척추 수술 관련 임상 교육에서 3D 영상 기술과 문제 기반 학습 방식을 결합하여 적용하는 방안을 연구한다.
본 연구에서는 쉬저우 의과대학 부속병원 정형외과에서 2021년 인턴십을 수행할 예정인 임상 의학 전공 5년제 학생 총 106명을 연구 대상으로 선정하였다. 이 학생들을 실험군과 대조군으로 각각 53명씩 무작위로 나누었다. 실험군은 3D 영상 기술과 문제 기반 학습(PBL) 방식을 결합한 학습법을 사용하였고, 대조군은 전통적인 학습법을 사용하였다. 훈련 후, 두 그룹의 훈련 효과를 시험 및 설문조사를 통해 비교하였다.
실험 집단 학생들의 이론 시험 총점은 통제 집단 학생들보다 높았다. 두 집단 학생들은 수업 성적을 스스로 평가했는데, 실험 집단 학생들의 성적이 통제 집단 학생들보다 유의미하게 높았다(P < 0.05). 학습 흥미, 수업 분위기, 수업 참여도, 수업 만족도 또한 실험 집단 학생들이 통제 집단 학생들보다 유의미하게 높았다(P < 0.05).
척추 수술 교육에서 3D 영상 기술과 문제 기반 학습(PBL) 방식을 결합하면 학생들의 학습 효율과 흥미를 높이고 임상적 사고력 발달을 촉진할 수 있습니다.
최근 임상 지식과 기술의 지속적인 축적에 따라 의대생에서 의사로의 전환 기간을 효과적으로 단축하고 우수한 전공의를 신속하게 양성할 수 있는 의학 교육은 무엇인가에 대한 문제가 많은 관심을 불러일으켰습니다[1]. 임상 실습은 의대생의 임상적 사고와 실천 능력을 개발하는 중요한 단계입니다. 특히 외과 수술은 학생들의 실천 능력과 인체 해부학 지식에 대한 엄격한 요구를 수반합니다.
현재 학교와 임상 의학에서는 여전히 전통적인 강의식 교육이 지배적입니다[2]. 전통적인 교육 방식은 교사 중심적입니다. 교사가 강단에 서서 교과서나 멀티미디어 자료와 같은 전통적인 교육 도구를 통해 학생들에게 지식을 전달합니다. 전체 수업은 교사가 주도하며, 학생들은 주로 강의를 듣기만 하고 자유로운 토론이나 질문의 기회는 제한적입니다. 결과적으로 이러한 교육 방식은 교사의 일방적인 주입식으로 변질되기 쉽고, 학생들은 수동적으로 상황을 받아들이게 됩니다. 따라서 교사는 교육 과정에서 학생들의 학습 의욕이 저조하고 교육 효과가 떨어지는 것을 흔히 발견합니다. 또한 PPT, 해부학 교과서, 그림과 같은 2D 이미지로는 복잡한 척추 구조를 명확하게 설명하기 어렵고, 학생들이 이를 이해하고 숙달하는 데에도 어려움이 있습니다[3].
1969년, 캐나다 맥마스터 대학교 의과대학에서 문제 기반 학습(PBL)이라는 새로운 교수법이 시범적으로 도입되었습니다. 전통적인 교수법과는 달리, PBL 학습 과정은 학습자를 학습 과정의 핵심으로 여기고, 관련 질문을 통해 학습자가 그룹 내에서 독립적으로 학습, 토론, 협력하며 능동적으로 질문하고 답을 찾는 과정을 거치도록 합니다[5]. 이러한 과정을 통해 학생들의 자기주도적 학습 능력과 논리적 사고력을 향상시킬 수 있습니다[6]. 또한, 디지털 의료 기술의 발전으로 임상 교육 방법 역시 크게 발전했습니다. 3D 영상 기술(3DV)은 의료 영상의 원시 데이터를 모델링 소프트웨어로 가져와 3D로 재구성하고, 이를 처리하여 3D 모델을 생성합니다. 이 방법은 전통적인 교수법의 한계를 극복하고, 다양한 방식으로 학생들의 주의를 집중시키며, 특히 정형외과 교육에서 복잡한 해부학적 구조를 빠르게 습득하는 데 도움을 줍니다[7, 8]. 따라서 본 논문에서는 이 두 가지 방법을 결합하여 PBL과 3DV 기술을 전통적인 학습 방식과 결합했을 때 실제 적용에 미치는 영향을 연구한다. 그 결과는 다음과 같다.
본 연구는 2021년 본원 척추외과 실습에 참여한 학생 106명을 대상으로 하였으며, 난수표를 이용하여 실험군과 대조군으로 각각 53명씩 배정하였다. 실험군은 21~23세 남성 25명, 여성 28명으로 구성되었고, 평균 연령은 22.6±0.8세였다. 대조군은 21~24세 남성 26명, 여성 27명으로 구성되었으며, 평균 연령은 22.6±0.9세였고, 모두 인턴이었다. 두 그룹 간 연령 및 성별 분포에는 유의한 차이가 없었다(P>0.05).
참여 기준은 다음과 같습니다. (1) 임상학부 4학년 재학생; (2) 자신의 감정을 명확하게 표현할 수 있는 학생; (3) 본 연구의 전 과정을 이해하고 자발적으로 참여하며, 정보 제공 동의서에 서명할 수 있는 학생. 제외 기준은 다음과 같습니다. (1) 위의 참여 기준을 충족하지 못하는 학생; (2) 개인적인 사정으로 본 교육에 참여하고 싶지 않은 학생; (3) 문제 기반 학습(PBL) 교육 경험이 있는 학생.
CT 원본 데이터를 시뮬레이션 소프트웨어로 불러오고, 생성된 모델을 특수 교육 소프트웨어로 가져와 시각화합니다. 모델은 뼈 조직, 추간판, 척추 신경으로 구성됩니다(그림 1). 각 부분은 서로 다른 색으로 표현되며, 모델은 원하는 대로 확대 및 회전할 수 있습니다. 이 전략의 주요 장점은 CT 레이어를 모델 위에 배치하고 각 부분의 투명도를 조절하여 겹침 현상을 효과적으로 방지할 수 있다는 점입니다.
a 후면도 및 b 측면도. L1, L3 영역과 모델의 골반은 투명합니다. d CT 단면 이미지를 모델과 병합한 후, 모델을 위아래로 움직여 다양한 CT 평면을 설정할 수 있습니다. e 시상면 CT 이미지의 결합 모델 및 L1과 L3 영역 처리를 위한 숨겨진 명령어 사용.
본 교육의 주요 내용은 다음과 같습니다. 1) 척추 수술에서 흔히 발생하는 질환의 진단 및 치료; 2) 척추 해부학 지식, 질환의 발생 및 진행 과정에 대한 이해; 3) 기본 지식을 가르치는 수술 영상 시청 및 일반적인 척추 수술의 단계별 설명; 4) 척추 수술에서 흔히 발생하는 질환의 시각화; 5) 데니스의 3주 척추 이론, 척추 골절 분류, 요추 추간판 탈출증 분류 등 고전적인 이론 지식 암기.
실험군: 문제 기반 학습(PBL)과 3D 영상 기술을 결합한 교수법을 적용했습니다. 이 교수법은 다음과 같은 측면을 포함합니다. 1) 척추 수술의 대표적인 증례 준비: 경추증, 요추 추간판 탈출증, 추체 압박 골절 증례를 논의하고, 각 증례는 서로 다른 핵심 지식을 중심으로 구성했습니다. 증례, 3D 모델, 수술 영상은 수업 일주일 전에 학생들에게 제공되며, 학생들은 3D 모델을 활용하여 해부학적 지식을 점검하도록 권장됩니다. 2) 사전 준비: 수업 10분 전에 학생들에게 구체적인 PBL 학습 과정을 소개하고, 적극적인 참여를 유도하며, 시간을 효율적으로 활용하고 과제를 현명하게 완료하도록 지도했습니다. 모든 참가자의 동의를 얻은 후 조를 편성했습니다. 8~10명씩 조를 구성하여, 자유롭게 사례 정보 검색, 자기 학습, 조별 토론, 상호 질문 및 답변 활동을 진행하고, 마지막으로 주요 내용을 요약하고 체계적인 자료를 정리하여 토론 내용을 기록하도록 했습니다. 1) 조직력과 표현력이 뛰어난 학생을 그룹 리더로 선발하여 그룹 토론 및 발표를 진행하도록 합니다. 2) 교사 지도: 교사는 시뮬레이션 소프트웨어를 활용하여 전형적인 사례와 함께 척추 해부학을 설명하고, 학생들이 확대, 회전, CT 이미지 재배치, 조직 투명도 조절 등의 작업을 직접 수행하도록 합니다. 이를 통해 질병 구조에 대한 심층적인 이해와 기억을 돕고, 질병의 발병, 진행 및 경과에 대한 주요 연결 고리를 학생들이 스스로 생각해 볼 수 있도록 합니다. 3) 의견 교환 및 토론: 수업 전에 제시된 질문에 대한 답변을 발표하고, 각 그룹 리더에게 충분한 토론 시간을 가진 후 그룹 토론 결과를 발표하도록 합니다. 이 시간 동안 학생들은 질문하고 서로 도움을 주고받을 수 있으며, 교사는 학생들의 사고방식과 관련된 문제점을 주의 깊게 파악하고 분석해야 합니다. 5) 요약: 학생들에 대한 토론 후, 교사는 학생들의 수행 능력에 대해 논평하고, 공통적이거나 논란이 되는 질문들을 요약하여 자세히 답변하며, 향후 학습 방향을 제시하여 학생들이 PBL 교수법에 적응할 수 있도록 돕습니다.
대조군은 전통적인 학습 방식을 채택하여 학생들에게 수업 전에 자료를 미리 학습하도록 지도했습니다. 이론 강의를 진행할 때 교사는 칠판, 멀티미디어 자료, 비디오 자료, 모형 등의 교육 보조 자료를 활용하고, 교재에 맞춰 교육 과정을 구성했습니다. 이러한 교육 과정은 교재의 핵심 내용과 어려운 부분을 집중적으로 다루며, 강의 후에는 교사가 내용을 요약하고 학생들이 관련 지식을 암기하고 이해하도록 도왔습니다.
교육 내용에 따라 폐쇄형 시험이 채택되었습니다. 객관식 문제는 지난 수년간 의료 현장에서 출제된 관련 질문들을 바탕으로 선정되었습니다. 주관식 문제는 정형외과에서 출제하며, 최종 채점은 시험에 응시하지 않는 교수진이 담당합니다. 학습에 적극적으로 참여하십시오. 시험의 총점은 100점이며, 내용은 크게 다음 두 부분으로 구성됩니다. 1) 객관식 문제(대부분 다지선다형)는 주로 학생들의 지식 요소 숙달도를 평가하며, 총점의 50%를 차지합니다. 2) 주관식 문제(사례 분석 문제)는 학생들의 질병에 대한 체계적인 이해와 분석 능력을 평가하며, 총점의 50%를 차지합니다.
수업 종료 후, 두 부분과 아홉 문항으로 구성된 설문지가 제시되었습니다. 이 문항들의 주요 내용은 표에 제시된 항목들과 일치하며, 학생들은 각 항목에 대해 만점(10점) 또는 최소 점수(1점)로 답변해야 합니다. 점수가 높을수록 학생 만족도가 높다는 것을 의미합니다. 표 2의 문항들은 PBL과 3DV 학습 방식을 결합한 방식이 학생들이 복잡한 전문 지식을 이해하는 데 도움이 되는지에 대한 것입니다. 표 3의 문항들은 두 학습 방식에 대한 학생 만족도를 반영합니다.
모든 데이터는 SPSS 25 소프트웨어를 사용하여 분석했으며, 검사 결과는 평균 ± 표준편차(x ± s)로 나타냈습니다. 양적 데이터는 일원분산분석(ANOVA)으로, 질적 데이터는 χ² 검정으로 분석했으며, 다중 비교에는 Bonferroni 보정을 적용했습니다. 통계적으로 유의한 차이는 P<0.05로 설정했습니다.
두 집단에 대한 통계 분석 결과, 객관식 문제(다중 선택 문항)에서 통제 집단 학생들의 점수가 실험 집단 학생들보다 유의하게 높았고(P < 0.05), 주관식 문제(사례 분석 문항)에서는 실험 집단 학생들의 점수가 통제 집단 학생들보다 유의하게 높았다(P < 0.01) (표 1 참조).
모든 수업 후 익명 설문지를 배포했습니다. 총 106부의 설문지를 배포하여 106부 모두 회수했으며, 회수율은 100.0%였습니다. 모든 설문지가 작성 완료되었습니다. 두 그룹 학생들의 전문 지식 보유 정도에 대한 설문 조사 결과를 비교한 결과, 실험 그룹 학생들이 척추 수술의 주요 단계, 수술 계획, 질병의 고전적 분류 등에 대해 더 잘 숙지하고 있는 것으로 나타났습니다. 이러한 차이는 통계적으로 유의미했습니다(P<0.05). (표 2 참조)
두 그룹 간 수업 만족도 관련 설문 응답 비교 결과, 실험 그룹 학생들은 통제 그룹 학생들에 비해 학습 흥미, 교실 분위기, 수업 참여도, 수업 만족도 항목에서 더 높은 점수를 받았습니다. 이러한 차이는 통계적으로 유의미했습니다(P<0.05). 자세한 내용은 표 3을 참조하십시오.
과학기술의 지속적인 축적과 발전, 특히 21세기에 접어들면서 병원의 임상 업무는 점점 더 복잡해지고 있습니다. 의대생들이 임상 현장에 빠르게 적응하고 사회에 기여할 수 있는 우수한 의료 인재를 양성하기 위해서는 전통적인 주입식 교육과 획일적인 학습 방식으로는 실제 임상 문제를 해결하는 데 한계가 있습니다. 우리나라의 전통적인 의학 교육 모델은 강의실 내 방대한 정보 제공, 낮은 환경적 요구 조건, 그리고 이론 교육의 요구를 기본적으로 충족할 수 있는 교육학적 지식 체계라는 장점을 가지고 있습니다[9]. 그러나 이러한 교육 방식은 이론과 실습의 격차, 학생들의 학습 의욕 및 열정 저하, 임상 현장에서 복잡한 질환을 종합적으로 분석하는 능력 부족으로 이어져, 고등 의학 교육의 요구를 충족시키지 못하는 경우가 많습니다. 최근 우리나라의 척추 수술 수준은 급속히 향상되었고, 척추 수술 교육은 새로운 도전에 직면하고 있습니다. 의대생 교육 과정에서 가장 어려운 수술 분야는 정형외과, 특히 척추 수술입니다. 지식 포인트는 비교적 사소하며 척추 기형 및 감염뿐만 아니라 손상 및 골종양과도 관련이 있습니다. 이러한 개념은 추상적이고 복잡할 뿐만 아니라 해부학, 병리학, 영상학, 생체역학 및 기타 학문과 밀접하게 관련되어 있어 내용을 이해하고 기억하기 어렵습니다. 동시에 척추 수술의 많은 분야가 빠르게 발전하고 있지만 기존 교과서에 담긴 지식은 시대에 뒤떨어져 있어 교사들이 가르치는 데 어려움을 겪습니다. 따라서 전통적인 교육 방식을 바꾸고 국제 연구의 최신 동향을 반영함으로써 관련 이론 지식을 실질적으로 가르치고 학생들의 논리적 사고 능력을 향상시키며 비판적 사고를 함양할 수 있습니다. 현대 의학 지식의 한계와 범위를 탐구하고 전통적인 장벽을 극복하기 위해서는 현재 학습 과정의 이러한 단점을 시급히 해결해야 합니다[10].
문제 기반 학습(PBL) 모델은 학습자 중심의 학습 방법입니다. 발견적이고 독립적인 학습 및 상호 토론을 통해 학생들은 열정을 충분히 발휘하고 수동적인 지식 수용에서 교사의 수업에 능동적으로 참여하는 단계로 나아갈 수 있습니다. 강의 중심의 학습 방식과 비교했을 때, PBL 학습 방식에 참여하는 학생들은 교과서, 인터넷, 소프트웨어 등을 활용하여 질문에 대한 답을 찾고, 독립적으로 사고하며, 그룹 환경에서 관련 주제에 대해 토론할 충분한 시간을 갖습니다. 이러한 방식은 학생들의 독립적인 사고, 문제 분석 및 해결 능력을 개발하는 데 도움이 됩니다[11]. 자유로운 토론 과정에서 학생들은 동일한 문제에 대해 다양한 의견을 제시할 수 있으며, 이는 학생들이 사고의 폭을 넓힐 수 있는 발판을 제공합니다. 지속적인 사고를 통해 창의적 사고와 논리적 추론 능력을 개발하고, 급우들과의 소통을 통해 구두 표현 능력과 팀워크를 함양할 수 있습니다[12]. 무엇보다 중요한 것은, PBL 교육을 통해 학생들은 관련 지식을 분석, 정리 및 적용하는 방법을 이해하고, 올바른 교수법을 습득하며, 종합적인 능력을 향상시킬 수 있다는 점입니다[13]. 연구 과정에서 학생들은 교과서에 나오는 지루한 전문 의학 개념을 이해하는 것보다 3D 영상 소프트웨어 사용법을 배우는 데 더 큰 흥미를 보였습니다. 따라서 실험군은 대조군에 비해 학습 참여 동기가 더 높은 경향을 보였습니다. 교사는 학생들이 적극적으로 발언하도록 격려하고, 주제에 대한 인식을 높이며, 토론 참여에 대한 흥미를 유발해야 합니다. 시험 결과, 기계적 기억력 측면에서는 실험군의 성적이 대조군보다 낮았지만, 관련 지식을 복합적으로 적용해야 하는 임상 사례 분석에서는 실험군의 성적이 대조군보다 훨씬 우수했습니다. 이는 3D 영상 소프트웨어와 전통 의학을 결합한 교육 방식의 효과를 강조합니다. 문제 기반 학습(PBL) 교수법은 학생들의 전인적 능력 개발을 목표로 합니다.
척추 수술 임상 교육의 핵심은 해부학 교육입니다. 척추의 복잡한 구조와 척수, 척수 신경, 혈관 등 중요한 조직을 다루는 수술 특성상, 학생들은 공간 지각 능력을 갖추어야 합니다. 기존 교육 방식은 교과서 삽화나 동영상과 같은 2차원 이미지 자료를 활용하여 관련 지식을 설명했지만, 이러한 자료에도 불구하고 학생들은 직관적이고 입체적인 감각을 키우지 못해 이해에 어려움을 겪었습니다. 또한, 척수 신경과 척추체 분절 간의 관계, 경추 골절의 특징 및 분류 등 척추의 복잡한 생리적·병리적 특성으로 인해 많은 학생들이 척추 수술 교육 내용이 추상적이어서 수업 중 완전히 이해하기 어렵고, 배운 내용을 금방 잊어버려 실제 임상 현장에서 어려움을 겪는다고 호소했습니다.
저자는 3D 시각화 기술을 활용하여 학생들에게 각기 다른 부위를 서로 다른 색상으로 표현한 선명한 3D 이미지를 제시합니다. 회전, 확대/축소, 투명도 조절 등의 기능을 통해 척추 모델과 CT 이미지를 레이어별로 볼 수 있습니다. 이를 통해 척추체의 해부학적 특징을 명확하게 관찰할 수 있을 뿐만 아니라, 학생들이 지루하게 느껴질 수 있는 척추 CT 이미지에 대한 흥미를 유발하고 시각화 분야의 지식을 더욱 강화할 수 있습니다. 기존의 모델 및 교육 도구와 달리, 투명도 처리 기능은 가림 현상을 효과적으로 해결하여 학생들이 미세한 해부학적 구조와 복잡한 신경 방향을 관찰하기에 더욱 편리하며, 특히 초보자에게 유용합니다. 학생들은 개인 컴퓨터만 있으면 자유롭게 학습할 수 있으며, 관련 비용도 거의 들지 않습니다. 이 방법은 2D 이미지를 활용한 기존 교육 방식을 대체할 수 있는 이상적인 대안입니다[14]. 본 연구에서 대조군은 객관식 문제에서 더 나은 성적을 보였는데, 이는 강의식 교육 모델이 척추 수술 임상 교육에서 완전히 배제될 수는 없으며 여전히 어느 정도 가치가 있음을 시사합니다. 이러한 발견은 교육 효과를 극대화하기 위해 다양한 유형의 시험과 다양한 수준의 학생들을 대상으로 전통적인 학습 방식과 3D 시각화 기술로 강화된 문제 기반 학습(PBL) 방식을 결합하는 방안을 고려하게 했습니다. 그러나 이 두 가지 접근 방식을 결합하는 것이 가능한지, 그리고 학생들이 이러한 결합을 수용할지는 불분명하며, 이는 향후 연구 방향이 될 수 있습니다. 또한, 본 연구는 학생들이 새로운 교육 모델에 참여하게 된다는 사실을 인지한 후 설문지를 작성할 때 확증 편향이 발생할 가능성과 같은 몇 가지 한계를 가지고 있습니다. 이 교육 실험은 척추 수술 분야에만 적용되었으므로, 모든 외과 분야 교육에 적용 가능한지 여부를 확인하기 위해서는 추가적인 검증이 필요합니다.
본 연구에서는 3D 영상 기술과 문제 기반 학습(PBL) 교육 방식을 결합하여 기존 교육 방식 및 교육 도구의 한계를 극복하고, 척추 수술 임상 실습 교육에 적용 가능성을 연구했습니다. 실험 결과, 실험군 학생들의 주관적 평가 점수가 대조군 학생들보다 유의하게 높았으며(P < 0.05), 전문 지식 습득 및 수업 만족도 또한 유의하게 높았습니다(P < 0.05). 설문 조사 결과 역시 실험군에서 대조군보다 유의하게 높았습니다(P < 0.05). 따라서 본 연구는 PBL과 3D 영상 기술의 결합이 학생들의 임상적 사고력 향상, 전문 지식 습득, 학습 흥미 증진에 효과적임을 확인했습니다.
문제 기반 학습(PBL)과 3D 영상 기술의 결합은 척추 수술 분야에서 의대생들의 임상 실습 효율을 효과적으로 향상시키고, 학습 효율과 흥미를 높이며, 임상적 사고력 발달에 도움을 줄 수 있습니다. 3D 영상 기술은 해부학 교육에 상당한 이점을 제공하며, 전반적인 교육 효과는 기존 교육 방식보다 우수합니다.
본 연구에서 사용 및/또는 분석된 데이터 세트는 합리적인 요청이 있을 경우 해당 저자에게서 제공받을 수 있습니다. 저희는 데이터 세트를 저장소에 업로드할 윤리적 허가를 받지 못했습니다. 모든 연구 데이터는 기밀 유지를 위해 익명화되었음을 알려드립니다.
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모든 저자는 연구의 개념 및 설계에 기여했습니다. 자료 준비, 데이터 수집 및 분석은 Sun Maji, Chu Fuchao, Feng Yuan이 수행했습니다. 원고 초안은 Chunjiu Gao가 작성했으며, 모든 저자가 이전 버전의 원고에 대한 의견을 제시했습니다. 모든 저자는 최종 원고를 읽고 승인했습니다.
본 연구는 쉬저우 의과대학 부속병원 윤리위원회(XYFY2017-JS029-01)의 승인을 받았습니다. 모든 참가자는 연구 시작 전에 사전 동의를 제공했으며, 모든 피험자는 건강한 성인이었습니다. 또한 본 연구는 헬싱키 선언을 위반하지 않았습니다. 모든 방법은 관련 지침 및 규정에 따라 수행되었습니다.
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게시 시간: 2023년 9월 4일