PBL教學(xué)法結(jié)合3D打印技術(shù)在泌尿外科實(shí)習(xí)教學(xué)中的應(yīng)用研究*

李路鵬,王 飛,李曉光,焦志靈,王連渠

(河南大學(xué)第一附屬醫(yī)院泌尿外科,河南 開封 475000)

泌尿外科是一門涵蓋多種疾病,具有較強(qiáng)專業(yè)性、實(shí)踐性和技術(shù)創(chuàng)新性的外科分支學(xué)科。不同患者泌尿系統(tǒng)的解剖結(jié)構(gòu)不盡相同,甚至?xí)休^大的解剖層面變異,如腎臟和腹腔毗鄰臟器之間的位置關(guān)系、腎小管及腎小球等集合系統(tǒng)的解剖學(xué)形態(tài)[1-2]。在傳統(tǒng)教學(xué)中,學(xué)生學(xué)習(xí)泌尿外科疾病時(shí)主要依靠教材、圖譜及一些教學(xué)視頻等,很難有機(jī)會接觸真實(shí)標(biāo)本,對于泌尿系腫瘤位置、尿道形態(tài)、輸尿管走形等理解起來較為困難。傳統(tǒng)教學(xué)法難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性,且會使其出現(xiàn)疲倦感現(xiàn)象,教師難以取得理想的教學(xué)效果。以問題為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)(PBL)是一種以學(xué)生為中心,鼓勵(lì)學(xué)生踴躍參與到課堂教學(xué)實(shí)踐之中,積極發(fā)表自己的所思、所想,同時(shí)輔以帶教教師引導(dǎo)的全新教學(xué)模式[3]。3D打印技術(shù)是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ),運(yùn)用塑料或粉末狀金屬等各種可黏合材料通過逐層打印來構(gòu)造物體的快速成型技術(shù)。打印出的3D實(shí)體模型提供了器官和周圍結(jié)構(gòu)之間解剖關(guān)系的3D視圖,更有助于學(xué)生理解[4]。本研究探討了PBL教學(xué)法結(jié)合3D打印技術(shù)在泌尿外科實(shí)習(xí)教學(xué)中的應(yīng)用效果。

1 資料與方法

1.1一般資料 選取2021年9月至2022年6月本院泌尿外科實(shí)習(xí)的臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)本科生72名,按隨機(jī)數(shù)字表法將其分為研究組和對照組,每組36名。納入標(biāo)準(zhǔn):(1)全日制醫(yī)學(xué)本科;(2)未進(jìn)行過腎臟腫瘤相關(guān)課程學(xué)習(xí);(3)對本研究內(nèi)容知情,并愿意積極配合。排除標(biāo)準(zhǔn):(1)因時(shí)間沖突或其他原因不能全程參與本研究;(2)非自愿參與本研究。研究組采用PBL教學(xué)法結(jié)合3D打印技術(shù),對照組采用傳統(tǒng)教學(xué)法完成臨床教學(xué)。研究組中男15例,女21例;年齡22～27歲,平均(24.19±1.19)歲。對照組中男18例,女18例;年齡22～27歲,平均(23.81±1.14)歲。2組在年齡、性別、年級、學(xué)習(xí)課程背景等方面比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),具有可比性。

1.2方法

1.2.1教材選擇與教學(xué)內(nèi)容 2組選擇的教材均為住院醫(yī)師規(guī)范化培訓(xùn)教材,具體如下:人民衛(wèi)生出版社出版的《外科學(xué):泌尿外科分冊》,科學(xué)出版社出版的《中國泌尿外科和男科疾病診斷治療指南(2018版)》,北京大學(xué)醫(yī)學(xué)出版社出版的《坎貝爾-沃爾什泌尿外科學(xué)(2009版)》。授課內(nèi)容為3本書對應(yīng)的“腎細(xì)胞癌”相關(guān)章節(jié),授課教師均為本院泌尿外科受過專門培訓(xùn)的主治及以上職稱醫(yī)生。研究組采用PBL教學(xué)法結(jié)合3D打印技術(shù),對照組采用傳統(tǒng)教學(xué)方式。每周2次,每次2學(xué)時(shí),共8學(xué)時(shí)。

1.2.2腎臟腫瘤模型的制作 收集患者術(shù)前增強(qiáng)CT數(shù)據(jù),層厚1 mm且無斷層,以DICOM格式保存數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics21.0醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)把2D圖像資料(圖1、2)轉(zhuǎn)化為3D立體圖像資料,生成STL文件(圖3)輸入到Stratasys公司的J750型號3D打印機(jī)中進(jìn)行打印,使用光敏樹脂材料來實(shí)現(xiàn)立體模型,其中腎臟為透明色,腎臟腫瘤為黃色,動(dòng)脈為紅色,靜脈為藍(lán)色。進(jìn)行后期清洗及模型處理,完成腎臟立體化模型制備(圖4)。

圖1 CT圖

圖2 CT三維重建

圖3 3D立體圖

圖4 3D模型

1.2.3研究組教學(xué) 研究組具體教學(xué)過程可分為以下2個(gè)階段:⑴選取本院就診的真實(shí)病例,授課教師先以多媒體聯(lián)合3D打印技術(shù)方式講解腎臟無明顯變異的解剖結(jié)構(gòu)、腎臟腫瘤與周圍組織關(guān)系,并逐步講解腎臟腫瘤的病因、臨床表現(xiàn)、檢查檢驗(yàn)、鑒別診斷、治療(手術(shù)方案選擇、臨床放化療適應(yīng)證、靶向治療等新輔助治療方式)等,隨后由教師帶領(lǐng)學(xué)生觀看并詳細(xì)講解相關(guān)手術(shù)視頻。⑵將研究組按照隨機(jī)數(shù)字表法進(jìn)行分組,每組6名,共分為6個(gè)小組,每名教師負(fù)責(zé)2個(gè)小組的教學(xué)指導(dǎo)。學(xué)生自行查閱與腎臟腫瘤有關(guān)的資料,如教材、疾病診治指南、國內(nèi)外文獻(xiàn)、會議報(bào)告、視頻、PPT等,接著各個(gè)小組就教師提前準(zhǔn)備的問題進(jìn)行討論。教師在學(xué)生討論過程中適當(dāng)給予啟發(fā)和引導(dǎo),解決討論小組存在的疑點(diǎn)和難點(diǎn),并跟學(xué)生進(jìn)行討論與分析,幫助學(xué)生更深層次了解該疾病,最后由教師在3D模型上演示相關(guān)手術(shù)方法。

1.2.4對照組教學(xué) 將學(xué)生聚集在示教室,教學(xué)工具為投影儀,以小講課為主要形式。教師依據(jù)擬定的教學(xué)大綱,采用本院教育處提供的標(biāo)準(zhǔn)教具,以本院真實(shí)病例向?qū)W生進(jìn)行知識及技能的傳授,包括對腎臟腫瘤解剖及毗鄰關(guān)系、病史體檢特點(diǎn)、相關(guān)輔助檢查檢驗(yàn)的意義、診斷及鑒別診斷、治療方案的選擇,并結(jié)合影像學(xué)及手術(shù)錄像以加深學(xué)生的記憶與理解。

1.2.5評價(jià)方法 2組學(xué)生于課程結(jié)束后第2天進(jìn)行理論考試、技能考試和問卷調(diào)查。理論考試滿分50分,題型為選擇題30分、論述題10分和病例分析題10分,考試時(shí)間為60 min。考試內(nèi)容涉及腎臟腫瘤分類、病因、臨床表現(xiàn)、檢查檢驗(yàn)及治療方式的選擇。技能考試滿分50分,考試分為3站,考試時(shí)間為50 min。第1站是閱片(包括腎臟的超聲、CT、磁共振成像等),分值15分,時(shí)間為15 min;第2站是體格檢查、教學(xué)模型解剖標(biāo)識辨識、手術(shù)方案解讀,分值15分,時(shí)間為15 min;第3站是標(biāo)準(zhǔn)腎臟腫瘤的病史采集和大病歷書寫,分值20分,時(shí)間為20 min。采用自制教學(xué)問卷對教學(xué)滿意度進(jìn)行調(diào)查,其Cronbach′s α系數(shù)為0.845。問卷內(nèi)容包括理論知識掌握、激發(fā)自主學(xué)習(xí)興趣、提高臨床思維能力及對教師滿意度等8項(xiàng)內(nèi)容。問卷以5級評分法進(jìn)行計(jì)分,其中滿意為≥34分,一般滿意為24～33分,不滿意為≤23分?？倽M意度=(滿意例數(shù)+一般滿意例數(shù))/總例數(shù)×100%。

2 結(jié) 果

2.12組考試成績比較 研究組理論考試及技能考試成績高于對照組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見表1。

表1 2組考試成績比較分)

2.22組教學(xué)滿意度比較 研究組教學(xué)總滿意度優(yōu)于對照組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見表2。

表2 2組教學(xué)滿意度比較[n(%)]

3 討 論

泌尿外科是外科學(xué)最重要的分支學(xué)科之一,泌尿外科疾病主要包括尿路結(jié)石、腫瘤、尿路梗阻、泌尿系統(tǒng)畸形、感染等[5]。泌尿外科學(xué)教學(xué)的最大難點(diǎn)是授課時(shí)間短、疾病種類較多、教學(xué)強(qiáng)度偏高,因此,教師的教學(xué)方法就顯得格外重要,因?yàn)檫@關(guān)系到學(xué)生能否在短時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)且熟練地掌握泌尿外科相關(guān)的專業(yè)理論知識和操作技能。PBL教學(xué)方法以學(xué)生為主體,以教師講授為輔助。以帶教教師課前提出的具體臨床問題為基礎(chǔ)進(jìn)行小組討論學(xué)習(xí),可培養(yǎng)學(xué)生提出問題、解決問題的能力,而且還可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性及自主創(chuàng)新能力[6]。

隨著微創(chuàng)外科技術(shù)的快速普及,泌尿外科疾病的治療方式也都趨向于微創(chuàng)治療,如傳統(tǒng)的輸尿管切開取石術(shù)被經(jīng)尿道輸尿管鏡取石術(shù)替代、經(jīng)腹前列腺切除術(shù)被經(jīng)尿道前列腺電切術(shù)替代、腎臟腫瘤的開腹切除術(shù)被腹腔鏡下腫瘤切除術(shù)替代[7]。微創(chuàng)手術(shù)下各種器官的視野更為局限,以腎臟腫瘤為例,其解剖過程更加復(fù)雜和精細(xì)。因此,術(shù)前了解腫瘤大小、位置、血管分布、與周圍組織的毗鄰關(guān)系極為重要,這樣有助于手術(shù)方案的制定。傳統(tǒng)教學(xué)中,學(xué)生可通過課堂上對疾病典型表現(xiàn)的文字講解、相關(guān)生化檢驗(yàn)結(jié)果及CT等影像學(xué)資料初步掌握一些知識點(diǎn),但是教學(xué)課件以平面圖片為主,難以直觀顯示解剖結(jié)構(gòu),且學(xué)生在書本上學(xué)的都是正常的解剖關(guān)系,對于腫瘤等疾病的解剖結(jié)構(gòu)及其與周圍組織的毗鄰關(guān)系缺乏感性認(rèn)識,加上很難有機(jī)會親自操作,導(dǎo)致難以達(dá)到理想的教學(xué)效果[8-9]。隨著3D打印技術(shù)的日趨成熟,其在泌尿外科臨床教學(xué)中所蘊(yùn)含的應(yīng)用價(jià)值逐漸顯現(xiàn)。3D打印技術(shù)是以三維數(shù)字模型為基礎(chǔ),運(yùn)用特殊材料逐層累積打印構(gòu)建實(shí)體的技術(shù),其可以將復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)等比例可視化、具體化,將抽象、復(fù)雜的概念轉(zhuǎn)換成客觀真實(shí)的存在,制造出形象直觀的立體解剖模型。采用3D模型可以看到腫瘤大小、血管分布及其與周圍組織的毗鄰關(guān)系,將其應(yīng)用于臨床教學(xué)中能極大地提高學(xué)生實(shí)踐操作能力及空間思維能力。將3D打印技術(shù)與PBL教學(xué)法結(jié)合起來,可將抽象難懂的知識更加直觀形象地展示出來,從而調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。許育新等[10]將PBL教學(xué)法結(jié)合3D打印技術(shù)應(yīng)用于眼科教學(xué)時(shí)發(fā)現(xiàn),研究組眼科學(xué)理論、技能考試成績均明顯優(yōu)于其他教學(xué)組。鄭春雷等[11]在腫瘤外科臨床教學(xué)中應(yīng)用3D打印技術(shù)聯(lián)合PBL教學(xué)方法時(shí)發(fā)現(xiàn),聯(lián)合教學(xué)組理論成績及教學(xué)滿意度均高于傳統(tǒng)教學(xué)組。

本研究結(jié)果顯示,研究組理論考試和技能考試成績均顯著高于對照組,通過進(jìn)一步查閱具體題目得分情況時(shí)發(fā)現(xiàn),研究組在病例分析、教學(xué)模型解剖標(biāo)識辨識及手術(shù)方案解讀方面評分顯著高于對照組,提示采用PBL教學(xué)法結(jié)合3D打印技術(shù)可提高學(xué)生理論水平及操作技能,尤其是在病例分析能力、手術(shù)方案解讀及設(shè)計(jì)方面。本研究結(jié)果顯示,研究組教學(xué)總滿意度顯著優(yōu)于對照組,提示PBL教學(xué)法結(jié)合3D打印技術(shù)在泌尿外科實(shí)習(xí)教學(xué)中有較高的應(yīng)用價(jià)值,能顯著提升學(xué)生綜合能力,并能提高教學(xué)滿意度。新型教學(xué)法之所以能夠取得滿意的教學(xué)效果,其原因可能是在臨床實(shí)習(xí)教學(xué)中應(yīng)用3D模型教具,把抽象難懂的課本知識以實(shí)體形式帶入現(xiàn)實(shí)世界中,將身體器官的真實(shí)形態(tài)和解剖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)直觀形象地展現(xiàn)出來,因此學(xué)生可以將腦海中已有的知識和臨床技能操作做到完美結(jié)合。這樣不僅能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的好奇心和求知欲,又能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性及主觀能動(dòng)性,營造愉快的學(xué)習(xí)氛圍。如腎臟腫瘤位置較深,周邊毗鄰結(jié)構(gòu)較多,學(xué)生很難根據(jù)常規(guī)的影像學(xué)在腦海中對腎臟腫瘤有一個(gè)清晰的認(rèn)識,而3D打印技術(shù)可以將腎臟腫瘤及其毗鄰的組織構(gòu)造打印出來,并應(yīng)用不同色彩和材質(zhì)的原材料將不同質(zhì)地的身體組織如腎臟、部分血管及神經(jīng)打印出來,從而加深了學(xué)生對腎腫瘤解剖結(jié)構(gòu)的記憶[12]。

本研究采用的PBL教學(xué)法為以帶教教師提出的關(guān)于腎臟腫瘤的問題為出發(fā)點(diǎn),以小組為單位進(jìn)行討論交流,促進(jìn)學(xué)生使用各種手段查閱資料后進(jìn)行討論學(xué)習(xí)與總結(jié),從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力、臨床操作能力和創(chuàng)新能力[13]。PBL教學(xué)法結(jié)合3D打印技術(shù)能加強(qiáng)學(xué)生對復(fù)雜的深層解剖結(jié)構(gòu)(如腎臟腫瘤、前列腺腫瘤等)的理解,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)欲望。如學(xué)生在以腎臟腫瘤為標(biāo)準(zhǔn)病例進(jìn)行分組學(xué)習(xí)時(shí),可以將課本知識、影像學(xué)、解剖圖譜、3D打印模型有機(jī)結(jié)合起來,這樣有利于制定腫瘤的治療方案,同時(shí)還可以在教師的引導(dǎo)下進(jìn)行模擬手術(shù),鍛煉動(dòng)手能力。因此,PBL教學(xué)法結(jié)合3D打印技術(shù)有機(jī)會讓每位學(xué)生進(jìn)行泌尿外科手術(shù)操作實(shí)踐與演練,從而提高學(xué)生動(dòng)手操作能力及對教學(xué)的滿意度。本研究也存在不足之處,如納入學(xué)生數(shù)量相對較少,且僅納入本科室1個(gè)教學(xué)中心的數(shù)據(jù)。未來應(yīng)將PBL教學(xué)法結(jié)合3D打印技術(shù)的應(yīng)用范圍擴(kuò)大到其他臨床科室的實(shí)習(xí)教學(xué)之中,以進(jìn)一步評估該教學(xué)模式的應(yīng)用效果。

綜上所述,在泌尿外科實(shí)習(xí)教學(xué)中應(yīng)用PBL教學(xué)法結(jié)合3D打印技術(shù),可提高學(xué)生理論水平、操作技能及教學(xué)滿意度,有利于促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成和教學(xué)效果的實(shí)現(xiàn)。