基于OBE理念的BOPPPS教学方式联合3D打印及增强现实技术在留学生神经外科临床见习教学中的应用

Application of BOPPPS teaching mode based on OBE concept combined with 3D printing and augmented reality technology in clinical internship of Neurosurgery for international students

摘要

目的 该研究基于以结果为导向教育（outcome-based education，OBE）理念的BOPPPS教学方式联合3D打印及增强现实（augmented reality，AR）技术运用于留学生神经外科临床见习教学中，旨在探索更加有效的留学生神经外科临床见习教学模式，提升留学生神经外科临床见习的教学效果。 方法 将82名临床医学本科（MBBS）留学生随机以班级为单位分为试验组（40名）和对照组（42名），试验组采用基于OBE理念的BOPPPS教学方式联合3D打印及AR技术的教学模式，对照组采用传统教学模式，通过理论知识及临床思维考核、个人能力提升评价、教学满意度评价进行教学效果评估。 结果 试验组理论知识及临床思维考核平均成绩为（91.45±5.05）分，对照组为（85.83±8.30）分；试验组个人能力提升评价平均成绩为（90.10±6.04）分，对照组为（76.78±6.38）分；试验组中29名学生（72.5%）对教学效果非常满意，11名学生（27.5%）对教学效果比较满意，对照组中14名学生（33.3%）对教学效果非常满意，28名学生（66.7%）对教学效果比较满意。以上结果两组比较差异具有统计学意义（均P<0.05）。 结论 将基于OBE理念的BOPPPS教学方式联合3D打印及增强现实技术应用于留学生神经外科见习教学具有一定优势，可作为一种有益探索，为留学生神经外科临床见习教学改良提供新的思路。

Abstract

Objective To apply BOPPPS teaching mode based on the outcome-based education (OBE) concept combined with 3D printing and augmented reality (AR) technology in the clinical internship teaching of Neurosurgery for international students, explore a more effective teaching mode and improve the teaching effect of Neurosurgery clinical internship for international students. Methods 82 international students of Bachelor of Medicine & Bachelor of Surgery (MBBS) were randomly divided into the experimental group (40 students) and the control group (42 students). BOPPPS teaching mode based on OBE concept combined with 3D printing and AR technology was used in the teaching of the experimental group, while traditional teaching mode was adopted in the teaching of the control group. Teaching effects were evaluated through assessment of theoretical knowledge and clinical thinking, evaluation of personal ability improvement, and evaluation of teaching satisfaction. Results The average score of theoretical knowledge and clinical thinking assessment of the experimental group was (91.45±5.05), and that of the control group was (85.83±8.30). The average score of personal ability improvement evaluation of the experimental group was (90.10±6.04), while that of the control group was (76.78±6.38). In the experimental group, 29 students (72.5%) were very satisfied with the teaching effect, and 11 students (27.5%) were relatively satisfied with the teaching effect. In the control group, 14 students (33.3%) were very satisfied with the teaching effect, and 28 students (66.7%) were relatively satisfied with the teaching effect. The above results showed statistically significant differences between the two groups (P<0.05). Conclusion The application of BOPPPS teaching mode based on OBE concept combined with 3D printing and AR technology in Neurosurgery clinical internship teaching for international students has certain advantages, which can be a beneficial exploration and provide new ideas for improving the clinical internship teaching of Neurosurgery for international students.

Graphical abstract

关键词

留学生 / 神经外科临床见习 / BOPPPS教学方式 / 3D打印 / 增强现实

Key words

international students / clinical intership of Neurosurgery / BOPPPS teaching mode / 3D printing / augmented reality

临床见习是医学理论知识与临床实践联系的纽带。在临床见习中，医学生首次以“医生”的身份与患者接触并尝试将理论知识运用到临床实践中，对于培养医学生建立科学的临床思维方法、提高解决临床问题的能力至关重要。神经外科是一门专业性和实践性很强的学科，许多内容涉及抽象的神经解剖知识，加之理论课学时有限，学生很难真正掌握理论学习阶段相关知识^[1]。这些特点一方面凸显神经外科临床见习的重要性，另一方面也是神经外科临床见习教学所要面对的难点。在中国高等教育国际化的趋势下，越来越多的留学生来到中国接受高等医学教育^[2]。留学生在医学理论水平、文化背景、思维模式和汉语沟通能力方面与国内学生存在差异^[3]，因此其必须面对神经外科临床见习教学的挑战。如何提高留学生神经外科临床见习教学效果，是神经外科留学生临床教学改革所要解决的关键问题之一。

以结果为导向教育（outcome-based education，OBE）理念是一种以学生通过教育过程所取得的学习成果为教学设计目标的教学理念，其具体实施原则包括清楚聚焦、扩大机会、提高期待以及反向设计^[4]。在临床医学教育中，基于OBE理念的教学设计在提升学生临床思维能力，激发学生学习动力方面具有很好的效果^[5-6]。

BOPPPS教学方式是加拿大教学技能工作坊（instructional skills workshop，ISW）最先提出并广泛推行的一种教学模型。这一教学模型将教学过程分为导言（bridge-in）、目标(objective)、前测(pre-assessment)、参与式学习（participatory learning）、后测(post-assessment)、总结（summary）六个阶段^[7]。BOPPPS教学方式的核心有两点：一是强调学生全方位参与式学习；二是要求根据学生的反馈信息调整后续教学活动^[8]。近年来，BOPPPS教学方式在临床医学教育中得到了广泛地应用，在提升教学效果方面作用显著^[9-10]。

3D（three dimensional）打印技术是基于材料累加概念和层叠制造方法的模型制作技术，被广泛应用于社会各个领域。在临床医学教育中，通过3D打印技术制造高度仿真的解剖模型，能够让学生直观地了解相关疾病的解剖学基础，将抽象的解剖及病理概念具象化，有助于提升教学效果^[11-12]。

增强现实(augmented reality，AR）技术可以将摄像头采集的真实图像与计算机生成的虚拟图像实时地叠加到同一个画面中，从而将真实世界中无法观察到的结构直观地显示出来，实现虚拟与现实的统一。将AR技术运用于神经外科临床教学中，能够实现神经解剖概念的可视化，大大降低学生的学习难度，提升学生的体验感和对知识的接受程度^[13]。

该研究将基于OBE理念的BOPPPS教学方式联合3D打印及增强现实技术运用于留学生神经外科临床见习教学中，并评估其教学效果，以期为留学生神经外科临床见习教学改革提供新的思路。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

选取2023年3月在西安交通大学第一附属医院神经外科参加临床见习的临床医学本科（MBBS）留学生82名，随机以班级为单位分为试验组（n=40）和对照组（n=42）。

1.2 研究方法

1.2.1 试验组教学方法实施

①OBE理念下的神经外科留学生见习教学指导原则的制订

OBE的核心理念为“明确教学目标下的反向教学设计、以学生为中心的教与学的实施、反馈后持续改进的教学评估”。在这一理念指导下，制订神经外科留学生见习教学指导原则，具体体现在以下四个方面：

清楚聚焦 制订详尽的见习目标，包括专业知识掌握及医学人文素养的培养，以上述目标为导向设计整个见习教学环节。

扩大机会 在教学设计上给学生更多参与的机会，鼓励学生积极参与整个教学过程，以学生为主体开展病例汇报、相互探讨、组间讨论，教师注意观察学生学习状态，并答疑解惑，促进学生临床诊治思维的培养。

提高期待 通过阶段性目标的制订及正向反馈机制，使学生将对完成学习目标的渴望转化为自觉学习的内驱力

反向设计 通过课堂反馈、学生个人能力提升的评价，学生满意度评价等，及时反馈并持续改进各个教学环节。

②OBE理念下的BOPPPS教学方法在神经外科留学生见习教学中具体实施方案的构建

根据基于OBE理念的神经外科留学生见习教学指导原则，通过BOPPPS教学方法构建神经外科留学生见习教学具体实施方案（如图1所示），包含以下几个步骤：

导言 开展讨论式案例教学。通过“讲故事”引出具体问题，从而激发学生的学习兴趣。

目标 制订见习教学目标。即学生在见习教学过程中能够主动与患者或家属进行有效沟通并采集患者病史；在见习完成后，针对具体病种，能够说出三种相关的主要临床表现，能够制定相应的治疗计划；学生之间能够体现组内互助，共同完成见习目标。

前测 为了解学生课前对神经外科相关理论知识的掌握程度。测试题目类型选择与国家执业医师资格考试“临床执业医师”A2型题类似，内容侧重于神经外科疾病的病因、发病机制和临床表现。同时为进一步了解学生课前对临床见习的理解程度，抽出一个小组现场让学生进行角色扮演、模拟病房情景，教师提出意见，学生及时改正，然后再进入神经外科病房见习

参与式学习 选择中文水平较好、组织能力和责任心较强的学生担任小组长，每8~10人为一个学习小组。由小组长安排组员的具体任务，包括病史采集、体格检查、辅助检查的分析、诊断和鉴别诊断、治疗原则的制定等方面，各司其职，并注意组内成员之间的相互协作。以小组为单位讨论患者诊疗计划、拟与患者及其家属沟通的内容、注意事项等。在见习过程中以组为单位完成教师安排的教学任务。教师指导学生参与案例讨论，积极踊跃发言，逐渐培养临床诊治思维能力。

后测 题目选择与国家执业医师资格考试“临床执业医师”A3/A4型题类似，对学生进行小组测试，考查学生的实际应用能力，其目的是培养学生的团队合作能力和临床诊疗思维。

总结 教师总结学生临床见习表现和各小组任务完成情况，解读学科知识新进展，扩宽知识面，让学生真实掌握作为一名医师日常诊疗的流程以及医患沟通交流技巧。各小组选派一名学生当场发言，表达自己或小组在见习课中的收获和感想并提出改进意见。

③基于3D打印及AR技术的定制化见习教学辅助工具的构建及运用

基于前期对3D打印及AR技术的研究成果，在见习开始前，对已选定的示教患者相应的影像学资料进行3D建模，结合多模态影像融合技术，构建个体化的教学辅助工具。患者头颅外层模型以3D打印技术进行模型的实体化构建，内部结构包括脑组织、病灶、血管等通过多模态影像融合技术构建三维可视化模型，并以AR技术在外层实体模型上进行叠加（如图2所示）。在见习教学中，这一定制化见习教学工具主要运用于参与式学习这一教学环节（如图1所示）。

1.2.2 对照组教方法实施

对照组采用传统的见习教学方案，即教师首先通过理论讲授的方式对本次见习的相关理论知识进行讲解，并介绍见习注意事项；随后学生跟随教师进入病房进行临床见习，在临床见习结束后，教师进行总结并答疑。

1.3 教学效果评估

在见习教学结束后，试验组及对照组学生均进行教学效果评估，具体包括三个方面。

①理论知识及临床思维考核

两组学生在神经外科见习结束后，统一进行相关理论知识及临床思维考核，考核参照国家执业医师资格考试形式进行，考核范围为神经外科见习的相关内容，满分100分。

②个人能力提升评价

基于OBE理念制定“个人能力提升评价量表”。神经外科见习全部结束后，授课教师对两组学生个人能力提升情况做出评价，评价量表内容包括5个方面：语言表达能力、互动能力、主动学习能力、职业素养和人文关怀，每项20分，满分100分。

③教学满意度评价

神经外科见习教学结束后一周内，采用网络问卷调查的形式了解试验组及对照组学生对各自教学效果的满意度，分为“非常满意”“比较满意”“不满意”三个等级。

1.4 统计分析方法

所有数据采用SPSS 25.0软件进行统计分析，计量资料以(x±s)表示，两组比较采用t检验；计数资料以n(%)表示，采用χ²检验进行组间比较。以P<0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 研究对象一般情况

试验组40名学生中，男性24名（60%），女性16名（40%），平均年龄（25.23±1.90）岁；对照组42名学生中，男性23名（54.8%），女性19名（45.2%），平均年龄（24.83±1.97）岁。两组学生性别（χ²=0.230，P=0.632）及年龄（t=0.914，P=0.363）分布差异均无统计学意义。

2.2 理论知识及临床思维考核结果

试验组理论知识及临床思维考核平均成绩为（91.45±5.05）分，高于对照组的（85.83±8.30）分，差异具有统计学意义（t=3.720，P=0.001）。

2.3 个人能力提升评价结果

试验组个人能力提升评价平均成绩为（90.10±6.04）分，高于对照组的（76.78±6.38）分，差异有统计学意义（t=9.696，P=0.001）。

2.4 教学满意度评价结果

试验组中29名学生（72.5%）对教学效果非常满意，11名学生（27.5%）对教学效果比较满意。对照组中14名学生（33.3%）对教学效果非常满意，28名学生（66.7%）对教学效果比较满意。两组均无选择“不满意”的学生。两组差异具有统计学意义（χ²=12.602，P=0.001）。

3 讨论

3.1 神经外科临床见习面临的主要问题

①传统教学模式下的神经外科见习教学效果差强人意

在传统的以教师为中心的教学模式下，教学专注于知识本身的记忆，虽实现了知识结构的全面性和系统性，但学生却很少真正有机会利用理论知识解决实际的临床问题，因此难以获得满意的教学效果^[1]。加之神经外科专业性极强，在传统教学模式下，学生常常感到相关知识点难以掌握，从而产生厌学心理，对临床见习产生畏惧心理^[14]。

②神经系统的复杂性对神经外科见习教学的影响

由于神经系统解剖及功能的复杂性，神经系统疾病一直以来都是临床教学的难点^[15]。在教学实践中研究者发现，医学生接触神经外科专业时间尚短，难以短时间内通过症状、体征及影像资料等信息在头脑中形成对疾病的全面具体印象，影响学生对于神经外科疾病病因、病理生理、诊断及治疗等相关知识点的掌握^[13]。

③学生对参与神经外科临床见习缺乏兴趣

由于上述两点因素，加之在传统的临床见习教学模式下，学生处于被动接受知识的状态，缺乏主观能动性，因此学生对参与神经外科临床见习缺乏兴趣。另外，部分学生认为神经外科知识专业性太强，且未来并不会从事该专业或者觉得未来碰到相关患者可能性较小，因此，不愿积极参与神经外科临床见习。

3.2 留学生临床见习面临的主要问题

在中国高等教育国际化以及留学生教育蓬勃发展的形势下，留学生培养已成为高等医学教育的重要组成部分，也是评价高等医学教育质量的重要指标之一^[2]。留学生由于医学专业基础、文化背景和语言沟通水平不同，因此必须在教学活动中抓住不同学生特点有的放矢，这是留学生教学的重点和难点^[3]。在留学生神经外科临床见习教学中，除了存在上述临床见习教学的普遍问题外，还面临一些特殊的问题。

①留学生与患者交流障碍

临床见习时必然要与患者面对面交流，询问病史、查体等。留学生与患者的直接交流受到语言及文化差异的影响，通常要借助教师逐句翻译，这种医患交流方式，不但拖延了课程进度，也大大影响见习效果。此外，有些患者也不愿意详细、深入地与留学生见习医生沟通，这几乎成了临床见习教学的主要障碍。

②教学方法不能适应留学生的思维习惯

在传统的教学模式下，临床见习的教学方法多为灌输式教学。而留学生由于文化及教育背景的差异，更倾向于接受课堂气氛活泼、互相提问、讨论互动的教学方式。

③部分留学生理论知识薄弱

部分留学生在医学理论课学习过程中没有能够很好地掌握相关基础知识，因此在传统教学模式下，这部分学生难以在临床见习过程中对于专科疾病的病因、诊断及治疗原则形成系统化的认识，导致临床见习达不到应有的教学效果。

3.3 基于OBE理念的BOPPPS教学方式联合3D打印及增强现实技术有效提升留学生神经外科临床见习教学效果

研究中我们发现，通过基于OBE理念的BOPPPS教学方式进行留学生神经外科见习教学，能够充分调动学生的主观能动性及学习积极性，提高学生学习兴趣和知识的掌握程度，加速推进临床见习模式实现从“以教为中心”到“以学为中心”的转变。在这一新的教学方式下，学生基于既定的学习目标，以小组为单位按照各自任务的分工进行临床见习并展开讨论。在这一过程中，充分发挥部分学生汉语水平较好及基础知识扎实的优势，同组学生相互帮助，共同完成见习目标。同时，通过引入3D打印及增强现实技术这一虚实结合的教学辅助工具，学生可以从不同角度直观地观察患者病变与周围组织的解剖关系，病变的体表投影位置等，从而更好地理解患者症状体征产生的原因。另外，学生还可以围绕该模型讨论患者手术治疗方案的制订，术中需要注意保护的重要结构等。通过这一教学辅助工具，既可以将见习教学中的问诊、查体与随后的讨论环节有机结合，又可以作为讨论某一特定疾病的病因、病理、解剖基础、治疗方案等等的主线，做到知识的融会贯通。因此，基于OBE理念的BOPPPS教学方式联合3D打印及增强现实技术很好地解决了传统教学模式下留学生神经外科见习所面临的问题。研究者通过对教学效果的评估发现，在新的教学方式下，学生临床见习的效果得到了明显提升。不论是关键知识点的掌握程度，还是个人能力的提升，试验组学生都较对照组学生有显著的提高。相较于传统教学方法，学生对这一新的教学方式满意度更高。

3.4 研究的不足和局限性

尽管基于OBE理念的BOPPPS教学方式联合3D打印及增强现实技术在留学生神经外科见习教学中取得了较好的教学效果。然而，在教学研究的实施中研究者发现，该教学模式运用于留学生临床教学还存在一定的局限性。首先，在这一教学模式下，整个教学活动以互动交流为主，这对教师的英语口语水平提出了更高的要求；其次，在讨论互动环节，留学生课堂气氛较为活跃，有时会出现讨论内容偏离主题的情况，这就需要教师有较强的课堂掌控能力，合理把握讨论时长，并适时将讨论带回主线；第三，由于3D打印及多模态影像融合对原始影像资料的质量有较高要求，同时需要教师掌握相关影像重建技术，因此对设备和技术的要求也会在一定程度上制约这一教学模式的开展；最后，这一教学模式在前期教学方案设计、教具准备等环节需要花费较长时间，任课教师独立完成难度较大，需要教学团队协作才能开展。同时，本研究本身也存在一些不足。基于OBE理念的BOPPPS教学方式其中一项重要的教学指导原则即反向设计，要求通过课堂反馈、学生个人能力提升的评价，学生满意度评价等及时反馈并持续改进各个教学环节。该研究作为一项探索性研究，未能体现这一教学模式“持续改进”的优势。在今后的教学研究中，可以通过多批次的临床见习教学实践，通过纵向比较来评估该教学模式在不断优化教学设计方面对教学效果的提升作用。

总之，将基于OBE理念的BOPPPS教学方式联合3D打印及增强现实技术应用于留学生神经外科见习教学中具有一定优势，可作为一种有益探索，为留学生神经外科临床见习教学改良提供新的思路。

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基金资助

西安交通大学第一附属医院教学改革研究项目(JG2023-0401)

陕西省重点研发计划项目(2024SF-YBXM-047)