3D打印聯合PBL在骨科教學中的應用*

何 驍 田 云 鄒 康 肖勛剛

湖南省郴州市第一人民醫院關節外科 423000

骨科系統的教學一直以來是臨床教學的難點，教學效率的高低十分依賴學生的解剖知識基礎，對學生的三維空間想象能力要求較高。傳統的教學模式是老師帶領學生查房、講解病例、查閱相關的影像學資料、使用PPT 講解等方式進行教學。實際上，大部分醫學實習生不能直觀認識骨骼系統的三維結構，對于涉及眾多不規則骨骼形態的復雜骨折及骨病更難以理解。問題驅動教學法(Problem-based learning,PBL)是以問題為中心，增強學生自主思維的一種新型教學模式，可以有效提升學生的學習主動性，提高學習效率。而在骨科教學中，直觀的三維立體教學十分重要，對于剛接觸骨科的實習生，其解剖基礎不扎實，以問題為中心展開教學，固然可以增加學生的積極性，但仍然無法彌補三維立體認知的不足。3D打印技術以數字模型數據為核心，以逐層打印形式，制造出與實物相同的模型，其可以根據課堂需要，打印相應的骨骼解剖模型，給予醫學生最直觀的教學。本研究將3D打印技術應用到PBL教學中，以剛剛進入臨床的實習生為研究對象，探索3D打印技術在骨科教學中的應用價值，具體報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2020年6—11月于我院實習的臨床專業5年制本科生60名, 采用整群隨機分組方式, 分為A、B兩組, 每組30人。A組男12人，女18人，年齡20～23歲；B組男14人，女16人，年齡20～24歲。兩組均為同一帶教老師授課，帶教老師為具備3年以上教學資歷的副主任醫師，教授課程時主題相同。兩組年齡分布及性別構成等一般資料比較，差異均無統計學意義(P>0.05)。

1.2 教學模型的制作 從影像系統中調取髖關節假體松動、脛骨平臺骨折患者的CT數據資料，以DICOM模式導入mimics軟件中，生成等比例的3D骨骼模型，將數據以STL格式導入鴻泰HT-480S光固化樹脂3D打印機中，完成教學模型制作。見圖1、2。

圖1 假體 松動3D模型

圖2 脛骨平臺骨折3D模型

1.3 研究方法 選取髖關節置換術后假體松動、脛骨平臺骨折作為教學專題，A組采取3D打印骨骼模型聯合PBL教學模式進行教學，B組采用單純PBL教學。老師帶教之前1周針對授課內容提出問題，由實習生以小組為單位，以問題為中心，自行查閱相關資料、文獻。理論教學內容主要包括疾病的臨床表現、診斷、解剖、疾病分型及治療方案等，技能教學內容主要包含臨床患者的問診、體格檢查，技能操作如骨骼牽引、皮膚牽引等。每組每個教學內容授課2個課時，每個課時2.5h。

帶教時A組針對相應骨科疾病，選取典型患者的影像學資料制作對應的3D模型，學生可以使用3D模型進行相關骨科解剖知識的學習，如髖關節、膝關節的組成結構以及重要解剖標志的識別，還可以學習骨病的病理特征以及不同分型的相應表現；對于骨折類型的3D模型，帶教老師還可以使用模型進行手術演示，如骨折的復位、內固定方式，解剖復位與功能復位的原則等。

B組以小講課為主要形式,帶教老師課前制作PPT，將相關知識點采取圖文結合的模式歸納于PPT上，課堂圍繞課前問題對疾病體察、診斷及鑒別診斷、治療方案、手術指征等進行講解。授課時可以使用普通骨科教具模型進行輔助授課。

1.4 評價指標 教學完成后，分別進行相應的理論考試及技能操作考試檢查學生對相應專題的掌握程度，理論考試包括選擇題及病例分析題，總分100分，技能考試包括體格檢查、骨科專科操作,總分100分，并對學生進行授課滿意度的問卷調查(問卷信度0.75)，包括不滿意、一般、滿意三個選項，分別是2分、6分、10分，共計10個問題，滿分100分，由學生在授課完成后進行匿名勾選。

2 結果

所有學生的理論考試采取閉卷考試模式，技能操作分數嚴格按照操作評分表打分，教學滿意度問卷于最后課時發放，匿名填寫，當堂全部回收。A組理論成績、操作成績以及教學滿意度均優于B組，差異有統計學意義(P<0.05)。見表1。

表1 兩組理論成績、操作成績、教學滿意度比較分)

3 討論

3.1 骨科教學的難點 骨科是一門注重實踐的學科，知識點具有抽象性及整體性的特點，其學習重點在于解剖，如復雜骨折及骨病等經常涉及疾病的分型及治療原理，根據疾病解剖的不同，存在多種不同的分型以及治療方案。而剛剛進入臨床的實習生對于骨科的理解還停留在課本簡單記憶，若無法在實習階段對骨科強化認識，對其后續的臨床工作影響較大。因此，探索高效、實際的骨科教學模式[1-2]，對于保證國家臨床人才的持續輸出至關重要。

傳統教學方式僅僅停留在字面表達，帶教老師通過口述以及制作PPT的方式對學生進行“灌輸式”的教學，學生積極性低下，知識獲取效率極低，雖然花了大量的時間對知識點進行“死記硬背”，卻難以將理論知識與實際結合，導致知識點掌握不透徹或者較易遺忘。

PBL教學模式是一種基于問題展開學習的教學模式，作為一種新型的教學方法在臨床教學中被廣泛應用。其改變了傳統教學模式學生被動接受知識的模式，轉變為主動思考獲取知識，此種模式下，學生的積極性及課堂趣味性大大提高[3]，不僅可以有效加深學生對課本知識的理解，而且可以鍛煉學生自主思考以及創新批判的能力。目前該教學模式已經成為我國醫學教育的熱點[4]，且PBL教學模式具備較好的相容性，因此可以和其他多種教學模式相結合[5]，取長補短，提升教學效果。

3.2 3D打印在骨科教學中的優勢 雖然PBL教學模式可以有效地調動學生主動性，但仍然無法繞開骨科教學抽象性及立體性的特點，理論與實踐結合的程度低，無法有效滿足實習這一階段的學習要求。3D打印技術近來年興起于各個行業，在醫學領域中，以患者的影像數據為基礎，打印出與實際結構1∶1的解剖模型，最真實地將疾病形態還原至醫師眼前，目前已經逐步應用到教學之中，其可以將書本中平面的病例圖片具現化為課堂上的實物模型，學生可以利用模型對疾病進行更深一步的學習。在當下學校尸體解剖標本不足的情況下[6]，3D打印的實物模型，可以很大程度起到替代作用。

在研究過程中，大部分學生認為骨科學習過程枯燥且易遺忘，學習難度大，且所學習的知識與臨床實際不符，因此，學生的理論考試成績不理想，而本文結果表示，A組的理論考試成績明顯優于B組。骨科教學過程離不開骨骼解剖模型和活體教具[7]，雖然傳統教學模式同樣可以提供解剖模型，但缺乏特異性，大部分學校只會準備簡單的人體正常解剖模型或者簡單的骨病模型，無法提供復雜骨科疾病的異常模型，雖然能一定程度幫助理解知識點，但局限性較大，且容易固化學生思維，使其認為這些疾病“只能是這樣”。而3D打印技術可直接選取相關影像數據，打印出最接近臨床實際的模型。在本文所選授課內容中，脛骨平臺骨折的schatzker分型及假體松動髖臼側paprosky分型較為復雜，使用3D打印技術直接將各種分型打印出實物模型，可供學生仔細觀察總結，更直觀地理解這兩種疾病。比如通過觀察脛骨平臺骨折不平整的關節面和相關骨折特征，從而理解創傷性關節炎的機制以及不同內固定治療方式的選擇理由。因此，3D打印模型輔助教學可以將理論知識從文字記憶轉化為立體記憶，最大限度地理解疾病特點，使學生對知識點的掌握更加牢靠，提高考試成績。

課堂與臨床最大區別在于臨床需要掌握更多技能操作。我國醫學生在校學習時臨床操作機會極度匱乏，而在當今醫患關系緊張的情況下，且骨科疾病患者往往伴隨著強烈的疼痛或其他不適感，實習生因經驗不足而操作不當易導致醫患矛盾加劇。通過使用3D打印模型模擬實際操作如骨折復位、骨骼牽引、體格檢查等，直接展示治療原理以及體格檢查的陽性體征的機制，讓學生明白為什么這樣查？為什么這樣治？而不是簡單的“依葫蘆畫瓢”卻不理解其原理，有效地提高了學生對技能操作的理解力以及熟練度，對于以后從事外科系統工作的學生尤為重要。本文中A組的操作成績均優于B組，提示3D打印技術輔助教學可以有效地提升學生的技能操作能力，促進理論與實踐的結合。研究表明[8-10]3D打印聯合PBL教學模式在其他外科類學科如整復外科、肝膽外科、心血管外科等非骨科系統外科的教學中，同樣可以起到提升教學效果的作用。并且，在滿意度調查中，A組明顯優于B組。3D打印技術屬于新興事物，其本身就可以很好地吸引學生的興趣，且實物教學對比簡單的PPT加書本模式，學生可以擁有更多的動手機會，老師對于知識點講解也將更加生動透徹，課堂氣氛活躍，明顯提高了教學效果。

3.3 缺陷與不足 目前，3D打印技術尚處于起步階段，在我國主要應用于疾病治療前的指導和規劃，且費用較為昂貴，暫未進入醫保政策。在課堂上使用3D打印進行講課，可以有效幫助學生理解知識點，但其仍只能針對一個典型疾病進行講課，若對每種疾病進行打印，其產生的教學成本對于大部分高校來說難以承受。另一方面，在骨科系統中，骨骼結構是主要的學習內容，但肌肉、韌帶等軟組織疾病仍然是骨科學的重要部分，但3D打印不論是在打印技術還是材料特質等方面，暫時無法打印出具備軟組織特點的模型。

綜上所述，3D打印聯合PBL教學模式可以充分提升學生的學習興趣，加深學生對知識的理解程度以及實踐能力，全面提高教學效果，但其仍然受經費及本身材料特點的限制，目前無法大范圍普及和全課時適用，相信隨著技術的更新以及成本下降，其可以充分地應用到臨床教學中來，以此促進我國醫療教育事業的發展，為國家培養更多的醫療人才。