基于3D打印技術(shù)翻轉(zhuǎn)課堂在中醫(yī)骨傷科學(xué)臨床實習(xí)教學(xué)中的應(yīng)用 *
——以踝部骨折為例

梁 周,文立春,何 忠,李開靜,楊 博,許 釗

(1.玉林市中西結(jié)合骨科醫(yī)院，廣西 玉林 537000;2..廣西壺蘭科技有限公司，廣西 南寧 530000)

中醫(yī)骨傷科學(xué)臨床實習(xí)教學(xué)是高等中醫(yī)院校教學(xué)體系中的重要組成部分，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的進(jìn)步，在中醫(yī)骨傷臨床實習(xí)教學(xué)中，如何綜合運用中醫(yī)理論知識和臨床技能為主體，使理論教學(xué)和實踐教學(xué)緊密結(jié)合，探索出一種新的提高教學(xué)質(zhì)量的中醫(yī)骨傷科學(xué)臨床實習(xí)教學(xué)模式具有重要意義[1]。翻轉(zhuǎn)課堂是指根據(jù)教學(xué)需要重新調(diào)整課堂內(nèi)外的時間，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，將學(xué)習(xí)的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生[2]。3D打印技術(shù)是一種新型的快速成型及快速制造技術(shù)，現(xiàn)如今以及被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)臨床領(lǐng)域的科研、教學(xué)工作中，結(jié)合3D打印技術(shù)探索新的教學(xué)模式正在成為新的研究熱點[3]。本研究探討3D 打印技術(shù)制作骨科相關(guān)疾病的實體模型和相關(guān)手術(shù)視頻，結(jié)合“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式，比較二者在中醫(yī)骨傷科學(xué)臨床實習(xí)教學(xué)的應(yīng)用效果，為中醫(yī)骨傷科學(xué)臨床實習(xí)教學(xué)提供新的思路。現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1一般資料 以2017 級6月在該院實習(xí)的 60名骨科實習(xí)生作為研究對象，其中女生10名，男生50名。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)中醫(yī)骨傷科學(xué)專業(yè)五年制本科大五實習(xí)生；(2)專業(yè)課成績平均分為70分以上(百分制)。根據(jù)入科時間隨機分為試驗組和對照組。兩組學(xué)生的帶教教師為同一組教師。試驗組使用基于3D打印技術(shù)的教學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂模式組，對照組使用傳統(tǒng)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。兩組學(xué)員年齡、性別經(jīng)統(tǒng)計學(xué)分析，均不具有統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)，具有可比性。見表1。

表1 兩組學(xué)員性別、年齡比較

1.2方法

1.2.1研究方法

1.2.1.1試驗組 通過建立微信群的方式，在帶教過程中通過使用基于3D打印技術(shù)的“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)方法學(xué)習(xí)相關(guān)知識。其具體方案內(nèi)容如下：帶教教師根據(jù)踝部骨折的定義、病因、骨折分型、臨床表現(xiàn)、診斷要點、治療方案等內(nèi)容結(jié)合3D打印技術(shù)，每個知識點錄制一個小視頻，每個小視頻后面設(shè)置數(shù)個與該知識點關(guān)聯(lián)的問題，通過建立微信群的方式，提前一周將視頻發(fā)放給實習(xí)學(xué)生，指導(dǎo)實習(xí)學(xué)生觀看相關(guān)視頻、利用網(wǎng)絡(luò)查閱骨科專業(yè)學(xué)術(shù)網(wǎng)站、了解骨折治療手術(shù)操作以及查閱論文資料等方法自主學(xué)習(xí)。同時高年資帶教教師通過群聊在線進(jìn)行輔導(dǎo)，解答學(xué)生遇到的專業(yè)型問題，要求每個實習(xí)生總結(jié)發(fā)表個人觀點與意見，鼓勵并引導(dǎo)試驗組內(nèi)的成員提出問題、討論問題，最終由帶教教師引導(dǎo)實習(xí)生共同對所學(xué)知識進(jìn)行總結(jié)。

3D打印技術(shù)內(nèi)容：準(zhǔn)備正常踝部1例，踝部骨折5例(根據(jù)Lange Hanson分型每型1例)，對每一例踝部進(jìn)行CT平掃，將CT平掃數(shù)據(jù)(薄層0.5 mm)以DICOM格式導(dǎo)出保存，再導(dǎo)入Mimics 17.0軟件。根據(jù)數(shù)據(jù)做成正常踝部及骨折踝部三維重建圖像，對三維重建圖形進(jìn)行像素分割，以不同顏色標(biāo)注，建立踝部Mask，對踝部不同骨塊的像素集合進(jìn)行逐一提取，對踝部骨折骨折塊進(jìn)行虛擬移動并復(fù)位，重建接近完整的踝關(guān)節(jié)正常解剖結(jié)構(gòu)，在虛擬模型尋找合適的鋼板放置位置，測量鋼板長度，計算內(nèi)固定需要的螺釘長度、置釘角度，進(jìn)行模擬復(fù)位，根據(jù)以上虛擬復(fù)位操作情況，制訂虛擬手術(shù)方案。以此內(nèi)容錄制1個短視頻。將骨折模型數(shù)據(jù)校驗醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信導(dǎo)出保存，并導(dǎo)入到3D打印機(森工科技 M2030X，由玉林市中西醫(yī)結(jié)合骨科醫(yī)院 3D 打印實驗室提供)，使用PLA材料打印出目標(biāo)骨骼等大的、高度仿真模型。正常踝部結(jié)構(gòu)每一塊骨頭模型都可隨意分離組合，踝部骨折每一塊骨折塊都可以隨意分離組合。根據(jù)踝部骨折的定義、病因、骨折分型、臨床表現(xiàn)、診斷要點、治療方案等內(nèi)容結(jié)合3D打印模型，每個知識點錄制一個小視頻，每個小視頻后面設(shè)置數(shù)個與該知識點關(guān)聯(lián)的問題。

1.2.1.2對照組 通過建立微信群的方式，在帶教過程中通過傳統(tǒng)“翻轉(zhuǎn)課堂”的方法學(xué)習(xí)相關(guān)知識。具體方案內(nèi)容如下：帶教教師根據(jù)踝部骨折的定義、病因、骨折分型、臨床表現(xiàn)、診斷要點、治療方案等內(nèi)容結(jié)合X線平片、CT平掃與三維重建圖像，每個知識點錄制一個小視頻，每個小視頻后面設(shè)置數(shù)個與該知識點關(guān)聯(lián)的問題，通過建立微信群的方式，提前1周將視頻發(fā)放給實習(xí)學(xué)生，指導(dǎo)實習(xí)其觀看相關(guān)視頻、利用網(wǎng)絡(luò)查閱骨科專業(yè)學(xué)術(shù)網(wǎng)站、了解骨折治療手術(shù)操作及查閱論文資料等方法自主學(xué)習(xí)。同時高年資帶教教師通過群聊在線進(jìn)行輔導(dǎo)，解答學(xué)生遇到的專業(yè)型問題，要求每名實習(xí)生總結(jié)發(fā)表個人觀點與意見，鼓勵并引導(dǎo)試驗組內(nèi)的成員提出問題、討論問題，最終由帶教教師引導(dǎo)實習(xí)生共同對所學(xué)知識進(jìn)行總結(jié)。

1.2.2課題討論及測試內(nèi)容 本院正骨一科輪轉(zhuǎn)期1個月結(jié)束后，對兩組學(xué)員進(jìn)行采用傳統(tǒng)理論考核，實踐能力成績與主觀調(diào)查問卷對兩種方式的教學(xué)效果進(jìn)行評估 。傳統(tǒng)理論內(nèi)容為1份總分100分的踝關(guān)節(jié)骨折理論考卷，題型均為選擇題，主要為(中醫(yī)骨傷科病歷書寫、踝關(guān)節(jié)解剖知識、X射線、CT讀片、不同骨折類型的手術(shù)方案的選擇，每個方面均為25分，總計100分。主觀考核：通過問卷調(diào)查自我評分形式進(jìn)行教學(xué)效果評估：本課程的學(xué)習(xí)興趣、理解能力、學(xué)習(xí)效率、提高理論聯(lián)系實際能力、提高臨床思維能力、團(tuán)隊合作能力、獨立思維能力、課程評價、教學(xué)評價等9個方面進(jìn)行無記名評價，獨立完成對各自教學(xué)方式問卷調(diào)查，進(jìn)行組間比較。

2 結(jié) 果

2.1兩組學(xué)員理論知識成績及實踐能力成績比較 兩組學(xué)員分別完成學(xué)習(xí)后，試驗組理論知識成績?yōu)?86.93±3.34)分，對照組為(72.70±3.19)分，試驗組成績明顯高于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(t=18.072，P<0.05)；試驗組實踐能力成績?yōu)?86.50±3.10)分，對照組為(70.40±3.32)分，試驗組成績明顯高于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(t=19.984，P<0.05)。見表2。

表2 兩組學(xué)員理論知識及實踐能力成績比較分)

2.2兩組學(xué)員主觀評價比較 試驗組對于調(diào)動學(xué)習(xí)興趣、課程掌握程度、課程自學(xué)能力、課程理解能力、學(xué)習(xí)效率、理論聯(lián)系實際能力、臨床思維能力、團(tuán)隊合作能力、獨立思維能力等9方面均優(yōu)于對照組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。見表3。

表3 兩組學(xué)員主觀評價比較

續(xù)表3 兩組學(xué)員主觀評價比較

2.3兩組學(xué)員課程評價評分及教學(xué)評價評分比較 兩組學(xué)員分別完成學(xué)習(xí)后，分別對課程及教學(xué)進(jìn)行評價評分。其中，課程評價評分，試驗組為(97.13±1.59)分，對照組(87.07±2.13)分，試驗組成績明顯高于對照組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(t=20.721，P<0.05)；教學(xué)評價評分，試驗組為(95.90±2.22)分，對照組(85.23±2.24)分，試驗組成績明顯高于對照組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(t=18.537，P<0.05)。見表4。

表4 兩組學(xué)員課程評價評分及教學(xué)評價評分比較分)

3 討 論

作者所在醫(yī)院是全國首家中西醫(yī)結(jié)合的三級骨科專科醫(yī)院，中醫(yī)骨傷科是國家級重點學(xué)科，每年都擔(dān)負(fù)廣西中醫(yī)藥大學(xué)和其他醫(yī)學(xué)院校學(xué)生的臨床實習(xí)帶教工作。如何提高本院的教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生學(xué)有所成是臨床教學(xué)的重要任務(wù)。

翻轉(zhuǎn)課堂是一種創(chuàng)新型教學(xué)模式，指在教學(xué)過程中重新調(diào)整利用課堂內(nèi)外的時間，將學(xué)習(xí)的決定權(quán)轉(zhuǎn)移到學(xué)生手中[4]。其實施過程的實質(zhì)是把學(xué)生由“被動角色”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃咏巧保瑢W(xué)習(xí)的內(nèi)容由“先教后學(xué)”反轉(zhuǎn)成“先學(xué)后教”，把知識的學(xué)習(xí)與信息的獲取放在課下，由學(xué)生自主學(xué)習(xí)，教師由主講人變成參與者，同時也是主要推動者和引路人[5]。

隨著計算機Mimics虛擬技術(shù)和3D打印技術(shù)在骨科領(lǐng)域中的使用不斷的發(fā)展成熟，使得骨科教學(xué)材料更加真實及具體化[6]。Mimics軟件是基于CT掃描數(shù)據(jù)的三維圖像處理和編輯工具，通過Mimics軟件可以制作各種各樣的虛擬圖像及3D打印模，滿足臨床教學(xué)的需求。通過虛擬圖像制作，能更加真實、具體地顯示骨頭的解剖結(jié)構(gòu)、與周圍神經(jīng)血管關(guān)系；通過骨折應(yīng)力演示，可以清楚地了解骨折過程及骨折病因；通過骨折模型的復(fù)位固定，能更清楚骨折手術(shù)情況[7-8]。

本研究結(jié)果顯示，應(yīng)用3D打印技術(shù)翻轉(zhuǎn)課堂在中醫(yī)骨傷科學(xué)臨床實習(xí)教學(xué)中的應(yīng)用。學(xué)生的理論知識成績、臨床技能及對課程主觀評價進(jìn)行評估均明顯高于傳統(tǒng)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)。中醫(yī)骨傷科是一門防治骨關(guān)節(jié)及其周圍筋肉損傷與疾病的學(xué)科，中醫(yī)骨傷科的疾病是臨床上的常見病、多發(fā)病。國內(nèi)中醫(yī)藥高等院校常常將中醫(yī)骨傷科學(xué)作為必修或限定選修課，傳統(tǒng)翻轉(zhuǎn)課堂教育模式在教學(xué)上已取得了較好的效果。傳統(tǒng)翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)設(shè)計突出了學(xué)習(xí)動機和興趣等培養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生獨立思維能力，通過在網(wǎng)絡(luò)專業(yè)網(wǎng)站的知識搜索可以培養(yǎng)學(xué)生利用各種資源，收集資料，逐漸養(yǎng)成自學(xué)能力，臨床思維能力[9]。要求同學(xué)們討論病例，有助于團(tuán)隊合作能力的提高，有助于促進(jìn)學(xué)生在臨床實習(xí)階段中對已經(jīng)學(xué)習(xí)的理論知識和臨床實踐進(jìn)行整合、提煉及內(nèi)化使中醫(yī)骨傷科學(xué)教學(xué)內(nèi)容得以補充和升華，提高了教師的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率[10]。但是在該模式上引入3D打印技術(shù)，能讓教學(xué)效果更進(jìn)一步提高。

通過3D打印技術(shù)的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)可以全面準(zhǔn)確了解骨折情況，結(jié)合血管造影技術(shù)打印出伴有重要血管的骨折模型，以便術(shù)中有效規(guī)避血管損傷[11]。術(shù)前軟件操作模擬骨折復(fù)位，如何選擇內(nèi)固定物，螺釘?shù)闹冕敺较蚣伴L度，通過不同手術(shù)方案及復(fù)位方法，檢驗復(fù)位的效果，選擇最優(yōu)化的手術(shù)方案[12]。使抽象的知識變得鮮明、直觀、形象、動態(tài)，不但能使學(xué)生理解文字理論的骨科基礎(chǔ)知識，補傳統(tǒng)教學(xué)的不足，而且激起學(xué)生求知欲和學(xué)習(xí)興趣[13]。

本研究作者嘗試應(yīng)用3D打印技術(shù)與“翻轉(zhuǎn)課堂”進(jìn)行有機整合中醫(yī)骨傷科學(xué)臨床實習(xí)一種新的教學(xué)模式，能夠有效提高學(xué)生對知識的掌握情況，課堂滿意度均優(yōu)于傳統(tǒng)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，受到了學(xué)生極大的歡迎。但其也存在一定的局限性，要求教學(xué)單位具備熟悉3D打印操作相關(guān)專業(yè)軟件的技術(shù)人員，配備3D打印設(shè)備、場地[14]。同時課程也要求學(xué)生及教師對時間安排合理。對教學(xué)教師要求具備較強的組織能力，較高的現(xiàn)代信息素養(yǎng)，較高的職業(yè)素養(yǎng)。

綜上所述，基于3D打印技術(shù)翻轉(zhuǎn)課堂在中醫(yī)骨傷科學(xué)臨床實習(xí)教學(xué)中的應(yīng)用有助于提高醫(yī)學(xué)生的自學(xué)能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生盡快適應(yīng)臨床工作，實現(xiàn)學(xué)習(xí)與崗位要求的“零距離”。