Estudar a aplicação da combinação da tecnologia de imagem 3D e de um modelo de aprendizagem baseado em problemas no treinamento clínico relacionado à cirurgia da coluna vertebral.
No total, 106 alunos do curso de cinco anos da especialidade "Medicina Clínica" foram selecionados como sujeitos do estudo. Esses alunos, que em 2021 realizariam estágio no departamento de ortopedia do hospital afiliado à Universidade Médica de Xuzhou, foram divididos aleatoriamente em um grupo experimental e um grupo controle, com 53 alunos em cada grupo. O grupo experimental utilizou uma combinação de tecnologia de imagem 3D e o método de aprendizagem baseado em problemas (PBL), enquanto o grupo controle utilizou o método de aprendizagem tradicional. Após o treinamento, a eficácia do treinamento nos dois grupos foi comparada por meio de testes e questionários.
A pontuação total no teste teórico dos alunos do grupo experimental foi superior à dos alunos do grupo de controle. Os alunos dos dois grupos avaliaram independentemente suas notas na disciplina, sendo que as notas dos alunos do grupo experimental foram superiores às dos alunos do grupo de controle (P < 0,05). O interesse pela aprendizagem, o ambiente da sala de aula, a interação em sala de aula e a satisfação com o ensino foram maiores entre os alunos do grupo experimental do que no grupo de controle (P < 0,05).
A combinação da tecnologia de imagem 3D com o método de aprendizagem PBL (Aprendizagem Baseada em Problemas) no ensino de cirurgia da coluna vertebral pode aumentar a eficiência e o interesse dos alunos, além de promover o desenvolvimento do raciocínio clínico.
Nos últimos anos, devido ao acúmulo contínuo de conhecimento clínico e tecnologia, a questão de qual tipo de educação médica pode efetivamente reduzir o tempo necessário para a transição de estudantes de medicina para médicos e formar rapidamente residentes excelentes tornou-se um assunto de preocupação e atraiu muita atenção [1]. A prática clínica é uma etapa importante no desenvolvimento do raciocínio clínico e das habilidades práticas dos estudantes de medicina. Em particular, as cirurgias impõem requisitos rigorosos às habilidades práticas dos estudantes e ao conhecimento de anatomia humana.
Atualmente, o estilo tradicional de ensino por meio de aulas expositivas ainda predomina nas escolas e na prática clínica [2]. O método de ensino tradicional é centrado no professor: o professor fica em um pódio e transmite conhecimento aos alunos por meio de métodos tradicionais de ensino, como livros didáticos e currículos multimídia. Todo o curso é ministrado por um professor. Os alunos, em sua maioria, assistem às aulas expositivas, e as oportunidades para discussão livre e perguntas são limitadas. Consequentemente, esse processo pode facilmente se transformar em doutrinação unilateral por parte dos professores, enquanto os alunos aceitam passivamente a situação. Assim, no processo de ensino, os professores geralmente percebem que o entusiasmo dos alunos pela aprendizagem não é alto, e o resultado é insatisfatório. Além disso, é difícil descrever claramente a estrutura complexa da coluna vertebral usando imagens 2D, como apresentações de PowerPoint, livros didáticos de anatomia e figuras, e não é fácil para os alunos compreenderem e dominarem esse conhecimento [3].
Em 1969, um novo método de ensino, a aprendizagem baseada em problemas (ABP), foi testado na Escola de Medicina da Universidade McMaster, no Canadá. Ao contrário dos métodos de ensino tradicionais, o processo de aprendizagem ABP considera os alunos como parte central do processo de aprendizagem e utiliza questões relevantes como estímulos para permitir que os alunos aprendam, discutam e colaborem de forma independente em grupos, façam perguntas ativamente e busquem respostas em vez de aceitá-las passivamente [5]. No processo de análise e resolução de problemas, desenvolve-se a capacidade de aprendizagem independente e o raciocínio lógico dos alunos [6]. Além disso, graças ao desenvolvimento de tecnologias médicas digitais, os métodos de ensino clínico também foram significativamente enriquecidos. A tecnologia de imagem 3D (3DV) extrai dados brutos de imagens médicas, importa-os para um software de modelagem para reconstrução 3D e, em seguida, processa os dados para criar um modelo 3D. Esse método supera as limitações do modelo de ensino tradicional, mobiliza a atenção dos alunos de diversas maneiras e os ajuda a dominar rapidamente estruturas anatômicas complexas [7, 8], especialmente na educação ortopédica. Portanto, este artigo combina esses dois métodos para estudar o efeito da combinação da Aprendizagem Baseada em Problemas (PBL) com a tecnologia 3DV e o modo de aprendizagem tradicional na aplicação prática. O resultado é o seguinte.
O objetivo do estudo foi analisar 106 estudantes que ingressaram no estágio de cirurgia da coluna vertebral do nosso hospital em 2021, os quais foram divididos em grupo experimental e grupo controle por meio de uma tabela de números aleatórios, com 53 estudantes em cada grupo. O grupo experimental era composto por 25 homens e 28 mulheres com idades entre 21 e 23 anos, com média de idade de 22,6 ± 0,8 anos. O grupo controle era composto por 26 homens e 27 mulheres com idades entre 21 e 24 anos, com média de idade de 22,6 ± 0,9 anos, todos estudantes do primeiro ano de residência. Não houve diferença significativa em relação à idade e ao sexo entre os dois grupos (P > 0,05).
Os critérios de inclusão são os seguintes: (1) Alunos do quarto ano do curso de bacharelado clínico em tempo integral; (2) Alunos que conseguem expressar claramente seus verdadeiros sentimentos; (3) Alunos que conseguem compreender e participar voluntariamente de todo o processo deste estudo e assinar o termo de consentimento livre e esclarecido. Os critérios de exclusão são os seguintes: (1) Alunos que não atendem a nenhum dos critérios de inclusão; (2) Alunos que não desejam participar deste treinamento por motivos pessoais; (3) Alunos com experiência em ensino baseado em problemas (PBL).
Importe os dados brutos da tomografia computadorizada para o software de simulação e o modelo construído para um software de treinamento especializado para visualização. O modelo consiste em tecido ósseo, discos intervertebrais e nervos espinhais (Fig. 1). Diferentes partes são representadas por cores diferentes, e o modelo pode ser ampliado e rotacionado conforme desejado. A principal vantagem dessa estratégia é que as camadas da tomografia computadorizada podem ser sobrepostas ao modelo e a transparência de diferentes partes pode ser ajustada para evitar oclusões de forma eficaz.
a) Vista posterior e b) Vista lateral. Em L1, L3 e a pelve do modelo são transparentes. d) Após mesclar a imagem da seção transversal da TC com o modelo, você pode movê-lo para cima e para baixo para configurar diferentes planos de TC. e) Modelo combinado de imagens de TC sagitais e uso de instruções ocultas para processamento de L1 e L3.
O conteúdo principal do treinamento é o seguinte: 1) Diagnóstico e tratamento de doenças comuns em cirurgia da coluna vertebral; 2) Conhecimento da anatomia da coluna vertebral, raciocínio e compreensão da ocorrência e desenvolvimento de doenças; 3) Vídeos cirúrgicos ensinando conhecimentos básicos. Etapas da cirurgia convencional da coluna vertebral; 4) Visualização de doenças típicas em cirurgia da coluna vertebral; 5) Conhecimento teórico clássico para memorização, incluindo a teoria da coluna vertebral de três colunas de Dennis, a classificação de fraturas da coluna vertebral e a classificação de hérnias de disco lombares.
Grupo experimental: O método de ensino combina PBL (Aprendizagem Baseada em Problemas) e tecnologia de imagem 3D. Este método inclui os seguintes aspectos: 1) Preparação de casos típicos em cirurgia da coluna vertebral: Discussão de casos de espondilose cervical, hérnia de disco lombar e fraturas por compressão piramidal, com cada caso focando em diferentes pontos de conhecimento. Os casos, modelos 3D e vídeos cirúrgicos são enviados aos alunos uma semana antes da aula, e eles são incentivados a usar o modelo 3D para testar seus conhecimentos anatômicos. 2) Pré-preparação: Dez minutos antes da aula, os alunos são apresentados ao processo específico de aprendizagem PBL, incentivando-os a participar ativamente, aproveitar ao máximo o tempo e concluir as tarefas de forma eficiente. A formação dos grupos foi realizada após a obtenção do consentimento de todos os participantes. Os grupos são formados por 8 a 10 alunos, que se dividem livremente para que possam pesquisar informações sobre os casos, realizar estudos individuais, participar de discussões em grupo, responder às perguntas uns dos outros, sintetizar os pontos principais, organizar os dados de forma sistemática e registrar a discussão. Um aluno com fortes habilidades de organização e expressão é selecionado como líder do grupo para conduzir as discussões e apresentações. 3) Guia do Professor: Os professores utilizam o software de simulação para explicar a anatomia da coluna vertebral em conjunto com casos típicos, permitindo que os alunos utilizem ativamente o software para realizar operações como zoom, rotação, reposicionamento da tomografia computadorizada e ajuste da transparência dos tecidos. O objetivo é aprofundar a compreensão e a memorização da estrutura da doença, auxiliando-os a pensar de forma independente sobre os principais fatores envolvidos no início, desenvolvimento e curso da mesma. 4) Troca de ideias e discussão: Em resposta às perguntas preparadas previamente, o professor promove a discussão em grupo e convida cada líder de grupo a apresentar os resultados da discussão após um tempo suficiente para debate. Durante esse período, os grupos podem fazer perguntas e se ajudar mutuamente, enquanto o professor observa e compreende os estilos de pensamento dos alunos e as dificuldades a eles associadas. 5) Resumo: Após a discussão com os alunos, o professor comenta o desempenho deles, resume e responde detalhadamente a algumas perguntas comuns e controversas, e delineia a direção do aprendizado futuro para que os alunos possam se adaptar ao método de ensino PBL (Aprendizagem Baseada em Problemas).
O grupo de controle utiliza o método de ensino tradicional, instruindo os alunos a revisarem o material antes da aula. Para ministrar as aulas teóricas, os professores utilizam quadros brancos, recursos multimídia, vídeos, modelos e outros materiais didáticos, além de organizarem o curso de acordo com o material didático. Como complemento ao currículo, esse processo foca nas dificuldades e pontos-chave do livro-texto. Após a aula, o professor resume o conteúdo e incentiva os alunos a memorizarem e compreenderem o conhecimento.
De acordo com o conteúdo do treinamento, foi adotado um exame sem consulta. As questões objetivas são selecionadas a partir de perguntas relevantes feitas por médicos ao longo dos anos. As questões subjetivas são elaboradas pelo Departamento de Ortopedia e avaliadas por membros do corpo docente que não participam do processo de aprendizagem. A nota máxima da prova é 100 pontos e seu conteúdo é composto principalmente por duas partes: 1) Questões objetivas (principalmente de múltipla escolha), que avaliam o domínio dos alunos sobre os elementos do conhecimento e correspondem a 50% da nota total; 2) Questões subjetivas (questões de análise de casos), focadas na compreensão e análise sistemática de doenças pelos alunos, também correspondendo a 50% da nota total.
Ao final do curso, foi aplicado um questionário composto por duas partes e nove perguntas. O conteúdo principal dessas perguntas corresponde aos itens apresentados na tabela, e os alunos devem respondê-las, obtendo uma pontuação máxima de 10 pontos e uma pontuação mínima de 1 ponto. Pontuações mais altas indicam maior satisfação dos alunos. As perguntas da Tabela 2 abordam se a combinação das metodologias de aprendizagem PBL e 3DV pode auxiliar os alunos na compreensão de conhecimentos profissionais complexos. Os itens da Tabela 3 refletem a satisfação dos alunos com ambas as metodologias de aprendizagem.
Todos os dados foram analisados utilizando o software SPSS 25; os resultados dos testes foram expressos como média ± desvio padrão (x ± s). Os dados quantitativos foram analisados por ANOVA de uma via, os dados qualitativos foram analisados pelo teste χ² e a correção de Bonferroni foi utilizada para comparações múltiplas. Diferença significativa (P<0,05).
Os resultados da análise estatística dos dois grupos mostraram que as pontuações nas questões objetivas (questões de múltipla escolha) dos alunos do grupo de controle foram significativamente maiores do que as dos alunos do grupo experimental (P < 0,05), e as pontuações dos alunos do grupo de controle foram significativamente maiores do que as dos alunos do grupo experimental (P < 0,05). As pontuações nas questões subjetivas (questões de análise de caso) dos alunos do grupo experimental foram significativamente maiores do que as dos alunos do grupo de controle (P < 0,01), conforme apresentado na Tabela 1.
Questionários anônimos foram distribuídos após todas as aulas. No total, 106 questionários foram distribuídos, dos quais 106 foram devolvidos, resultando em uma taxa de retorno de 100%. Todos os formulários foram preenchidos. A comparação dos resultados do questionário sobre o nível de conhecimento profissional entre os dois grupos de alunos revelou que os alunos do grupo experimental dominam as principais etapas da cirurgia da coluna vertebral, o planejamento cirúrgico, a classificação clássica das doenças, etc. A diferença foi estatisticamente significativa (p < 0,05), conforme demonstrado na Tabela 2.
Comparação das respostas aos questionários relacionados à satisfação com o ensino entre os dois grupos: os alunos do grupo experimental obtiveram pontuações mais altas do que os alunos do grupo de controle em termos de interesse pela aprendizagem, ambiente da sala de aula, interação em sala de aula e satisfação com o ensino. A diferença foi estatisticamente significativa (P<0,05). Os detalhes são apresentados na Tabela 3.
Com o acúmulo e desenvolvimento contínuos da ciência e da tecnologia, especialmente com a entrada no século XXI, o trabalho clínico em hospitais está se tornando cada vez mais complexo. Para garantir que os estudantes de medicina possam se adaptar rapidamente ao trabalho clínico e desenvolver talentos médicos de alta qualidade para o benefício da sociedade, a doutrinação tradicional e um modo unificado de estudo encontram dificuldades na resolução de problemas clínicos práticos. O modelo tradicional de educação médica em meu país tem as vantagens de uma grande quantidade de informações em sala de aula, baixas exigências ambientais e um sistema de conhecimento pedagógico que pode basicamente atender às necessidades do ensino de disciplinas teóricas [9]. No entanto, essa forma de educação pode facilmente levar a uma lacuna entre teoria e prática, uma diminuição da iniciativa e do entusiasmo dos alunos na aprendizagem, uma incapacidade de analisar de forma abrangente doenças complexas na prática clínica e, portanto, não atende aos requisitos do ensino médico superior. Nos últimos anos, o nível de cirurgia da coluna vertebral em meu país aumentou rapidamente e o ensino dessa área tem enfrentado novos desafios. Durante a formação dos estudantes de medicina, a parte mais difícil da cirurgia é a ortopedia, especialmente a cirurgia da coluna vertebral. Os pontos de conhecimento são relativamente triviais e dizem respeito não apenas a deformidades e infecções da coluna vertebral, mas também a lesões e tumores ósseos. Esses conceitos não são apenas abstratos e complexos, mas também intimamente relacionados à anatomia, patologia, imagem, biomecânica e outras disciplinas, tornando seu conteúdo difícil de entender e memorizar. Ao mesmo tempo, muitas áreas da cirurgia da coluna vertebral estão se desenvolvendo rapidamente, e o conhecimento contido nos livros didáticos existentes está desatualizado, o que dificulta o ensino por parte dos professores. Assim, mudar o método de ensino tradicional e incorporar os últimos avanços da pesquisa internacional pode tornar o ensino do conhecimento teórico relevante prático, melhorar a capacidade de raciocínio lógico dos alunos e incentivá-los a pensar criticamente. Essas deficiências no processo de aprendizagem atual precisam ser abordadas com urgência para explorar os limites e as limitações do conhecimento médico moderno e superar as barreiras tradicionais [10].
O modelo de aprendizagem PBL é um método de ensino centrado no aluno. Através da aprendizagem heurística e independente e da discussão interativa, os alunos podem expressar plenamente seu entusiasmo e passar da aceitação passiva do conhecimento para a participação ativa no ensino do professor. Comparado ao modelo de ensino baseado em aulas expositivas, os alunos que participam do modelo PBL têm tempo suficiente para usar livros didáticos, a internet e softwares para buscar respostas para perguntas, pensar de forma independente e discutir tópicos relacionados em um ambiente de grupo. Esse método desenvolve a capacidade dos alunos de pensar de forma independente, analisar problemas e resolvê-los [11]. No processo de discussão livre, diferentes alunos podem ter muitas ideias diferentes sobre o mesmo assunto, o que lhes proporciona uma plataforma para expandir seu pensamento. Desenvolve o pensamento criativo e a capacidade de raciocínio lógico por meio do pensamento contínuo, e desenvolve a capacidade de expressão oral e o espírito de equipe por meio da comunicação entre os colegas [12]. Mais importante ainda, o ensino PBL permite que os alunos compreendam como analisar, organizar e aplicar o conhecimento relevante, dominem os métodos de ensino corretos e aprimorem suas habilidades abrangentes [13]. Durante o nosso estudo, constatamos que os alunos estavam mais interessados em aprender a usar o software de imagem 3D do que em compreender conceitos médicos profissionais tediosos em livros didáticos. Assim, em nosso estudo, os alunos do grupo experimental tenderam a se mostrar mais motivados a participar do processo de aprendizagem do que os do grupo de controle. Os professores devem incentivar os alunos a se expressarem com desenvoltura, desenvolver a consciência da matéria e estimular o interesse em participar de discussões. Os resultados dos testes mostram que, de acordo com o conhecimento sobre memória mecânica, o desempenho dos alunos do grupo experimental foi inferior ao do grupo de controle. No entanto, na análise de um caso clínico, que exige a aplicação complexa de conhecimentos relevantes, o desempenho dos alunos do grupo experimental foi muito superior ao do grupo de controle, o que enfatiza a relação entre a visualização 3D e os benefícios da combinação da medicina tradicional com a prática. O método de ensino PBL visa desenvolver as habilidades abrangentes dos alunos.
O ensino de anatomia é fundamental no ensino clínico de cirurgia da coluna vertebral. Devido à complexidade da estrutura da coluna e ao fato de a cirurgia envolver tecidos importantes como a medula espinhal, os nervos espinhais e os vasos sanguíneos, os alunos precisam desenvolver a imaginação espacial para aprender. Anteriormente, os alunos utilizavam imagens bidimensionais, como ilustrações de livros didáticos e vídeos, para explicar o conhecimento relevante. No entanto, apesar da grande quantidade de material disponível, os alunos não possuíam uma percepção intuitiva e tridimensional desse aspecto, o que dificultava a compreensão. Considerando as características fisiológicas e patológicas relativamente complexas da coluna vertebral, como a relação entre os nervos espinhais e os segmentos vertebrais, e pontos importantes e complexos, como a caracterização e classificação das fraturas vertebrais cervicais, muitos alunos relataram que o conteúdo da cirurgia da coluna vertebral é relativamente abstrato e que não conseguem compreendê-lo completamente durante os estudos, esquecendo o conhecimento adquirido logo após as aulas, o que dificulta a prática profissional.
Utilizando tecnologia de visualização 3D, o autor apresenta aos alunos imagens 3D nítidas, cujas diferentes partes são representadas por cores distintas. Graças a operações como rotação, escala e transparência, o modelo da coluna vertebral e as imagens de tomografia computadorizada podem ser visualizados em camadas. Isso permite não apenas a observação clara das características anatômicas do corpo vertebral, mas também estimula o interesse dos alunos em obter imagens de tomografia computadorizada da coluna vertebral, tornando-as mais interessantes e fortalecendo o conhecimento na área de visualização. Diferentemente dos modelos e ferramentas de ensino utilizados anteriormente, a função de processamento transparente resolve eficazmente o problema de oclusão, facilitando a observação da estrutura anatômica detalhada e da complexa direção dos nervos pelos alunos, especialmente para iniciantes. Os alunos podem trabalhar livremente, desde que tragam seus próprios computadores, sem praticamente nenhum custo adicional. Este método é uma alternativa ideal ao treinamento tradicional com imagens 2D [14]. Neste estudo, o grupo de controle apresentou melhor desempenho nas questões objetivas, indicando que o modelo de ensino baseado em aulas expositivas não pode ser completamente descartado e ainda possui valor no ensino clínico de cirurgia da coluna vertebral. Essa descoberta nos levou a considerar a possibilidade de combinar o método de ensino tradicional com o método de aprendizagem baseado em problemas (PBL), aprimorado com tecnologia de visualização 3D, visando diferentes tipos de exames e alunos de diferentes níveis, a fim de maximizar o efeito educacional. No entanto, não está claro se e como essas duas abordagens podem ser combinadas e se os alunos aceitarão tal combinação, o que pode ser uma direção para pesquisas futuras. Este estudo também apresenta algumas desvantagens, como o possível viés de confirmação quando os alunos respondem ao questionário após perceberem que participarão de um novo modelo educacional. Este experimento de ensino foi implementado apenas no contexto da cirurgia da coluna vertebral e são necessários mais testes para verificar sua aplicabilidade ao ensino de todas as disciplinas cirúrgicas.
Combinamos a tecnologia de imagem 3D com o método de treinamento PBL (Aprendizagem Baseada em Problemas), superando as limitações dos métodos e ferramentas de ensino tradicionais, e estudamos a aplicação prática dessa combinação no treinamento clínico em cirurgia da coluna vertebral. Os resultados dos testes mostraram que o desempenho dos alunos do grupo experimental foi superior ao do grupo controle (p < 0,05), e o conhecimento técnico e a satisfação com as aulas também foram superiores aos do grupo controle (p < 0,05). Os resultados do questionário também foram melhores do que os do grupo controle (p < 0,05). Portanto, nossos experimentos confirmam que a combinação das tecnologias PBL e 3DV é útil para permitir que os alunos exercitem o raciocínio clínico, adquiram conhecimento técnico e aumentem seu interesse pela aprendizagem.
A combinação das tecnologias PBL e 3DV pode melhorar efetivamente a eficiência da prática clínica de estudantes de medicina na área de cirurgia da coluna vertebral, aumentar a eficiência e o interesse dos alunos na aprendizagem e contribuir para o desenvolvimento do raciocínio clínico. A tecnologia de imagem 3D apresenta vantagens significativas no ensino de anatomia, e o efeito geral do ensino é superior ao do método tradicional.
Os conjuntos de dados utilizados e/ou analisados no presente estudo estão disponíveis mediante solicitação razoável aos respectivos autores. Não possuímos autorização ética para disponibilizar os conjuntos de dados no repositório. Informamos que todos os dados do estudo foram anonimizados para fins de confidencialidade.
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Departamento de Cirurgia da Coluna Vertebral, Hospital Universitário de Xuzhou, Xuzhou, Jiangsu, 221006, China
Todos os autores contribuíram para a concepção e o planejamento do estudo. A preparação do material, a coleta e a análise dos dados foram realizadas por Sun Maji, Chu Fuchao e Feng Yuan. A primeira versão do manuscrito foi escrita por Chunjiu Gao, e todos os autores revisaram as versões anteriores. Os autores leram e aprovaram a versão final do manuscrito.
Este estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética do Hospital Afiliado da Universidade Médica de Xuzhou (XYFY2017-JS029-01). Todos os participantes deram seu consentimento livre e esclarecido antes do estudo, todos os indivíduos eram adultos saudáveis e o estudo não violou a Declaração de Helsinque. Garantimos que todos os métodos foram realizados de acordo com as diretrizes e regulamentações pertinentes.
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Sun Ming, Chu Fang, Gao Cheng, et al. Imagens 3D combinadas com um modelo de aprendizagem baseado em problemas no ensino de cirurgia da coluna vertebral. BMC Medical Education 22, 840 (2022). https://doi.org/10.1186/s12909-022-03931-5
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Data da publicação: 04/09/2023