3D打印技术辅助PBL教学法在临床医学本科生骨科疾病教学中的实践应用

吴爱悯，王 凯，王鉴顺，林 焱，倪文飞，池永龙，王向阳（温州医科大学附属第二医院、育英儿童医院脊柱外科，温州医科大学第二临床医学院，浙江省骨科学重点实验室，数字化骨科研究所，浙江 温州 507）

·医学教育·

3D打印技术辅助PBL教学法在临床医学本科生骨科疾病教学中的实践应用

吴爱悯1，王 凯2，王鉴顺3，林 焱1，倪文飞1，池永龙1，王向阳1（1温州医科大学附属第二医院、育英儿童医院脊柱外科，2温州医科大学第二临床医学院，3浙江省骨科学重点实验室，数字化骨科研究所，浙江 温州 325027）

目的：探讨3D打印技术辅助PBL教学法和传统教学法在临床医学本科生骨科疾病教学中的实践应用．方法：选取2013级临床专业5年制本科生90名，采用整群随机分2组，分别为3D打印技术辅助PBL教学组和传统教学组．教学结束后，让学生对教学吸引力、知识理解深度、思考启发力、知识掌握程度、总体满意度5个方面进行评分，每项采取10分制，同时记录学生的实训考核成绩（100分制）．最后比较两组教学法的评分．结果：教学吸引力、知识理解深度、思考启发力、知识掌握程度、总体满意度平均分分别为6．7，6．1，6．9，6．1，6．5分，PBL结合3D打印骨骼模型教学组的平均分分别为7．8，8．1，7．7，7．6，7．8分，对两组学生的教学吸引力、知识理解深度、思考启发力、知识掌握程度、总体满意度及实训考核等评分进行比较，3D打印技术辅助PBL教学组评分和实训考核均高于传统教学组，差异具有统计学意义（P＜0．05）．结论：3D打印技术辅助PBL教学可以提高课堂吸引力，使学生更好地理解骨科疾病，值得推广．

PBL教学；3D打印；骨科教学；医学教育

0 引言

本科生在进入临床前，已经学习了正常解剖，但是临床骨科碰到的都是病理状态的解剖结构，本科生会有一定的生疏感，在理解很多骨科疾病上存在一定困难．如何增强本科生对疾病的认识和思考是临床教学的一个亟需解决的问题．PBL（problem based learning）教学方式以学生为中心，从老师提出临床实际问题出发，通过小组讨论学习等方式，比传统的以教师为中心的教学方式有一定优势［1］．这种教学模式在温州医科大学已经广泛开展，取得了不错的成绩［2］．但也存在不足，尤其是对骨科病理解剖的认识不足，影像系统和图片缺乏实体直观感．

3D打印随着技术和设备的成熟，目前已广泛应用于各个领域［3］，近年来，被引入到临床医学研究和教学中［4］．Wu等［5］采用3D打印技术验证了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．温州医科大学附属第二医院设有浙江省骨科学重点实验室、数字医学研究所，其影像学图像存档和传输系统（picture archiving and communica⁃tion system，PACS），Mimics 16．0三维重建软件和华森三代3D打印机为本研究提供了良好的技术支持．本研究对比了PBL结合3D打印骨骼模型教学和传统床旁带教的教学效果．

1 对象和方法

1．1 对象及分组 选取2013级临床专业5年制本科生90名，采用整群随机分组方式［6］，分为6组，每组15人，其中3组接受PBL结合3D打印骨骼模型教学，另外3组接受传统床旁带教方式教学．

1．2 步骤 调取PACS系统1例脊柱骨折、1例脊柱侧凸患者CT数据，导入Mimics 16．0软件中，通过灰度分割提取骨性信息，以软件默认的最佳三维重建（opti⁃mal）模式进行三维重建，保存，然后导入Cura软件中，调整好相应位置区域后，以Gcode格式保存，导入华森三代3D打印机打印备用［5］，供进一步教学使用．

根据教学大纲，学习内容包括疾病机制、患者临床症状、体征、辅助检查、诊断、鉴别诊断、分型、治疗方案选择和疗效评价．具体问题如下：①脊柱骨折和脊柱侧凸的基本机制分别是什么？②脊柱骨折和脊柱侧凸患者的临床症状分别包括哪些？③医师对脊柱骨折和脊柱侧凸患者查体能发现哪些体征？④医师对脊柱骨折和脊柱侧凸患者都采用哪些辅助检查手段，不同检查手段的优缺点是什么？⑤根据这些症状、体征及辅助检查，如何诊断脊柱骨折和脊柱侧凸，分别需要和哪些疾病进行鉴别？⑥脊柱骨折和脊柱侧凸患者目前常用的分类包括哪些？⑦脊柱骨折和脊柱侧凸的治疗方案包括哪些？如何根据诊断和分类选择脊柱骨折和脊柱侧凸的治疗方案？⑧不同治疗方案的优缺点及通过哪些指标评价治疗效果和安全性？

1．3 教学评估 教学评估在教学结束后匿名评估，视觉模拟评分评估教学内容，教学效果评估内容分为教学吸引力、知识理解深度、思考启发力、知识掌握程度、总体满意度．视觉模拟评分采用10 cm刻度线条在每个题目下方打分，0到10分，0分表示效果极差，10分表示极好．学生仅需根据自己的感受在线条上画切割线，收回答卷后进行刻度读取，评分保留一个小数点，如切割点在8．2 cm处，记8．2分，实训考核按学校统一安排，为百分制．

1．4 统计学处理 采用SPSS（Version 17．0，SPSS Inc．，Chicago，IL）软件统计处理，结果采用x ±s的方式表示．两组数据对比采用两个独立样本对比t检验，P＜0．05表示差异有统计学意义．

2 结果

教学结束后共发放答卷90张，100%回收，均对教学吸引力、知识理解深度、思考启发力、知识掌握程度、总体满意度5个问题进行了评分．对两组学生的教学吸引力、知识理解深度、思考启发力、知识掌握程度、总体满意度等评分进行比较，PBL结合3D打印骨骼模型教学组评分均高于传统教学组，差异有统计学意义（P＜0．05，表1）．

表1 PBL结合3D打印骨骼模型教学组对比传统教学组教学评估分数比较 （n＝45，x ±s）

3 讨论

3．1 PBL在骨科教学中的优势和不足 骨科疾病是临床医学的一门必修课程，传统教学采用床旁带教的方式，以教师讲解为主，学生是被动的获取知识，这种教学方式缺乏对学生主动学习的培养．PBL教学基于“临床问题”，以学生为中心［7］，该教学方式中，教师扮演的是引导角色．教师主要围绕临床疾病提出问题，让学生收集资料，讨论并总结．学生收集资料、讨论总结是主动学习的过程．因此具有增加学生主动学习兴趣，提高其自主解决问题能力等优点．在自主学习过程中，学生对问题的探索也培养了其批判思维和自主创新能力［8－9］，已在骨科教学中得到较好的实践［10］．

但PBL教学也存在一些不足之处［11］，如果学生对疾病认识不足，就无法激起他们主动讨论的积极性．对于骨科疾病，很多形态学改变是三维的，需要三维空间想象能力，这也是目前很多本科生面临的学习困难．很多时候，教师滔滔不绝的纯理论演讲让学生在理解三维空间改变不足的情况下自主探索，都会阻碍学生学习的积极性．

3．2 3D打印技术辅助PBL教学的优势 医学影像系统的使用［9］和数字化重建技术［12］对于帮助学生理解具有一定作用．但是，对于本科生来讲，这种方式还是缺乏直观感．3D打印技术可以将虚拟的影像通过打印变为实体，目前的3D打印技术因为准确度高被引入医学教育［13］．和尸体标本相比，3D打印材料获取方便，随着三维打印技术国产化技术的不断普及，价格不断下降［14］．另外 3D打印模型准确度高［5］，不存在尸体标本被福尔马林固定后因脱水形态学发生变化等问题．而且3D打印标本是高聚物，无气味，常温室内即可保存，可以反复利用，尤其适合很多具有特殊风俗习惯、不乐意捐赠尸体的国家和地区［15－16］．同时，尸体标本一般用于正常解剖教学，对于疾病状态缺乏相应教学材料，3D打印基本可以将所有骨骼形态学改变以直观的方式呈现给学生．

本次教学采用3D打印技术辅助PBL教学法，克服了PBL教学中学生因为理解不足而导致主动学习不积极的缺点．学生们对3D打印模型观察细致，激起了他们的学习热情，最后的教学评分问卷也表明3D打印模型结合PBL教学组学生教学吸引力、知识理解深度、思考启发力、知识掌握程度、总体满意度5项评分均高于传统教学组．3D打印模型可对PBL教学方式不足之处进行补充．

3．3 3D打印技术辅助PBL教学的不足 目前的3D打印模型教学仍存在一些不足，打印的模型是骨性结果，没有神经、血管等软组织，教学时对神经走行等教学仍需教师结合模型进行手工标记．另外，开展3D打印技术辅助PBL教学需要相关教学医院具备三维打印机和相关软件，这一点目前已经逐渐普及，未来不再是难题．

4 结语

医学的教学总是和时代背景息息相关，为了提高教学效果，很多新技术不断被应用到医学教育中．PBL教学充分带动了学生自主学习的积极性，激发了学习兴趣和热情．引入目前先进的3D打印技术，让学生可以更好地理解骨科疾病的形态学改变，从而推导疾病的各个知识点．这种方式可以实现PBL教学和3D技术的优势互补，值得推广应用．

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Application of 3D printing technology in assisting problem⁃based learning teaching method in teaching of orthopedic diseases for undergraduate medical students

WU Ai⁃Min1，WANG Kai2，WANG Jian⁃Shun3，LIN Yan1，NI Wen⁃Fei1，CHI Yong⁃Long1，WANG Xiang⁃Yang11Department of Spine Surgery，The Second Affiliated Hospital and Yuying Children's Hospital，2The Second Medical School of Wenzhou Medical University，3Digital Orthopaedic Institute，the Key Orthopaedic Laboratory in Zhejiang，Wenzhou 325027，China

AIM：To compare the outcomes of 3D printing tech⁃nology in assisting problem⁃based learning teaching（PBL）meth⁃od and traditional teaching method in teaching of undergraduate medical students in orthopedics．METHODS：Ninty undergradu⁃ate medical students of grade 2013 were included in this research object and randomly divided into two groups．A total of 45 students were assigned into 3D printing technology aided PBL teaching group，other 45 students were assigned into traditional teaching method group．The teaching method was scored by students in five different aspects，including teaching attraction，knowledge understanding，thinking enlightenment，the degree of grasping knowledge and the overall satisfaction，with 0⁃10 scores in each item．And the collected scores were compared between two groups．RESULTS：The mean scores of teaching attraction，knowledge understanding，thinking enlightenment，the degree of grasping konwledge，the overall satisfaction in traditional teaching method group were 6．7，6．1，6．9，6．1，6．5，while those of 3D printing technology aided PBL teaching group were 7．8，8．1，7．7，7．6，7．8．Teaching attraction，knowledge understanding，thinking enlightenment，the degree of grasping knowledge，the overall sat⁃isfaction and training test in 3D printing technology aided PBL teaching group were significantly higher than those of the tradition⁃al teaching method，with statistically significant differences（P＜0．05）．CONCLUSION：3D printing technology in assisting PBL teaching can improve the teaching attraction，knowledge under⁃standing，student satisfaction and training test，which is worth for spreading．

PBL teaching；3D printing；orthopedic teaching；medical education

2095⁃6894（2017）06⁃90⁃03

G642．0

A

2017－03－21；接受日期：2017－04－05

国家自然科学青年基金项目（81501933）；温州市科技计划基金项目（Y20160369）

吴爱悯．博士，主治医师，硕导．研究方向：骨科教育、微创脊柱和数字脊柱．E⁃mail：aiminwu＠wmu．edu．cn

王向阳．博士，主任医师，教授，博导．研究方向：骨科教育、微创脊柱和数字脊柱．E⁃mail：knightman＠yeah．net