三維有限元技術聯合PBL教學在骨科研究生臨床教學中的應用

時利軍，高福強，孫 偉，王培旭，李智卓

1. 鄭州大學第一附屬醫院骨科（鄭州 450000）

2. 北京協和醫學院研究生院（北京 100730）

3. 中日友好醫院骨科（北京 100029）

4. 北京大學中日友好臨床醫學院（北京 100029）

隨著社會的快速變革與發展，人們對于醫療服務水平的要求越來越高，這也對醫學研究生的教育提出了新的要求。基于問題的學習（problem-based learning，PBL）是目前國際上比較流行的一種新型教學方法，該方法有助于在教學過程中激發學生學習興趣，幫助學生迅速掌握晦澀難懂的專業知識，提高教學質量[1-4]。三維有限元分析技術是將三維重建與有限元分析有機結合的一種新興前沿學科，在骨科領域具有廣闊的應用前景，其也能應用于骨科教學工作中，使骨關節疾病具體形象地展現在學生眼前，極大增強了學習的趣味性[5-8]。目前關于三維有限元技術聯合PBL教學模式在骨科教學中應用的研究較少[9-11]，據此本研究對該模式在骨科研究生教學中的應用效果進行評估，為骨科研究生臨床教學提供有效的教學手段和新的教學思路。

1 資料與方法

1.1 研究對象

選取2019年9月至2020年12月在中日友好醫院骨科基地進行住院醫師規范培訓的碩士研究生，采用隨機數字表法將其分為A、B、C三組。

1.2 教學方法

由同一帶教老師進行教學。其中，A組將三維有限元技術和該學期骨科學專業知識相整合，編撰制定新的教學課程，采用PBL模式進行教學。學生成立學習小組，以臨床典型病例為出發點，通過文獻資料查閱，系統學習該病相關的解剖、生理、病理及診療要點，在此過程中提出問題，參考對應的三維有限元模型（圖1），進行討論和學習。B組教學內容為該學期骨科學專業知識，采用PBL教學模式，但不引入三維有限元技術教學方法。在教學過程中以問題導向為基礎，以學生為主體，帶教老師起輔助作用，以小組討論的形式圍繞臨床具體病例或醫學某一專題進行討論研究學習。C組以傳統的授課模式為主，授課方式為幻燈片與板書相結合。在課堂上教師詳盡的講解內容，學生記錄主要知識點，不懂的內容可以提問，課程結束后布置一定的作業，在下次授課前對此次講解的內容進行提問，了解學生掌握程度。

圖1 以股骨頭壞死為主題建立的三維有限元模型Figure 1. Three-dimensional finite element model based on the osteonecrosis of the femoral head

1.3 評價方法

學期結束后對3組學生骨科理論知識的掌握程度進行評估。評估方式包括考試與問卷調查兩部分。考試題目包括選擇題、填空題、判斷題、名詞解釋、問答題和病例分析題，滿分100分，根據考試成績可分為優良（＞80分）、一般（60～80分）和較差（＜60分）三個等級。調查問卷圍繞學生對授課的滿意度、知識掌握程度及課程感興趣度三方面進行設計，學生根據自己的主觀感受進行評分，三方面各5道題，每題1分，總分15分，分數越高表示效果越好。采用不記名方式對兩組學生進行問卷調查，問卷當場發放，當場回收。

1.4 統計學分析

采用SPSS 22.0 軟件進行統計分析。學生的成績分數與對課程的滿意度、掌握度和興趣度等計量資料以均數和標準差表示，組間比較采用單因素方差分析，組間兩兩比較采用SNK-q檢驗；計數資料以例數和百分比表示，組間比較采用χ2檢驗，組間兩兩比較采用卡方分割法，P＜0.05為差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 一般情況

42名學生參與并完成了該研究。其中A組男生9人、女生5人，平均年齡25.7±1.7歲；B組男生8人、女生6人，平均年齡25.1±1.5歲；C組男生9人、女生5人，平均年齡25.1±1.7歲，三組學生在年齡、性別方面差異無統計學意義（P＞0.05）。

2.2 考試成績

A、B、C三組學生成績優良率分別為78.57%、35.71%和21.43%，差異具有統計學意義（P=0.007），進一步比較顯示A組學生成績優良率顯著高于B、C兩組（P＜0.05），但B、C兩組間差異不具有統計學意義（P=0.403），見表1。

表1 三組學生考試成績比較Table 1. Comparison of examination results of three groups of students

2.3 問卷調查結果

A、B、C三組學生在授課的滿意度、知識的掌握度以及課程感興趣度方面存在差異，A組學生對授課的滿意度、知識的掌握度以及課程感興趣度均顯著高于B、C兩組，見表2。

表2 三組學生問卷調查結果比較Table 2. Comparison of survey results of three groups of students

3 討論

在臨床醫學生培養中，骨科教學是非常重要的組成部分，但骨科學理論知識與臨床技能復雜，專業性較強，技術能力要求高，一定程度上影響了學生學習的主動性和能動性。PBL教學的特點之一是轉換師生教與學的角色，將學習的主動權交給學生，以學生為主體[12-14]，該教學模式通過設定場景問題使學生在主動探索問題答案時既獲得了知識，又增加了與同學之間的交流，無形之中使學習過程變得更加具有趣味性，同時鍛煉了學生的臨床思維能力[15-17]。1972年，Brlelmans和 Rybicki首次將有限元數字仿真分析法應用于骨科生物力學研究[6-7]，目前該技術已廣泛應用于骨科領域，建立了具備較完整結構的關節有限元技術模型，包括軟骨下骨板、皮質骨、松質骨、軟骨、壞死骨、關節囊、韌帶、肌肉以及各種假體[18-20]。有限元數字骨科模型能較好的模擬實體情況，對骨科疾病的發病機制和診療手段的探索以及其他數字化骨科學技術的研發具有重要意義。

目前國內外鮮有三維有限元技術聯合PBL教學模式在骨科教學中應用的相關研究報道。本研究將學生分為三組，分別采取三維有限元技術聯合PBL教學、單純PBL教學和傳統教學模式進行施教，教學效果采用學生考試成績與自評量表分數進行綜合評定，結果顯示三維有限元技術聯合PBL教學組的學生在成績優良率與對授課的滿意度、知識的掌握度以及課程感興趣度方面均顯著高于其他兩組，說明數字化和現代化的教學方法與新型教育模式的整合能顯著提高學生學習的主動性、趣味性，讓學生能在教師的引導下積極尋找問題的答案，并達到成績提高的目的，為探索更加新穎高效的教學模式改革提供了思路。

本研究也存在一定局限性，如樣本量偏少，難以對教學方法的實際效果開展深層次、多方位的評估與研究，未來可進一步擴大樣本量，豐富研究結果，增強結果真實性與可靠性。總之，本研究表明三維有限元技術聯合PBL教學模式對改進教學方法、提高教學質量與學生學習成績具有一定作用。隨著數字骨科技術的不斷發展，其在研究生教育中發揮的作用值得進一步探討。

志謝 文中部分有限元模型由文鵬飛博士提供，在此感謝。