三維有限元技術(shù)聯(lián)合PBL教學(xué)在骨科研究生臨床教學(xué)中的應(yīng)用

時利軍，高福強(qiáng)，孫 偉，王培旭，李智卓

1. 鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨科（鄭州 450000）

2. 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院研究生院（北京 100730）

3. 中日友好醫(yī)院骨科（北京 100029）

4. 北京大學(xué)中日友好臨床醫(yī)學(xué)院（北京 100029）

隨著社會的快速變革與發(fā)展，人們對于醫(yī)療服務(wù)水平的要求越來越高，這也對醫(yī)學(xué)研究生的教育提出了新的要求?；趩栴}的學(xué)習(xí)（problem-based learning，PBL）是目前國際上比較流行的一種新型教學(xué)方法，該方法有助于在教學(xué)過程中激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生迅速掌握晦澀難懂的專業(yè)知識，提高教學(xué)質(zhì)量[1-4]。三維有限元分析技術(shù)是將三維重建與有限元分析有機(jī)結(jié)合的一種新興前沿學(xué)科，在骨科領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，其也能應(yīng)用于骨科教學(xué)工作中，使骨關(guān)節(jié)疾病具體形象地展現(xiàn)在學(xué)生眼前，極大增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的趣味性[5-8]。目前關(guān)于三維有限元技術(shù)聯(lián)合PBL教學(xué)模式在骨科教學(xué)中應(yīng)用的研究較少[9-11]，據(jù)此本研究對該模式在骨科研究生教學(xué)中的應(yīng)用效果進(jìn)行評估，為骨科研究生臨床教學(xué)提供有效的教學(xué)手段和新的教學(xué)思路。

1 資料與方法

1.1 研究對象

選取2019年9月至2020年12月在中日友好醫(yī)院骨科基地進(jìn)行住院醫(yī)師規(guī)范培訓(xùn)的碩士研究生，采用隨機(jī)數(shù)字表法將其分為A、B、C三組。

1.2 教學(xué)方法

由同一帶教老師進(jìn)行教學(xué)。其中，A組將三維有限元技術(shù)和該學(xué)期骨科學(xué)專業(yè)知識相整合，編撰制定新的教學(xué)課程，采用PBL模式進(jìn)行教學(xué)。學(xué)生成立學(xué)習(xí)小組，以臨床典型病例為出發(fā)點(diǎn)，通過文獻(xiàn)資料查閱，系統(tǒng)學(xué)習(xí)該病相關(guān)的解剖、生理、病理及診療要點(diǎn)，在此過程中提出問題，參考對應(yīng)的三維有限元模型（圖1），進(jìn)行討論和學(xué)習(xí)。B組教學(xué)內(nèi)容為該學(xué)期骨科學(xué)專業(yè)知識，采用PBL教學(xué)模式，但不引入三維有限元技術(shù)教學(xué)方法。在教學(xué)過程中以問題導(dǎo)向?yàn)榛A(chǔ)，以學(xué)生為主體，帶教老師起輔助作用，以小組討論的形式圍繞臨床具體病例或醫(yī)學(xué)某一專題進(jìn)行討論研究學(xué)習(xí)。C組以傳統(tǒng)的授課模式為主，授課方式為幻燈片與板書相結(jié)合。在課堂上教師詳盡的講解內(nèi)容，學(xué)生記錄主要知識點(diǎn)，不懂的內(nèi)容可以提問，課程結(jié)束后布置一定的作業(yè)，在下次授課前對此次講解的內(nèi)容進(jìn)行提問，了解學(xué)生掌握程度。

圖1 以股骨頭壞死為主題建立的三維有限元模型Figure 1. Three-dimensional finite element model based on the osteonecrosis of the femoral head

1.3 評價方法

學(xué)期結(jié)束后對3組學(xué)生骨科理論知識的掌握程度進(jìn)行評估。評估方式包括考試與問卷調(diào)查兩部分?？荚囶}目包括選擇題、填空題、判斷題、名詞解釋、問答題和病例分析題，滿分100分，根據(jù)考試成績可分為優(yōu)良（＞80分）、一般（60～80分）和較差（＜60分）三個等級。調(diào)查問卷圍繞學(xué)生對授課的滿意度、知識掌握程度及課程感興趣度三方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，學(xué)生根據(jù)自己的主觀感受進(jìn)行評分，三方面各5道題，每題1分，總分15分，分?jǐn)?shù)越高表示效果越好。采用不記名方式對兩組學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，問卷當(dāng)場發(fā)放，當(dāng)場回收。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 22.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。學(xué)生的成績分?jǐn)?shù)與對課程的滿意度、掌握度和興趣度等計(jì)量資料以均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差表示，組間比較采用單因素方差分析，組間兩兩比較采用SNK-q檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料以例數(shù)和百分比表示，組間比較采用χ2檢驗(yàn)，組間兩兩比較采用卡方分割法，P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般情況

42名學(xué)生參與并完成了該研究。其中A組男生9人、女生5人，平均年齡25.7±1.7歲；B組男生8人、女生6人，平均年齡25.1±1.5歲；C組男生9人、女生5人，平均年齡25.1±1.7歲，三組學(xué)生在年齡、性別方面差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

2.2 考試成績

A、B、C三組學(xué)生成績優(yōu)良率分別為78.57%、35.71%和21.43%，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.007），進(jìn)一步比較顯示A組學(xué)生成績優(yōu)良率顯著高于B、C兩組（P＜0.05），但B、C兩組間差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.403），見表1。

表1 三組學(xué)生考試成績比較Table 1. Comparison of examination results of three groups of students

2.3 問卷調(diào)查結(jié)果

A、B、C三組學(xué)生在授課的滿意度、知識的掌握度以及課程感興趣度方面存在差異，A組學(xué)生對授課的滿意度、知識的掌握度以及課程感興趣度均顯著高于B、C兩組，見表2。

表2 三組學(xué)生問卷調(diào)查結(jié)果比較Table 2. Comparison of survey results of three groups of students

3 討論

在臨床醫(yī)學(xué)生培養(yǎng)中，骨科教學(xué)是非常重要的組成部分，但骨科學(xué)理論知識與臨床技能復(fù)雜，專業(yè)性較強(qiáng)，技術(shù)能力要求高，一定程度上影響了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和能動性。PBL教學(xué)的特點(diǎn)之一是轉(zhuǎn)換師生教與學(xué)的角色，將學(xué)習(xí)的主動權(quán)交給學(xué)生，以學(xué)生為主體[12-14]，該教學(xué)模式通過設(shè)定場景問題使學(xué)生在主動探索問題答案時既獲得了知識，又增加了與同學(xué)之間的交流，無形之中使學(xué)習(xí)過程變得更加具有趣味性，同時鍛煉了學(xué)生的臨床思維能力[15-17]。1972年，Brlelmans和 Rybicki首次將有限元數(shù)字仿真分析法應(yīng)用于骨科生物力學(xué)研究[6-7]，目前該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于骨科領(lǐng)域，建立了具備較完整結(jié)構(gòu)的關(guān)節(jié)有限元技術(shù)模型，包括軟骨下骨板、皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨、軟骨、壞死骨、關(guān)節(jié)囊、韌帶、肌肉以及各種假體[18-20]。有限元數(shù)字骨科模型能較好的模擬實(shí)體情況，對骨科疾病的發(fā)病機(jī)制和診療手段的探索以及其他數(shù)字化骨科學(xué)技術(shù)的研發(fā)具有重要意義。

目前國內(nèi)外鮮有三維有限元技術(shù)聯(lián)合PBL教學(xué)模式在骨科教學(xué)中應(yīng)用的相關(guān)研究報道。本研究將學(xué)生分為三組，分別采取三維有限元技術(shù)聯(lián)合PBL教學(xué)、單純PBL教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行施教，教學(xué)效果采用學(xué)生考試成績與自評量表分?jǐn)?shù)進(jìn)行綜合評定，結(jié)果顯示三維有限元技術(shù)聯(lián)合PBL教學(xué)組的學(xué)生在成績優(yōu)良率與對授課的滿意度、知識的掌握度以及課程感興趣度方面均顯著高于其他兩組，說明數(shù)字化和現(xiàn)代化的教學(xué)方法與新型教育模式的整合能顯著提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、趣味性，讓學(xué)生能在教師的引導(dǎo)下積極尋找問題的答案，并達(dá)到成績提高的目的，為探索更加新穎高效的教學(xué)模式改革提供了思路。

本研究也存在一定局限性，如樣本量偏少，難以對教學(xué)方法的實(shí)際效果開展深層次、多方位的評估與研究，未來可進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量，豐富研究結(jié)果，增強(qiáng)結(jié)果真實(shí)性與可靠性?？傊?，本研究表明三維有限元技術(shù)聯(lián)合PBL教學(xué)模式對改進(jìn)教學(xué)方法、提高教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生學(xué)習(xí)成績具有一定作用。隨著數(shù)字骨科技術(shù)的不斷發(fā)展，其在研究生教育中發(fā)揮的作用值得進(jìn)一步探討。

志謝 文中部分有限元模型由文鵬飛博士提供，在此感謝。