计算机辅助设计与快速成形技术联合PBL教学法在骨科临床教学中的应用研究

摘 要：目的" 研究计算机辅助设计（CAD）技术及快速成型（RP）技术联合PBL教学法在骨科教学工作中应用效果。方法" 选择2022～2023学年在南京医科大学附属泰州市人民医院骨科实习的80名临床医学生，随机分为观察组（40名）与对照组（40名），观察组采取CAD-RP 技术联合PBL 的教学方法，对照组则选择传统的 PBL教学法。在常规课程学习结束后开展出科考核和教学的满意度调查。结果" 观察组出科专业理论考试得分（83.42±4.84）分、技能考试得分（78.68±6.28）分，均明显高于对照组的理论考试成绩（78.62±5.12）分与技能（72.42±7.46）分，差异有统计学意义（t=4.31、4.06，Plt;0.05）。满意度调查问卷结果显示，观察组认为本组教师所采用的教学方法在提高学习兴趣、增强自我学习能力、促进临床思维能力提升和提高知识应用水平等方面优于对照组，差异具有统计学意义（Plt;0.05）。结论" "CAD-RP 技术联合PBL教学法可以提高实习生的理论成绩和临床实践操作水平，同时对临床教学的满意度提升也有所帮助。

关键词： 计算机辅助设计；快速成型；骨科；临床教学；PBL

中图分类号：G642.4，R4 " " 文献标志码：B 文章编号：1671-0142（2024）06-0089-04

骨外科属于实践操作要求高的学科，一方面其理论知识大多较为抽象且理解困难，另一方面涉及的人体骨骼组织多，空间立体感较强，在我们临床教学工作中具有一定难度[1]。传统的临床教学模式是以教师为主体，课堂中大多采用PPT 授课。学生们以听课为主，缺乏主动学习的动力，并且对于问题的分析能力欠缺，对专业知识的掌握也不牢固。以问题为导向的PBL教学模式把学生作为教学活动的主体，围绕具体的病例鼓励学生展开讨论学习，老师在其中更多地起到指导作用 [2]。这种教学模式侧重加强学生的自主学习能力，将临床实际需求与课本内容相结合，可以激发学生们的学习兴趣，提高临床水平。但PBL教学法也存在不足，学生需要花费大量的时间查阅文献，自主学习课堂讨论的内容。而且，骨外科还是一门专业性很强的学科，临床教学中如果没有足够的三维立体案例展示容易导致学生对抽象的概念缺乏深入理解，对于知识的掌握欠佳。

随着人工智能及3D打印技术的进步， CAD技术及RP 技术（简称为 CAD-RP 技术）越来越为人们所关注。通过CAD-RP 技术，医学的解剖图像可以做到体外再现，并且进行“可视化”的模拟操作，带动了临床教学工作快速发展。为更加生动、形象地讲解骨科知识，提高骨科教学质量，本次骨科教学研究中采取CAD-RP 技术联合PBL教学方法，并对教学的效果进行评估，希望能够丰富骨科的临床教学手段。

1 对象与方法

1.1 研究对象 选取 2022～2023 年度在南京医科大学附属泰州市人民医院骨科实习的80名临床医学专业学生，其中46人为男生，34 人为女生；年龄范围是20～24岁，平均（22.4±0.8）岁。按随机数字表法分为观察组（采用CAD-RP技术联合PBL教学法）与对照组（采用传统的讲授式PBL教学法），每组各 40人。纳入标准：（1）完成骨科规定的教学时间；（2）保证参加所有授课及培训；（3）愿意参加此次研究，并完成问卷调查。 排除标准：（1）因故未能全程参与骨科学习或中途退出者；（2）因各种原因缺课，不能参加实训操作者；（3）拒绝参加研究者。

1.2 研究方法

1.2.1 教学内容 参照南京医科大学实习大纲中的要求制定好教学方案，选取骨科典型疾病，例如：膝关节骨性关节炎、股骨头缺血性坏死、先天性髋关节发育不良等。选择3～4个典型病例作为教学案例，其中内容应包括疾病发病因素、症状体征、检验检查、诊断治疗及手术方案等。

1.2.2 教学方法 （1）对照组：老师提前准备病例布置教学任务，让学生自行查找文献，学习该疾病的相关知识，并前往患者床边进行病史问询、专科查体与影像资料的阅片。学生们组织开展小组讨论，对疾病进行分析诊断，并做出诊疗计划。在整个教学过程中，老师可以启发学生们去查找相关书籍、文献，指正诊疗过程中发生的错误，解答同学们存在的疑惑，但不干预学生们的交流探讨。（2）观察组：教学过程与对照组基本一致，不同之处在于老师指导、解答后，会通过CAD技术演示骨骼系统的三维形态学特征，并借助制作好的3D打印模型，结合患者影像资料进行教学。学生可对模型进行多角度的观察并进行相关操作（如图1）。老师可在模型上演示常规手术操作，并讲解过程，让学生直观感受模拟手术中的细节及重点。两组学员均是接受本科室同一组高年资老师授课。

1.3 考核方法 在完成临床学习后，会进行一次出科考试。该考试主要由两个部分组成：骨科学理论知识测试和临床技能操作评估，每个部分满分为100分。理论部分涵盖骨科常见疾病的病理机制、诊断流程及治疗策略等内容。而临床技能评估则侧重于考察学生的病史采集、体格检查以及基本手术技巧等方面的能力。考试之后，还将通过匿名问卷的方式对学生进行教学满意度调查，该调查旨在从提高学习兴趣、增强自我学习能力、促进临床思维能力提升和提高知识应用水平这四个方面评估教学效果，每个维度各25分，总计100分。满意度评估结果分为：满意（80～100分）、一般（60～79分）和不满意（低于60分）。

1.4 统计学方法 使用SPSS 26.0软件对收集到的数据进行统计分析。连续变量以（X±S）的形式表示，并利用成组t检验进行两组间的比较；分类变量则以百分比的形式表示，并采用卡方（ X2 ）检验来进行对比分析。Plt;0.05 时表明存在统计学上的显著差异。

2 结果

2.1 一般资料 观察组和对照组在年龄和性别上的差异没有统计学意义（Pgt;0.05），因此具有可比性；此外，在实习开始前，两组学生的模拟考试成绩也不存在显著差异（Pgt;0.05）。详情见表1。

2.2 出科考核成绩 观察组的两项出科考核成绩均高于对照组，差异明显，有统计学意义（Plt; 0.05），见表 2。

2.3 教学满意度评价 观察组的教学满意度明显高于对照组，差异有统计学意义（Plt;0.05），见表3。

3 讨论

骨外科是一个实践性非常强的学科，对于临床经验不足的实习生来说，仅仅通过书本知识和短时间的临床教学很难掌握学习的要点。在过去的临床实习带教中我们以教师讲解、学生听课为主，灌输式教育较多，学生们发挥主观能动性机会不多，课堂效率不高。另外，实习同学缺乏临床经验，在处理真实临床病例时很难根据实际病情展开分析，也不能熟练实施有效临床操作，查阅文献资料也缺乏方向性。PBL教学法倡导以问题为切入口，能够充分调动学生们自主解决问题的积极性，提升发现问题与解决问题的能力，是目前比较受欢迎的教学方式之一。尽管PBL教学模式在过去对骨科临床教育起到了一定作用，但随着教学需求的变化，这种模式逐渐显示出其局限性，已不足以全面解决当前的问题。骨科疾病涉及复杂的骨骼肌肉系统，其形态具有三维动态特性，这要求学生必须具备较强的空间想象能力。如果学生无法在三维空间中理解和把握这些变化，那么他们对这类疾病的认识可能仅限于表面层次，难以深入理解其发病机理及其发展过程，进而导致全面掌握这些疾病变得极为困难[3]。鉴于此，我们将PBL教学模式与CAD-RP技术相结合，应用于现场模拟教学中，有效激发了学生的主动参与意识，并取得了显著的教学成果。

CAD及人工智能技术的兴起，使得信息科学在生命科学领域的应用迅速普及。通过CAD系统，医学的解剖图像可以做到体外再现，并且进行“可视化”的模拟操作，节约了大量医学教育资源，提高了临床教学的效率，成为当今医学教育发展的重要方向[4]。相比于常规的教学方法来说，CAD-RP技术联合PBL教学法更具优点。一方面，学员可以将研究对象的 CT 扫描数据导入软件进行建模，重建出骨骼的三维模型进行形态学测量，并且还能够将手术方案在CAD系统中的模型上进行模拟操作。另一方面，通过打印出骨骼组织的3D模型，可以将平面的影像资料立体化，具有非常强的可视性，能够激发学生的学习热情，提升学习效率，为骨科专科能力的培养提供了更好的教学资源[5] 。这种教学方法进一步解决了初学者通常面临的解剖知识理解不足、手术实践机会少等一系列问题，增强了学生的直观理解和动手能力。学生使用3D打印骨骼模型模拟对患者进行外科手术，也能够在客观上缓解高校人体标本来源短缺的现实问题，极大地节省了宝贵的教学资源。本研究中，将CAD-RP 技术结合PBL的教学模式应用于骨科临床教学，改变了以往仅仅依靠普通影像学资料的局限性，能够给学生展现研究对象的三维形态学特征，并完成测量、模拟手术操作等任务。实习同学可以运用所学的理论知识，在患者床边收集病史，进行体检，增强沟通能力和疾病判断能力。然后，结合CAD-RP技术，再现骨组织的三维形态，并对学习内容进行反馈、总结和讨论。研究结果证实，该教学方法能显著提高骨科实习生的满意度，提高相关理论和技能操作考试成绩，取得良好的教学效果。

CAD-RP 技术代表了比较前沿的科技水准，但其在临床教学中的应用起步较晚，仍有不足之处：（1） 3D打印技术成本高，同时3D打印技术的安全性和监管是另一个需要考虑的问题，因为很少有研究评估这种技术和物理产品的潜在风险。（2）CAD-RP 技术构建的骨骼立体模型虽然便于观察学习，但是无法反映出真实人体组织的血管、神经等结构层次，对于临床手术中经常碰到的软组织解剖结构问题无法体现，需要合理引导学生应用该技术。（3） 3D打印实物模型的时间取决于打印模型的结构大小及构造组成。这可能会影响其在临床实际教学应用中的及时性，延长学生在骨科学习的周期，降低了培养效率[6]。

根据本研究成果，CAD-RP 技术联合PBL教学方法在骨科的临床教学中能够发挥积极作用。此教学法有助于提高学生参与临床教学的积极性，拓宽学习视野，激发其学习兴趣，取得了不错的效果。尽管目前CAD-RP 技术算不上最新，PBL教学模式也不算完美，但两者结合的教学模式在骨科临床教学领域仍将具有一席之地。作为临床教育者，我们需要在掌握传统教学方法的基础上，进一步学习新的临床技术，适应新形势下临床教学的要求。

参考文献：

[1]张培，高涌，崔培元，等. 3D 打印联合 PBL 教学在骨科住院医师规范化培训中的应用[J]. 中华全科医学，2021，19（5）：856-859.

[2]魏磊鑫，吴卉乔，徐辰，等.系统化教学法联合PBL教学法与CBL教学法在脊柱外科临床带教中的应用效果[J].中国社区医师，2023，39（19）：163-165.

[3]章晓云，曾浩，刘桦，等.3D技术结合CBL及PBL教学模式在骨科手术学教学中的应用价值[J].山西中医药大学学报，2023，24（6）：691-695.

[4]Goyal S， Chua C， Chen YS， et al. Utility of 3D printed models as adjunct in acetabular fracture teaching for Orthopaedic trainees[J]. BMC Med Educ，2022，22（1）：595.

[5]徐鸿尧，明霞，潘竹.维萨里 3D解剖APP 集合手术录像在运动医学进修医生教学中的应用[J].科技视界，2021（32）：94-95.

[6]雷天润，夏干清，姜福泽，等.3D打印技术结合CBL教学法在骨科教学中的应用[J].中国继续医学教育，2022， 14（23）：41-45.

（责任编辑 杨荔晴）

Application of Computer Aided Design and Rapid Prototyping Combined with PBL Teaching Method in

Orthopedic Clinical Teaching

MEI Xiao-liang， FAN Lin， CHEN Yan， HUANG Ai-bing

（The Affiliated Taizhou People's Hospital of Nanjing Medical University， Taizhou Jiangsu 225300， China）

Abstract： Objective To explore the application effect and feasibility of CAD technology and RP technology combined with PBL teaching method in orthopedic clinical teaching. Methods A total of 80 clinical medicine students practicing in the Department of Orthopedics， Affiliated Taizhou People's Hospital of Nanjing Medical University in the academic year 2022～2023 were randomly divided into the observation group （40） and the control group （40）. The observation group adoptedthe combination of CAD-RP technology and PBL teaching method， while the control group adopted the traditional PBL teaching method. After the completion of the course， regular entrance examination and teaching satisfaction survey will be carried out." Results The observation group's theoretical exam scores （83.42±4.84） and skill exam scores （78.68±6.28） were significantly higher than the control group’s theoretical exam scores （78.62±5.12） and skill scores （72.42±7.46）， with statistical significance （t=4.31、4.06， Plt;0.05）. The satisfaction survey questionnaire results show that the observation group believes that the teaching methods adopted by the teachers in this group are more satisfactory than the control group in enhancing learning interest，enhancing self-learning ability，enhancing clinical thinking，and enhancing knowledge application ability，with statistical significance（Plt;0.05）.Conclusion The combination of CAD-RP technology and PBL teaching method can significantly improve the theoretical and practical abilities of interns， while also increasingtheir satisfaction with the clinical teacher’s teaching work.

Key words： computer aided design; rapid prototyping; Orthopedics; clinical teaching; PBL