組學生理論知識和臨床操作能力考核及總分的平均分均明顯高于對照組，差異均有統計學意義（P<0.05）。見表 1。

表1 兩組學生考核成績結果比較（x±s）

組別 理論知識考核 操作能力考核 總分

實驗組（n=50） 45.5±1.70 46.4±1.68 91.7±1.56

對照組（n=50） 39.4±1.45 38.8±1.85 78.0±1.42

P 值 <0.01 <0.01 <0.01

三、討論

1. PBL聯合CBL教學模式的應用

骨科學是理論知識與臨床實踐緊密聯系的學科，現代醫學教育模式正逐漸轉變為“以學生為中心，主動式學習”的方式，因此，我們將 PBL聯合CBL教學方法，引導學生自主學習，培養其實踐操作能力，真正做到理論與實踐相結合的教學模式。PBL教學法以學生為中心，教師主要圍繞臨床疾病提出問題，讓學生自行收集資料，討論并總結。因此，該教學法具有提高學生主動學習的積極性、自主解決問題能力等優點。但在實踐過程中，由于學生對疾病認識的不足及經驗的缺乏，常常無法激發他們討論問題的積極性。而CBL教學法是一種理論聯系實踐的教學模式，在掌握理論知識的基礎上，緊密結合臨床病例進行分析、思考，激發學生主動學習的欲望，提升解決問題的分析能力，從而有效增強了骨科實習生的實習效果。CBL教學法能有效彌補PBL教學法中學生臨床知識的不足，充分發揮兩種教學方法的優點，更好地將理論與臨床實踐相結合。但臨床骨科學是一門實踐操作性很強的學科，而聯合教學模式仍然不能突破以理論形式進行教學的瓶頸，這種教學模式缺乏臨床操作性，使學生無法直觀地體驗各種骨科疾病的真實特征，使教學效果大打折扣。

2. 3D打印技術的應用及輔助教學的優勢與不足

為了讓實習生有更多的操作實踐機會，綜合骨科自身的學科特點，我們采用3D打印技術打印出高度仿真的病理模型，學生通過實體模型，可更加直觀地了解骨科疾病的病理狀態，對于疾病的治療方案及手術方式的選擇也能更加直觀，有利于更加準確、快速地制訂手術方式。

研究結果表明，對比傳統的教學模式，采用3D打印技術聯合PBL及CBL教學法相結合的方式進行臨床教學體現了一定的優勢，在傳授學生理論知識的基礎上，尤其重視調動學生學習的積極性和提高臨床實踐能力，提升臨床診治思維。

當然，目前的3D打印模型教學仍存在一些不足，打印的模型僅僅是骨性結果，沒有神經、血管等軟組織，給臨床教學也帶來了一定困難，需要在以后的打印技術中逐漸完善。 另外，開展3D打印技術輔助教學需要相關教學醫院具備三維打印機和相關軟件，其價格也相對較為昂貴，目前也不能做到全面普及，而且也要求帶教教師具備一定的數字骨科專業知識。

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基金項目：浙江省醫藥衛生科技計劃項目（項目編號：2016KYA138）;浙江省中醫藥科學研究基金項目（項目編號：2016ZA141）。