骨科生物力学研究生教学中PBL模式的应用*

孙培栋，欧阳钧，赵卫东 (南方医科大学人体解剖学教研室， 广州 510515; 通讯作者)

骨科生物力学是利用力学原理和研究方法，根据人体骨与关节的解剖特征和力学性质对骨科创伤、脱位、矫形及康复过程中的相关病因、诊断、治疗及预防等进行研究的科学，是一门集力学、运动学、生理学、解剖学、矫形外科学等学科于一体的新兴交叉边缘学科［1］。该学科的发展对骨科学的进步起到了重要的作用，如骨科钉棒及钉板系统的发展使骨科修复及治疗获得了巨大的进步。但是，该学科在给骨科医学领域带来快速进步的同时，对其科研人员的综合要求也越来越高，对其青年科研人员，尤其是相应专业研究生的培养和训练也提出了更高的要求。随着骨科生物力学技术的快速进步和发展，传统的课堂授课方式，无论是在教学内容、教学方法，还是在教学管理和实验手段，都已经不能满足现阶段对研究生培养的需要［2］。针对此种情况，以培养骨科生物力学高等级科技创新人才为目的，对骨科生物力学的理论和实验教学模式进行改革，同时进一步强化实验教学的作用，从而培养在既有专业知识基础上熟知相关学科的基本理论和方法，同时能够灵活运用相关学科的研究方法解决骨科生物力学实践中的实际问题的高层次素质型实用性人才，这是目前骨科生物力学研究生教学中亟待解决的问题。

1 骨科生物力学学科特点

骨科生物力学学科的显著特点是多学科高度交叉的边缘学科，研究中要求理论与实践并重，需要灵活运用力学及运动学的基础理论和知识，结合解剖学及骨生理学内容，对骨科临床疾病的诊断、治疗和预防等方面进行研究，这就意味着进行本学科研究的科研人员必须掌握与已有专业知识差别较大并且相当多而繁杂的相关学科的基本理论和基本内容［3］。同时需结合各院校招收的研究生专业背景来具体考量。比如，本文作者所在高校为医学院校，选修骨科生物力学课程的硕士及博士研究生绝大多数的知识背景为临床医学及基础医学，他们对生物力学研究中至关重要的力学及运动学知识相当匮乏，故此不仅需要合理安排教材内容对此部分进行补充，还需要结合具体生物力学实验操作对这些知识内容进行强化［4］。同样，对于其他非医学背景的研究生，则需要适当补充解剖学及生理学甚至骨科治疗及康复方面的内容，以便对骨科生物力学中的概念和实验操作有更深入的了解［5］。

2 骨科生物力学研究生传统教学模式中存在的问题

骨科生物力学研究生教学的主要目的是为了使其熟练掌握与骨科相关的生物力学基本理论及相关技术方法;实验教学的目的则是为了巩固及加深理论教学内容的同时掌握实验技术及方法。在目前的教学实践中，还是着重于采用传统的教学模式，即以教师讲授为主，学生自学为辅，以考试作为主要的教学评价手段［3］。这一教学实践过程可以保证教师进行全方位讲授，有助于学生对该学科的各个方面都有较清楚的认识。同时学生可根据个人兴趣进行有侧重的学习，从而达到教学相长的目的。但传统的教学方式应对目前的骨科生物力学研究生教学，以下诸多方面不得不引起我们注意。

2.1 缺乏高效的教学方法和手段 当前，骨科生物力学研究中所应用的专业仪器和分析软件越来越多，且这些仪器与软件大多比较昂贵，教师通常只能通过理论课的讲授以及实验课的手动操作对各仪器进行简略讲解。同时基于对学生及仪器安全和数量(通常只有一台)的考虑，无法保证每位学生都能进行上机操作［6］。在此种情况下，从未进行过实验实习操作的学生对一些基本理论和概念始终处于理论理解状态，就无法保证以实验为基础的骨科生物力学的教学效果［7］。同时，此种教学方式极易引起学生学习懈怠，造成学习积极性不高。

2.2 学生研究方向迥异 以本校为例，选修《骨科生物力学》科目的研究生，其专业背景多为临床骨科、矫形外科、临床康复科及生物医学工程等学科。研究生学习及研究期间通常会选择其学科中前沿问题进行研究，那么这其中的大多数学生的研究方向就可能不会相同，以骨科为例，创伤骨科与脊柱骨科及四肢骨科的研究内容就大相径庭。研究内容的不同将直接导致其实验中所应用研究方法的不同［8］。一般情况下，当听课动机带有极大的学科目的性时，会对听课的内容产生强烈的倾向性，这将极大影响教师的授课经过和全体学生的学习效果。

2.3 实验室开放时间不足 大多数骨科生物力学实验需要较长的准备过程及实验数据的处理，而安排的实验操作课时为2－4学时，同时由于实验操作的专业性极强，因此大多数实验示教操作只能由教师来完成。每项实验演示均需较长的操作时间，这样的课时安排无法保证学生在课堂计划学时内参与并完成实验的整个过程。学生也只能通过教师在示教过程中的详细讲解来加深其对实验操作的理解和掌握。同时，多数的生物力学实验室开放极为有限的时间甚至完全不开放，这在很大程度上影响了学生的实验操作实践能力［9］。

3 PBL模式的应用

PBL(problem-based learning)教学模式即“基于问题学习”模式，在以具体问题的基础上，以教师作为学习引导导向，以学生作为讨论主体，以分组讨论方式进行的教学模式［10］。该模式是目前国际上较为流行的教学模式，适合于大多数自然科学学科的启发式教学，在骨科生物力学教学方面有其独特的优势。

3.1 根据骨科生物力学教学实践，优化教学内容传统骨科生物力学理论及教学过程中存在弊端，进行骨科生物力学教学新体系的构建极为迫切。目前骨科生物力学教学方式与其他自然科学学科并无很大差异，但其教学内容却会随着目前生物力学的飞速发展而不断扩充，但归根结底，基本的理论和方法不变。那么在这种情况下，通常在学生掌握了基本的实验理论和技术并有初步的实验能力后，可根据需要设计一些综合性问题和实验。如脊柱稳定性测试与椎间盘压力及小关节应力测试实验，教师在教授过程中要完全引导，由学生作为操作和讨论的主体，最后由教师和学生一起进行深入的启发式讨论。这样的教学方式完全符合PBL教学模式中的“以问题为基础、以教师为导向、以学生为主体”的根本思想，对学生发现、提出并解决问题能力的提高较为重要［11］。

3.2 将PBL贯穿教学全程，引导学生主动学习传统灌输式教学模式不利于具有不同专业知识背景的学生进行学习，容易造成学习积极性不高，而PBL方式引入骨科生物力学教学实践中，对具有不同专业背景的学生而言，可促进其知识的学习和能力的提高［5］。例如，在运动捕捉系统进行轨迹捕捉的教学工作中，可以根据学生从事具体研究方向的不同进行分组，每一组可结合自身的特点和要求，在教师的检验下自行设置实验内容和方案，然后根据预定的方案进行实验，之后对实验结果进行深入分析讨论。这样既能充分激发具有倾向性学习同学的学习积极性，又对其他同学起到一定的带动作用，使学生之间可以充分影响从而提高教学效率和效果。这种以问题为导向的模式可极大提升学生的学习积极性，从而引导其自主学习。

3.3 加大实验室的开放力度，增强学生的自主学习意识 实验室的开放不能只是对实验时间和实验空间的开放，更主要的是对实验内容的开放。实验室可以根据不同专业学生需求的不同，增设一定量的选做实验，实验类型一般为综合性、设计性实验，以充分发挥学生的积极主动性［5］。学生可根据自己的专业、能力和兴趣自由选做部分实验项目，通过查阅相关资料，了解实验原理，拟定实验步骤和实验方案，实验结束后学生对实验结果进行分析讨论，并提出实验设计的不足和改进意见，使学生有更多自由创新的空间。加强实验室的开放力度不仅提高学生综合实验能力和创新能力，更能增强学生自主学习的意识。

3.4 进行教材内容的合理搭配，提高教师综合能力教材是教师进行教学内容安排和学生自主学习的关键，教材建设的好坏直接决定授课过程的安排是否得当以及教学效果能否得到有力保障［3］。骨科生物力学学科目前快速发展的特点决定了该学科教材需要进行及时的内容更新和进步，以便学生可以在掌握基本理论和技能的情况下了解该学科的最新进展。授课教师可根据需要自主编写并修订理论及实验教材，使其能够体现知识和能力培养的基本要求，充分激发学生学习的积极性与主观能动性。同时这些新的需要也对教师提出了更高的要求，即教师必须在掌握较为扎实的骨科生物力学理论知识和实验技能情况下，同时具备过硬的科研能力。这就需要教师不断学习，从而提高自身的教学水平乃至自身的综合能力。

骨科生物力学当前的教学现况已经不能满足该学科的发展和人才培养的需求，需要进行适当的改革［12］。而该学科的多学科深入交叉融合的特点又使其比其他学科更加难于理解和掌握［1］，所以必须利用独特的授课方式和过程以便获得较好的授课效果［3］。PBL模式中以学生为中心的设问式教学模式在此学科中具有显著的优势，在充分利用现有教学及实验资源的情况下达到较好的教学效果，使学生在讨论之余对晦涩的知识做到融会贯通，使其创新能力得到进一步提升［5］。同时该教学方式的应用也将对教师的教学水平和科研能力提出了严峻的考验，可督促教师的进一步发展和能力提高。

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