3D打印技术联合案例教学法在头颈部肿瘤临床教学中的应用

韩静，宫晨，刘东伯，张孟贤，付强，胡广原，熊慧华

头颈部恶性肿瘤主要包括耳鼻、咽喉、颅内等部位的恶性肿瘤，其发病率约占全身恶性肿瘤的5%～8%[1]。在以往传统讲授式教学过程中，许多教师发现头颈部肿瘤对于初学者而言空间想象困难，学习兴趣缺乏，学员容易因认知错误与生搬硬套而导致肿瘤科临床工作中的失误，难以适应与时俱进的头颈部肿瘤的教学需求。此外，头颈部解剖结构复杂，器官功能至关重要[2]，肿瘤难以达到根治性切除，放化疗成为重要的治疗手段，因此，头颈部肿瘤教学是肿瘤学规范化医师培训中的重点与难点。如何合理利用有限的教学课时进行教学模式改革，以应对既往头颈肿瘤教学困境，是肿瘤学规范化培训教学基地亟待解决的问题。案例教学法(case based learning，CBL)是以培训学员为中心，以临床案例为载体的师生互动式教学方法[3]，其以典型病例为先导，以优质问题为基础，将理论知识与实际问题有机结合，将复杂抽象知识点具体化，有利于学生的理解[4]，从而获取解决临床问题的能力。3D打印技术是利用计算机自动化制造(CAM)程序从计算机辅助设计模型(CAD)中通过层叠制造出3D物件的一项新兴科技，具有可重复性高、精确度高且费用相对低廉的优点[5]。近年来，3D打印技术被逐渐应用于医学教育中[6]，已有报道其应用于医学的各个领域中，如外科手术设计、假体制作、医学研究、器官打印、药物传送、医学教育与培训等[7]。Ploch等[8]的研究表明，联合3D打印技术能制造出精确可形变的脑模型用于外科手术设计或是医学教育。McMenamin等[9]研究表明，3D打印技术是最为经济而快速的制作医学教育标本的方法。本研究以某综合性大学附属医院为案例，该院在肿瘤学规范化培训教学工作中，尝试使用3D打印技术与案例教学法相结合，为探讨规范化培训基地的学员培养模式提供参考。

1 对象及方法

1.1 教学对象

选取2016年1月-2017年12月在某大学附属医院接受住院医师规范化培训的60名学员作为教学对象。随机分为实验组(30名)和对照组(30名)。由肿瘤科严格筛选经验丰富的临床带教老师。同一组授课教师基于肿瘤放射学住院医师规范化培训教材分别为实验组和对照组学员备课，实验组在4个月肿瘤科专科学习期间，采用3D打印技术联合案例教学法教学，对照组采用传统教学常规教学，两组学员教学课时进度一致，其中鼻咽癌2学时，口腔癌2学时，口咽癌2学时，下咽癌2学时，喉癌2学时，鼻腔和鼻窦癌2学时，腮腺癌2学时，原发不明头颈部鳞癌2学时，胶质瘤2学时。

1.2 教学方法

1.2.1 实验组教学实验组由授课教师在授课前1周选取课程内容病种对应的临床典型病例，如鼻咽癌、下咽癌、胶质瘤等，与患者进行充分沟通，取得患者作为临床教学病例的知情同意与理解配合。教师课前准备影像图像序列进行3D打印制作病例病灶部位解剖模型和对应部位正常解剖模型。要求学员课前对学习内容及病例进行预习。在教学实施过程中，将学员分成小组，由各组学员观摩病态和正常3D打印模型，分工合作进行病例主诉病史的问诊、查体、分析总结病情及治疗方案的制定。授课教师引导所有学员积极讨论并发言，点评和展示教学课程重点，讲解典型病例的病史、病理、治疗经过和比较治疗前后的动态影像学资料，强调补充问诊过程和查体过程中的重难点和遗漏点，引导学生进行诊断与鉴别诊断，指导学生加强医患沟通的能力。利用病态和正常3D打印模型对于解剖结构、病变范围进行演示和剖析，进而加深学员对于该疾病的临床症状、病理分型、影像学特征和基本治疗的认识和理解。

1.2.2 对照组教学对照组由授课教师利用多媒体课件向学员进行理论知识的讲解和解剖结构的呈现，结合大纲和课件进行提问，以加深学生对于教学内容的理解。

1.3 评价方法

住院医师规范化培训亚专科课程培训结束时，专科教师根据教学大纲进行集中命题对两组学员进行头颈肿瘤理论知识、常见影像阅片和操作技能操作考核。其中临床操作技能包括病史询问、体格检查、病例书写等基本技能。理论基础知识占50分，典型病例分析占20分，临床操作技能占20分，常见影像阅片占10分。同时通过不记名问卷调查教学效果及满意度。评价内容包括，课程的兴趣吸引力、理解记忆力、培养临床思维、知识层面扩展和医患沟通能力培养。分5级进行评定，非常满意(记5分)、比较满意(记4分)、满意(记3分)、不满意(记2分)、非常不满意(记1分)。具体实施步骤见图1。

图1 3D打印技术联合案例教学法具体实施步骤

1.4 统计学方法

对比实验组和对照组学员的考核成绩和问卷评分，并采用SPSS 22.0统计软件进行数据统计和分析，计数资料用百分率表示，组间比较采用χ2检验；计量资料用均值±标准差表示，组间均数比较采用t检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料

实验组和对照组一般资料分析结果表明，实验组30例，其中男15例，女15例，平均年龄24.32±2.32岁(22～25岁22例，26～29岁8例)；对照组30例，其中男17例，女13例，平均年龄24.78±2.52岁(22～25岁20例，26～29岁10例)。实验组和对照组在全省规范化培训学员统一招录考试中，笔试、面试和技能考试总成绩(学员总成绩：笔试成绩×40%+技能操作考试×40%+面试成绩×20%)比较差异无统计学意义(P>0.05)。见表1。

2.2 考核成绩评估

肿瘤专科教学课程结业考试成绩结果表明，实验组学员的理论基础知识分数为37.16±2.98分、典型病例分析分数为16.02±2.28、临床操作技能分数为16.42±2.46、常见影像阅片分数为7.38±1.42，均高于对照组相应方面得分，差异具有统计学意义(P<0.05)。见表2。

表1 两组学员招录成绩比较 分

表2 两组学员考核成绩比较 分

2.3 教学满意度评估

教学满意度问卷调查结果显示，在教学效果的评价中实验组学员对教学课程的兴趣吸引力(t=2.919，P=0.004)、理解记忆力(t=2.740，P=0.008)、培养临床思维(t=4.837，P<0.001)、知识层面扩展(t=5.146，P<0.001)、医患沟通能力培养(t=3.375，P=0.001)方面评分均明显高于对照组，差异具有统计学意义(P<0.05)。见表3。

表3 两组学员教学满意度问卷调查比较 分

3 讨论

本研究利用3D打印技术联合案例教学法对头颈肿瘤教学进行创新改革，将头颈肿瘤教学分为：病例问诊及讨论、3D模型的展示和观摩、教师引导总结重难点三个环节，将理论知识与临床实践有机地融合对学员进行全方位培训。研究结果表明，实验组学员的考核成绩及教学满意度的各项评价中均明显优于对照组。分析3D打印技术联合案例教学法的优势如下。

3.1 增加课程的生动性和趣味性，加强了学员的理解记忆

头颈部肿瘤教学是放射肿瘤学规范化培训基地的重要教学内容。目前，头颈肿瘤学已发展成为一门交叉学科，其内容主要包括头颈外科、病理学、流行病学、放射治疗学、影像诊断学、肿瘤内外科学及肿瘤免疫学等领域[10]。在传统教学模式中，主要是教师讲授，而学员通常处于被动接受状态[11]，许多学员对于复杂、精细的头颈部解剖结构缺乏兴趣，学习主动性欠佳，传统教学形式单调抽象，学员难以理解记忆，而3D打印技术联合案例教学法基于临床典型病例资料及影像，立体形象直观地向学员展示病变局部的解剖特点，用实际病例结合三维直观模型取代虚拟空间想象，学员可以任意旋转模型，从多角度观察模型。本研究中，在考核成绩评估方面，实验组理论基础知识成绩为37.16±2.98分，明显优于对照组理论基础知识成绩34.62±3.36分；在教学满意度问卷调查中，实验组学员课程兴趣吸引力和理解记忆力评分分别为4.32±0.48分和4.14±0.50分，也明显优于对照组。该结果说明多元化的教学方式，加强了学员的理解记忆，提高了课程的生动性、趣味性与吸引力。

3.2 教学知识理论与实践相结合，建立更规范的肿瘤诊治流程

传统讲授式教学中较少涉及临床操作及具体病例，学员停留在被动灌输教学的走马观花，理论教学时常和临床实践无法实现良好转化，导致学员实践工作中存在接诊患者经验不足、合理的医患沟通方式和充分的医患沟通意识缺乏等问题[12]。针对这些在传统讲授式教学中存在的问题，在本研究中，利用3D打印模型结合临床案例教学做出了教学改革探索。结果表明，实验组典型病例分析、临床操作技能和常见影像阅片成绩分别为16.02±2.28分、16.42±2.46分、7.38±1.42分，均明显优于对照组；且学员在医患沟通能力培养等课程评分方面显著高于对照组。由此可知，3D打印模型结合临床案例的教学方式通过诊治典型患者，教师加以引导启发，学员在感性认知的基础上进一步探讨肿瘤的临床分期治疗、放疗靶区范围和医患沟通技巧。该课程培养了学员临床实践技能，建立了更规范的肿瘤诊治流程与综合治疗理念。

3.3 教学氛围与教学质量的提升

在本研究结果中，实验组在临床思维培养、知识面层面扩展等各个方面教学方法满意度的评价，均优于接受传统教学的学员，且两组评分的差异具有统计学意义(P<0.05)。区别于传统讲授式教学的“教师一言堂”，3D打印技术结合案例教学的课程中学员积极观摩、讨论，发现问题，分析和解决问题，该课程发挥出了学员的主观能动性，有利于临床思维的培养和知识面的扩展，促进师生、生生互动和探讨，塑造了良好活跃的课堂氛围，提高了教学质量。在当今高素质医学人才的培养中不再局限于知识和技能的培养，更需要自主学习创新能力和广博的知识面。因此，紧跟医学的发展方向，培养出色的人际沟通能力、辩证临床思维和团队协作精神成为医学教育的高层次需求，3D打印技术结合案例教学法的教学改革是该校适应现代化医学人才培养研究的积极探索。在其他科室应用3D打印技术及案例教学法也取得了良好的教学效果。例如，干思舜等[13]将3D打印模型应用于临床住院医师及实习生的肾脏肿瘤临床情景教学中，发现可以提高学员的学习效率、学习兴趣和综合能力，还能明显提升教学效果和满意度；赵珍珍等[14]将3D打印结合临床病例资料应用于七年制学生儿童实体肿瘤外科临床教学中，有效提高了专业兴趣，医患沟通能力、教师授课辅助方式水平，改善了教学效果，明显提高教学质量。

3D打印技术结合案例教学法也存在值得进一步改善之处，如3D打印的材料与设备成本[15]、课堂时间和教学范围的把握等，教师应在课前充分备课，在调动学生学习热情和积极性的同时把握教学重点，保证教学课时的合理利用。目前，该科室也正在尝试更进一步地将虚拟现实应用于头颈部肿瘤的临床教学中。

肿瘤学的前沿发展为患者的综合治疗带来了新的曙光，同时肿瘤学教学也面临着新的挑战。教学方法和教学内容随着科技的进步、时代的发展，应力求在有限的教学时间内有效地提升教学质量和教学满意度，培养德才兼备的医学后备人才。本研究利用3D打印技术联合案例教学法应用在头颈肿瘤的教学中初见成效，尚待进一步地深入探索与推广。