基于三维打印技术的骨科教学模型设计及教学实施体会

杨长伟，何大为，陈自强，朱晓东，李 明

第二军医大学长海医院：1 骨科；2 外科与野战外科教研室， 上海 200433

基于三维打印技术的骨科教学模型设计及教学实施体会

杨长伟1,2，何大为1，陈自强1，朱晓东1，李 明1

第二军医大学长海医院：1骨科；2外科与野战外科教研室， 上海 200433

目的 探讨应用三维打印技术制作骨科教学模型及教学实施的效果。方法 针对一些局部解剖结构复杂、采用传统教学方式难以使学生充分理解与掌握的伤病，根据患者影像学资料，应用三维打印技术制作了系列教学模型，并在教学实践中应用。结果 采用三维打印模型进行教学的为实验组，未采用的为对照组，学生对课程的总体评价实验组(95.2±6.3分)比对照组(84.3±7.2分)高11.2分(95CI：8.3～12.4)(P<0.05)，对教学手段的评分实验组(98.1±10.3分)比对照组(90.2±8.3分)增加了8.2分(95CI：6.5～9.6)(P<0.05)，学员对课程感到有兴趣的百分比对照组为60%，实验组为78%，实验组高于对照组(P<0.05)，对知识掌握度也有明显提高。结论 应用三维打印技术制作教学模型方便快捷，教学效果良好。相信随着技术的不断发展和应用的推广，该技术在医学教育领域也会有越来越广泛的应用。

三维打印；教学模型；医学教育

三维打印技术是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。它是现代制造业的一次革命性变革，自上世纪90年代诞生以来，在很多领域都得到快速而广泛的应用[1-3]。

骨科是以肌肉骨骼系统疾病的诊治为主要研究对象，在医学中是专业化相对较强的学科。因为该系统伤病本身的特点，其诊治对影像学特别依赖。由于很多部位解剖结构和损伤机制的复杂性，所以二维影像学检查很难全面揭示其特点。而目前三维影像图像可用的显示终端缺乏，未充分发挥其价值。以三维打印技术的出现则可为解决这一问题提供了方便的技术手段。近年来，我们针对一些局部解剖结构复杂、采用传统教学方式难以使学生充分理解与掌握的伤病，根据患者影像学资料，应用三维打印技术制作了一些教学模型并应用于教学，收到良好效果，现报道如下。

1 方法

1.1 教学模型的设计和制作

在模型种类的选择上，主要以解剖结构比较复杂部位为对象制作相关病损模型，如颈椎骨折、脊柱峡部裂、脊柱侧后凸、半椎体畸形、骨盆骨折、骶骨肿瘤，等，对于这些疾病的形态学，教师很难讲解，通过传统影像学和模式图的教学很难使学生全面理解和掌握。在模型的设计中，我们也对原始影像进行适当修饰，如病损局部放大、颜色强化，等，以便突出其特点，使教学使用时更形象、直观。在获得相关三维CT数据后，将数据导入三维图像处理软件，采用树脂材料，由三维打印公司进行定制生产。

1.2 三维打印模型在临床教学中的应用及效果测试

自2013年6月，该文作者们在本科生大班课、实习生带教、住院医师规范化培训小讲课等多个教学任务中共运用三维打印模型20次，教授各类学员共计500余人次，同时，将相同教学内容而未使用三维打印模型教学的部分班次作为对照(对照组)，与采用三维打印模型教学的班次(实验组)进行比较；在选择对照时，班次与人数在两组间都注意了均衡性和可比性，并自行设计了“教学效果评估调查表”(如表1所示)，发放并收回调查问卷200份(实验组与对照组各100份)，评估三维打印技术的教学效果。采用SPSS 17软件进行统计学处理，采用两组间t检验评估定量指标(课程评价、教学手段评价两项目)的组间差异，采用卡方检验比较定性指标(学习兴趣)，对掌握度的分析采用秩和检验，比较两组的组间差异，检验水准为α=0.05(双侧)。

表1 教学效果调查表*

*该评估表在教学活动结束后即刻由学生独立填写

2 结果

纳入研究的总学员人数为200人，构成如下：本科实习生120人(两组各60人)，住院医师规范化培训学员27人(实验组13人，对照组各14人)，研究生53人(实验组27人，对照组26人)，两组在性别、年龄、专业分布上均无明显差异；统计结果显示(如表2所示)，学生对课程的总体评价实验组(95.2±6.3分)比对照组(84.3±7.2分)高11.2分(95CI：8.3～12.4)(P<0.05)，对教学手段的评分实验组(98.1±10.3分)比对照组(90.2±8.3分)增加了8.2分(95 CI：6.5～9.6)(P<0.05)，学员对课程感到有兴趣的百分比对照组为60%，实验组为78%，实验组高于对照组(P<0.05)；对知识掌握度也有明显提高。这些数据显示，采用三维打印模型提高了学员学习的兴趣、增加了对所学知识的掌握程度，因此提高了对整体教学效果的评价。

表2 两组教学效果的比较

3 讨论

3D打印的理念区别于传统的“去除型”制造。它无需原胚和模具，能直接根据计算机图形数据，通过增加材料的方法生成任何形状的物体，简化制造程序，缩短研发周期，提高效率并降低成本，因而被称为“具有工业革命意义的制造技术”[4-5]。

这一技术的出现对教学工作也具有重大意义，特别是在教具的制作方面带来了很大方便：传统的教具制作受制于需求量小、经费有限等问题，很多靠教师手工制作，费事费力，效果也欠佳；而三维打印技术可个性化制作，可与现代医学、医学影像软件无缝对接，价格也不贵，正好解决了以上的问题。3D 打印教学模型可以增加课程的生动性、趣味性，这样使学生能够更快吸收和消化知识[3-7]。

该研究在实施过程中，很多学员都反映采用3D打印的教学模型仿真性强，更形象直观，使他们更容易理解复杂的解剖结构。该文的研究结果也表明，采用3D打印教学模型无论是在客观上还是主观上都能提高学员的学习兴趣和对知识的掌握程度。

事实上3D打印在其他学科的教学中也有很多应用：如有学者将3D打印技术应用于数学教学中，认为该技术对空间几何启蒙教育和培养学生空间思维有很大帮助[8-9]；工程设计类专业学生也可利用3D打印制作原型，提高其利用所学知识进行实际应用的能力[10]；在国外，很多大中小学都开设了3D打印的课程，以实现个性化创造能力的培养。

4 结论

3D打印技术方兴未艾，正在深刻影响着很多领域，相信随着技术的不断发展和应用的推广，该技术在医学教育领域也会有越来越广泛的应用，并推动教育事业的进一步发展。

[1]黄荣根.对3D打印技术的思考[J].科技创新与应用,2014(20):40-41

[2]姚志涛,买买提吐逊·吐尔地,阿地力·莫明.3D打印成型技术在新疆口腔颌面部创伤双语教学中的应用[J].继续医学教育,2014,28(9):107-110

[3]花燕锋.3D打印技术在教育中的应用研究[J].中小学电教：上,2014(6):16-19

[4]王萍.3D打印及其教育应用初探[J].中国远程教育,2013(15):83-87

[5]徐新明.第三次工业革命的生产理念对现代教育教学的启示[J].长春教育学院学报,2013(15):94-95

[6]黄敏.3D打印向基础教育走来—访南京市秦淮区校园3D研究社团[J].中小学信息技术教育,2014(10):74-76

[7]杨洁,刘瑞儒,霍惠芳.3D打印在教育中的创新应用[J].中国医学教育技术,2014,28(1):10-12

[8]王伟伟.3D打印技术在中职教育改革背景下的应用[J].中学时代：理论版,2013(11):22-22

[9]何娟娟.关于计算机“3D打印”技术在数学教学应用中的思考[J].宿州教育学院学报,2014,17(4):183-184

[10]郭涌.三维打印技术在实训教学的研究初探[J].南昌教育学院学报,2013(11):108-109

Design and application experience of the orthopedics teaching model based on 3D printing technology

YangChangwei1,2,HeDawei1,ChenZiqiang1,ZhuXiaodong1,LiMing1

1DepartmentofOrthopedics;2DepartmentofSurgeryandFieldSurgery,ChanghaiHospitalofSecondMilitaryMedicalUniversity,Shanghai200433,China

Objective To explore the orthopedics teaching model made with 3D printing technology and its effects of application in teaching. Methods Some local anatomic structures are complex and the traditional teaching method makes it difficult for students to fully understand and grasp injuries and diseases. We applied 3D printing technology to make a series of teaching models based on patients' imaging data and applied the models in teaching practice.Results Students who were taught with 3D printing model were the experimental group while those who were not served as the control group. The students' overall evaluation score was 11.2 points higher in experimental group than in the control group (95.2±6.3 vs. 84.3±7.2,P<0.05). The score of teaching method evaluation was increased by 8.2 points (98.1±10.3 in experimental group vs. 90.2±8.3 in control group,P<0.05). The percentage of students interested in the course was also increased from 60% to 78%. The degree of know- ledge acquisition increased significantly.Conclusion Making teaching models with 3D printing technology is convenient and fast and achieves good teaching results. We believe that the technology will be in increasingly wide use in medical education with constant technological development and popularization.

three-dimensional (3D) printing; teaching model; medical education

该文受到“第二军医大学教学研究与改革项目”及“卓越军医培养体系研究计划资助”(CMC2014023)

2015-01-29

杨长伟(1978-)，男，江苏句容人，博士，讲师，主治医师，主要研究方向：骨科的临床和教学工作。

何大为(1968-)，男，吉林辽源人，博士，副教授，副主任医师，主要研究方向：脊柱外科的临床和教学工作。 电话：13916316600；E-mail：hedawei2000@sina.com

G434

A

1004-5287(2015)05-0550-03

：10.13566/j.cnki.cmet.cn61-1317/g4.201505022