以3D打印为基础的翻转课堂模式在喉癌教学中的应用

罗花南，胡 娟，盛 颖，许映龙，刘海琴，任晓勇

（西安交通大学第二附属医院耳鼻咽喉头颈外科病院，陕西 西安 710004）

喉的肿瘤涉及的解剖结构众多，不同结构之间相互关联、手术方式复杂，是整个教学中的重点及难点，如何将以往由文字和图片所描述的复杂器官解剖更加形象直观地呈现出来，是喉癌教学一直探索的目标[1]。3D打印是利用光固化和纸层叠等技术的快速成型转置，将不同的“打印材料”每一层逐渐叠加，最终把数字模型转变成实物，即“打印”出真实的三维立体结构。通过发挥3D打印的技术优势使学生可以在快速成型制造的帮助下更真切地接触实物模型，让他们对复杂的解剖结构有更直观认识，从而激发学习兴趣和创新能力[2]。然而，目前3D打印技术在教学中的应用仍处于探索阶段，且多局限于骨科等相关学科领域[3]。在耳鼻喉科领域应用较少，无法真正体现3D打印模型的技术优势[4]。

翻转课堂（flipped classroom），又称为“颠倒课堂”，是针对传统教学方法的弊端，顺应教学改革潮流发展起来的一种新的参与式教学方法[5]。王启威等研究发现，喉癌的教学过程中应用微课翻转课堂的教学模式，教学效果明显优于传统教学模式，提高了学生分析问题和解决问题的能力，验证了喉癌的教学过程中翻转课堂教学的广泛应用前景[6]。但将3D打印技术、翻转课堂和喉癌的临床教学三者有机结合起来还未见文献报道，需要我们进一步探索研究。因此，本研究探讨以3D打印为基础的翻转课堂在喉癌教学中的应用价值，以期为喉癌的临床教学提供参考。

1 资料与方法

1.1 教学对象及分组

选取西安交通大学第二附属医院2016级临床医学五年制专业学生共80人，随机分为对照组（传统多媒体教学法）和试验组（以3D打印为基础的翻转课堂教学法）（各40例），分别按照各自教学方式进行喉癌的临床实习教学，比较两组教学效果及教学满意度的差异。

1.2 对照组教学

对照组采用传统教学方法，选取喉癌典型病例，按照教学大纲的要求准备多媒体课件，内容包括解剖知识、影像资料、内镜图片、手术视频等，由授课教师向学员讲解理论知识、呈现解剖结构（可以喉部解剖挂图为教学道具）。最后安排学生互相查体并进行分组练习，在练习过程中解答问题并纠正错误。

1.3 试验组教学（以3D打印为基础的翻转课堂教学法）

1.3.1 3D打印的喉-气管模型的制作

授课教师首先提取一例典型的喉癌患者和一例声带息肉患者喉部CT的DICOM数据，然后使用M IM ICS软件分析处理数据，以VOXEL方式建立两个不同的喉-气管3D模型。

1.3.2 教学内容整合

课前对教学内容从基础到临床进行垂直整合，做到教学内容全覆盖，并将不同内容以不同形式呈现。喉癌的教学内容包括喉的解剖结构、生理功能、肿瘤类型和临床特点以及诊断治疗。喉骨架和喉内外肌的位置与作用可借助动画模拟来理解。肿瘤的临床分类可查看相关图片，使学生有直观印象。利用典型病例讲解喉癌的鉴别诊断，并让学生熟悉喉镜下表现。手术切除是喉癌的主要治疗手段，可以借助动画和手术录像来讲述手术治疗原则和具体方法。

1.3.3 微课录制

选取喉癌典型病例，将上述整合的教学内容进行录制，并配备解说和提问。整个微课的时长控制在5min以内。

1.3.4 实验组教学实施过程

课前设计与管理：课前教师将制作好的两个不同的喉-气管3D打印模型（喉癌和声带息肉）分发给组员，并将制作的微课于课前2天上传到微信群中，要求学生在课前结合喉-气管模型提前学习喉及气管的相关解剖，包括软骨及关节、血管及神经，并观看提前录制的微课，对遇到的问题可以在微信群中讨论，或者向教师寻求帮助。

翻转课堂设计与管理：课堂上设置1名指导老师（副主任医师以上职称）和1-2名助教（住院医师或相关专业研究生）。助教课前征求学生意愿并进行分组，每组5-8人。以一节课 45分钟为例，前10-15分钟是每个小组讨论时间，要求每个学生都要进行小组发言，讲出课前学习体会和问题，同时针对问题进行小组内部讨论。对于共性问题可借助3D打印的喉-气管模型进行集中模拟讲解，时间为10分钟。第三个10分钟以PPT形式播放2-3个典型案例并提出3-5个开放式问题，便于启发学生思维。最后10分钟对错误问题进行剖析和讲解，结合提供的临床病例分析疾病诊断思路，提出不同情况下解决问题的办法。

1.4 教学效果评价

1.4.1 喉癌相关知识理论考核

授课结束后，对试验组和对照组的所有学生进行随堂测试。考试内容包括喉癌相关的基础知识（100分）和喉癌相关的临床病例分析（100分），采用闭卷考试的方式进行，并汇总每个学生的最终成绩，以考查学生对喉癌基础知识及临床诊治决策的掌握程度。

1.4.2 教学满意度评估

授课结束后，向试验组和对照组学生发放调查问卷，调查内容包括教学过程是否能增强学习兴趣、提高学习主动性、强化教学效果、对教学方法满意度等具体内容。问卷调查每一项具体调查内容的结果分为同意和不同意，最后计算并比较满意度，满意度=同意例数/总例数×100%。

1.5 统计学分析

采用SPSS 22.0软件分析及处理数据。计数资料以百分比（%）表示，采用X2检验，计量资料以（±s）表示，采用t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 学生考核成绩比较

试验组学生的基础知识考核成绩（90.90±3.02）和临床病例分析考核成绩（87.30±3.59）均高于对照组（84.93±2.75；75.63±3.31），差异有统计学意义（t=9.254，P=0.000；t=15.123，P=0.000），结果见表 1。

2.2 教学满意度比较

教学结束后进行现场问卷调查结果分析发现试验组学生对应用新的教学方法在增强学习兴趣、提高学习主动性、强化教学效果、对教学方法满意度方面均高于对照组，差异有统计学意义（P<0.05），结果见表2。

表2 实验组和对照组教学满意度比较[例（%）]

3 讨论

喉癌的手术治疗既涉及肿瘤根治，又兼顾功能保全，面对复杂的医患关系，尤其是出现严重并发症后如何进行准确处理和有效医患沟通，均需要有丰富经验的专科医生进行处理，所以留给本科生的临床操作和医患沟通的机会就不多，这就使喉癌的临床教学陷入“理论多、实践少”的尴尬局面[1]。另外，传统教学过程中以教师讲授为主，这种单向的信息传输方式，未考虑学生的个体差异和主动思维问题，学生容易注意力分散，也会导致教学效果不佳[7]。因此，目前大多数本科生、研究生对一成不变的临床教学模式感到乏味和抵触。若继续按照传统的教学方法进行教学，师生双方的负担必然越来越重，教学效果很难达到预期理想，因此教学模式改革势在必行。

除了理解复杂的解剖结构之外，如何让学生在课堂有效的时间之内更好地系统学习喉癌诊治的相关知识，这是课堂教学要解决的另外一个重大问题。本研究采用以3D打印为基础的翻转课堂教学模式，可以起到相互协调、相互促进的作用，明显提高学生的学习成绩和对教学模式的满意度，教学效果显著增强，这可能与以下原因有关：

（1）有利于激发学习兴趣。本研究采用的3D打印喉-气管模型可将肿瘤和周围毗邻结构的立体位置关系以直观逼真的印象呈现在学生面前，既利于学生理解复杂的解剖结构，也方便教师利用现成的“标本”模型进行生动讲解，提升了教学的感染力与吸引力，激发了学生的学习兴趣，达到促进“教”和“学”的双重目的[8]。

（2）有利于提高学习主动性。翻转课堂教学模式将课堂时间重新分配，将教学内容重新设计，将原先课堂讲授的部分内容转移到课下，因此学生必须提前主动学习，并在课堂上积极发言、踊跃提问，从而提高了学生学习主动性和积极性[9][10]。再者，翻转课堂利用网络工具给学生提供一个相互交流的平台，学生可以将自己在学习中遇到的问题和想法在微信群和大家讨论，打破空间和时间的限制。

（3）有利于提高学习效果。在翻转课堂教学中，学生能够提前反复观看学习教学视频，提前做好知识储备，带着问题来到课堂，从而将教师从知识的传授者和课堂的管理者变为学习的指导者和促进者，将学生从被动接受者变为主动研究者，将课堂讲解课后完成作业变为课前学习课堂研究，完全颠覆了传统的教学方式，实现了知识传授和知识内化的颠倒[11][12]。

3D打印喉-气管模型形象生动，既利于学生理解复杂的解剖结构，也方便教师进行生动讲解。翻转课堂教学模式以学生为中心，以激发学习兴趣、提高教学效果为目标，而将3D打印与翻转课堂教学两者联合起来，可以激励学生从“要我学”变成“我要学”，使学生在掌握理论知识的同时，能够更加全面有效地认识喉癌这种疾病，从而将理论知识和临床实践相结合，更好地提高学生的临床综合能力。因此，在喉癌的临床教学过程中，以3D打印为基础的翻转课堂教学模式值得我们尝试。