杜 恒，周曉玲，尹 思，張黨峰，馬 巍，白 斌

（西安交通大學(xué) 第一附屬醫(yī)院骨科，陜西 西安 710061）

以問(wèn)題為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)（Problem－based Learning，PBL）是以學(xué)生為中心，教師為引導(dǎo)，發(fā)展學(xué)生綜合思維能力和解決問(wèn)題能力的教學(xué)方法。由Barrow教授于1956年在加拿大的McMaster大學(xué)首先提出的一種全新的以學(xué)生為中心的教育方式。PBL已成為一種在國(guó)際上公認(rèn)的教學(xué)模式［1－3］。該模式近十年來(lái)被引入我國(guó)高等院校教育，尤其在醫(yī)學(xué)院校中被大力推崇［4－6］。

3D打印技術(shù)起源于19世紀(jì)末的美國(guó)，并在20世紀(jì)80年代得以發(fā)展和推廣。3D打印是基于材料累加概念和疊層制造方法，在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)物體的CAD模型或CT等數(shù)據(jù)，通過(guò)材料的精確堆積制造原形的一種基于離散、堆積成型原理的數(shù)字化成型新技術(shù)，可自動(dòng)而迅速地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)化為物理試驗(yàn)?zāi)Ｐ突蛑苯又圃炝慵?，這樣就可以制造出外形與結(jié)構(gòu)等同于原形的、具有復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的模型。CT三維重建和快速成型技術(shù)的結(jié)合可制造出1∶1等大的、高度仿真患者傷情的模型已成為現(xiàn)實(shí)，目前已經(jīng)在臨床上得到了初步的應(yīng)用［7］。

解剖學(xué)和運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)知識(shí)對(duì)骨科專業(yè)疾病的診斷、治療和手術(shù)操作極為重要。傳統(tǒng)的骨科臨床教學(xué)往往以教師為主體，學(xué)生為被動(dòng)客體。大課由教師講授基本知識(shí)和理論，小課由教師分析病例資料，學(xué)生缺乏主動(dòng)性，知識(shí)和實(shí)踐相脫節(jié)，教學(xué)效果不盡人意。作者運(yùn)用3D打印技術(shù)，數(shù)字化真實(shí)再現(xiàn)患者的骨折或畸形，為PBL骨科臨床教學(xué)提供直觀的教學(xué)模型。學(xué)生通過(guò)3D打印模型能夠更好的以醫(yī)生的角度去進(jìn)行完整的臨床診治過(guò)程，再現(xiàn)患者的受傷機(jī)制、臨床典型癥狀、骨折的移位和粉碎程度，建立正確的臨床診斷，制定治療方案，模擬手術(shù)操作。將3D打印應(yīng)用到骨科臨床PBL教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在臨床病例分析、學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、資料的收集以及對(duì)新知識(shí)的獲取等方面表現(xiàn)都明顯優(yōu)于單純接受傳統(tǒng)教學(xué)的學(xué)生。

1 PBL骨科臨床教學(xué)的設(shè)計(jì)和實(shí)施

1.1 病例的設(shè)計(jì)與選擇

病例設(shè)計(jì)應(yīng)該根據(jù)骨科教學(xué)大綱要求，選擇能體現(xiàn)本專業(yè)特點(diǎn)的臨床常見(jiàn)病、多發(fā)病。教學(xué)病例必須具有真實(shí)性和完整性。同時(shí)，病例的設(shè)計(jì)要有一定的復(fù)雜性和趣味性，通過(guò)學(xué)生激烈的討論，充分的腦力震蕩，得到預(yù)期的教學(xué)目的。病例中所涉及的問(wèn)題是開放的，要圓滿解決問(wèn)題必須通過(guò)知識(shí)延伸、拓展、查閱輔助資料才能解決。同時(shí)所設(shè)計(jì)的問(wèn)題要與醫(yī)學(xué)前沿技術(shù)有聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生查閱英文原版教材和資料，了解本專業(yè)的新醫(yī)療新技術(shù)，有利于拓寬學(xué)生的視野，提高醫(yī)學(xué)英語(yǔ)水平，激勵(lì)學(xué)生的超前意識(shí)。結(jié)合骨科專業(yè)的特點(diǎn)，脊柱及四肢關(guān)節(jié)的解剖較為復(fù)雜，同時(shí)涉及運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)和生物力學(xué)的相關(guān)知識(shí)。根據(jù)上述原則，選擇關(guān)節(jié)周圍復(fù)雜骨折、脊柱骨折和脊柱畸形的病例進(jìn)行PBL教學(xué)。

1.2 3D打印模型的制備

PBL教學(xué)病例的設(shè)計(jì)和選擇完成以后，為了使所選擇的臨床病例更具真實(shí)性，除了病例的資料（包括病人的一般情況、病史、體格檢查和其它輔助檢查）齊全、真實(shí)外，還應(yīng)設(shè)計(jì)符合臨床的真實(shí)場(chǎng)景，這樣能激發(fā)學(xué)生求知的欲望，體會(huì)到疾病的發(fā)生、演變和診療過(guò)程。運(yùn)用3D打印模型可以真實(shí)的展現(xiàn)病變的具體情況和嚴(yán)重程度，從而模擬患者的受傷場(chǎng)景和就診情況。

3D打印模型的制備具體通過(guò)以下步驟完成：①獲取PBL教學(xué)病例的薄層CT掃描數(shù)據(jù)；②采用區(qū)域剪切和濾波兩種方法進(jìn)行圖像的二維預(yù)處理；③采用切片插值、圖像分割和切片重組等方法進(jìn)行圖像三維預(yù)處理；④采用移動(dòng)立方體法（Marching Cubes Algorithm，簡(jiǎn)稱MC算法）來(lái)建立三維模型；⑤3D打印制作實(shí)體模型，基于材料累加概念和疊層制造方法，在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)物體的CAD模型或CT等數(shù)據(jù)，通過(guò)材料的精確堆積制造原形的一種基于離散、堆積成型原理的數(shù)字化成型新技術(shù)，可以制造出1∶1等大的、高度仿真患者傷情的模型［8］。

1.3 分組

授課按小組進(jìn)行，每個(gè)小組7名學(xué)生。每小組推選一名責(zé)任心強(qiáng)、有較強(qiáng)組織能力的學(xué)生擔(dān)任“主治醫(yī)師”。小組教學(xué)，一方面是讓學(xué)生彼此協(xié)調(diào)合作，收集資料，找出問(wèn)題的癥結(jié)，了解病情的演變；另一方面是在“主治醫(yī)師”的帶領(lǐng)下進(jìn)行篩選檢查項(xiàng)目、得出臨床診斷、制定治療方案、實(shí)施手術(shù)操作等臨床治療工作。通過(guò)小組學(xué)習(xí)可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，促進(jìn)學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)向主動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，強(qiáng)化團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。

1.4 運(yùn)用3D打印的PBL教學(xué)的實(shí)施

按照教學(xué)進(jìn)度的安排，教師將病例資料提前一周通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)給“主治醫(yī)師”，由他組織學(xué)員進(jìn)行課前的相關(guān)知識(shí)準(zhǔn)備。在課堂上，由“主治醫(yī)師”組織組員進(jìn)行討論學(xué)習(xí)，最后由教師點(diǎn)評(píng)。教師可根據(jù)3D模型情況結(jié)合骨科病例資料準(zhǔn)備以下問(wèn)題：

①患者的受傷機(jī)制是什么？暴力的傳導(dǎo)方向和性質(zhì)是什么？

②患者的臨床癥狀有哪些？有無(wú)特異性的表現(xiàn)？

③骨折的類型是什么？國(guó)際分型？

④受傷部位重要血管和神經(jīng)的位置，如何診斷有無(wú)損傷？手術(shù)切口的設(shè)計(jì)和術(shù)中如何保護(hù)？

⑤根據(jù)3D模型，骨折的畸形如何修復(fù)？如何恢復(fù)生物力學(xué)的穩(wěn)定？

⑥根據(jù)3D模型，如何選擇固定方式？?jī)?nèi)固定還是外固定？?jī)?nèi)固定放置的合理部位在哪里？

⑦如何在3D模型上模擬手術(shù)步驟？如何防范術(shù)中出現(xiàn)的意外情況？

⑧脊柱畸形的分型？如何在3D模型上測(cè)量椎體的矯形角度，椎弓根螺釘?shù)墓潭ǚ绞剑绾位謴?fù)脊柱的穩(wěn)定性？

⑨3D模型的局限性如何克服？

1.5 教師的引導(dǎo)和總結(jié)

在學(xué)生的討論結(jié)束以后，教師要觀察學(xué)生對(duì)病例是否感興趣，討論是否激烈，提出哪些預(yù)想不到的問(wèn)題，得出哪些預(yù)想不到的結(jié)論，反應(yīng)了哪些問(wèn)題。將所收集到的信息進(jìn)行分析總結(jié)后，對(duì)病例討論過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行一定的導(dǎo)向作用，并結(jié)合臨床病例和解剖學(xué)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行全面與系統(tǒng)的總結(jié)。在PBL教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在“角色改變”后，更加積極主動(dòng)的思考問(wèn)題，能夠主動(dòng)發(fā)現(xiàn)解剖學(xué)、生物力學(xué)等知識(shí)對(duì)臨床工作的重要意義，從而激發(fā)學(xué)生對(duì)骨科基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣。

2 運(yùn)用3D打印的PBL教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)和不足

2.1 巧妙地將解剖知識(shí)和臨床相結(jié)合

局部解剖是骨外科臨床學(xué)習(xí)的最基本知識(shí)點(diǎn)，也是學(xué)習(xí)過(guò)程中的難點(diǎn)。這是因?yàn)榧怪八闹趋罃?shù)量眾多，還有包繞其周圍的肌肉、血管和神經(jīng)。如果機(jī)械的記憶一些解剖標(biāo)志，往往是枯燥無(wú)味的，學(xué)習(xí)效果不佳。通過(guò)3D打印模型，學(xué)生可以根據(jù)課前已掌握的醫(yī)學(xué)知識(shí)，去推理疾患的起因、癥狀和體征，進(jìn)而嘗試?yán)眉河械尼t(yī)學(xué)知識(shí)對(duì)骨外科專科疾病診斷提出治療方案，而這種認(rèn)識(shí)的過(guò)程加深了學(xué)生對(duì)解剖結(jié)構(gòu)特殊性的本質(zhì)理解。例如，骨折在大課中己經(jīng)學(xué)習(xí)，學(xué)生都停留在書本上的描述，沒(méi)有感性認(rèn)識(shí)。結(jié)合3D模型的PBL教學(xué)方式，可以使學(xué)生直觀地學(xué)習(xí)解剖結(jié)構(gòu)，使學(xué)生能更好的從病例資料中模擬出患者當(dāng)時(shí)受傷的場(chǎng)景。從解剖結(jié)構(gòu)聯(lián)系到生物力學(xué)特性，從單一的骨折聯(lián)系到系統(tǒng)的診斷和治療，從而推斷出骨折的好發(fā)部位、力學(xué)特性、臨床癥狀、以及出現(xiàn)的并發(fā)癥，進(jìn)而根據(jù)骨折的國(guó)際分型得出臨床診斷，制定治療方案，設(shè)計(jì)手術(shù)方案。在拓展病例的時(shí)候，教師可以設(shè)置一些問(wèn)題，提示病例中涵蓋的知識(shí)，進(jìn)一步使與骨科相關(guān)的知識(shí)在學(xué)生的腦海里激蕩。例如：“股骨頸骨折和股骨轉(zhuǎn)子間骨折的部位非常接近，但治療方法為何不同？同時(shí)股骨轉(zhuǎn)之間骨折為什么固定方式不同？”。在總結(jié)評(píng)價(jià)的時(shí)候，教師可以借助3D模型告訴學(xué)生為什么讓大家掌握這些骨科基礎(chǔ)知識(shí)，它對(duì)臨床工作有什么指導(dǎo)意義。通過(guò)這種教學(xué)方式，使與骨科相關(guān)的知識(shí)在學(xué)生的腦海里不斷的激蕩，很大程度地滿足了學(xué)生對(duì)骨科臨床學(xué)的求知欲，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)的積極性、主觀能動(dòng)性，從而達(dá)到很好的教學(xué)效果。

2.2 培養(yǎng)學(xué)生的臨床思維能力和激勵(lì)創(chuàng)新能力

3D打印模型可以激勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)新能力。PBL教學(xué)所涉及的問(wèn)題是開放的，所設(shè)計(jì)的問(wèn)題與醫(yī)學(xué)前沿技術(shù)有聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生查閱英文原版教材和資料，了解骨科的新醫(yī)療新技術(shù)。通過(guò)討論學(xué)習(xí)，學(xué)生提出臨床解決問(wèn)題的方法，但方法是否正確？是否具有創(chuàng)新性？可以通過(guò)3D打印模型模擬手術(shù)操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。3D模型讓學(xué)生從切口設(shè)計(jì)、選擇手術(shù)入路、模擬合適的內(nèi)固定器械和安裝方法等方面發(fā)揮他們的創(chuàng)新潛能。

2.3 運(yùn)用3D打印模型的PBL教學(xué)的不足

PBL是一種以臨床問(wèn)題來(lái)激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維并引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)把握學(xué)習(xí)內(nèi)容的教學(xué)模式。在引入早期存在一些問(wèn)題，包括：①教室、設(shè)施、教師不足等問(wèn)題，需要耗費(fèi)大量資金；②小班教學(xué)法及PBL授課方式增加教師的工作負(fù)擔(dān)；③PBL教育方式與傳統(tǒng)的教育方式發(fā)生沖突［9］。但通過(guò)不斷的探索和“本土化”改革，這些問(wèn)題已經(jīng)解決。

經(jīng)過(guò)近年來(lái)我校臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)八年制的PBL教學(xué)的實(shí)施，我們發(fā)現(xiàn)PBL教學(xué)的缺陷是整個(gè)病例討論過(guò)程中沒(méi)有學(xué)生和患者之間的感性接觸，與現(xiàn)實(shí)的臨床診療過(guò)程不相符合。PBL教學(xué)法實(shí)施中的核心內(nèi)容是典型病例討論，所提供的案例都是事先設(shè)計(jì)好的，整個(gè)討論過(guò)程病人缺席，學(xué)生不能和病人親自接觸進(jìn)行交流，不能補(bǔ)充病史，不能體會(huì)病人的病痛，不能親自查體，討論只能建立在書面上，不能將理論知識(shí)和臨床病人的表現(xiàn)很好地結(jié)合起來(lái)。

3D打印模型雖然在一定程度上彌補(bǔ)了學(xué)生對(duì)骨科疾病的感性認(rèn)識(shí)，但3D打印的實(shí)物模型仍存在以下不足。首先，3D打印技術(shù)在臨床上的應(yīng)用尚處于初級(jí)階段，需要不斷地完善其技術(shù)；其次，3D打印模型無(wú)軟組織附著，不能完全真實(shí)的再現(xiàn)肌肉、血管和神經(jīng)的走形和分布；再次，3D打印模型模擬手術(shù)的截骨及內(nèi)固定物植入操作與實(shí)際人體內(nèi)的操作過(guò)程的逼真性可能達(dá)不到理想狀態(tài)。

學(xué)生結(jié)束基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)進(jìn)入臨床學(xué)習(xí)階段，臨床思維能力的培養(yǎng)是臨床教學(xué)的重中之重。教師在傳授知識(shí)時(shí)，應(yīng)將臨床診治思維的培養(yǎng)融入到整個(gè)教學(xué)過(guò)程中。在PBL教學(xué)開始之前，教師可以設(shè)置一些有骨科特色性的病例討論，培養(yǎng)學(xué)生通過(guò)病史和體征來(lái)判斷疾病的初步診斷和開立必要的檢驗(yàn)和檢查、通過(guò)已取得的醫(yī)學(xué)資料確定診斷或補(bǔ)充檢查、通過(guò)診斷來(lái)制定治療方案，制定手術(shù)方案和模擬操作的臨床思維模式。例如，設(shè)置一個(gè)合并軟組織損傷的復(fù)雜骨折的臨床場(chǎng)景，教師設(shè)計(jì)一系列問(wèn)題：①局部軟組織損傷時(shí)的手術(shù)時(shí)機(jī)？②如何設(shè)計(jì)手術(shù)切口，避免加重軟組織的損傷又可以避開重要的血管和神經(jīng)？③內(nèi)固定鋼板如何安置才能將粉碎的骨塊固定牢固，同時(shí)又符合生物力學(xué)原則？通過(guò)臨床情景的起伏和波折和開放式問(wèn)題的提示，學(xué)生能體會(huì)到疾病的演變和診療過(guò)程的真實(shí)性，展開熱烈討論，闡述不同的理解和觀點(diǎn)，從而有利于學(xué)生的臨床思維能力的形成和強(qiáng)化。

3 結(jié)語(yǔ)

醫(yī)學(xué)教育只有不斷創(chuàng)新、與時(shí)俱進(jìn)才能保持旺盛的生命力。PBL教學(xué)模式以其明確的目標(biāo)性、充分的自主性、突出的實(shí)踐性、深刻的啟發(fā)性、強(qiáng)烈的綜合性、及時(shí)的評(píng)價(jià)性和密切的合作性深深吸引了學(xué)生和教師［10］。針對(duì)新世紀(jì)對(duì)醫(yī)療人才培養(yǎng)的新要求，我們必須改變傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)方法，盡可能多地采用PBL教學(xué)模式，真正做到以學(xué)生為中心，在師生雙向互動(dòng)中完成教學(xué)任務(wù)。

將3D打印引入骨科PBL教學(xué)中，不僅彌補(bǔ)了PBL教學(xué)的一些不足之處，而且有效地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)骨科知識(shí)的興趣，激發(fā)學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，提高了學(xué)生的邏輯思維能力和分析解決問(wèn)題的能力，值得進(jìn)一步的完善和推廣。

［1］Barrows HS.A taxonomy of problem－based learning methods［J］.Medical Education，1986（20）：481－486.

［2］Davis S.What is PBL and what is case－based learning and how do they differ？［J］.Md Med，2012，13（1）：19－20.

［3］Preeti B，Ashish A，Shriram G.Problem Based Learning（PBL）－An Effective Approach to Improve Learning Outcomes in Medical Teaching［J］.J Clin Diagn Res，2013，7（12）：2896－2897.

［4］侯振江，王 嬌，祁秀玲.PBL教學(xué)模式在我國(guó)醫(yī)學(xué)教育應(yīng)用中的現(xiàn)狀分析 ［J］.醫(yī)學(xué)信息，2010，23（1）：23－24.

［5］李 雁，張?zhí)N璟，馬鴻基，等.臨床醫(yī)學(xué)八年制PBL課程教務(wù)運(yùn)行模式與質(zhì)量評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建與應(yīng)用［J］.西北醫(yī)學(xué)教育，2014，22（1）：146－148.

［6］黃春鋒，楊素清，林慧芳，等.標(biāo)準(zhǔn)化病人在臨床教學(xué)中的發(fā)展回顧與展望［J］.西北醫(yī)學(xué)教育，2014，22（4）：775－778.

［7］陸 聲，徐永清，張?jiān)?，?數(shù)字化技術(shù)在脊柱畸形手術(shù)中的應(yīng)用［J］.中華創(chuàng)傷骨科雜志，2011（12）：1156－1160.

［8］梅 剛，吳衛(wèi)東，歐陽(yáng)鈞，等.跟骨骨折畸形愈合的數(shù)字化虛擬重建及在矯形手術(shù)設(shè)計(jì)中的初步應(yīng)用［J］.中國(guó)臨床解剖學(xué)雜志，2014（3）：2433－2435.

［9］李加樁，鄭紅艷，宋漢君，等.PBL教學(xué)“三步走”改革模式的探索性研究［J］.中國(guó)醫(yī)學(xué)高等教育，2013（9）：98－99.

［10］王力紅，張京利，馬文暉，等.PBL和傳統(tǒng)方法相結(jié)合的模式在醫(yī)院感染學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.首都醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2007（增刊）：213－215.