PBL教学法结合3D打印技术在泌尿外科实习教学中的应用研究*

李路鹏,王 飞,李晓光,焦志灵,王连渠

(河南大学第一附属医院泌尿外科,河南 开封 475000)

泌尿外科是一门涵盖多种疾病,具有较强专业性、实践性和技术创新性的外科分支学科。不同患者泌尿系统的解剖结构不尽相同,甚至会有较大的解剖层面变异,如肾脏和腹腔毗邻脏器之间的位置关系、肾小管及肾小球等集合系统的解剖学形态[1-2]。在传统教学中,学生学习泌尿外科疾病时主要依靠教材、图谱及一些教学视频等,很难有机会接触真实标本,对于泌尿系肿瘤位置、尿道形态、输尿管走形等理解起来较为困难。传统教学法难以调动学生的学习主动性,且会使其出现疲倦感现象,教师难以取得理想的教学效果。以问题为基础的学习(PBL)是一种以学生为中心,鼓励学生踊跃参与到课堂教学实践之中,积极发表自己的所思、所想,同时辅以带教教师引导的全新教学模式[3]。3D打印技术是一种以数字模型文件为基础,运用塑料或粉末状金属等各种可黏合材料通过逐层打印来构造物体的快速成型技术。打印出的3D实体模型提供了器官和周围结构之间解剖关系的3D视图,更有助于学生理解[4]。本研究探讨了PBL教学法结合3D打印技术在泌尿外科实习教学中的应用效果。

1 资料与方法

1.1一般资料 选取2021年9月至2022年6月本院泌尿外科实习的临床医学专业本科生72名,按随机数字表法将其分为研究组和对照组,每组36名。纳入标准:(1)全日制医学本科;(2)未进行过肾脏肿瘤相关课程学习;(3)对本研究内容知情,并愿意积极配合。排除标准:(1)因时间冲突或其他原因不能全程参与本研究;(2)非自愿参与本研究。研究组采用PBL教学法结合3D打印技术,对照组采用传统教学法完成临床教学。研究组中男15例,女21例;年龄22～27岁,平均(24.19±1.19)岁。对照组中男18例,女18例;年龄22～27岁,平均(23.81±1.14)岁。2组在年龄、性别、年级、学习课程背景等方面比较,差异无统计学意义(P>0.05),具有可比性。

1.2方法

1.2.1教材选择与教学内容 2组选择的教材均为住院医师规范化培训教材,具体如下:人民卫生出版社出版的《外科学:泌尿外科分册》,科学出版社出版的《中国泌尿外科和男科疾病诊断治疗指南(2018版)》,北京大学医学出版社出版的《坎贝尔-沃尔什泌尿外科学(2009版)》。授课内容为3本书对应的“肾细胞癌”相关章节,授课教师均为本院泌尿外科受过专门培训的主治及以上职称医生。研究组采用PBL教学法结合3D打印技术,对照组采用传统教学方式。每周2次,每次2学时,共8学时。

1.2.2肾脏肿瘤模型的制作 收集患者术前增强CT数据,层厚1 mm且无断层,以DICOM格式保存数据,将数据导入Mimics21.0医学影像数据处理系统把2D图像资料(图1、2)转化为3D立体图像资料,生成STL文件(图3)输入到Stratasys公司的J750型号3D打印机中进行打印,使用光敏树脂材料来实现立体模型,其中肾脏为透明色,肾脏肿瘤为黄色,动脉为红色,静脉为蓝色。进行后期清洗及模型处理,完成肾脏立体化模型制备(图4)。

图1 CT图

图2 CT三维重建

图3 3D立体图

图4 3D模型

1.2.3研究组教学 研究组具体教学过程可分为以下2个阶段:⑴选取本院就诊的真实病例,授课教师先以多媒体联合3D打印技术方式讲解肾脏无明显变异的解剖结构、肾脏肿瘤与周围组织关系,并逐步讲解肾脏肿瘤的病因、临床表现、检查检验、鉴别诊断、治疗(手术方案选择、临床放化疗适应证、靶向治疗等新辅助治疗方式)等,随后由教师带领学生观看并详细讲解相关手术视频。⑵将研究组按照随机数字表法进行分组,每组6名,共分为6个小组,每名教师负责2个小组的教学指导。学生自行查阅与肾脏肿瘤有关的资料,如教材、疾病诊治指南、国内外文献、会议报告、视频、PPT等,接着各个小组就教师提前准备的问题进行讨论。教师在学生讨论过程中适当给予启发和引导,解决讨论小组存在的疑点和难点,并跟学生进行讨论与分析,帮助学生更深层次了解该疾病,最后由教师在3D模型上演示相关手术方法。

1.2.4对照组教学 将学生聚集在示教室,教学工具为投影仪,以小讲课为主要形式。教师依据拟定的教学大纲,采用本院教育处提供的标准教具,以本院真实病例向学生进行知识及技能的传授,包括对肾脏肿瘤解剖及毗邻关系、病史体检特点、相关辅助检查检验的意义、诊断及鉴别诊断、治疗方案的选择,并结合影像学及手术录像以加深学生的记忆与理解。

1.2.5评价方法 2组学生于课程结束后第2天进行理论考试、技能考试和问卷调查。理论考试满分50分,题型为选择题30分、论述题10分和病例分析题10分,考试时间为60 min。考试内容涉及肾脏肿瘤分类、病因、临床表现、检查检验及治疗方式的选择。技能考试满分50分,考试分为3站,考试时间为50 min。第1站是阅片(包括肾脏的超声、CT、磁共振成像等),分值15分,时间为15 min;第2站是体格检查、教学模型解剖标识辨识、手术方案解读,分值15分,时间为15 min;第3站是标准肾脏肿瘤的病史采集和大病历书写,分值20分,时间为20 min。采用自制教学问卷对教学满意度进行调查,其Cronbach′s α系数为0.845。问卷内容包括理论知识掌握、激发自主学习兴趣、提高临床思维能力及对教师满意度等8项内容。问卷以5级评分法进行计分,其中满意为≥34分,一般满意为24～33分,不满意为≤23分。总满意度=(满意例数+一般满意例数)/总例数×100%。

2 结 果

2.12组考试成绩比较 研究组理论考试及技能考试成绩高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。见表1。

表1 2组考试成绩比较分)

2.22组教学满意度比较 研究组教学总满意度优于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。见表2。

表2 2组教学满意度比较[n(%)]

3 讨 论

泌尿外科是外科学最重要的分支学科之一,泌尿外科疾病主要包括尿路结石、肿瘤、尿路梗阻、泌尿系统畸形、感染等[5]。泌尿外科学教学的最大难点是授课时间短、疾病种类较多、教学强度偏高,因此,教师的教学方法就显得格外重要,因为这关系到学生能否在短时间内系统且熟练地掌握泌尿外科相关的专业理论知识和操作技能。PBL教学方法以学生为主体,以教师讲授为辅助。以带教教师课前提出的具体临床问题为基础进行小组讨论学习,可培养学生提出问题、解决问题的能力,而且还可以提高学生学习主动性及自主创新能力[6]。

随着微创外科技术的快速普及,泌尿外科疾病的治疗方式也都趋向于微创治疗,如传统的输尿管切开取石术被经尿道输尿管镜取石术替代、经腹前列腺切除术被经尿道前列腺电切术替代、肾脏肿瘤的开腹切除术被腹腔镜下肿瘤切除术替代[7]。微创手术下各种器官的视野更为局限,以肾脏肿瘤为例,其解剖过程更加复杂和精细。因此,术前了解肿瘤大小、位置、血管分布、与周围组织的毗邻关系极为重要,这样有助于手术方案的制定。传统教学中,学生可通过课堂上对疾病典型表现的文字讲解、相关生化检验结果及CT等影像学资料初步掌握一些知识点,但是教学课件以平面图片为主,难以直观显示解剖结构,且学生在书本上学的都是正常的解剖关系,对于肿瘤等疾病的解剖结构及其与周围组织的毗邻关系缺乏感性认识,加上很难有机会亲自操作,导致难以达到理想的教学效果[8-9]。随着3D打印技术的日趋成熟,其在泌尿外科临床教学中所蕴含的应用价值逐渐显现。3D打印技术是以三维数字模型为基础,运用特殊材料逐层累积打印构建实体的技术,其可以将复杂的组织结构等比例可视化、具体化,将抽象、复杂的概念转换成客观真实的存在,制造出形象直观的立体解剖模型。采用3D模型可以看到肿瘤大小、血管分布及其与周围组织的毗邻关系,将其应用于临床教学中能极大地提高学生实践操作能力及空间思维能力。将3D打印技术与PBL教学法结合起来,可将抽象难懂的知识更加直观形象地展示出来,从而调动学生学习积极性。许育新等[10]将PBL教学法结合3D打印技术应用于眼科教学时发现,研究组眼科学理论、技能考试成绩均明显优于其他教学组。郑春雷等[11]在肿瘤外科临床教学中应用3D打印技术联合PBL教学方法时发现,联合教学组理论成绩及教学满意度均高于传统教学组。

本研究结果显示,研究组理论考试和技能考试成绩均显著高于对照组,通过进一步查阅具体题目得分情况时发现,研究组在病例分析、教学模型解剖标识辨识及手术方案解读方面评分显著高于对照组,提示采用PBL教学法结合3D打印技术可提高学生理论水平及操作技能,尤其是在病例分析能力、手术方案解读及设计方面。本研究结果显示,研究组教学总满意度显著优于对照组,提示PBL教学法结合3D打印技术在泌尿外科实习教学中有较高的应用价值,能显著提升学生综合能力,并能提高教学满意度。新型教学法之所以能够取得满意的教学效果,其原因可能是在临床实习教学中应用3D模型教具,把抽象难懂的课本知识以实体形式带入现实世界中,将身体器官的真实形态和解剖结构特点直观形象地展现出来,因此学生可以将脑海中已有的知识和临床技能操作做到完美结合。这样不仅能充分调动学生学习的好奇心和求知欲,又能激发学生学习积极性及主观能动性,营造愉快的学习氛围。如肾脏肿瘤位置较深,周边毗邻结构较多,学生很难根据常规的影像学在脑海中对肾脏肿瘤有一个清晰的认识,而3D打印技术可以将肾脏肿瘤及其毗邻的组织构造打印出来,并应用不同色彩和材质的原材料将不同质地的身体组织如肾脏、部分血管及神经打印出来,从而加深了学生对肾肿瘤解剖结构的记忆[12]。

本研究采用的PBL教学法为以带教教师提出的关于肾脏肿瘤的问题为出发点,以小组为单位进行讨论交流,促进学生使用各种手段查阅资料后进行讨论学习与总结,从而提高学生学习积极性、团结协作能力、临床操作能力和创新能力[13]。PBL教学法结合3D打印技术能加强学生对复杂的深层解剖结构(如肾脏肿瘤、前列腺肿瘤等)的理解,激发学生学习欲望。如学生在以肾脏肿瘤为标准病例进行分组学习时,可以将课本知识、影像学、解剖图谱、3D打印模型有机结合起来,这样有利于制定肿瘤的治疗方案,同时还可以在教师的引导下进行模拟手术,锻炼动手能力。因此,PBL教学法结合3D打印技术有机会让每位学生进行泌尿外科手术操作实践与演练,从而提高学生动手操作能力及对教学的满意度。本研究也存在不足之处,如纳入学生数量相对较少,且仅纳入本科室1个教学中心的数据。未来应将PBL教学法结合3D打印技术的应用范围扩大到其他临床科室的实习教学之中,以进一步评估该教学模式的应用效果。

综上所述,在泌尿外科实习教学中应用PBL教学法结合3D打印技术,可提高学生理论水平、操作技能及教学满意度,有利于促进教学目标的达成和教学效果的实现。