基于3D打印技术翻转课堂在中医骨伤科学临床实习教学中的应用 *——以踝部骨折为例

梁 周,文立春,何 忠,李开静,杨 博,许 钊

(1.玉林市中西结合骨科医院，广西 玉林 537000;2..广西壶兰科技有限公司，广西 南宁 530000)

中医骨伤科学临床实习教学是高等中医院校教学体系中的重要组成部分，随着现代信息技术的进步，在中医骨伤临床实习教学中，如何综合运用中医理论知识和临床技能为主体，使理论教学和实践教学紧密结合，探索出一种新的提高教学质量的中医骨伤科学临床实习教学模式具有重要意义[1]。翻转课堂是指根据教学需要重新调整课堂内外的时间，充分调动学生的学习积极性，将学习的决定权从教师转移给学生[2]。3D打印技术是一种新型的快速成型及快速制造技术，现如今以及被广泛应用于医学临床领域的科研、教学工作中，结合3D打印技术探索新的教学模式正在成为新的研究热点[3]。本研究探讨3D 打印技术制作骨科相关疾病的实体模型和相关手术视频，结合“翻转课堂”教学模式，比较二者在中医骨伤科学临床实习教学的应用效果，为中医骨伤科学临床实习教学提供新的思路。现报道如下。

1 资料与方法

1.1一般资料 以2017 级6月在该院实习的 60名骨科实习生作为研究对象，其中女生10名，男生50名。纳入标准：(1)中医骨伤科学专业五年制本科大五实习生；(2)专业课成绩平均分为70分以上(百分制)。根据入科时间随机分为试验组和对照组。两组学生的带教教师为同一组教师。试验组使用基于3D打印技术的教学翻转课堂模式组，对照组使用传统翻转课堂教学模式。两组学员年龄、性别经统计学分析，均不具有统计学差异(P>0.05)，具有可比性。见表1。

表1 两组学员性别、年龄比较

1.2方法

1.2.1研究方法

1.2.1.1试验组 通过建立微信群的方式，在带教过程中通过使用基于3D打印技术的“翻转课堂”的教学方法学习相关知识。其具体方案内容如下：带教教师根据踝部骨折的定义、病因、骨折分型、临床表现、诊断要点、治疗方案等内容结合3D打印技术，每个知识点录制一个小视频，每个小视频后面设置数个与该知识点关联的问题，通过建立微信群的方式，提前一周将视频发放给实习学生，指导实习学生观看相关视频、利用网络查阅骨科专业学术网站、了解骨折治疗手术操作以及查阅论文资料等方法自主学习。同时高年资带教教师通过群聊在线进行辅导，解答学生遇到的专业型问题，要求每个实习生总结发表个人观点与意见，鼓励并引导试验组内的成员提出问题、讨论问题，最终由带教教师引导实习生共同对所学知识进行总结。

3D打印技术内容：准备正常踝部1例，踝部骨折5例(根据Lange Hanson分型每型1例)，对每一例踝部进行CT平扫，将CT平扫数据(薄层0.5 mm)以DICOM格式导出保存，再导入Mimics 17.0软件。根据数据做成正常踝部及骨折踝部三维重建图像，对三维重建图形进行像素分割，以不同颜色标注，建立踝部Mask，对踝部不同骨块的像素集合进行逐一提取，对踝部骨折骨折块进行虚拟移动并复位，重建接近完整的踝关节正常解剖结构，在虚拟模型寻找合适的钢板放置位置，测量钢板长度，计算内固定需要的螺钉长度、置钉角度，进行模拟复位，根据以上虚拟复位操作情况，制订虚拟手术方案。以此内容录制1个短视频。将骨折模型数据校验医学数字成像和通信导出保存，并导入到3D打印机(森工科技 M2030X，由玉林市中西医结合骨科医院 3D 打印实验室提供)，使用PLA材料打印出目标骨骼等大的、高度仿真模型。正常踝部结构每一块骨头模型都可随意分离组合，踝部骨折每一块骨折块都可以随意分离组合。根据踝部骨折的定义、病因、骨折分型、临床表现、诊断要点、治疗方案等内容结合3D打印模型，每个知识点录制一个小视频，每个小视频后面设置数个与该知识点关联的问题。

1.2.1.2对照组 通过建立微信群的方式，在带教过程中通过传统“翻转课堂”的方法学习相关知识。具体方案内容如下：带教教师根据踝部骨折的定义、病因、骨折分型、临床表现、诊断要点、治疗方案等内容结合X线平片、CT平扫与三维重建图像，每个知识点录制一个小视频，每个小视频后面设置数个与该知识点关联的问题，通过建立微信群的方式，提前1周将视频发放给实习学生，指导实习其观看相关视频、利用网络查阅骨科专业学术网站、了解骨折治疗手术操作及查阅论文资料等方法自主学习。同时高年资带教教师通过群聊在线进行辅导，解答学生遇到的专业型问题，要求每名实习生总结发表个人观点与意见，鼓励并引导试验组内的成员提出问题、讨论问题，最终由带教教师引导实习生共同对所学知识进行总结。

1.2.2课题讨论及测试内容 本院正骨一科轮转期1个月结束后，对两组学员进行采用传统理论考核，实践能力成绩与主观调查问卷对两种方式的教学效果进行评估 。传统理论内容为1份总分100分的踝关节骨折理论考卷，题型均为选择题，主要为(中医骨伤科病历书写、踝关节解剖知识、X射线、CT读片、不同骨折类型的手术方案的选择，每个方面均为25分，总计100分。主观考核：通过问卷调查自我评分形式进行教学效果评估：本课程的学习兴趣、理解能力、学习效率、提高理论联系实际能力、提高临床思维能力、团队合作能力、独立思维能力、课程评价、教学评价等9个方面进行无记名评价，独立完成对各自教学方式问卷调查，进行组间比较。

2 结 果

2.1两组学员理论知识成绩及实践能力成绩比较 两组学员分别完成学习后，试验组理论知识成绩为(86.93±3.34)分，对照组为(72.70±3.19)分，试验组成绩明显高于对照组，差异有统计学意义(t=18.072，P<0.05)；试验组实践能力成绩为(86.50±3.10)分，对照组为(70.40±3.32)分，试验组成绩明显高于对照组，差异有统计学意义(t=19.984，P<0.05)。见表2。

表2 两组学员理论知识及实践能力成绩比较分)

2.2两组学员主观评价比较 试验组对于调动学习兴趣、课程掌握程度、课程自学能力、课程理解能力、学习效率、理论联系实际能力、临床思维能力、团队合作能力、独立思维能力等9方面均优于对照组，差异均有统计学意义(P<0.05)。见表3。

表3 两组学员主观评价比较

续表3 两组学员主观评价比较

2.3两组学员课程评价评分及教学评价评分比较 两组学员分别完成学习后，分别对课程及教学进行评价评分。其中，课程评价评分，试验组为(97.13±1.59)分，对照组(87.07±2.13)分，试验组成绩明显高于对照组，差异均有统计学意义(t=20.721，P<0.05)；教学评价评分，试验组为(95.90±2.22)分，对照组(85.23±2.24)分，试验组成绩明显高于对照组，差异均有统计学意义(t=18.537，P<0.05)。见表4。

表4 两组学员课程评价评分及教学评价评分比较分)

3 讨 论

作者所在医院是全国首家中西医结合的三级骨科专科医院，中医骨伤科是国家级重点学科，每年都担负广西中医药大学和其他医学院校学生的临床实习带教工作。如何提高本院的教学质量，使学生学有所成是临床教学的重要任务。

翻转课堂是一种创新型教学模式，指在教学过程中重新调整利用课堂内外的时间，将学习的决定权转移到学生手中[4]。其实施过程的实质是把学生由“被动角色”转变为“主动角色”，学习的内容由“先教后学”反转成“先学后教”，把知识的学习与信息的获取放在课下，由学生自主学习，教师由主讲人变成参与者，同时也是主要推动者和引路人[5]。

随着计算机Mimics虚拟技术和3D打印技术在骨科领域中的使用不断的发展成熟，使得骨科教学材料更加真实及具体化[6]。Mimics软件是基于CT扫描数据的三维图像处理和编辑工具，通过Mimics软件可以制作各种各样的虚拟图像及3D打印模，满足临床教学的需求。通过虚拟图像制作，能更加真实、具体地显示骨头的解剖结构、与周围神经血管关系；通过骨折应力演示，可以清楚地了解骨折过程及骨折病因；通过骨折模型的复位固定，能更清楚骨折手术情况[7-8]。

本研究结果显示，应用3D打印技术翻转课堂在中医骨伤科学临床实习教学中的应用。学生的理论知识成绩、临床技能及对课程主观评价进行评估均明显高于传统翻转课堂教学。中医骨伤科是一门防治骨关节及其周围筋肉损伤与疾病的学科，中医骨伤科的疾病是临床上的常见病、多发病。国内中医药高等院校常常将中医骨伤科学作为必修或限定选修课，传统翻转课堂教育模式在教学上已取得了较好的效果。传统翻转课堂的教学设计突出了学习动机和兴趣等培养，培养学生独立思维能力，通过在网络专业网站的知识搜索可以培养学生利用各种资源，收集资料，逐渐养成自学能力，临床思维能力[9]。要求同学们讨论病例，有助于团队合作能力的提高，有助于促进学生在临床实习阶段中对已经学习的理论知识和临床实践进行整合、提炼及内化使中医骨伤科学教学内容得以补充和升华，提高了教师的教学质量和学生的学习效率[10]。但是在该模式上引入3D打印技术，能让教学效果更进一步提高。

通过3D打印技术的“翻转课堂”教学可以全面准确了解骨折情况，结合血管造影技术打印出伴有重要血管的骨折模型，以便术中有效规避血管损伤[11]。术前软件操作模拟骨折复位，如何选择内固定物，螺钉的置钉方向及长度，通过不同手术方案及复位方法，检验复位的效果，选择最优化的手术方案[12]。使抽象的知识变得鲜明、直观、形象、动态，不但能使学生理解文字理论的骨科基础知识，补传统教学的不足，而且激起学生求知欲和学习兴趣[13]。

本研究作者尝试应用3D打印技术与“翻转课堂”进行有机整合中医骨伤科学临床实习一种新的教学模式，能够有效提高学生对知识的掌握情况，课堂满意度均优于传统翻转课堂教学，受到了学生极大的欢迎。但其也存在一定的局限性，要求教学单位具备熟悉3D打印操作相关专业软件的技术人员，配备3D打印设备、场地[14]。同时课程也要求学生及教师对时间安排合理。对教学教师要求具备较强的组织能力，较高的现代信息素养，较高的职业素养。

综上所述，基于3D打印技术翻转课堂在中医骨伤科学临床实习教学中的应用有助于提高医学生的自学能力，提高学生的综合素质，促进学生尽快适应临床工作，实现学习与岗位要求的“零距离”。