三维打印模型结合PBL教学模式在泌尿外科临床教学中的价值分析

（西安交通大学第一附属医院泌尿外科 陕西西安 710061）

三维打印技术是一种新型的快速成型技术，它利用计算机辅助设计软件来创建物体。近年来，随着科技材料、成像技术和计算机图像处理技术的发展，三维打印技术得到了广泛的推广。它在组织器官制造、假肢定制、假体植入和解剖模型等医学领域具有重要的应用价值和发展前景[1]。泌尿外科3D打印技术教学、研究及临床工作中已得到广泛的关注和应用。

PBL是加拿大麦克马斯特大学医学院首先提出并应用的一种基于问题的学习方法.其核心模式是教师提问，不断激励学生思考和探索，让学生自己分析问题，学习解决该问题所须的知识，最终一步步解决问题[2]。但同时，PBL教学模式也存在一些不足，学生独立查阅相关信息以加强基础知识的学习需要大量的时间和精力，而泌尿系统由于涉及腹腔脏器最多且自身存在明显的复杂性、抽象性，这就要求学生进行学习时需要提前掌握较多难以理解的内容。因此，为了更好地提高泌尿外科的临床见习课教学质量，笔者在标准化的PBL教学模式下引入三维打印模型，两者的结合可以提高学生的学习兴趣，激发学生的空间思维能力，进而提高临床教学质量。使得在泌尿外科临床教学中取得了满意的效果。现介绍如下。

一、研究对象与方法

1.研究对象

选择2014—2015年在西安交通大学第一附属医院泌尿外科实习的临床医学专业学生60人为研究对象。并且采用随机分组的方式将所有学生分为实验组和对照组，并且每组有学生30名。分为三维打印制作泌尿系统脏器三维立体模型+多媒体配合PBL教学30人，采用常规教具+多媒体配合PBL教学30人。两组学生在性别、年龄以及既往课程进度等方面经统计学检验，无统计学差异（P＞0.05）。教学老师由具有多年教学经验的西安交通大学医学院第一附属医院泌尿外科外科主治医师担任，并经集体备课及PBL教学方法培训后进行教学。

2.研究方法

将采用三维打印制作泌尿系统脏器三维立体模型+多媒体配合PBL教学的30人作为实验组，常规教具+多媒体配合PBL教学的30人作为对照组。 根据实习大纲要求，分别进行为期8周12课时的临床试验教学工作。

具体内容如下： ①以泌尿系统三大疾病结石、肿瘤及前列腺增生为主要试验教学内容； ②研究组30人以三维打印模型结合患者病史、体征、腹部CT、泌尿系造影及腹腔镜手术演示进行教学；③对照组30人以传统教科书、传统教具（如：解剖图片等）结合病史、体征、腹部CT、尿路造影和腹腔镜手术演示进行教学。④所有学生均应用PBL教学模式进行带教：提前1周时间为学生准备2-3个与将要教学内容紧密联系的典型病例并提出相应问题。考核通过客观和主观两种形式的评价。客观评价包括：病案书写、泌尿系统脏器的解剖知识、腹部CT及泌尿系造影读片、泌尿系肿瘤及结石手术适应证、肿瘤和结石的手术选择分别为20分，共100分。主观评价则通过问卷调查反映，包括学习兴趣、对疾病病理特征的了解、解剖结构的掌握、疾病的诊断及鉴别诊断、手术方案的选择手术过程的认识、教学满意度等六个方面。

二、结果

1.临床考核成绩

实验组和对照组的临床考核成绩提示：肾脏输尿管、膀胱及前列腺解剖知识、腹部CT及泌尿系造影读片、泌尿系肿瘤及结石手术适应证、肿瘤及结石手术方案的选择四个方面高于对照组。而在病历书写上无差异。

表1 临床考核单项成绩及总成绩 （分）

2.调查问卷结果

（1）调查问卷结果提示：实验组在学习兴趣、解剖结构的掌握、手术方案的选择及手术过程的认识三个方面的提高优于对照组，而在疾病的病理特征认识、疾病的诊断及鉴别诊断两个方面无明显差异。

表2 调查问卷结果 （分）

（2）对教学模式满意度的评价

通过使用三维打印模型结合PBL教学模式的教学方法，实验组学生的非常满意度70%，满意度为 20%；对照组学生对传统的标准化PBL教学模式的非常满意度为46.7%，满意度为26.7%，两组整体满意度对比，差异具有统计学意义（P<0.05，表3）。

表3 两组学生对教学方法的评价（n=30，n/%）

三、讨论

泌尿生殖系统所涵盖的腹腔脏器是身体各系统中最多的，其相互解剖关系直接影响对疾病的判断和诊治，此外，它与成像密切相关，对空间想象力和思维能力提出了更高的要求。对于刚接触临床实习的医学生来说，学习难度较大。同时由于手术的无菌要求又无法让所有的临床实习学生参与每个手术的过程。传统的教学方法[3]注重向学生灌输知识，虽然通过病例介绍、解剖图片和影像材料，学生可以跟随老师的思维进行学习。然而，对于一些特殊的解剖部位，如在膀胱内输尿管开口的位置，仍然难以描述和表达，导致许多实习生进入泌尿外科实习感到收获很少。如何更好地形象、直观地向学生展示典型泌尿系统疾病的特点，激发学生的学习积极性，培养学生在有限的实践时间内发现和解决问题的能力。提高临床思维能力已成为泌尿外科带教教师面临的难题。

PBL课程于20世纪60年代在加拿大麦克马斯特大学医学院首次提出并应用于教学中，它旨在将基础科学和临床问题结合起来，为学生提供提问和参与讨论的机会。并在医学生中开发了一门课程，可以灵活地反映出医疗保健需求变化的影响[4]。随后PBL教学模式迅速引入欧洲、美国等发达国家并得到快速、蓬勃的发展。到1991年，美国已有100多所医学院采用PBL教学模式，教学效果良好。哈佛大学医学院等著名大学已全部采用PBL教学模式进行授课[5]。根据世界卫生组织的报告，世界各地大约有1700所医学院采用了PBL教学模式，而这一数字还在不断增加[6]。PBL在中国的引进时间晚于欧美和日本。1986年，上海第二医科大学和西安医科大学率先引入PBL教学模式。PBL将疾病基础问题和临床实践相紧密结合，倡导以学生为中心，教师为主导的小组讨论教学。PBL是一个由8到10名学生和1名指导或带教老师组成的讨论小组， 围绕某一具体病例从诊治两方面进行讨论。讨论的重点是把学习放在目的明确、相对真实的问题情境中，使学习者能够理解问题背后的科学知识，并在学习过程中努力解决具体问题，目的是建立一个广泛而灵活的知识库，培养学生理解、分析和解决问题的能力，培养学生的自主学习能力、实践能力和团队精神[7]。PBL是一种基于建构主义认识论的课程设计。只有根据其本身独特的课程设计策略，才能在教学活动中体现其积极的意义和价值[6]。 但是，PBL教学作为一个复杂的系统过程， 在实际的应用当中也不可避免地存在一些问题:（1）师资质量和配套教案不完善:典型的PBL课程要求每个研究组由一名教师和八至十名学生组成[8]。与传统的教学模式相比，对教师的需求明显增加。此外，教师作为PBL教学的组织者和引导者，大部分教师没有接受严格规范的PBL教学模式的训练，对这种新的教学模式也并非完全了解。还有很多争论和质疑，这对PBL教学的质量产生了很大的影响。同时，PBL教学模式的实施需要制定相应的教学计划，而这部分还存在缺失，使得PBL教学的实施十分困难。（2）与PBL教学模式不配套的相应教学条件，PBL教学强调学生的自主学习和小组讨论。学生需要通过各种渠道收集相关文献（包括网络、书籍、期刊、实验室资源等），许多医学院校往往无法保障具备充足的教学资源。（3）没有形成合理的教学评价体系。一项教学改革能否顺利进行，关键环节是对新的教学改革系统进行考核和评价。目前PBL教学没有与之相应的考核方法，依然沿用过去的评估方法，这使得学生很难在短时间内认识到传统教学与PBL的不同之处。同时，学生可能会认为PBL只会增加学生的负担，而不会享受PBL的好处。不愿积极配合进一步实施PBL[9]。此外，诸如泌尿外科、骨科之类科室，其专业本身存在较明显的复杂性、抽象性，在教学过程中不仅要求学生们掌握基础知识，还需要具备一定的空间想象能力和思维变化能力，而PBL教学模式仍然不能直观、清晰地反映临床各种泌尿外科疾病的特征，给教学工作带来较多麻烦。

随着三维打印技术的快速发展，三维模型打印逐步被用于临床及医学教学之中。三维打印技术已成为泌尿外科领域的一个研究热点。三维打印技术可以准确打印出人体器官和组织的3D模型，将器官组织的构造逼真而直观地显示出来，有利于医学教学的进行，同时有效地解决人体管道铸型标本耗费大及不可重复等问题[10]。三维打印模型技术在制定手术计划、模拟训练手术、降低手术风险、提高手术成功率、改善医患沟通、器官打造等方面具有重要意义。通过成形的三维泌尿脏器模型可对各种复杂的肾脏肿瘤、鹿角形结石等的手术方案进行精确分型，可对某些特殊、困难手术的术前计划进行讨论甚至提前模拟手术操作，评估术中可能存在的风险，预测手术效果等，极大提高手术成功率，其医学应用作用明显并具有十分广泛的应用前景。本研究创新性在于将三维打印模型结合PBL教学模式，解决了在本专业课在教学过程中存在的诸多困难，弥补了PBL教学模式自身的不足。相对于传统的PBL教学模式而言，三维打印模型的引入可以将抽象的解剖空间感具体化，大大调动学生学习的积极性和参与度，培养学生主动提出问题和解决问题的能力。使学生更易掌握相关临床知识，有利于提高学生的临床思维能力和实践能力，为今后接触临床专业知识打下很好的基础。结果表明，学生对三维打印模型结合PBL教学模式的满意度和自身能力提高均显著高于对照组，取得了满意的效果。然而，本研究仍存在很多不足[11]。第一，尽管三维打印模型与实物接近，但两者间仍存在差异，仍然只能作为实物的参考；第二，三维打印模型价格昂贵，很难做到疾病一对一的建立模型，无法做的疾病个体化，这也给教学中带来不小的麻烦。第三，现阶段三维打印技术仍无法充分在教学中普及。综上所述，三维打印模型与PBL教学模式相结合，可以提高泌尿外科临床教学的教学效果。，值得进一步的深入研究与实践推广。