“新医科”视角下医工交叉融合在骨科临床教学中的探索与实践

胡 勇， 吴俊华， 陈 锋

(1.安徽医科大学第一附属医院 骨病骨肿瘤外科,合肥 230022；2.安徽医科大学 教务处，合肥 230032；3.中国科学技术大学 信息科学技术学院，合肥 230026)

随着技术的进步，人工智能、虚拟技术、大数据云计算、机器人等高新技术给人们生活方式带来了翻天覆地的变化，也促使医学教育模式从以生物医学为主要支撑的传统医学模式向以医文、医工、医理、医 X 交叉学科为支撑的“新医科”模式的转变[1]。骨科学专业是临床医学人才培养的主要专业之一，“新医科”模式下的骨科临床教学内涵，就是将社会、人文、心理、工程学和骨科学进行交叉融合并运用于教学实践中。本文就“新医科”视角下，临床医学骨科学教学中的医工交叉这一专题进行探讨，针对医工交叉融合的现状、存在的问题进行分析并提出对策，以期丰富“新医科”建设理论与骨科临床教学实践。

一、“新医科”视角下骨科临床教学中医工交叉融合的必要性

近年来，我国在高等教育和卫生健康领域印发了一系列重要文件，将加强医学人才培养、发展“新医科”提升到国家战略层面，特别是有关新时代教育改革发展的指导性文件，明确提出高等医学教育要重点发展“新医科”[2]。“新医科”概念由此提出。“新医科”是指从人的整体出发，将医学及相关学科先进的知识体系和临床医学的实践经验加以有机整合，并根据环境、社会、心理、工程等方面进行修正、调整，使之成为更加符合人体健康和疾病诊疗的新的医学体系[3]。针对我国当前医科院校医工交叉融合存在的问题，探讨如何实现医学与工学复合型创新型人才的培养，以更好地服务于国家创新发展目标，对国家经济社会发展具有重要意义。

(1) 医工交叉融合是骨科临床教学的时代要求 目前，我国临床医学教育模式主要分为四个阶段：基础医学阶段、临床医学课程阶段、临床实习阶段及住院医师培训阶段。工科教育一般仅开设《计算机》和《医学物理学》少许基础课程，课时少，教学内容陈旧。受限于现有医学院校教学组织形式和工科学科发展现状，医工交叉培养路径不清晰，“新医科”医学教育模式薄弱。作为医工结合最为紧密的骨科学专业，很多与骨科临床密切相关的交叉学科，如材料科学、人体工程学、人工智能与信息学等学科都在飞速地发展。骨科的新理论、新技术也在不断涌现，教科书上的知识往往显得陈旧，滞后于临床实际发展情况，无法完全满足临床教学的需要。骨科临床教学中尚无相应知识体系的构建，目前鲜有高校在临床医学专业中开设人工智能、大数据、机器人等工程技术新理论与应用相关课程。这些已无法跟上时代发展对医学教育的要求。

(2) 医工交叉融合是骨科临床工作的实践要求 骨科临床教学的最终目的是培养满足人民健康需要的合格的骨科医师。骨科学是涉及人体部位、组织结构、形态和影像、诊疗方法等最为广泛复杂的学科之一；骨科诊疗手段多样，包括机械电子、组织工程、计算机导航、大数据云计算、人工智能等，凡此种种无不与工程学科密切相关。在有限的临床专业教学中，这些复杂又密切交叉的知识体系很容易让刚刚步入临床的医学生感到无所适从。在骨科临床实际工作过程中，也经常会需要工程师配合完成诸如3D打印导板或内置物、影像诊断大数据采集分析、计算机或红外线定位导航、机器人手术等工作。因此，在进入临床课程阶段之前，做好工程学知识的储备和交叉融合，可使学生对知识体系有较为直观的感性认识，对医工交叉原理有较为系统的理解，进而使得学生能够更直观、系统、透彻地理解骨科学知识体系，为将来进入临床实践打下坚实的理论基础。

(3) 骨科临床教学中医工交叉融合是国际化发展的必然趋势 随着人类社会的发展，各种新理论、新技术、新方法不断涌现，国际间的交流互鉴也越来越紧密。与骨科学密切相关的学科种类繁多，包括材料科学、生物力学、机械工程学、计算机与信息科学等等。无可否认，有些学科，我国与欧美发达国家还存在较大差距，很多医学基础和应用研究也相对滞后[4]。就医学教育模式而言，欧美国家的医学生都是在综合性理工科大学完成3-4年的学习后才能进入医学教育阶段。因此，当前在我国现有的医学教育模式下，应在临床课程教学之前尽快采取医工交叉培养模式，以解决医学生背景知识特别是理工科知识面狭窄的问题。唯此，才能够适应医学发展的趋势，追踪学科发展最新动态，培养出具有国际竞争力的高素质医学人才。

二、临床教学中医工交叉融合存在的问题

(1) 融合思路不清晰 随着医学工程技术的深度融合，个体化、精准化、智能化将是医学发展的大势所趋[5]。但作为临床实际工作的主体——医学生的医工交叉融合培养却存在脱节。

医学和工学本就是两个很复杂的学科，医工交叉只是涉及这两个学科的一个很小的分支，很难通过临床专业课程阶段的有限时间去培养既精通医科、又精通工科的临床医学专业人才。有别于传统医学教育的课堂教学方法，现代工科教育尤其重视情景教学方法。受限于我国目前的地域发展水平、高校办学层次、学科建设、医学院校工科学科发展现状等多种因素，医工交叉培养路径目前不是很清晰。

(2) 医学教育发展不平衡 我国是一个区域经济发展不平衡的国家，经济发展的差异必然带来医学教育发展不平衡。在沿海部分发达地区，其医学教育主要参照欧美“整合医学”教育模式[6]，但是在绝大部分中西部医学院校，仍是延续“以学科为中心”的医学教育模式，学科交叉融合创新发展不足，信息化数字化建设滞后[7]。医学教育发展不平衡带来的是多方面差异，如师资水平、课程设置、学科体系、教学设施、教育质量保障体系及教学评价体系等，会严重影响医工交叉融合教学的效果[8]。

(3) 医科类院校资源不足 我国医科院校最初是以专业类院校设置，工科院校乃至综合类院校鲜有医学专业，而医学类院校工程学科设置相对单一，因此，很难有学科的交叉融合。由于早期医学发展的固有特点，造成医科类院校资源不足。我国目前的医学教育还存在着一定的地区差异和发展不平衡，特别是在经济欠发达的中西部地区，教学经费投入不足，很难保障医工交叉学科顺利发展。此外，医科院校的工科教学资源不足、课程不成体系、教学内容与临床实际的联系性不够紧密。我国大部分医学院校仍然是专业性院校，许多承担基础医学阶段和临床医学阶段教学的教师鲜有接受过系统的工科教育。近年来，虽然也有院校招收工科类专业，如生物医学工程等[9]，但是大部分此类专业较为边缘，发展相对较弱，课程体系与专业关联不密切，几乎没有学科交叉，很难进行高水平的医工交叉融合式教学。

三、医工交叉融合在骨科临床教学中的具体实践

1.临床教学中医工交叉融合的总体思路

学科交叉融合是高等学校发展的动力，也是人才培养的内在需求。医工交叉融合教育是“新医科”背景下的一种新的教学模式。从顶层设计上要有清晰的交叉融合路径；借鉴欧美国家经验，优化学科设置；重视交叉学科的资源配置和投入，强化学科间科研教学合作。

高校应不断健全教学评价制度、交叉融合教学激励制度，创新教学评价体系，鼓励教师和管理人员赴相关工科院校进修，拓宽医工交叉融合教学视野，更新教学理念。分阶段分层次培养临床医学专业学生工科知识和技能。加强医工交叉教学研究，保障医工交叉实验教学。创新临床医学教育模式：开展校-校合作，将医学生的工科相关知识和技能放在工科院校进行培养；外聘工科院校或企业教师来医学院校授课，可以采用一名工科教师，一名医学专业教师共同授课；线上教学，引进优质工科院校优质线上教学资源，如精品课程、虚拟仿真教学项目等，开展线上混合式教学。通过以上途径培养出不仅具备医科专业知识和技能，而且具有人文素养、工科视野的适应未来人体健康和疾病诊疗需求的临床医学人才。

2.骨科学医工交叉融合的教学实践

以下笔者以安徽医科大学第一附属医院为例，总结了其在骨科学临床教学中医工交叉融合的具体教学实践，分别从以下三个方面进行阐述：

(1) 骨科解剖学基础 骨科学牵涉到众多部位和组织结构的解剖学知识，包括脊柱、四肢和四肢连接等部位，其组织结构包括骨骼、关节及其附属结构、肌肉肌腱、周围血管神经等。这就需要学生对局部解剖学、系统解剖学、断层解剖学、比较解剖学、显微解剖等知识有较为系统的掌握。而对于传统的标本解剖大多数学生感到比较陌生难懂，知识点零碎片面，导致其记忆和理解难以达到融会贯通，学习积极性不高。安徽医科大学第一附属医院在骨科临床教学中引入数字骨科技术。在教学过程中应用数字技术，通过摄取计算机和信息科学等工科知识，实现了骨科学与数字化技术的有机结合。同时，让学生们理解基于国人人体解剖大数据云计算而构建的虚拟人体解剖结构即数字人，使得学生在既往标本解剖的基础上，对骨科临床解剖学有更系统直观的学习、记忆和理解。

(2) 骨科影像学 骨科临床教学特点是直观性与复杂性并存。其教学目的是使医学生对骨科学有初步的感性认识，也是对课堂上所学知识的进一步验证和补充。因此，在临床见习带教中要注意引导医学生由表及里，由内而外，透过疾病纷繁的表象看到疾病的本质。在骨科疾患的诊断过程中需要运用工程学的技术和设备，如核磁共振、X射线摄影、三维螺旋CT等等，并结合工程科学原理，使学生对骨科疾患的影像学表现有深刻的理解，从而得出针对疾病的正确诊断。阅读影像资料时要按照一定的规程和正确的阅读方法，理解不同部位、不同组织结构、不同疾病的成像原理，获得全面的信息。比如针对某种骨科疾病的核磁共振影像学，首先需要学生们掌握核磁共振成像原理，不同弛豫时间、不同加权像的参数设置，不同组织结构生理病理状态下的核磁共振表象等工程学知识；然后结合临床实际病例指导学生对照影像表现，理解成像原理，获得正确的疾病诊断和深刻的记忆，进而能够触类旁通，为今后的临床实际诊疗工作打下坚实的基础。

(3) 骨科临床技能 骨科学是一门系统性、实践性很强的学科，骨科学的内容有时是具体客观的，有时候又是概括抽象的。在临床教学中，必须加强临床基本技能的培训，提高动手能力。由于医学实践的客体是人，骨科临床技能的培养不能像工厂实习那样原景模式，也不能像机器操作那样无限重复。我们运用数字人和三维原型技术或3D教具模型等工程学原理和技术，让学生通过计算机模拟操作。比如锁骨骨折，在临床教学中，运用计算机三维有限元分析，模拟骨折的生物力学原理，使用虚拟原型技术，不仅使学生认识骨折的成因及骨折块的形状，还要看到骨折的部位，可能的诊断和分型，并且结合数字解剖考虑到骨折周围毗邻的重要解剖结构。实时重复骨折发生的生物力学机制和发生过程，并进行复位和固定的模拟手术操作，可以有效避免学生在临床实际操作过程中，因畏惧和情绪紧张，而可能导致操作不规范或者出现错误，从而逐步提高他们的临床操作技能水平。通过医工交叉融合，使得抽象的知识生动化、形象化甚至可视化，由此使医学生能系统全面地认识和理解临床诊疗实际。

总之，临床医学教育是医学教育的一个非常重要的阶段，起着承上启下、承前启后的特殊作用。通过近年来我们采取的上述措施，安徽医科大学骨科学临床教学质量有了显著提高，学生们能够更好地融入即将开始的临床诊疗工作中，为以后的临床实际工作奠定坚实的基础。