Estudiar la aplicación de una combinación de tecnología de imágenes 3D y un modo de aprendizaje basado en problemas en la formación clínica relacionada con la cirugía de columna.
En total, se seleccionaron 106 estudiantes del programa de cinco años de la especialidad de Medicina Clínica para participar en el estudio. Estos estudiantes realizarán sus prácticas en el departamento de ortopedia del hospital afiliado a la Universidad Médica de Xuzhou en 2021. Se dividieron aleatoriamente en dos grupos: experimental y de control, con 53 estudiantes en cada grupo. El grupo experimental utilizó una combinación de tecnología de imágenes 3D y el método de aprendizaje basado en problemas (ABP), mientras que el grupo de control empleó el método de aprendizaje tradicional. Tras la capacitación, se comparó la efectividad del entrenamiento en ambos grupos mediante pruebas y cuestionarios.
La puntuación total en la prueba teórica de los alumnos del grupo experimental fue superior a la de los alumnos del grupo de control. Los alumnos de ambos grupos evaluaron de forma independiente sus calificaciones en la clase, siendo las de los alumnos del grupo experimental superiores a las de los alumnos del grupo de control (P < 0,05). El interés por el aprendizaje, el ambiente en el aula, la interacción en clase y la satisfacción con la enseñanza fueron mayores entre los alumnos del grupo experimental que en el grupo de control (P < 0,05).
La combinación de la tecnología de imágenes 3D y el modelo de aprendizaje basado en problemas (ABP) en la enseñanza de la cirugía de columna puede mejorar la eficiencia del aprendizaje y el interés de los estudiantes, además de promover el desarrollo de su pensamiento clínico.
En los últimos años, debido a la continua acumulación de conocimiento clínico y tecnología, la cuestión de qué tipo de educación médica puede reducir eficazmente el tiempo que lleva la transición de estudiantes de medicina a médicos y formar rápidamente residentes excelentes se ha convertido en un tema de preocupación y ha atraído mucha atención [1]. La práctica clínica es una etapa importante en el desarrollo del pensamiento clínico y las habilidades prácticas de los estudiantes de medicina. En particular, las operaciones quirúrgicas imponen requisitos estrictos a las habilidades prácticas de los estudiantes y al conocimiento de la anatomía humana.
En la actualidad, el estilo tradicional de enseñanza mediante clases magistrales sigue predominando en las escuelas y en la medicina clínica [2]. Este método se centra en el profesor: el docente se sitúa en un atril y transmite conocimientos a los alumnos mediante métodos tradicionales como libros de texto y materiales didácticos multimedia. Todo el curso es impartido por un único profesor. Los alumnos, en su mayoría, escuchan las clases magistrales, y las oportunidades para el debate libre y las preguntas son limitadas. En consecuencia, este proceso puede convertirse fácilmente en un adoctrinamiento unilateral por parte del profesor, mientras que los alumnos aceptan pasivamente la situación. Por lo tanto, durante el proceso de enseñanza, los profesores suelen constatar que el entusiasmo de los alumnos por aprender es bajo, lo que repercute negativamente en el resultado. Además, resulta difícil describir con claridad la compleja estructura de la columna vertebral mediante imágenes bidimensionales como presentaciones de PowerPoint, libros de texto de anatomía e ilustraciones, lo que dificulta la comprensión y el dominio de este conocimiento por parte de los alumnos [3].
En 1969, se probó un nuevo método de enseñanza, el aprendizaje basado en problemas (ABP), en la Facultad de Medicina de la Universidad McMaster en Canadá. A diferencia de los métodos de enseñanza tradicionales, el proceso de aprendizaje ABP trata a los estudiantes como una parte central del proceso de aprendizaje y utiliza preguntas relevantes como estímulos para permitirles aprender, discutir y colaborar de forma independiente en grupos, formulando preguntas activamente y buscando respuestas en lugar de aceptarlas pasivamente. [5]. En el proceso de análisis y resolución de problemas, se desarrolla la capacidad de los estudiantes para el aprendizaje independiente y el pensamiento lógico [6]. Además, gracias al desarrollo de las tecnologías médicas digitales, los métodos de enseñanza clínica también se han enriquecido significativamente. La tecnología de imágenes 3D (3DV) toma datos brutos de imágenes médicas, los importa a un software de modelado para la reconstrucción 3D y luego procesa los datos para crear un modelo 3D. Este método supera las limitaciones del modelo de enseñanza tradicional, moviliza la atención de los estudiantes de muchas maneras y les ayuda a dominar rápidamente estructuras anatómicas complejas [7, 8], especialmente en la educación ortopédica. Por lo tanto, este artículo combina estos dos métodos para estudiar el efecto de combinar el ABP con la tecnología 3DV y el modo de aprendizaje tradicional en la aplicación práctica. El resultado es el siguiente.
El objeto del estudio fueron 106 estudiantes que ingresaron a la práctica de cirugía de columna de nuestro hospital en 2021, quienes fueron divididos en grupos experimental y de control mediante una tabla de números aleatorios, con 53 estudiantes en cada grupo. El grupo experimental estuvo compuesto por 25 hombres y 28 mujeres de entre 21 y 23 años, con una edad media de 22,6 ± 0,8 años. El grupo de control incluyó 26 hombres y 27 mujeres de entre 21 y 24 años, con una edad media de 22,6 ± 0,9 años; todos los estudiantes eran internos. No se observaron diferencias significativas en edad ni género entre los dos grupos (p > 0,05).
Los criterios de inclusión son los siguientes: (1) Estudiantes de cuarto año de licenciatura clínica a tiempo completo; (2) Estudiantes que puedan expresar claramente sus verdaderos sentimientos; (3) Estudiantes que puedan comprender y participar voluntariamente en todo el proceso de este estudio y firmar el formulario de consentimiento informado. Los criterios de exclusión son los siguientes: (1) Estudiantes que no cumplan con ninguno de los criterios de inclusión; (2) Estudiantes que no deseen participar en esta formación por motivos personales; (3) Estudiantes con experiencia docente en aprendizaje basado en problemas (ABP).
Importe los datos brutos de la tomografía computarizada (TC) al software de simulación e importe el modelo resultante a un software de entrenamiento especializado para su visualización. El modelo consta de tejido óseo, discos intervertebrales y nervios espinales (Fig. 1). Las diferentes partes se representan con distintos colores, y el modelo se puede ampliar y rotar según se desee. La principal ventaja de esta estrategia es que se pueden superponer capas de TC al modelo y ajustar la transparencia de las diferentes partes para evitar la oclusión.
a Vista posterior y b Vista lateral. En L1, L3 y la pelvis del modelo son transparentes. d Después de fusionar la imagen de la sección transversal de la TC con el modelo, puede moverla hacia arriba y hacia abajo para configurar diferentes planos de TC. e Modelo combinado de imágenes de TC sagitales y uso de instrucciones ocultas para procesar L1 y L3.
El contenido principal de la capacitación es el siguiente: 1) Diagnóstico y tratamiento de enfermedades comunes en cirugía de columna; 2) Conocimiento de la anatomía de la columna, razonamiento y comprensión de la aparición y el desarrollo de enfermedades; 3) Videos operacionales que enseñan conocimientos básicos. Etapas de la cirugía de columna convencional; 4) Visualización de enfermedades típicas en cirugía de columna; 5) Conocimientos teóricos clásicos para memorizar, incluyendo la teoría de la columna de tres columnas de Dennis, la clasificación de fracturas de columna y la clasificación de hernias lumbares.
Grupo experimental: El método de enseñanza se combina con el aprendizaje basado en problemas (ABP) y la tecnología de imágenes 3D. Este método incluye los siguientes aspectos: 1) Preparación de casos típicos en cirugía de columna: Se discuten casos de espondilosis cervical, hernia discal lumbar y fracturas por compresión piramidal, centrándose cada caso en diferentes puntos de conocimiento. Los casos, los modelos 3D y los videos quirúrgicos se envían a los estudiantes una semana antes de la clase y se les anima a utilizar el modelo 3D para poner a prueba sus conocimientos anatómicos. 2) Preparación previa: 10 minutos antes de la clase, se introduce a los estudiantes al proceso específico de aprendizaje basado en problemas, se les anima a participar activamente, a aprovechar al máximo el tiempo y a completar las tareas con criterio. La agrupación se realizó tras obtener el consentimiento de todos los participantes. Se forman grupos de 8 a 10 estudiantes, que se dividen libremente para buscar información sobre los casos, reflexionar sobre el estudio individual, participar en discusiones grupales, responderse entre sí, resumir los puntos principales, generar datos sistemáticos y registrar la discusión. Seleccione a un estudiante con sólidas habilidades organizativas y expresivas como líder de grupo para organizar discusiones y presentaciones grupales. 3) Guía del profesor: Los profesores utilizan el software de simulación para explicar la anatomía de la columna vertebral en combinación con casos típicos, y permiten a los estudiantes usar activamente el software para realizar operaciones como zoom, rotación, reposicionamiento de TC y ajuste de transparencia de tejidos; para tener una comprensión y memorización más profunda de la estructura de la enfermedad, y ayudarlos a pensar de manera independiente sobre los vínculos principales en el inicio, desarrollo y curso de la enfermedad. 4) Intercambio de puntos de vista y discusión. En respuesta a las preguntas enumeradas antes de la clase, dé discursos para la discusión en clase e invite a cada líder de grupo a informar sobre los resultados de la discusión grupal después de un tiempo suficiente para la discusión. Durante este tiempo, el grupo puede hacer preguntas y ayudarse mutuamente, mientras que el profesor debe enumerar y comprender cuidadosamente los estilos de pensamiento de los estudiantes y los problemas asociados con ellos. 5) Resumen: Después de analizar a los estudiantes, el profesor comentará su desempeño, resumirá y responderá en detalle algunas preguntas comunes y controvertidas, y delineará la dirección del aprendizaje futuro para que los estudiantes puedan adaptarse al método de enseñanza basado en problemas (ABP).
El grupo de control utiliza el método de aprendizaje tradicional, indicando a los estudiantes que revisen los materiales antes de clase. Para impartir las clases teóricas, los profesores utilizan pizarras blancas, material didáctico multimedia, vídeos, ejemplos prácticos y otros recursos didácticos, y organizan el curso de formación de acuerdo con los materiales didácticos. Como complemento al currículo, este proceso se centra en las dificultades relevantes y los puntos clave del libro de texto. Tras la clase, el profesor resume el material y anima a los estudiantes a memorizar y comprender los conocimientos pertinentes.
De acuerdo con el contenido de la capacitación, se adoptó un examen a libro cerrado. Las preguntas objetivas se seleccionaron de preguntas relevantes formuladas por profesionales médicos a lo largo de los años. Las preguntas subjetivas fueron formuladas por el Departamento de Ortopedia y finalmente evaluadas por miembros del profesorado que no realizaron el examen. Participan en el aprendizaje. La calificación máxima del examen es de 100 puntos, y su contenido incluye principalmente las siguientes dos partes: 1) Preguntas objetivas (principalmente de opción múltiple), que evalúan principalmente el dominio de los elementos de conocimiento por parte de los estudiantes, que representan el 50% de la calificación total; 2) Preguntas subjetivas (preguntas de análisis de casos), centradas principalmente en la comprensión y el análisis sistemáticos de las enfermedades por parte de los estudiantes, que representan el 50% de la calificación total.
Al finalizar el curso, se presentó un cuestionario compuesto por dos partes y nueve preguntas. El contenido principal de estas preguntas corresponde a los ítems presentados en la tabla, y los estudiantes deben responderlas con una puntuación máxima de 10 puntos y una mínima de 1 punto. Las puntuaciones más altas indican una mayor satisfacción del estudiante. Las preguntas de la Tabla 2 tratan sobre si la combinación de los modos de aprendizaje PBL y 3DV puede ayudar a los estudiantes a comprender conocimientos profesionales complejos. Los ítems de la Tabla 3 reflejan la satisfacción de los estudiantes con ambos modos de aprendizaje.
Todos los datos se analizaron con el software SPSS 25; los resultados se expresaron como media ± desviación estándar (x ± s). Los datos cuantitativos se analizaron mediante ANOVA unidireccional, los datos cualitativos mediante la prueba χ² y se aplicó la corrección de Bonferroni para comparaciones múltiples. Se consideró una diferencia significativa (p < 0,05).
Los resultados del análisis estadístico de los dos grupos mostraron que las puntuaciones en las preguntas objetivas (preguntas de opción múltiple) de los estudiantes del grupo de control fueron significativamente más altas que las de los estudiantes del grupo experimental (P < 0,05), y las puntuaciones de los estudiantes del grupo de control fueron significativamente más altas que las de los estudiantes del grupo experimental (P < 0,05). Las puntuaciones en las preguntas subjetivas (preguntas de análisis de casos) de los estudiantes del grupo experimental fueron significativamente más altas que las de los estudiantes del grupo de control (P < 0,01), véase la Tabla 1.
Tras cada clase, se distribuyeron cuestionarios anónimos. En total, se distribuyeron 106 cuestionarios, de los cuales se recuperaron 106, lo que representa una tasa de recuperación del 100 %. Todos los formularios fueron completados. La comparación de los resultados de la encuesta sobre el grado de conocimiento profesional entre los dos grupos de estudiantes reveló que los estudiantes del grupo experimental dominan las principales etapas de la cirugía de columna, la planificación quirúrgica, la clasificación clásica de las enfermedades, etc. La diferencia fue estadísticamente significativa (p < 0,05), como se muestra en la Tabla 2.
Comparación de las respuestas a los cuestionarios sobre satisfacción docente entre los dos grupos: los estudiantes del grupo experimental obtuvieron puntuaciones más altas que los del grupo de control en cuanto a interés por el aprendizaje, ambiente en el aula, interacción en clase y satisfacción con la docencia. La diferencia fue estadísticamente significativa (p < 0,05). Los detalles se muestran en la Tabla 3.
Con la continua acumulación y desarrollo de la ciencia y la tecnología, especialmente al entrar en el siglo XXI, el trabajo clínico en los hospitales se está volviendo cada vez más complejo. Para asegurar que los estudiantes de medicina puedan adaptarse rápidamente al trabajo clínico y desarrollar talentos médicos de alta calidad para el beneficio de la sociedad, la instrucción tradicional y un modo de estudio unificado encuentran dificultades para resolver problemas clínicos prácticos. El modelo tradicional de educación médica en mi país tiene las ventajas de una gran cantidad de información en el aula, bajos requisitos ambientales y un sistema de conocimiento pedagógico que puede satisfacer básicamente las necesidades de la enseñanza de cursos teóricos [9]. Sin embargo, esta forma de educación puede fácilmente conducir a una brecha entre la teoría y la práctica, una disminución de la iniciativa y el entusiasmo de los estudiantes por el aprendizaje, una incapacidad para analizar de manera integral enfermedades complejas en la práctica clínica y, por lo tanto, no puede cumplir con los requisitos de la educación médica superior. En los últimos años, el nivel de cirugía de columna en mi país ha aumentado rápidamente y la enseñanza de la cirugía de columna ha enfrentado nuevos desafíos. Durante la formación de los estudiantes de medicina, la parte más difícil de la cirugía es la ortopedia, especialmente la cirugía de columna. Los puntos de conocimiento son relativamente triviales y conciernen no solo a deformidades e infecciones de la columna vertebral, sino también a lesiones y tumores óseos. Estos conceptos no solo son abstractos y complejos, sino que también están estrechamente relacionados con la anatomía, la patología, las imágenes, la biomecánica y otras disciplinas, lo que dificulta su comprensión y memorización. Al mismo tiempo, muchas áreas de la cirugía de columna se desarrollan rápidamente y el conocimiento contenido en los libros de texto existentes está desactualizado, lo que dificulta la enseñanza. Por lo tanto, cambiar el método de enseñanza tradicional e incorporar los últimos avances en la investigación internacional puede hacer que la enseñanza del conocimiento teórico relevante sea práctica, mejorar la capacidad de razonamiento lógico de los estudiantes y fomentar su pensamiento crítico. Es urgente abordar estas deficiencias en el proceso de aprendizaje actual para explorar los límites del conocimiento médico moderno y superar las barreras tradicionales [10].
El modelo de aprendizaje basado en problemas (ABP) es un método de aprendizaje centrado en el alumno. Mediante el aprendizaje heurístico e independiente y la discusión interactiva, los estudiantes pueden desarrollar plenamente su entusiasmo y pasar de la aceptación pasiva del conocimiento a la participación activa en la enseñanza del profesor. En comparación con el aprendizaje basado en clases magistrales, los estudiantes que participan en el ABP disponen de tiempo suficiente para utilizar libros de texto, internet y software para buscar respuestas a sus preguntas, pensar de forma independiente y debatir temas relacionados en un entorno grupal. Este método desarrolla la capacidad de los estudiantes para pensar de forma independiente, analizar problemas y resolverlos [11]. En el proceso de debate libre, diferentes estudiantes pueden tener diversas ideas sobre un mismo tema, lo que les proporciona una plataforma para ampliar su pensamiento. Desarrollan el pensamiento creativo y la capacidad de razonamiento lógico a través del pensamiento continuo, y desarrollan la capacidad de expresión oral y el espíritu de equipo mediante la comunicación entre compañeros [12]. Lo más importante es que la enseñanza basada en ABP permite a los estudiantes comprender cómo analizar, organizar y aplicar el conocimiento pertinente, dominar los métodos de enseñanza correctos y mejorar sus habilidades integrales [13]. Durante nuestro proceso de estudio, encontramos que los estudiantes estaban más interesados en aprender a usar el software de imágenes 3D que en comprender conceptos médicos profesionales aburridos de los libros de texto, por lo que en nuestro estudio, los estudiantes en el grupo experimental tienden a estar más motivados para participar en el proceso de aprendizaje. mejor que el grupo de control. Los maestros deben alentar a los estudiantes a hablar con confianza, desarrollar la conciencia de los estudiantes sobre el tema y estimular su interés en participar en discusiones. Los resultados de la prueba muestran que, según el conocimiento de la memoria mecánica, el desempeño de los estudiantes en el grupo experimental es menor que el del grupo de control, sin embargo, en el análisis de un caso clínico, que requiere la aplicación compleja del conocimiento relevante, el desempeño de los estudiantes en el grupo experimental es mucho mejor que en el grupo de control, lo que enfatiza la relación entre 3DV y el grupo de control. Beneficios de combinar la medicina tradicional. El método de enseñanza PBL tiene como objetivo desarrollar las habilidades integrales de los estudiantes.
La enseñanza de la anatomía es fundamental en la formación clínica de la cirugía de columna. Debido a la compleja estructura de la columna y a que la intervención quirúrgica involucra tejidos importantes como la médula espinal, los nervios espinales y los vasos sanguíneos, los estudiantes necesitan desarrollar una buena percepción espacial para comprender el tema. Anteriormente, utilizaban imágenes bidimensionales, como ilustraciones de libros de texto y vídeos, para explicar los conocimientos relevantes. Sin embargo, a pesar de la cantidad de material disponible, carecían de una comprensión intuitiva y tridimensional, lo que dificultaba su aprendizaje. En vista de las características fisiológicas y patológicas relativamente complejas de la columna, como la relación entre los nervios espinales y los segmentos vertebrales, y en algunos aspectos importantes y difíciles, como la caracterización y clasificación de las fracturas vertebrales cervicales, muchos estudiantes manifestaron que el contenido de la cirugía de columna era abstracto y que no lograban comprenderlo completamente durante sus estudios. Además, olvidaban los conocimientos adquiridos poco después de clase, lo que les generaba dificultades en su trabajo diario.
Utilizando tecnología de visualización 3D, el autor presenta a los estudiantes imágenes 3D claras, cuyas diferentes partes están representadas por distintos colores. Gracias a operaciones como rotación, escalado y transparencia, el modelo de columna y las imágenes de TC se pueden visualizar en capas. No solo se pueden observar claramente las características anatómicas del cuerpo vertebral, sino que también se estimula el deseo de los estudiantes de obtener una imagen de TC de la columna vertebral, lo que refuerza aún más el conocimiento en el campo de la visualización. A diferencia de los modelos y herramientas de enseñanza utilizados en el pasado, la función de procesamiento transparente puede resolver eficazmente el problema de la oclusión, y es más conveniente para que los estudiantes observen la fina estructura anatómica y la compleja dirección de los nervios, especialmente para los principiantes. Los estudiantes pueden trabajar libremente siempre que traigan sus propios ordenadores, y prácticamente no hay costes asociados. Este método es un sustituto ideal para la formación tradicional con imágenes 2D [14]. En este estudio, el grupo de control obtuvo mejores resultados en las preguntas objetivas, lo que indica que el modelo de enseñanza de la clase magistral no puede descartarse por completo y aún tiene cierto valor en la enseñanza clínica de la cirugía de columna. Este descubrimiento nos llevó a considerar la posibilidad de combinar el modelo de aprendizaje tradicional con el modelo de aprendizaje basado en problemas (ABP), mejorado con tecnología de visualización 3D, dirigido a diferentes tipos de exámenes y estudiantes de distintos niveles, con el fin de maximizar el efecto educativo. Sin embargo, no está claro si estos dos enfoques pueden combinarse ni cómo, ni si los estudiantes aceptarán dicha combinación, lo cual podría ser una línea de investigación futura. Este estudio también presenta ciertas desventajas, como un posible sesgo de confirmación cuando los estudiantes completan un cuestionario tras darse cuenta de que participarán en un nuevo modelo educativo. Este experimento de enseñanza se implementó únicamente en el contexto de la cirugía de columna y se requieren más pruebas para determinar si puede aplicarse a la enseñanza de todas las disciplinas quirúrgicas.
Combinamos la tecnología de imágenes 3D con el modelo de entrenamiento basado en problemas (ABP), superando las limitaciones de los métodos de entrenamiento y herramientas didácticas tradicionales. Estudiamos la aplicación práctica de esta combinación en la formación de ensayos clínicos en cirugía de columna. Según los resultados de las pruebas, los resultados subjetivos de los estudiantes del grupo experimental fueron superiores a los del grupo de control (P < 0,05). Asimismo, el conocimiento profesional y la satisfacción con las lecciones de los estudiantes del grupo experimental también fueron superiores a los del grupo de control (P < 0,05). Los resultados de la encuesta fueron superiores a los del grupo experimental (P < 0,05). Por lo tanto, nuestros experimentos confirman que la combinación de las tecnologías ABP y 3DV resulta útil para que los estudiantes ejerciten el pensamiento clínico, adquieran conocimientos profesionales y aumenten su interés por el aprendizaje.
La combinación de las tecnologías de aprendizaje basado en problemas (ABP) y realidad virtual 3D (RV3D) puede mejorar eficazmente la práctica clínica de los estudiantes de medicina en el campo de la cirugía de columna, potenciar su aprendizaje e interés, y contribuir al desarrollo de su pensamiento clínico. La tecnología de imágenes 3D ofrece ventajas significativas en la enseñanza de la anatomía, y su efecto general es superior al de los métodos de enseñanza tradicionales.
Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados en el presente estudio están disponibles a solicitud razonable de los autores correspondientes. No contamos con autorización ética para subir los conjuntos de datos al repositorio. Tenga en cuenta que todos los datos del estudio han sido anonimizados por motivos de confidencialidad.
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Departamento de Cirugía de Columna Vertebral, Hospital Universitario de Xuzhou, Xuzhou, Jiangsu, 221006, China
Todos los autores contribuyeron a la concepción y el diseño del estudio. Sun Maji, Chu Fuchao y Feng Yuan se encargaron de la preparación del material, la recopilación y el análisis de los datos. Chunjiu Gao redactó el primer borrador del manuscrito, y todos los autores hicieron comentarios sobre las versiones anteriores. Los autores leyeron y aprobaron la versión final del manuscrito.
Este estudio fue aprobado por el Comité de Ética del Hospital Afiliado de la Universidad Médica de Xuzhou (XYFY2017-JS029-01). Todos los participantes dieron su consentimiento informado antes del estudio, todos los sujetos eran adultos sanos y el estudio no infringió la Declaración de Helsinki. Se garantiza que todos los métodos se realizaron de acuerdo con las directrices y regulaciones pertinentes.
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Sun Ming, Chu Fang, Gao Cheng, et al. Imágenes 3D combinadas con un modelo de aprendizaje basado en problemas para la enseñanza de la cirugía de columna. BMC Medical Education 22, 840 (2022). https://doi.org/10.1186/s12909-022-03931-5
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Fecha de publicación: 4 de septiembre de 2023