Étudier l’application d’une combinaison de technologie d’imagerie 3D et d’un mode d’apprentissage par problèmes dans la formation clinique liée à la chirurgie de la colonne vertébrale.
Au total, 106 étudiants du cursus de cinq ans en médecine clinique ont été sélectionnés pour participer à l'étude. Ces étudiants effectueront un stage en 2021 au sein du service d'orthopédie de l'hôpital universitaire affilié à l'Université de médecine de Xuzhou. Ils ont été répartis aléatoirement en deux groupes de 53 étudiants chacun : un groupe expérimental et un groupe témoin. Le groupe expérimental a bénéficié d'une formation combinant l'imagerie 3D et l'apprentissage par problèmes (APP), tandis que le groupe témoin a suivi la méthode d'enseignement traditionnelle. Après la formation, l'efficacité de celle-ci a été comparée entre les deux groupes à l'aide de tests et de questionnaires.
Le score total au test théorique des élèves du groupe expérimental était supérieur à celui des élèves du groupe témoin. Les élèves des deux groupes ont évalué indépendamment leurs résultats au cours, et les résultats des élèves du groupe expérimental étaient supérieurs à ceux des élèves du groupe témoin (p < 0,05). L'intérêt pour l'apprentissage, l'ambiance en classe, l'interaction en classe et la satisfaction à l'égard de l'enseignement étaient plus élevés chez les élèves du groupe expérimental que chez ceux du groupe témoin (p < 0,05).
L'association de la technologie d'imagerie 3D et du mode d'apprentissage par problèmes (PBL) dans l'enseignement de la chirurgie de la colonne vertébrale peut améliorer l'efficacité et l'intérêt de l'apprentissage des étudiants, et favoriser le développement de leur raisonnement clinique.
Ces dernières années, face à l'accumulation continue des connaissances et des technologies cliniques, la question de savoir quel type de formation médicale permet de réduire efficacement le délai de transition entre les étudiants en médecine et les médecins, et de former rapidement d'excellents internes, est devenue un sujet de préoccupation majeur [1]. La pratique clinique constitue une étape essentielle du développement du raisonnement clinique et des compétences pratiques des étudiants en médecine. En particulier, les interventions chirurgicales imposent des exigences strictes en matière de compétences pratiques et de connaissances en anatomie humaine.
Actuellement, le style d'enseignement magistral traditionnel reste prédominant dans les écoles et la médecine clinique [2]. Cette méthode traditionnelle est centrée sur l'enseignant : celui-ci, debout sur une estrade, transmet ses connaissances aux étudiants à l'aide de supports pédagogiques classiques tels que les manuels et les ressources multimédias. L'intégralité du cours est dispensée par l'enseignant. Les étudiants assistent principalement à des cours magistraux, les occasions de discussion libre et de questions étant limitées. Par conséquent, ce processus peut facilement se transformer en un endoctrinement unilatéral de la part des enseignants, les étudiants acceptant passivement la situation. Ainsi, lors de l'enseignement, les enseignants constatent généralement un faible enthousiasme des étudiants pour l'apprentissage, ce qui se traduit par des résultats médiocres. De plus, il est difficile de décrire clairement la structure complexe de la colonne vertébrale à l'aide d'images 2D telles que des présentations PowerPoint, des manuels d'anatomie et des illustrations, et il est difficile pour les étudiants de comprendre et de maîtriser ces connaissances [3].
En 1969, une nouvelle méthode pédagogique, l'apprentissage par problèmes (APP), a été expérimentée à la Faculté de médecine de l'Université McMaster au Canada. Contrairement aux méthodes d'enseignement traditionnelles, l'APP place l'apprenant au cœur du processus d'apprentissage et utilise des questions pertinentes comme amorces pour l'inciter à apprendre, à discuter et à collaborer de manière autonome en groupe, à poser activement des questions et à chercher des réponses plutôt que de les accepter passivement [5]. L'analyse et la résolution de problèmes développent ainsi la capacité des étudiants à apprendre de manière autonome et à raisonner logiquement [6]. Par ailleurs, grâce au développement des technologies médicales numériques, les méthodes d'enseignement clinique se sont considérablement enrichies. L'imagerie 3D (3DV) exploite les données brutes des images médicales, les importe dans un logiciel de modélisation pour la reconstruction 3D, puis traite ces données afin de créer un modèle 3D. Cette méthode surmonte les limites du modèle d'enseignement traditionnel, mobilise l'attention des étudiants de multiples façons et les aide à maîtriser rapidement les structures anatomiques complexes [7, 8], notamment en orthopédie. Par conséquent, cet article combine ces deux méthodes afin d'étudier l'effet de l'association de l'apprentissage par problèmes (APP) avec la technologie 3DV et le mode d'apprentissage traditionnel dans une application pratique. Les résultats sont les suivants.
L’étude portait sur 106 étudiants ayant intégré le service de chirurgie rachidienne de notre hôpital en 2021. Ces étudiants ont été répartis aléatoirement en deux groupes de 53 étudiants chacun : un groupe expérimental et un groupe témoin. Le groupe expérimental était composé de 25 hommes et 28 femmes âgés de 21 à 23 ans (âge moyen : 22,6 ± 0,8 ans). Le groupe témoin comprenait 26 hommes et 27 femmes âgés de 21 à 24 ans (âge moyen : 22,6 ± 0,9 ans), tous internes. Aucune différence significative n’a été observée entre les deux groupes concernant l’âge et le sexe (p > 0,05).
Les critères d'inclusion sont les suivants : (1) Étudiants de quatrième année de licence clinique à temps plein ; (2) Étudiants capables d'exprimer clairement leurs véritables sentiments ; (3) Étudiants capables de comprendre et de participer volontairement à l'intégralité du déroulement de cette étude et de signer le formulaire de consentement éclairé. Les critères d'exclusion sont les suivants : (1) Étudiants ne répondant à aucun des critères d'inclusion ; (2) Étudiants ne souhaitant pas participer à cette formation pour des raisons personnelles ; (3) Étudiants ayant une expérience d'enseignement par problèmes.
Importez les données brutes de tomodensitométrie dans un logiciel de simulation, puis importez le modèle ainsi créé dans un logiciel de formation spécialisé pour visualisation. Le modèle comprend du tissu osseux, des disques intervertébraux et des nerfs rachidiens (Fig. 1). Les différentes parties sont représentées par des couleurs distinctes, et le modèle peut être agrandi et pivoté à volonté. Le principal avantage de cette méthode réside dans la possibilité de superposer les coupes tomodensitométriques au modèle et d'ajuster la transparence des différentes parties afin d'éviter efficacement les occlusions.
a) Vue arrière et b) Vue latérale. Les segments L1, L3 et le bassin du modèle sont transparents. d) Après fusion de l'image de coupe CT avec le modèle, vous pouvez le déplacer verticalement pour définir différents plans de coupe CT. e) Modèle combiné d'images CT sagittales et utilisation d'instructions cachées pour le traitement des segments L1 et L3.
Le contenu principal de la formation est le suivant : 1) Diagnostic et traitement des pathologies courantes en chirurgie rachidienne ; 2) Connaissance de l’anatomie du rachis, compréhension de l’apparition et de l’évolution des pathologies ; 3) Vidéos opératoires présentant les notions fondamentales et les étapes de la chirurgie rachidienne conventionnelle ; 4) Visualisation des pathologies typiques en chirurgie rachidienne ; 5) Recours aux connaissances théoriques classiques, notamment la théorie des trois colonnes de Dennis, la classification des fractures vertébrales et la classification des hernies discales lombaires.
Groupe expérimental : La méthode pédagogique combine l’apprentissage par problèmes (APP) et l’imagerie 3D. Elle comprend les aspects suivants : 1) Préparation de cas typiques en chirurgie du rachis : Discussion de cas de spondylose cervicale, d’hernie discale lombaire et de fractures pyramidales par compression, chaque cas mettant l’accent sur différents points de connaissance. Les cas, les modèles 3D et les vidéos chirurgicales sont envoyés aux étudiants une semaine avant le cours. Ils sont encouragés à utiliser le modèle 3D pour tester leurs connaissances anatomiques. 2) Préparation : Dix minutes avant le cours, présentation du processus d’apprentissage par problèmes aux étudiants. Encouragement à la participation active, à une utilisation optimale du temps et à la réalisation efficace des tâches. La constitution des groupes, après obtention du consentement de tous les participants, est réalisée. Chaque groupe comprend 8 à 10 étudiants, répartis librement pour la recherche d’informations sur les cas, l’étude individuelle, les discussions de groupe, les échanges entre pairs, la synthèse des points principaux, la structuration des données et la prise de notes. Un étudiant doté de solides compétences organisationnelles et de communication est désigné comme chef de groupe pour animer les discussions et les présentations. 3) Guide pédagogique : L’enseignant utilise le logiciel de simulation pour expliquer l’anatomie de la colonne vertébrale à l’aide d’exemples concrets et permet aux étudiants d’utiliser activement le logiciel pour effectuer des opérations telles que le zoom, la rotation, le repositionnement du scanner et le réglage de la transparence des tissus. L’objectif est d’approfondir la compréhension et la mémorisation de la structure de la maladie et d’aider les étudiants à réfléchir de manière autonome aux principaux liens entre son apparition, son développement et son évolution. 4) Échanges et discussions : En réponse aux questions préparées avant le cours, des exposés sont présentés pour alimenter la discussion. Après un temps suffisant d’échange, chaque chef de groupe est invité à présenter les conclusions de la discussion. Pendant ce temps, les groupes peuvent poser des questions et s’entraider, tandis que l’enseignant observe attentivement les modes de pensée des étudiants et les difficultés qu’ils rencontrent. 5) Synthèse : Après la présentation des travaux des étudiants, l’enseignant commente leurs performances, résume et répond en détail aux questions communes et aux points controversés, et définit les orientations des apprentissages futurs afin de faciliter l’adaptation des étudiants à la méthode d’apprentissage par problèmes.
Le groupe témoin utilise le mode d'apprentissage traditionnel, les étudiants étant invités à consulter les supports de cours avant chaque séance. Pour les cours théoriques, les enseignants utilisent des tableaux blancs, des supports multimédias, des vidéos, des maquettes et d'autres outils pédagogiques, et organisent le déroulement de la formation en fonction de ces supports. En complément du programme, cette approche met l'accent sur les difficultés et les points clés du manuel. Après le cours, l'enseignant résume la matière et encourage les étudiants à mémoriser et à assimiler les connaissances essentielles.
Conformément au contenu de la formation, un examen à livre fermé a été mis en place. Les questions objectives sont sélectionnées parmi les questions pertinentes posées par les praticiens au fil des années. Les questions subjectives sont élaborées par le Département d'orthopédie et évaluées par des enseignants qui ne participent pas à l'examen. L'examen est noté sur 100 points et se compose principalement de deux parties : 1) Questions objectives (principalement des questions à choix multiples), évaluant la maîtrise des connaissances par les étudiants (50 % de la note finale) ; 2) Questions subjectives (questions d'analyse de cas), axées sur la compréhension et l'analyse systématiques des pathologies par les étudiants (50 % de la note finale).
À la fin du cours, un questionnaire en deux parties et neuf questions a été distribué. Le contenu principal de ces questions correspond aux éléments présentés dans le tableau, et les étudiants doivent y répondre en attribuant 1 point sur 10. Un score élevé indique une grande satisfaction. Les questions du tableau 2 portent sur la capacité d'une combinaison des modalités d'apprentissage PBL et 3DV à faciliter la compréhension de connaissances professionnelles complexes. Les éléments du tableau 3 reflètent la satisfaction des étudiants vis-à-vis de ces deux modalités d'apprentissage.
Toutes les données ont été analysées à l'aide du logiciel SPSS 25 ; les résultats sont exprimés sous forme de moyenne ± écart-type (x ± s). Les données quantitatives ont été analysées par une ANOVA à un facteur, les données qualitatives par un test du χ² et la correction de Bonferroni a été appliquée pour les comparaisons multiples. Différence significative (p < 0,05).
Les résultats de l'analyse statistique des deux groupes ont montré que les scores aux questions objectives (questions à choix multiples) des étudiants du groupe témoin étaient significativement supérieurs à ceux des étudiants du groupe expérimental (p < 0,05), et que les scores des étudiants du groupe témoin étaient également significativement supérieurs à ceux des étudiants du groupe expérimental (p < 0,05). Les scores aux questions subjectives (questions d'analyse de cas) des étudiants du groupe expérimental étaient significativement supérieurs à ceux des étudiants du groupe témoin (p < 0,01) (voir tableau 1).
Des questionnaires anonymes ont été distribués après chaque cours. Sur les 106 questionnaires distribués, tous ont été retournés, soit un taux de réponse de 100 %. La comparaison des résultats de cette enquête sur le niveau de connaissances professionnelles entre les deux groupes d'étudiants a révélé que les étudiants du groupe expérimental maîtrisaient mieux les principales étapes de la chirurgie rachidienne, la planification des interventions, la classification classique des pathologies, etc. La différence était statistiquement significative (p < 0,05), comme indiqué dans le tableau 2.
Comparaison des réponses aux questionnaires relatifs à la satisfaction des enseignants entre les deux groupes : les étudiants du groupe expérimental ont obtenu des scores supérieurs à ceux du groupe témoin concernant l’intérêt pour l’apprentissage, l’ambiance en classe, les interactions en classe et la satisfaction des enseignants. La différence était statistiquement significative (p < 0,05). Voir le tableau 3 pour plus de détails.
Avec l'accumulation et le développement continus des sciences et des technologies, particulièrement en ce début de XXIe siècle, le travail clinique en milieu hospitalier devient de plus en plus complexe. Afin de garantir une adaptation rapide des étudiants en médecine au travail clinique et de former des médecins de haut niveau au service de la société, l'enseignement traditionnel et un modèle d'étude uniforme se heurtent à des difficultés pour résoudre les problèmes cliniques concrets. Le modèle traditionnel d'enseignement médical dans mon pays présente l'avantage d'offrir une grande quantité d'informations en salle de cours, des exigences environnementales peu élevées et un système de connaissances pédagogiques qui répond globalement aux besoins de l'enseignement théorique [9]. Cependant, cette forme d'enseignement peut facilement engendrer un fossé entre la théorie et la pratique, une baisse de l'initiative et de l'enthousiasme des étudiants, une incapacité à analyser de manière exhaustive les maladies complexes rencontrées en pratique clinique et, par conséquent, ne pas répondre aux exigences de l'enseignement médical supérieur. Ces dernières années, le niveau de la chirurgie du rachis a rapidement progressé dans mon pays, et son enseignement est confronté à de nouveaux défis. Durant la formation des étudiants en médecine, la partie la plus difficile de la chirurgie est l'orthopédie, et plus particulièrement la chirurgie du rachis. Les notions abordées sont relativement triviales et concernent non seulement les déformations et infections de la colonne vertébrale, mais aussi les traumatismes et les tumeurs osseuses. Ces concepts, à la fois abstraits et complexes, sont étroitement liés à l'anatomie, à la pathologie, à l'imagerie, à la biomécanique et à d'autres disciplines, ce qui rend leur compréhension et leur mémorisation difficiles. Parallèlement, de nombreux domaines de la chirurgie rachidienne évoluent rapidement et les connaissances contenues dans les manuels actuels sont obsolètes, ce qui complique la tâche des enseignants. Ainsi, une évolution des méthodes pédagogiques traditionnelles, intégrant les dernières avancées de la recherche internationale, permettrait de rendre l'enseignement des connaissances théoriques pertinentes plus concret, d'améliorer le raisonnement logique des étudiants et de les encourager à développer leur esprit critique. Il est urgent de remédier à ces lacunes du processus d'apprentissage actuel afin d'explorer les frontières et les limites des connaissances médicales modernes et de dépasser les obstacles traditionnels [10].
L'apprentissage par problèmes (APP) est une méthode pédagogique centrée sur l'apprenant. Grâce à l'apprentissage heuristique et autonome, ainsi qu'aux discussions interactives, les étudiants peuvent pleinement exprimer leur enthousiasme et passer d'une réception passive des connaissances à une participation active à l'enseignement. Contrairement à l'apprentissage magistral, l'APP offre aux étudiants suffisamment de temps pour utiliser les manuels, Internet et les logiciels afin de trouver des réponses à leurs questions, de réfléchir de manière autonome et d'échanger sur des sujets connexes en groupe. Cette méthode développe leur capacité à penser de manière indépendante, à analyser et à résoudre des problèmes [11]. Les discussions libres permettent aux étudiants d'avoir des points de vue variés sur un même sujet, ce qui favorise l'enrichissement de leur réflexion. L'APP développe la pensée créative et le raisonnement logique par la réflexion continue, ainsi que l'expression orale et l'esprit d'équipe grâce à la communication entre camarades [12]. Plus important encore, l'APP permet aux étudiants de comprendre comment analyser, organiser et appliquer les connaissances pertinentes, de maîtriser les méthodes pédagogiques appropriées et d'améliorer leurs compétences transversales [13]. Au cours de notre étude, nous avons constaté que les étudiants étaient plus intéressés par l'apprentissage de l'utilisation d'un logiciel d'imagerie 3D que par la compréhension de concepts médicaux techniques rébarbatifs présentés dans les manuels. Ainsi, dans notre étude, les étudiants du groupe expérimental se sont montrés plus motivés et plus impliqués dans le processus d'apprentissage que ceux du groupe témoin. Les enseignants devraient encourager les étudiants à s'exprimer avec assurance, à développer leur conscience disciplinaire et à stimuler leur intérêt pour la participation aux discussions. Les résultats des tests montrent que, concernant la mémorisation mécanique, les performances des étudiants du groupe expérimental sont inférieures à celles du groupe témoin. Cependant, lors de l'analyse d'un cas clinique, exigeant une application complexe des connaissances pertinentes, les performances des étudiants du groupe expérimental sont nettement supérieures à celles du groupe témoin, ce qui souligne les avantages de l'intégration de la réalité virtuelle 3D à la médecine traditionnelle. La méthode d'apprentissage par problèmes (APP) vise à développer les compétences globales des étudiants.
L'enseignement de l'anatomie est au cœur de la formation clinique en chirurgie rachidienne. Compte tenu de la complexité de la structure de la colonne vertébrale et de l'importance des tissus impliqués dans l'intervention, tels que la moelle épinière, les nerfs rachidiens et les vaisseaux sanguins, les étudiants doivent développer leur imagination spatiale. Auparavant, ils utilisaient des images bidimensionnelles, comme les illustrations des manuels et les images vidéo, pour appréhender les concepts. Cependant, malgré l'abondance de ces supports, ils ne développaient pas une perception intuitive et tridimensionnelle de l'anatomie, ce qui engendrait des difficultés de compréhension. La complexité physiologique et pathologique de la colonne vertébrale, notamment les relations entre les nerfs rachidiens et les segments vertébraux, ainsi que certains points importants et complexes, comme la caractérisation et la classification des fractures des vertèbres cervicales, constituent des obstacles majeurs. De nombreux étudiants ont rapporté que le contenu de la chirurgie rachidienne est relativement abstrait et difficile à appréhender durant leurs études. De plus, les connaissances acquises sont rapidement oubliées après les cours, ce qui représente un handicap dans leur pratique professionnelle.
Grâce à la technologie de visualisation 3D, l'auteur présente aux étudiants des images 3D nettes, dont les différentes parties sont représentées par des couleurs distinctes. Des opérations telles que la rotation, la mise à l'échelle et la transparence permettent de visualiser le modèle de la colonne vertébrale et les images tomodensitométriques par couches successives. Cette approche permet non seulement d'observer clairement les caractéristiques anatomiques du corps vertébral, mais aussi de susciter l'intérêt des étudiants pour l'imagerie tomodensitométrique de la colonne vertébrale et d'approfondir leurs connaissances en visualisation. Contrairement aux modèles et outils pédagogiques utilisés par le passé, la fonction de transparence résout efficacement les problèmes d'occlusion et facilite l'observation des structures anatomiques fines et du trajet complexe des nerfs, notamment pour les débutants. Les étudiants peuvent travailler librement avec leur propre ordinateur, et les frais associés sont minimes. Cette méthode constitue une alternative idéale à la formation traditionnelle utilisant des images 2D [14]. Dans cette étude, le groupe témoin a obtenu de meilleurs résultats aux questions objectives, ce qui indique que le modèle d'enseignement magistral ne peut être totalement écarté et conserve une certaine valeur dans l'enseignement clinique de la chirurgie rachidienne. Cette découverte nous a incités à envisager de combiner le mode d'apprentissage traditionnel avec l'apprentissage par problèmes (APP) enrichi par la visualisation 3D, en ciblant différents types d'examens et des étudiants de niveaux variés, afin d'optimiser l'efficacité pédagogique. Toutefois, la faisabilité et les modalités de cette combinaison, ainsi que l'acceptation par les étudiants, restent à préciser ; ces questions pourraient faire l'objet de recherches ultérieures. Cette étude présente également certaines limites, notamment un possible biais de confirmation lorsque les étudiants remplissent un questionnaire après avoir appris qu'ils participeront à un nouveau modèle pédagogique. Cette expérimentation pédagogique est actuellement menée uniquement dans le contexte de la chirurgie du rachis ; des tests complémentaires sont nécessaires pour déterminer son applicabilité à l'ensemble des disciplines chirurgicales.
Nous combinons la technologie d'imagerie 3D avec la méthode d'apprentissage par problèmes (APP), surmontant ainsi les limites des méthodes et outils pédagogiques traditionnels. Nous étudions l'application pratique de cette combinaison dans le cadre de la formation aux essais cliniques en chirurgie du rachis. Les résultats des tests subjectifs montrent que les étudiants du groupe expérimental obtiennent de meilleurs résultats que ceux du groupe témoin (p < 0,05). De même, leurs connaissances professionnelles et leur satisfaction vis-à-vis des cours sont supérieures (p < 0,05). Les résultats du questionnaire sont également meilleurs (p < 0,05). Nos expériences confirment donc que l'association de l'APP et des technologies 3D est efficace pour développer le raisonnement clinique des étudiants, accroître leurs connaissances professionnelles et renforcer leur motivation à apprendre.
L'association de l'apprentissage par problèmes (APP) et des technologies 3D permet d'améliorer significativement l'efficacité des stages cliniques des étudiants en médecine en chirurgie rachidienne, de renforcer leur motivation et leur intérêt pour l'apprentissage, et de développer leur raisonnement clinique. L'imagerie 3D présente des avantages considérables pour l'enseignement de l'anatomie, et son impact global est supérieur aux méthodes d'enseignement traditionnelles.
Les jeux de données utilisés et/ou analysés dans cette étude sont disponibles auprès de leurs auteurs respectifs sur demande raisonnable. Nous ne disposons pas des autorisations éthiques nécessaires pour les déposer dans le dépôt. Veuillez noter que toutes les données de l'étude ont été anonymisées à des fins de confidentialité.
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Service de chirurgie de la colonne vertébrale, Hôpital universitaire de Xuzhou, Xuzhou, Jiangsu, 221006, Chine
Tous les auteurs ont contribué à la conception et à l'élaboration de l'étude. La préparation du matériel, la collecte et l'analyse des données ont été réalisées par Sun Maji, Chu Fuchao et Feng Yuan. La première version du manuscrit a été rédigée par Chunjiu Gao, et tous les auteurs ont commenté les versions précédentes. Les auteurs ont lu et approuvé la version finale du manuscrit.
Cette étude a été approuvée par le Comité d'éthique de l'hôpital universitaire affilié à l'Université de médecine de Xuzhou (XYFY2017-JS029-01). Tous les participants ont donné leur consentement éclairé avant l'étude, tous les sujets étaient des adultes en bonne santé et l'étude respecte les principes de la Déclaration d'Helsinki. Toutes les méthodes ont été mises en œuvre conformément aux directives et réglementations en vigueur.
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Sun Ming, Chu Fang, Gao Cheng et al. Imagerie 3D et apprentissage par problèmes dans l'enseignement de la chirurgie du rachis. BMC Medical Education 22, 840 (2022). https://doi.org/10.1186/s12909-022-03931-5
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Date de publication : 4 septembre 2023