CDIO教学模式在骨外科本科生教学中的应用探索

张晨 朱哲越 李苗

摘  要：基于以往CDIO教学模式通过练习与实践在学习过程中激发学生主动性的显著作用，为进一步了解、拓展此教学模式在临床骨外科本科生教学方面的应用，文章以随机抽样方式选择西安交通大学第二附属医院36名骨外科见习本科生作为教学对象，以常见的髋关节脱位为教学研究内容，将学生随机分为结合3D打印技术于CDIO教学模式中的实验组和标准化PBL教学的对照组，综合对比以上两组学生在客观考核成绩及主观效果评价两方面的区别。结果表明，在课程中应用结合3D打印技术的CDIO教学模式，可显著提升学生接受临床教学过程后的考核成绩，学生对临床教学过程的参与度与自我满意程度亦有明显提高。

关键词：CDIO教学模式;3D打印;骨外科学;本科生教学

中图分类号：R-4;G642    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2022）20-0077-04

在本科见习与实习阶段中，医学生对基础理论知识的熟悉程度，决定了对其进行下阶段临床基本技能训练及临床基本诊疗技能培训的效率及质量[1]。临床解剖学是所有医学专业的关键组成部分，掌握了解剖学结构即掌握了临床医学的基石[2]。骨外科学作为外科学的一个重要的分支，兼具极强的专业属性和繁巨的教学内容，涉及大量解剖学和影像学等医学学科，除此以外还涉及生物力学、物理学等理工类学科。以人体解剖学为例：在手术中，骨外科常不可避免地涉及大量除骨与关节本身之外的人体结构，如包绕骨质结构的周围软组织、肌肉以及绕行复杂多样的血管、神经等，因此，局部解剖学与手术解剖学当为骨外科专业教学的重中之重，一个简单的例子，即手术入路中易损伤的神经、血管等。有数据显示，学生进入临床实习之后往往会感到对解剖学知识掌握不扎实[3]，遑论对理工类知识有相当要求的骨科手术知识。所以，能兼顾解剖学的专业性与骨科手术客观形象的教学方法，对当今的骨外科教学尤为重要。3D打印技术，是将复杂的三维物体转换为简单的二维切片，再通过计算机辅助设计创建出模型，继而采用逐层制造的方法将材料结合起来的一种快速成型的技术。近年来，3D打印技术在医学教学中应用越来越广[4]。一直以来，具有多变性、复杂性、多样性和“理工类”特色的骨外科学，都是临床医学教学的难点学科之一，3D打印技术非常好地贴合了骨科学习的特点。当前，以CT和MRI扫描数据为基础进行三维重建的影像学技术应用已在临床工作中快速展开，其通过引入3D打印技术，可根据使用场景制作出各种大小的实物模型，这种兼顾时效性与精准性的新技术，使广大临床一线医生得以直观地发现X线片、CT、MRI等传统影像学资料“隐藏”的解剖学信息[5]。以骨外科为例，对创伤骨科临床常见的诸如复杂骨盆骨折、脊柱错位损伤与肢体碾压伤等亟须高效准确的手术介入问题，就需要以直观性占优的3D打印技术，除此以外，在骨肿瘤保肢切除术、颌面部整形修复、骨缺损和假体制作等方面，3D打印及三维重建亦有着广大的应用前景。CDIO教学模式的引用，能使得学员对解剖关系、损伤机制、手术入路等重难点问题都能一一兼顾，最终做到对课本知识点的融会贯通。

一、研究对象和方法

（一）研究对象

本研究随机选取2021年12月10日—2021年12月17日在西安交通大学第二附属医院骨外科见习本科生36人，其中，女性21人，男性15人，学生年龄分布20—22岁，平均年龄21.3岁;本科入学时长3—4年，平均入学时长3.5年。将此36名见习本科生随机分为实验组和对照组，每组18人。实验组接受CDIO教学模式，对照组接受PBL教学模式。两组均由同一位具备教学资质的高年资讲师授课4个学时。

（二）研究方法

1. 实验组

课前准备：（1）根据本科生教学大纲要求，围绕髋关节脱位的临床表现、临床分型、诊断与鉴别诊断以及治疗方法等内容，选择一典型髋关节后脱位病人作为讨论病例并预设相关问题，同时下发相关的作业，学员自行预习相关基础知识;（2）挑选与所选病例相合的薄层CT平扫图片若干，并打印出1：1三维立体模型若干。

在授课日进行如下教学步骤：（1）初步构思。在向学生介绍实际病人病例后，由各学生于组内汇报完成病史搜集、临床查体以及各辅助检查（如常规影像阅片等），各小组组内综合意见后给出初步的诊断及处理建议。（2）治疗方案设计。各学生进一步讨论处理方法，例如认为需要切开复位及内固定则收集相应手术指征并猜想手术入路及术前术中注意事项。（3）治疗方案预实施。学生依照3D打印技术制成的假体，根据组内讨论得出的既定方案进行说明，考虑到学生尚处于见习阶段，可先由高年资讲师主导进行，然后学生在讲师的观察下进行手法复位，最后讲师对学员复位手法的优点以及不足进行评判，如切开复位及内固定，则结合3D打印假体，让学员在假体上讨论手术指征及注意事项，过程中同样在高年资讲师观察下进行，而后先由高年资讲师主导进行假体上手术操作示意，后由学生在高年资讲师观察下行手术操作示意。假体术后即行X光透视操作，在仔细观察内植物与骨折块的相对位置后，由高年资讲师指出操作学生的优缺点。（4）正式治疗。鉴于临床教学自身的特殊性与所选见习学生的局限性，此步骤无法要求年轻医学生独立完成。因此，在各组确定预治疗方案并推选学生口述预治疗过程后，由高年资讲师最终评判各组预治疗方案的优缺点并说明如何改进。治疗方案确定后，由该高年资讲师完成操作，实际过程中可指导学生协助操作。以切开复位及内固定治疗为例：在明确手术指征及术前术中注意事项后，高年资讲师可指导学生充当助手进行现场观摩，指导并说明具体解剖结构的暴露及内植物的放置方式等，实现学生全程学习。

2. 對照组

课前准备：与实验组（1）相同，选用标准的PBL教学模式，准备好相应病例的多媒体幻灯片（X光片、CT等传统影像学资料）下发给组内各学生，学生根据资料，通过组内讨论总结给出初步诊断意见，并提出相应的治疗建议。

在授课日以小组讨论的方式进行如下教学步骤：（1）小组内学生根据自己所掌握的相关内容进行组内讨论，得出统一结论;（2）高年资讲师根据各小组给出结论，及时纠正此过程中出现的错误或疏漏（如阅片过程），丰富相关信息，再进行组间讨论;（3）再次统一结论后，高年资讲师针对学生答案给出反馈和评价，并在此环节确定最终的诊断及治疗方案。之后组织学生参与手术，进一步详细指导并讲解手术过程。

（三）教学效果评价

1. 客观教学评价

随机另选一位高年资讲师，委托其设计一套纸面满分100分的标准化闭卷考核试卷，题目要求针对常见髋关节后脱位的发病机理、临床表现、诊断与鉴别诊断、治疗方法、手术指征、手术过程等指标，以此对两组学生进行客观考核，了解学生对相应知识点的掌握情况。随机另选一名高年资骨外科讲师负责本次阅卷工作。

2. 主观教学评价

设计一份以主动互动意愿提升、学习效率提升、学习注意力提升、学习兴趣提升以及团队合作能力提升这五个方面作为主观评价指标的评分量表，并由参与本次教学研究的36位骨外科见习本科生以不记名的方式填写。上述评分标准赋分方式如下：极大提升5分;较大提升4分;一般提升3分;轻度提升2分;无提升0分。

（四）统计学方法

本次研究所得一切数据皆通过SPSS18.0软件进行临床数据统计学分析，客观效果评价分数采用（■±S）的形式表示，实验组与对照组的组间比较采用t检验;主观效果评价采用中位数（M）表示，实验组与对照组的组间比较采用秩和检验，以p<0.05为差异具有统计学意义。

二、研究结果

（一）客观效果评价

对照组学生客观考试成绩（81.30±2.21）低于实验组（85.36±4.25）。其中，对照组客观考试成绩均值的95%可信区间为（76.97，85.63），实验组客观考试成绩均值的95%可信区间为（77.03，93.69），两组间分数差异具有统计学意义（t=2.439，p=0.022）。

（二）主观效果评价

本研究发放36份主观评价评分量表调查问卷，回收率达到100%。数据结果表明：从本研究所考察五个方面的教学效果的主观评价来看，实验组均高于对照组（如表1所示）。

对两组学生主观评价赋分（如表2所示）进行分析，数据结果显示，在学习效率提升、学习注意力提升及学习兴趣提升三个方面，实验组学生具有明显优势。两组对比可知，上述方面的差异具有统计学意义（P<0.05）。结果提示：结合3D打印技术的CDIO教学模式可有效提高学生的学习注意力、学习兴趣及学习效率;但在主动互动意愿提升和团队合作能力提升方面，两组差异无统计学意义（P>0.05）。考虑到现阶段本科医学生亲身接触外科临床实际病例有限，且两种教学模式皆属于启发式教学模式，均需要学生通力合作才可得出最终结果，因此差异不明显。

三、结论

CDIO教学方法作为新兴于工程学领域的一种较为年轻的教学方法，近几年在医学教学领域也逐渐显露出其优势，临床医学本科生教育面对的是尚在进行高等医学专科“广撒网”式教育的年轻医学生，相比“入门”级别的理论基础，其临床经验明显不足。现阶段本科教育方式对广大临床医学生可以起到重要的“筑基”和兴趣引导作用，对其之后将进行的操作性、实用性和专业性更强的研究生教育及执业医师规范化培养具有深远影响。故而对于骨外科学而言，将结合3D打印的CDIO教学方法及早应用于本科学教学，有利于给广大有志于钻研骨外科学习但直面临床的机会有限的本科医学生们“开好头”，让他们切实体会到外科学实操的重要性。

更重要的是，此种模式在每次见习实习过程中把学生从书本中解放出来，亲自“动手”诊治，从而较为完美地解决了临床教育早期阶段医学生基础知识不够牢固、实体转化能力不足、动手机会普遍较少的问题[6-9]。

不可忽视的是，相对传统的PBL教学，CDIO教学方法对当地医学教育硬件配置的要求较高，对人力、物力等有着相当的客观经济要求，同时3D打印技术也并未在全国各大医学临床教育中心的骨科一线大规模普及。3D打印技术在臨床教学方面的巨大优势并未得到充分利用，就目前而言，CT三维重建技术具有相对较好的可推广价值，其经济性及可行性也较高。在不远的将来，增强现实技术（AR）与医学教育相关的教育软件将对医学临床教学工作产生难以估量的巨大价值[10-11]。总之，CDIO教学模式更有利于骨外科学抽象知识在本科生教育时被接受和吸收，其在引导学生对外科学的兴趣和提升本科阶段教学质量方面的作用堪称立竿见影。因此，CDIO教学模式的普及指日可待。

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（责任编辑：淳洁）