基于3D打印技术的PBL与CBL教学法在骨科临床教学中的应用

冯永增 王鉴顺 毛葱 蔡乐益 杨雷

摘 要：观察以问题为基础（ PBL）及以案例为基础（ CBL）的教学法联合3D打印技术在骨科临床教学中的应用效果。将100名骨科实习生随机分为试验组和对照组，教学结束后对两组学生进行考核，并得出结论：基于3D打印技术的PBL与CBL综合教学法有助于增强骨科实习生的教学效果。

关键词：PBL教学;CBL教学;3D打印技术;骨科教学

骨科学是一门内容繁多、治疗方法多样的学科，要求学生具有较强的空间想象思维和临床操作能力。然而，我们目前在临床教学中所采用的骨骼模型不但缺乏病理状态下的逼真性，同时也不具备模拟手术的操作性，这也成为困扰骨科临床教学的一个瓶颈。3D打印技术是一种采用数字技术材料打印机来构造物体的新技术，能制造出高度仿真的病理模型，让学生能更直观地根据患者受伤的严重程度做出准确的临床诊断，并进行相应的模拟手术操作。采用3D打印技术印证了3D打印骨骼模型的准确性，提出了其作为临床教学应用的潜在可行性。

以授课为基础的（Lecture Based Learning，LBL）传统教学模式因缺乏临床实践性和操作性，学生也没有主动学习的积极性，故已无法适应学科发展的需求。近年来，以问题为基础（Problem Based Learning，PBL）的教学法及以案例为基础（Case Based Learning，CBL）的教学法在临床骨科教学中的应用越来越广泛，并取得了较好的效果。因此，我们尝试将两种教学方法联合3D打印技术这一综合教学模式应用于骨科临床带教中，并与传统教学模式进行对比，以观察两种教学方式的效果。

一、对象与方法

1. 研究对象及分组

选取在我院骨科实习的2013级临床医学100名专业本科生作为研究对象，分为试验组与对照组，每组各50人。试验组采用3D打印技术联合PBL与CBL教学模式进行教学，对照组采用LBL教学方式进行教学。两组学生在年龄、性别、参加实验前学习成绩等一般资料比较差异无统计学意义，说明两组学生具有可比性。

2. 研究方法

试验组：

（1）提出详细问题：选择骨外科中常见的具有代表性的病例，例如股骨颈骨折病例，先让学生分小组去采集病史，按照采集的病例先进行知识点的预习，然后带教教师提出具体问题：① 股骨颈骨折的损伤机制;② 股骨颈的血液供应特点;③ 股骨颈前倾角和颈干角的概念及意义;④ 股骨距的概念及骨小梁特点;⑤ 股骨颈骨折的不同分型及临床意义;⑥ 股骨颈骨折临床表现及诊断（尤其注意隐匿性骨折的漏诊）;⑦ 新鲜股骨颈骨折不同治疗方法的适应证;⑧ 股骨颈骨折不愈合的治疗方法。

（2）选择并设计案例：带教教师在授课前筛选几例典型的骨科常见病例。例如，膝关节炎、股骨颈骨折、腰椎间盘突出、骨盆骨折，分别搜集4种病例患者的详细资料各1例。以膝关节炎为例，带教教师通过病例引出膝关节炎，分析其病因、发病机制、诊断及鉴别诊断、治疗及预后等相关的问题，并带领实习生在患者床旁观摩，然后查阅资料，针对教师提出的问题进行分组讨论，将学生分成10个小组，每小组5人，以小组长为代表进行回答。教师应及时指出各组学生回答的错误，并分析原因，最后进行总结归纳。

（3）3D 打印模型的制备：从我院影像系统里调取典型病例的薄层CT扫描数据，导入软件进行三维重建，采用华森3D打印机打印出相同大小、仿真性高的骨骼模型。

（4）分组讨论：带教教师对学生在诊疗过程中的不同想法进行评价，并根据自身临床经验及患者具体情况制订治疗方案，并指导学生在3D打印模型上进行模拟手术操作。

对照组：采用LBL教学法，对学生进行统一授课，讲解不同病种的症状、诊断及治疗等教学要求。

3. 教学效果评价

在骨科阶段实习结束后进行考评测试，内容分为理论知识考核和临床操作能力考核，理论知识考核50分，考核内容为骨科基本理论;临床操作能力考核50分，考核内容为骨科相关操作。

4. 统计学分析

采用SPSS 19.0 统计软件进行统计分析，考核成绩数据用x±s表示，两组间计量资料比较采用t检验，以P<0.05具有统计学意义。

二、结果

理论知识考核、临床操作能力考核成绩及总分都呈正态分布，试验组学生理论知识和临床操作能力考核及总分的平均分均明显高于对照组，差异均有统计学意义（P<0.05）。见表 1。

表1 两组学生考核成绩结果比较（x±s）

组别 理论知识考核 操作能力考核 总分

实验组（n=50） 45.5±1.70 46.4±1.68 91.7±1.56

对照组（n=50） 39.4±1.45 38.8±1.85 78.0±1.42

P 值 <0.01 <0.01 <0.01

三、讨论

1. PBL联合CBL教学模式的应用

骨科学是理论知识与临床实践紧密联系的学科，现代医学教育模式正逐渐转变为“以学生为中心，主动式学习”的方式，因此，我们将 PBL联合CBL教学方法，引导学生自主学习，培养其实践操作能力，真正做到理论与实践相结合的教学模式。PBL教学法以学生为中心，教师主要围绕临床疾病提出问题，让学生自行收集资料，讨论并总结。因此，该教学法具有提高学生主动学习的积极性、自主解决问题能力等优点。但在实践过程中，由于学生对疾病认识的不足及经验的缺乏，常常无法激发他们讨论问题的积极性。而CBL教学法是一种理论联系实践的教学模式，在掌握理论知识的基础上，紧密结合临床病例进行分析、思考，激发学生主动学习的欲望，提升解决问题的分析能力，从而有效增强了骨科实习生的实习效果。CBL教学法能有效弥补PBL教学法中学生临床知识的不足，充分发挥两种教学方法的优点，更好地将理论与临床实践相结合。但临床骨科学是一门实践操作性很强的学科，而联合教学模式仍然不能突破以理论形式进行教学的瓶颈，这种教学模式缺乏临床操作性，使學生无法直观地体验各种骨科疾病的真实特征，使教学效果大打折扣。

2. 3D打印技术的应用及辅助教学的优势与不足

为了让实习生有更多的操作实践机会，综合骨科自身的学科特点，我们采用3D打印技术打印出高度仿真的病理模型，学生通过实体模型，可更加直观地了解骨科疾病的病理状态，对于疾病的治疗方案及手术方式的选择也能更加直观，有利于更加准确、快速地制订手术方式。

研究结果表明，对比传统的教学模式，采用3D打印技术联合PBL及CBL教学法相结合的方式进行临床教学体现了一定的优势，在传授学生理论知识的基础上，尤其重视调动学生学习的积极性和提高临床实践能力，提升临床诊治思维。

当然，目前的3D打印模型教学仍存在一些不足，打印的模型仅仅是骨性结果，没有神经、血管等软组织，给临床教学也带来了一定困难，需要在以后的打印技术中逐渐完善。 另外，开展3D打印技术辅助教学需要相关教学医院具备三维打印机和相关软件，其价格也相对较为昂贵，目前也不能做到全面普及，而且也要求带教教师具备一定的数字骨科专业知识。

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基金项目：浙江省医药卫生科技计划项目（项目编号：2016KYA138）;浙江省中医药科学研究基金项目（项目编號：2016ZA141）。