“一带一路”背景下3D打印辅助CBL在留学生骨科临床教育中的应用

秦 杰，白 菊，赵 波，王 栋，张 明，贺西京

(西安交通大学第二附属医院：A.骨二科；B.血液内科；C.神经外科，陕西 西安 710004)

2013年，习近平主席提出了共建“丝绸之路经济带”和“21世纪海上丝绸之路”(简称“一带一路”)的倡议，随着我国综合国力的提高引起了越来越多国家的响应，成为我国参与合作开放、促进全球共同发展繁荣、推动构建人类命运共同体的国际合作平台。在这种背景下西安愈发成为国家对外开放的西北前沿窗口，来华留学生规模呈现出不断增长的态势，西安交通大学医学部逐渐成为中国西部医学留学生国际教育的桥头堡。我国留学生教育总体呈现多元化特点，存在外交和教育理念相冲突、不同文化习俗相冲突以及自我管理与学校管理相冲突等问题[1-2]。我校的外国留学生教育始于1959年，是教育部指定的最早培养中国政府留学生奖学金的院校之一。我校医学留学生教育自1995年创始以来，已经培养了来自63个国家的医学留学生2 000余名，毕业生规模居全国之首。2013年为响应“一带一路”倡议，我校留学生规模、结构、质量迅猛发展。2017年，西安交通大学留学生规模达2 462名，其中医学留学生生源遍布亚、欧、美、非等多个国家和地区，绝大多数“一带一路”国家涵盖其中。本硕博教育层次完善，覆盖内外妇儿麻口腔等多个临床及基础医学专业，留学生数量和质量位于西部领先地位，这也要求我们在教学管理、教学质量与效果方面作出更大的引领和开创性的示范作用。我校的留学生临床教学多数采用传统的LBL教学模式(Lecture-based Learning)，以教师为主导进行授课，这种教学模式的优点是重视传授系统且完整的知识构架，能够有条理、详尽地传授经典的知识体系。但是由于留学生的课程设置和教学模式仍在逐步探索和完善中，双语师资力量不足，语言沟通不便，教学针对性和个性化不强，且我校留学生来源地和专业分布不均衡，医学留学生以巴基斯坦、尼泊尔等中、南亚国家为主，留学生水平参差不齐，文化差异导致教学效果还有很大的提升空间[3]。为了进一步改进来华留学生医学教育水平，在结合我校既往留学生医学教育经验的基础上，我们在骨科临床教育中引入了CBL教学和3D打印技术相结合的教学模式，希望能够改善教学质量，提高教学效果，吸引更多高层次的医学留学生来华学习。

1 材料与方法

1.1 一般资料和分组

选择2016年1月1日至2017年12月31日在西安交通大学医学部进行临床学习的留学生共62人，其中男性48人，女性14人，平均年龄25.3岁。按学历和性别随机分为两组，其中一组为传统授课模式组(LBL组，本科生9人，硕士研究生17人，博士研究生5人)，另一组为CBL教学+3D打印模式组(CBL+3D组，本科生10人，硕士研究生17人，博士研究生4人)。

1.2 CBL教学方案

选择1例典型的脊柱侧弯病人(如图1)，留学生提前预习相关知识后询问病史、体格检查，教师对其中暴露出来的问题和实践操作要点进行补充和指正。

图1 典型脊柱侧凸病例正侧位外观照

在教师的引导下留学生拟定讨论提纲和病例分析要点，分组对病例的重点难点问题进行讨论，研读辅助检查结果(图2、3)，积极鼓励学生发言后教师进行点评，最后由学生归纳发言，提出初步结论。

学生系统讲解疾病的病因病机、病理变化、临床表现、诊断分型及治疗方案，教师根据讨论结果进行针对性的指导，使学生对疾病的知识点达成共识。

教师着重对病例进行总结归纳，对讨论中的共性问题进行答疑。

图2 典型病例脊柱全长X线正侧位

图3 典型病例脊柱全长CT三维重建

1.3 3D打印辅助技术在脊柱外科临床教学中的应用

在西安交通大学第二附属医院影像科使用西门子64排螺旋CT对选择的典型病例行全脊柱薄层扫描，导出数据后采用mimics15.0图像处理软件，通过灰度分割提取骨性信息进行三维建模，将形成的STL文件导入我科华森SPR400快速成型器，使用聚乳酸材料采用累加及堆叠法按照1∶1比例进行三维立体成型打印，制造出外形和结构等同于患者脊柱、具有复杂空间结构的高度仿真的脊柱畸形模型(图4)[4]。教学过程中首先由学生针对病史、X线片、三维CT 以及MRI等影像学资料进行研习，进行深入讨论，做出初步诊断，对疾病的性质、部位、分类进行判断。随后，留学生对3D模型进行观察，分析畸形形态和位置，了解患者脊柱的病理学全貌，明确病变类型，修正之前所做出的诊断。并可以使用3D模型来确定治疗方案，选择合适的手术入路，必要时对其进行模拟预手术操作。

图4 典型病例全脊柱3D打印模型

1.4 观察指标

教学效果评估采用如下观察指标：①闭卷骨科理论考试。由骨科题库抽题，内容涉及大纲要求的骨科常见病、多发病的基本理论。②操作考试。包括问诊、骨科专科查体、换药、拆线、病历书写等。③问卷形式的课堂综合评价。包括总体满意度、学习兴趣、自主探索能力、教学吸引力和启发性、知识掌握程度，每项0～10分，由留学生进行评分，课后回收问卷。

1.5 统计分析

所有计量数据采用“均数±标准差”表示，使用SPSS15.0软件进行双尾学生t检验，P<0.05具有统计学意义。

2 结果

2.1 不同教学模式的教学质量

骨科是外科教学的重要组成部分，内容涉及脊柱、关节、创伤、肿瘤等多个亚学科，病种多样，知识点繁多。通过对比两组学生的理论和实践操作，LBL组的理论考试成绩为(74±9)分，实践操作成绩为(72±12)分；而CBL+3D组的理论考试成绩为(82±11)分，实践操作成绩为(81±8)分。通过采用3D+CBL的教学模式，理论考试平均成绩提高了10.8%，实践操作成绩平均提高了12%，两者均具有统计学意义(图5)。证明3D+CBL可以有效地提高学习成绩，促进留学生掌握知识点。

图5 两组留学生理论和实践考试成绩对比(*P<0.05 具有统计学显著性)

2.2 不同教学模式的课堂综合效果评价

良好的教学模式，不仅仅要提高应试考试成绩，还应该培养学生的自学能力和学习兴趣。我们100%回收了调查问卷，对比了两组之间的课堂综合效果(表1)后发现，与传统LBL教学模式对比，CBL+3D组的总体满意度提高了16.7%，学习兴趣提高了13.2%，自主探索力提高了31.4%，教学吸引力和启发性提高了10.7%，知识掌握程度提高了12%，且都具有统计学意义。由此可见，CBL+3D教学模式从各方面显著提高了课堂的综合效果，调动学生的主观能动性，通过自主查阅相关资料，结合理论知识与实际病例，感性认识疾病，理性掌握相关知识，巩固了对疾病的认识和对理论知识的理解，充分运用所掌握的知识自主进行分析。

表1 课堂综合评价对比

*P<0.05 具有统计学显著性

3 讨论

“一带一路”沿线国家来华留学是一项长期工作，面临地缘政治和语言障碍等挑战，因此，深化教育改革，提高教学质量，对吸引更多高端留学生来华学习、打造“知华友华”的新局面显得尤为重要。如何紧扣“一带一路”倡议，做好沿线国家人才和文化交流，促进沿线国家民族交流和民心互通，将留学生教育做大做强，是培养合格的留学医学专业人才、将我国医学教育的先进理念和模式推广至“一带一路”沿线国家、树立我国医学教育国际影响力的重要举措。

目前世界上常用的教学模式有：LBL(Lecture-based Learning)，是以教师讲授、学生听课为主的传统教学方式。PBL(Problem-based Learning)是一种以问题为基础、以学生为中心的教学方法，该教学法将学习置于有意义的问题情境中，让学生以小组合作的形式共同解决学习过程中发现的问题，进而学习隐含于问题背后的科学知识，以促进他们自主学习和终身学习能力的发展。 CBL (Case-based Learning)由PBL教学法发展而来，是以临床案例为基础，设计与之相关的问题，引导并启发学生围绕病例展开讨论的一种小组讨论式教学法。

目前，我国医学留学生教育存在多方面的不足。教学模式、教学方法的选择首当其冲。培养方案、课程设置、教学模式等没有统一的规范化方案，且本校医学留学生中、南亚发展中国家居多，虽有较好的英语基础，但发音、语法、表达方式等与我国英语教育环境明显不同，英语教学在沟通过程中存在一定的障碍。不仅要求教师具备良好的英语听说读写能力，还需要教师能够与留学生进行充分沟通，解答学生所提出的问题的能力。而双语师资力量不足的短板，加剧了LBL教学模式在留学生医学教育中的缺陷。文化差异也对留学生的教学效果带来了影响。多数留学生思维活跃、英语功底好、能够积极主动地在课堂上与教师进行互动，这是他们的长处，但随意性强、纪律观念薄弱、自由散漫、学习主动性差。如果课堂内容过于抽象复杂，或因为现实压力则会导致厌学和挫折感，从而产生恶性循环，严重影响教学质量。CBL 教学法始终贯彻引导学生发现问题、探索研究问题并独立思考解决问题的能力[5]。正因为如此，从结果可以看出，CBL和3D打印相结合的教学模式，使得CBL教学充分利用留学生思维活跃等优点，而3D打印模型的应用，则能从感官上直观地认识和理解骨科尤其是脊柱疾病，避免了传统LBL教学的枯燥感和内容的抽象性，可以有效调动学习兴趣和积极性，迅速而显著地提高教学效果和质量。

CBL和PBL 教学模式均强调发挥学生的主动性，并且理论紧密联系实例和问题。PBL是一种以问题为基础，提高学生的主动性和分析问题、解决问题的能力，但PBL注重具体问题的解决方案，忽略了对疾病的整体考虑和具体的实践操作。CBL是在PBL基础上发展而来的一种全新的教学方法，其特点是以典型病例作为突破点和起始点，培养医学生将医学理论与临床实践相结合，自主分析决策，从而提高对病例诊断及治疗的能力[6]。在教学理论知识和提出专业问题之前，首先将学生带入临床环境，接触典型病例，获得第一手的感性认知。之后进行理论知识的讲授，使学生将理论知识用于分析具体的临床病例，进行分析和决策，从而巩固对理论知识的理解。该教学模式的核心理念是以病例为基础，以问题为主线，以学生为主体，以教师为主导[7]。通过教师主导的临床病例情景，将学生自学与教师讲授相结合，引导学生结合所学的理论知识解决临床实际问题，培养其团结协作能力和创新意识，是一种“鱼渔兼得”的教学方法[8-9]。

自医学教育以来，历代医学教育家通过书本、插图、模型、解剖标本等多种方式竭尽全力地培养医学生。但书本、插图这类传统教学媒介缺乏直观印象，教学模型虽能立体展现组织结构但却过于理论化，解剖标本则多数只能表现正常结构、难以展现多种疾病状态下的结构。随着技术手段的进步，各种多媒体手段被用于医学教育，能从影音层面上多方位展示疾病的特点。通过使用3D模具，能使留学生在较短时间内了解并掌握脊柱畸形这种脊柱外科最复杂的疾病，通过讲授与提问环节，很快学习并牢记纷繁复杂的分型特点。不仅如此，通过对3D 打印实体的讲解，使留学生初步了解手术原则，并可在3D模具上模拟手术，从而直观深刻地掌握骨科疾病的知识要点[10]。3D打印使得骨骼情况立体、直观地展现在留学生面前，从传统二维平面的教育方式改进成三维空间化的直观显示，显著增强了留学生对骨科的兴趣，加强了对骨科知识点的理解，从而提高了综合实践能力。采用新的直观教具改善临床医学教育已是国际临床教育的主流，3D打印技术不仅适用于骨科教学，而且在解剖学等教学中也具有重要作用[11]，国际上多个有名大学早已开始了这样的尝试，如果我们还止步不前，必然无法跟上教学理念的先进趋势，导致优质留学生生源的流失。

综上所述，3D打印辅助CBL教学方法不但能够调动留学生的学习主动性，提高临床思维能力，加强知识点的横向联系，而且能够提高留学生对骨科疾病的感性认识，获得直观印象。这对于留学生建立全面系统的临床知识体系非常重要，促进我们与国际接轨，努力推进新的教学新模式，提高教学效果和质量水平。