“一帶一路”背景下3D打印輔助CBL在留學(xué)生骨科臨床教育中的應(yīng)用

秦 杰，白 菊，趙 波，王 棟，張 明，賀西京

(西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院：A.骨二科；B.血液內(nèi)科；C.神經(jīng)外科，陜西 西安 710004)

2013年，習(xí)近平主席提出了共建“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”和“21世紀(jì)海上絲綢之路”(簡稱“一帶一路”)的倡議，隨著我國綜合國力的提高引起了越來越多國家的響應(yīng)，成為我國參與合作開放、促進(jìn)全球共同發(fā)展繁榮、推動構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的國際合作平臺。在這種背景下西安愈發(fā)成為國家對外開放的西北前沿窗口，來華留學(xué)生規(guī)模呈現(xiàn)出不斷增長的態(tài)勢，西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)部逐漸成為中國西部醫(yī)學(xué)留學(xué)生國際教育的橋頭堡。我國留學(xué)生教育總體呈現(xiàn)多元化特點(diǎn)，存在外交和教育理念相沖突、不同文化習(xí)俗相沖突以及自我管理與學(xué)校管理相沖突等問題[1-2]。我校的外國留學(xué)生教育始于1959年，是教育部指定的最早培養(yǎng)中國政府留學(xué)生獎學(xué)金的院校之一。我校醫(yī)學(xué)留學(xué)生教育自1995年創(chuàng)始以來，已經(jīng)培養(yǎng)了來自63個國家的醫(yī)學(xué)留學(xué)生2 000余名，畢業(yè)生規(guī)模居全國之首。2013年為響應(yīng)“一帶一路”倡議，我校留學(xué)生規(guī)模、結(jié)構(gòu)、質(zhì)量迅猛發(fā)展。2017年，西安交通大學(xué)留學(xué)生規(guī)模達(dá)2 462名，其中醫(yī)學(xué)留學(xué)生生源遍布亞、歐、美、非等多個國家和地區(qū)，絕大多數(shù)“一帶一路”國家涵蓋其中。本碩博教育層次完善，覆蓋內(nèi)外婦兒麻口腔等多個臨床及基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè)，留學(xué)生數(shù)量和質(zhì)量位于西部領(lǐng)先地位，這也要求我們在教學(xué)管理、教學(xué)質(zhì)量與效果方面作出更大的引領(lǐng)和開創(chuàng)性的示范作用。我校的留學(xué)生臨床教學(xué)多數(shù)采用傳統(tǒng)的LBL教學(xué)模式(Lecture-based Learning)，以教師為主導(dǎo)進(jìn)行授課，這種教學(xué)模式的優(yōu)點(diǎn)是重視傳授系統(tǒng)且完整的知識構(gòu)架，能夠有條理、詳盡地傳授經(jīng)典的知識體系。但是由于留學(xué)生的課程設(shè)置和教學(xué)模式仍在逐步探索和完善中，雙語師資力量不足，語言溝通不便，教學(xué)針對性和個性化不強(qiáng)，且我校留學(xué)生來源地和專業(yè)分布不均衡，醫(yī)學(xué)留學(xué)生以巴基斯坦、尼泊爾等中、南亞國家為主，留學(xué)生水平參差不齊，文化差異導(dǎo)致教學(xué)效果還有很大的提升空間[3]。為了進(jìn)一步改進(jìn)來華留學(xué)生醫(yī)學(xué)教育水平，在結(jié)合我校既往留學(xué)生醫(yī)學(xué)教育經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們在骨科臨床教育中引入了CBL教學(xué)和3D打印技術(shù)相結(jié)合的教學(xué)模式，希望能夠改善教學(xué)質(zhì)量，提高教學(xué)效果，吸引更多高層次的醫(yī)學(xué)留學(xué)生來華學(xué)習(xí)。

1 材料與方法

1.1 一般資料和分組

選擇2016年1月1日至2017年12月31日在西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)部進(jìn)行臨床學(xué)習(xí)的留學(xué)生共62人，其中男性48人，女性14人，平均年齡25.3歲。按學(xué)歷和性別隨機(jī)分為兩組，其中一組為傳統(tǒng)授課模式組(LBL組，本科生9人，碩士研究生17人，博士研究生5人)，另一組為CBL教學(xué)+3D打印模式組(CBL+3D組，本科生10人，碩士研究生17人，博士研究生4人)。

1.2 CBL教學(xué)方案

選擇1例典型的脊柱側(cè)彎病人(如圖1)，留學(xué)生提前預(yù)習(xí)相關(guān)知識后詢問病史、體格檢查，教師對其中暴露出來的問題和實(shí)踐操作要點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)充和指正。

圖1 典型脊柱側(cè)凸病例正側(cè)位外觀照

在教師的引導(dǎo)下留學(xué)生擬定討論提綱和病例分析要點(diǎn)，分組對病例的重點(diǎn)難點(diǎn)問題進(jìn)行討論，研讀輔助檢查結(jié)果(圖2、3)，積極鼓勵學(xué)生發(fā)言后教師進(jìn)行點(diǎn)評，最后由學(xué)生歸納發(fā)言，提出初步結(jié)論。

學(xué)生系統(tǒng)講解疾病的病因病機(jī)、病理變化、臨床表現(xiàn)、診斷分型及治療方案，教師根據(jù)討論結(jié)果進(jìn)行針對性的指導(dǎo)，使學(xué)生對疾病的知識點(diǎn)達(dá)成共識。

教師著重對病例進(jìn)行總結(jié)歸納，對討論中的共性問題進(jìn)行答疑。

圖2 典型病例脊柱全長X線正側(cè)位

圖3 典型病例脊柱全長CT三維重建

1.3 3D打印輔助技術(shù)在脊柱外科臨床教學(xué)中的應(yīng)用

在西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院影像科使用西門子64排螺旋CT對選擇的典型病例行全脊柱薄層掃描，導(dǎo)出數(shù)據(jù)后采用mimics15.0圖像處理軟件，通過灰度分割提取骨性信息進(jìn)行三維建模，將形成的STL文件導(dǎo)入我科華森SPR400快速成型器，使用聚乳酸材料采用累加及堆疊法按照1∶1比例進(jìn)行三維立體成型打印，制造出外形和結(jié)構(gòu)等同于患者脊柱、具有復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的高度仿真的脊柱畸形模型(圖4)[4]。教學(xué)過程中首先由學(xué)生針對病史、X線片、三維CT 以及MRI等影像學(xué)資料進(jìn)行研習(xí)，進(jìn)行深入討論，做出初步診斷，對疾病的性質(zhì)、部位、分類進(jìn)行判斷。隨后，留學(xué)生對3D模型進(jìn)行觀察，分析畸形形態(tài)和位置，了解患者脊柱的病理學(xué)全貌，明確病變類型，修正之前所做出的診斷。并可以使用3D模型來確定治療方案，選擇合適的手術(shù)入路，必要時對其進(jìn)行模擬預(yù)手術(shù)操作。

圖4 典型病例全脊柱3D打印模型

1.4 觀察指標(biāo)

教學(xué)效果評估采用如下觀察指標(biāo)：①閉卷骨科理論考試。由骨科題庫抽題，內(nèi)容涉及大綱要求的骨科常見病、多發(fā)病的基本理論。②操作考試。包括問診、骨科專科查體、換藥、拆線、病歷書寫等。③問卷形式的課堂綜合評價。包括總體滿意度、學(xué)習(xí)興趣、自主探索能力、教學(xué)吸引力和啟發(fā)性、知識掌握程度，每項(xiàng)0～10分，由留學(xué)生進(jìn)行評分，課后回收問卷。

1.5 統(tǒng)計分析

所有計量數(shù)據(jù)采用“均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”表示，使用SPSS15.0軟件進(jìn)行雙尾學(xué)生t檢驗(yàn)，P<0.05具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 不同教學(xué)模式的教學(xué)質(zhì)量

骨科是外科教學(xué)的重要組成部分，內(nèi)容涉及脊柱、關(guān)節(jié)、創(chuàng)傷、腫瘤等多個亞學(xué)科，病種多樣，知識點(diǎn)繁多。通過對比兩組學(xué)生的理論和實(shí)踐操作，LBL組的理論考試成績?yōu)?74±9)分，實(shí)踐操作成績?yōu)?72±12)分；而CBL+3D組的理論考試成績?yōu)?82±11)分，實(shí)踐操作成績?yōu)?81±8)分。通過采用3D+CBL的教學(xué)模式，理論考試平均成績提高了10.8%，實(shí)踐操作成績平均提高了12%，兩者均具有統(tǒng)計學(xué)意義(圖5)。證明3D+CBL可以有效地提高學(xué)習(xí)成績，促進(jìn)留學(xué)生掌握知識點(diǎn)。

圖5 兩組留學(xué)生理論和實(shí)踐考試成績對比(*P<0.05 具有統(tǒng)計學(xué)顯著性)

2.2 不同教學(xué)模式的課堂綜合效果評價

良好的教學(xué)模式，不僅僅要提高應(yīng)試考試成績，還應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和學(xué)習(xí)興趣。我們100%回收了調(diào)查問卷，對比了兩組之間的課堂綜合效果(表1)后發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)LBL教學(xué)模式對比，CBL+3D組的總體滿意度提高了16.7%，學(xué)習(xí)興趣提高了13.2%，自主探索力提高了31.4%，教學(xué)吸引力和啟發(fā)性提高了10.7%，知識掌握程度提高了12%，且都具有統(tǒng)計學(xué)意義。由此可見，CBL+3D教學(xué)模式從各方面顯著提高了課堂的綜合效果，調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，通過自主查閱相關(guān)資料，結(jié)合理論知識與實(shí)際病例，感性認(rèn)識疾病，理性掌握相關(guān)知識，鞏固了對疾病的認(rèn)識和對理論知識的理解，充分運(yùn)用所掌握的知識自主進(jìn)行分析。

表1 課堂綜合評價對比

*P<0.05 具有統(tǒng)計學(xué)顯著性

3 討論

“一帶一路”沿線國家來華留學(xué)是一項(xiàng)長期工作，面臨地緣政治和語言障礙等挑戰(zhàn)，因此，深化教育改革，提高教學(xué)質(zhì)量，對吸引更多高端留學(xué)生來華學(xué)習(xí)、打造“知華友華”的新局面顯得尤為重要。如何緊扣“一帶一路”倡議，做好沿線國家人才和文化交流，促進(jìn)沿線國家民族交流和民心互通，將留學(xué)生教育做大做強(qiáng)，是培養(yǎng)合格的留學(xué)醫(yī)學(xué)專業(yè)人才、將我國醫(yī)學(xué)教育的先進(jìn)理念和模式推廣至“一帶一路”沿線國家、樹立我國醫(yī)學(xué)教育國際影響力的重要舉措。

目前世界上常用的教學(xué)模式有：LBL(Lecture-based Learning)，是以教師講授、學(xué)生聽課為主的傳統(tǒng)教學(xué)方式。PBL(Problem-based Learning)是一種以問題為基礎(chǔ)、以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，該教學(xué)法將學(xué)習(xí)置于有意義的問題情境中，讓學(xué)生以小組合作的形式共同解決學(xué)習(xí)過程中發(fā)現(xiàn)的問題，進(jìn)而學(xué)習(xí)隱含于問題背后的科學(xué)知識，以促進(jìn)他們自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)能力的發(fā)展。 CBL (Case-based Learning)由PBL教學(xué)法發(fā)展而來，是以臨床案例為基礎(chǔ)，設(shè)計與之相關(guān)的問題，引導(dǎo)并啟發(fā)學(xué)生圍繞病例展開討論的一種小組討論式教學(xué)法。

目前，我國醫(yī)學(xué)留學(xué)生教育存在多方面的不足。教學(xué)模式、教學(xué)方法的選擇首當(dāng)其沖。培養(yǎng)方案、課程設(shè)置、教學(xué)模式等沒有統(tǒng)一的規(guī)范化方案，且本校醫(yī)學(xué)留學(xué)生中、南亞發(fā)展中國家居多，雖有較好的英語基礎(chǔ)，但發(fā)音、語法、表達(dá)方式等與我國英語教育環(huán)境明顯不同，英語教學(xué)在溝通過程中存在一定的障礙。不僅要求教師具備良好的英語聽說讀寫能力，還需要教師能夠與留學(xué)生進(jìn)行充分溝通，解答學(xué)生所提出的問題的能力。而雙語師資力量不足的短板，加劇了LBL教學(xué)模式在留學(xué)生醫(yī)學(xué)教育中的缺陷。文化差異也對留學(xué)生的教學(xué)效果帶來了影響。多數(shù)留學(xué)生思維活躍、英語功底好、能夠積極主動地在課堂上與教師進(jìn)行互動，這是他們的長處，但隨意性強(qiáng)、紀(jì)律觀念薄弱、自由散漫、學(xué)習(xí)主動性差。如果課堂內(nèi)容過于抽象復(fù)雜，或因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)壓力則會導(dǎo)致厭學(xué)和挫折感，從而產(chǎn)生惡性循環(huán)，嚴(yán)重影響教學(xué)質(zhì)量。CBL 教學(xué)法始終貫徹引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、探索研究問題并獨(dú)立思考解決問題的能力[5]。正因?yàn)槿绱耍瑥慕Y(jié)果可以看出，CBL和3D打印相結(jié)合的教學(xué)模式，使得CBL教學(xué)充分利用留學(xué)生思維活躍等優(yōu)點(diǎn)，而3D打印模型的應(yīng)用，則能從感官上直觀地認(rèn)識和理解骨科尤其是脊柱疾病，避免了傳統(tǒng)LBL教學(xué)的枯燥感和內(nèi)容的抽象性，可以有效調(diào)動學(xué)習(xí)興趣和積極性，迅速而顯著地提高教學(xué)效果和質(zhì)量。

CBL和PBL 教學(xué)模式均強(qiáng)調(diào)發(fā)揮學(xué)生的主動性，并且理論緊密聯(lián)系實(shí)例和問題。PBL是一種以問題為基礎(chǔ)，提高學(xué)生的主動性和分析問題、解決問題的能力，但PBL注重具體問題的解決方案，忽略了對疾病的整體考慮和具體的實(shí)踐操作。CBL是在PBL基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種全新的教學(xué)方法，其特點(diǎn)是以典型病例作為突破點(diǎn)和起始點(diǎn)，培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生將醫(yī)學(xué)理論與臨床實(shí)踐相結(jié)合，自主分析決策，從而提高對病例診斷及治療的能力[6]。在教學(xué)理論知識和提出專業(yè)問題之前，首先將學(xué)生帶入臨床環(huán)境，接觸典型病例，獲得第一手的感性認(rèn)知。之后進(jìn)行理論知識的講授，使學(xué)生將理論知識用于分析具體的臨床病例，進(jìn)行分析和決策，從而鞏固對理論知識的理解。該教學(xué)模式的核心理念是以病例為基礎(chǔ)，以問題為主線，以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)[7]。通過教師主導(dǎo)的臨床病例情景，將學(xué)生自學(xué)與教師講授相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合所學(xué)的理論知識解決臨床實(shí)際問題，培養(yǎng)其團(tuán)結(jié)協(xié)作能力和創(chuàng)新意識，是一種“魚漁兼得”的教學(xué)方法[8-9]。

自醫(yī)學(xué)教育以來，歷代醫(yī)學(xué)教育家通過書本、插圖、模型、解剖標(biāo)本等多種方式竭盡全力地培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生。但書本、插圖這類傳統(tǒng)教學(xué)媒介缺乏直觀印象，教學(xué)模型雖能立體展現(xiàn)組織結(jié)構(gòu)但卻過于理論化，解剖標(biāo)本則多數(shù)只能表現(xiàn)正常結(jié)構(gòu)、難以展現(xiàn)多種疾病狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)。隨著技術(shù)手段的進(jìn)步，各種多媒體手段被用于醫(yī)學(xué)教育，能從影音層面上多方位展示疾病的特點(diǎn)。通過使用3D模具，能使留學(xué)生在較短時間內(nèi)了解并掌握脊柱畸形這種脊柱外科最復(fù)雜的疾病，通過講授與提問環(huán)節(jié)，很快學(xué)習(xí)并牢記紛繁復(fù)雜的分型特點(diǎn)。不僅如此，通過對3D 打印實(shí)體的講解，使留學(xué)生初步了解手術(shù)原則，并可在3D模具上模擬手術(shù)，從而直觀深刻地掌握骨科疾病的知識要點(diǎn)[10]。3D打印使得骨骼情況立體、直觀地展現(xiàn)在留學(xué)生面前，從傳統(tǒng)二維平面的教育方式改進(jìn)成三維空間化的直觀顯示，顯著增強(qiáng)了留學(xué)生對骨科的興趣，加強(qiáng)了對骨科知識點(diǎn)的理解，從而提高了綜合實(shí)踐能力。采用新的直觀教具改善臨床醫(yī)學(xué)教育已是國際臨床教育的主流，3D打印技術(shù)不僅適用于骨科教學(xué)，而且在解剖學(xué)等教學(xué)中也具有重要作用[11]，國際上多個有名大學(xué)早已開始了這樣的嘗試，如果我們還止步不前，必然無法跟上教學(xué)理念的先進(jìn)趨勢，導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)留學(xué)生生源的流失。

綜上所述，3D打印輔助CBL教學(xué)方法不但能夠調(diào)動留學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，提高臨床思維能力，加強(qiáng)知識點(diǎn)的橫向聯(lián)系，而且能夠提高留學(xué)生對骨科疾病的感性認(rèn)識，獲得直觀印象。這對于留學(xué)生建立全面系統(tǒng)的臨床知識體系非常重要，促進(jìn)我們與國際接軌，努力推進(jìn)新的教學(xué)新模式，提高教學(xué)效果和質(zhì)量水平。