楊長偉，何大為，陳自強，朱曉東，李 明

第二軍醫(yī)大學長海醫(yī)院：1 骨科；2 外科與野戰(zhàn)外科教研室， 上海 200433

基于三維打印技術的骨科教學模型設計及教學實施體會

楊長偉1,2，何大為1，陳自強1，朱曉東1，李 明1

第二軍醫(yī)大學長海醫(yī)院：1骨科；2外科與野戰(zhàn)外科教研室， 上海 200433

目的 探討應用三維打印技術制作骨科教學模型及教學實施的效果。方法 針對一些局部解剖結構復雜、采用傳統(tǒng)教學方式難以使學生充分理解與掌握的傷病，根據(jù)患者影像學資料，應用三維打印技術制作了系列教學模型，并在教學實踐中應用。結果 采用三維打印模型進行教學的為實驗組，未采用的為對照組，學生對課程的總體評價實驗組(95.2±6.3分)比對照組(84.3±7.2分)高11.2分(95CI：8.3～12.4)(P<0.05)，對教學手段的評分實驗組(98.1±10.3分)比對照組(90.2±8.3分)增加了8.2分(95CI：6.5～9.6)(P<0.05)，學員對課程感到有興趣的百分比對照組為60%，實驗組為78%，實驗組高于對照組(P<0.05)，對知識掌握度也有明顯提高。結論 應用三維打印技術制作教學模型方便快捷，教學效果良好。相信隨著技術的不斷發(fā)展和應用的推廣，該技術在醫(yī)學教育領域也會有越來越廣泛的應用。

三維打??；教學模型；醫(yī)學教育

三維打印技術是一種以數(shù)字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。它是現(xiàn)代制造業(yè)的一次革命性變革，自上世紀90年代誕生以來，在很多領域都得到快速而廣泛的應用[1-3]。

骨科是以肌肉骨骼系統(tǒng)疾病的診治為主要研究對象，在醫(yī)學中是專業(yè)化相對較強的學科。因為該系統(tǒng)傷病本身的特點，其診治對影像學特別依賴。由于很多部位解剖結構和損傷機制的復雜性，所以二維影像學檢查很難全面揭示其特點。而目前三維影像圖像可用的顯示終端缺乏，未充分發(fā)揮其價值。以三維打印技術的出現(xiàn)則可為解決這一問題提供了方便的技術手段。近年來，我們針對一些局部解剖結構復雜、采用傳統(tǒng)教學方式難以使學生充分理解與掌握的傷病，根據(jù)患者影像學資料，應用三維打印技術制作了一些教學模型并應用于教學，收到良好效果，現(xiàn)報道如下。

1 方法

1.1 教學模型的設計和制作

在模型種類的選擇上，主要以解剖結構比較復雜部位為對象制作相關病損模型，如頸椎骨折、脊柱峽部裂、脊柱側后凸、半椎體畸形、骨盆骨折、骶骨腫瘤，等，對于這些疾病的形態(tài)學，教師很難講解，通過傳統(tǒng)影像學和模式圖的教學很難使學生全面理解和掌握。在模型的設計中，我們也對原始影像進行適當修飾，如病損局部放大、顏色強化，等，以便突出其特點，使教學使用時更形象、直觀。在獲得相關三維CT數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)導入三維圖像處理軟件，采用樹脂材料，由三維打印公司進行定制生產(chǎn)。

1.2 三維打印模型在臨床教學中的應用及效果測試

自2013年6月，該文作者們在本科生大班課、實習生帶教、住院醫(yī)師規(guī)范化培訓小講課等多個教學任務中共運用三維打印模型20次，教授各類學員共計500余人次，同時，將相同教學內(nèi)容而未使用三維打印模型教學的部分班次作為對照(對照組)，與采用三維打印模型教學的班次(實驗組)進行比較；在選擇對照時，班次與人數(shù)在兩組間都注意了均衡性和可比性，并自行設計了“教學效果評估調(diào)查表”(如表1所示)，發(fā)放并收回調(diào)查問卷200份(實驗組與對照組各100份)，評估三維打印技術的教學效果。采用SPSS 17軟件進行統(tǒng)計學處理，采用兩組間t檢驗評估定量指標(課程評價、教學手段評價兩項目)的組間差異，采用卡方檢驗比較定性指標(學習興趣)，對掌握度的分析采用秩和檢驗，比較兩組的組間差異，檢驗水準為α=0.05(雙側)。

表1 教學效果調(diào)查表*

*該評估表在教學活動結束后即刻由學生獨立填寫

2 結果

納入研究的總學員人數(shù)為200人，構成如下：本科實習生120人(兩組各60人)，住院醫(yī)師規(guī)范化培訓學員27人(實驗組13人，對照組各14人)，研究生53人(實驗組27人，對照組26人)，兩組在性別、年齡、專業(yè)分布上均無明顯差異；統(tǒng)計結果顯示(如表2所示)，學生對課程的總體評價實驗組(95.2±6.3分)比對照組(84.3±7.2分)高11.2分(95CI：8.3～12.4)(P<0.05)，對教學手段的評分實驗組(98.1±10.3分)比對照組(90.2±8.3分)增加了8.2分(95 CI：6.5～9.6)(P<0.05)，學員對課程感到有興趣的百分比對照組為60%，實驗組為78%，實驗組高于對照組(P<0.05)；對知識掌握度也有明顯提高。這些數(shù)據(jù)顯示，采用三維打印模型提高了學員學習的興趣、增加了對所學知識的掌握程度，因此提高了對整體教學效果的評價。

表2 兩組教學效果的比較

3 討論

3D打印的理念區(qū)別于傳統(tǒng)的“去除型”制造。它無需原胚和模具，能直接根據(jù)計算機圖形數(shù)據(jù)，通過增加材料的方法生成任何形狀的物體，簡化制造程序，縮短研發(fā)周期，提高效率并降低成本，因而被稱為“具有工業(yè)革命意義的制造技術”[4-5]。

這一技術的出現(xiàn)對教學工作也具有重大意義，特別是在教具的制作方面帶來了很大方便：傳統(tǒng)的教具制作受制于需求量小、經(jīng)費有限等問題，很多靠教師手工制作，費事費力，效果也欠佳；而三維打印技術可個性化制作，可與現(xiàn)代醫(yī)學、醫(yī)學影像軟件無縫對接，價格也不貴，正好解決了以上的問題。3D 打印教學模型可以增加課程的生動性、趣味性，這樣使學生能夠更快吸收和消化知識[3-7]。

該研究在實施過程中，很多學員都反映采用3D打印的教學模型仿真性強，更形象直觀，使他們更容易理解復雜的解剖結構。該文的研究結果也表明，采用3D打印教學模型無論是在客觀上還是主觀上都能提高學員的學習興趣和對知識的掌握程度。

事實上3D打印在其他學科的教學中也有很多應用：如有學者將3D打印技術應用于數(shù)學教學中，認為該技術對空間幾何啟蒙教育和培養(yǎng)學生空間思維有很大幫助[8-9]；工程設計類專業(yè)學生也可利用3D打印制作原型，提高其利用所學知識進行實際應用的能力[10]；在國外，很多大中小學都開設了3D打印的課程，以實現(xiàn)個性化創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。

4 結論

3D打印技術方興未艾，正在深刻影響著很多領域，相信隨著技術的不斷發(fā)展和應用的推廣，該技術在醫(yī)學教育領域也會有越來越廣泛的應用，并推動教育事業(yè)的進一步發(fā)展。

[1]黃榮根.對3D打印技術的思考[J].科技創(chuàng)新與應用,2014(20):40-41

[2]姚志濤,買買提吐遜·吐爾地,阿地力·莫明.3D打印成型技術在新疆口腔頜面部創(chuàng)傷雙語教學中的應用[J].繼續(xù)醫(yī)學教育,2014,28(9):107-110

[3]花燕鋒.3D打印技術在教育中的應用研究[J].中小學電教：上,2014(6):16-19

[4]王萍.3D打印及其教育應用初探[J].中國遠程教育,2013(15):83-87

[5]徐新明.第三次工業(yè)革命的生產(chǎn)理念對現(xiàn)代教育教學的啟示[J].長春教育學院學報,2013(15):94-95

[6]黃敏.3D打印向基礎教育走來—訪南京市秦淮區(qū)校園3D研究社團[J].中小學信息技術教育,2014(10):74-76

[7]楊潔,劉瑞儒,霍惠芳.3D打印在教育中的創(chuàng)新應用[J].中國醫(yī)學教育技術,2014,28(1):10-12

[8]王偉偉.3D打印技術在中職教育改革背景下的應用[J].中學時代：理論版,2013(11):22-22

[9]何娟娟.關于計算機“3D打印”技術在數(shù)學教學應用中的思考[J].宿州教育學院學報,2014,17(4):183-184

[10]郭涌.三維打印技術在實訓教學的研究初探[J].南昌教育學院學報,2013(11):108-109

Design and application experience of the orthopedics teaching model based on 3D printing technology

YangChangwei1,2,HeDawei1,ChenZiqiang1,ZhuXiaodong1,LiMing1

1DepartmentofOrthopedics;2DepartmentofSurgeryandFieldSurgery,ChanghaiHospitalofSecondMilitaryMedicalUniversity,Shanghai200433,China

Objective To explore the orthopedics teaching model made with 3D printing technology and its effects of application in teaching. Methods Some local anatomic structures are complex and the traditional teaching method makes it difficult for students to fully understand and grasp injuries and diseases. We applied 3D printing technology to make a series of teaching models based on patients' imaging data and applied the models in teaching practice.Results Students who were taught with 3D printing model were the experimental group while those who were not served as the control group. The students' overall evaluation score was 11.2 points higher in experimental group than in the control group (95.2±6.3 vs. 84.3±7.2,P<0.05). The score of teaching method evaluation was increased by 8.2 points (98.1±10.3 in experimental group vs. 90.2±8.3 in control group,P<0.05). The percentage of students interested in the course was also increased from 60% to 78%. The degree of know- ledge acquisition increased significantly.Conclusion Making teaching models with 3D printing technology is convenient and fast and achieves good teaching results. We believe that the technology will be in increasingly wide use in medical education with constant technological development and popularization.

three-dimensional (3D) printing; teaching model; medical education

該文受到“第二軍醫(yī)大學教學研究與改革項目”及“卓越軍醫(yī)培養(yǎng)體系研究計劃資助”(CMC2014023)

2015-01-29

楊長偉(1978-)，男，江蘇句容人，博士，講師，主治醫(yī)師，主要研究方向：骨科的臨床和教學工作。

何大為(1968-)，男，吉林遼源人，博士，副教授，副主任醫(yī)師，主要研究方向：脊柱外科的臨床和教學工作。 電話：13916316600；E-mail：hedawei2000@sina.com

G434

A

1004-5287(2015)05-0550-03

：10.13566/j.cnki.cmet.cn61-1317/g4.201505022