麻醉学培训中的混合学习：交互式电子学习是否是提升麻醉技能的有效方法？——单中心随机试验 - 健康研究

1. 引言

将教学视频和其他数字格式整合到本科医学教育中，为推进数字化和解决有限的教学资源提供了机会（Kim, 2022）。混合学习，将讲座、电子学习和实践培训结合起来，已被证明可以提高学生满意度而不减少出勤率，因为录制的讲座允许学生复习材料，加深对复杂主题的理解，并补上错过的课程（Mohi et al., 2021）。这些格式可以加强学习成果，据报道，讲座录音与提高考试成绩之间存在相关性（Kim, 2022; Mohi et al., 2021）。然而，医学生一直表达希望有更多的实践培训，并将混合学习概念整合到面对面教学中（Hunck et al., 2022; Kastl et al., 2023）。

动脉穿刺，特别是桡动脉插管，是临床相关、跨学科技能的一个例子，可直接应用于心脏病学、麻醉学、急诊医学和重症监护医学。对于冠状动脉介入、侵入性血压监测和即时诊断至关重要（Bickenbach & Marx, 2010; Meidert et al., 2017; Valgimigli et al., 2014）。这些在最后临床学年经常遇到的程序，允许学生积极参与患者护理，并为诊断和治疗做出贡献（LOOOP, n.d.）。

然而，侵入性动脉压监测带有感染、出血和缺血等风险（Scheer et al., 2002）。并发症率在经验不足的人员中显著更高，成功率随着程序经验的增加而明显提高（Schulz et al., 2021）。这强调了有针对性的正确技术培训和设备处理的重要性，以最大限度地减少风险并提高患者安全（Donner-Banzhoff, 2014）。

在德国，国家基于能力的学习目标目录（NKLM）将动脉穿刺列为在实践年期间在监督下执行的能力，将其分配给涉及获取和掌握技术技能的心理运动学习目标（Wissing, 2018）。心理运动能力被认为是将理论知识转化为安全、独立临床实践的关键。

混合学习通过将数字准备与现场模拟和监督实践相结合，提供了一种教授能力的有效方法（Dombrowski et al., 2019）。数字材料，如高质量的教学视频，可以提供复杂程序的标准化、可重复的演示，而基于模拟的课程允许在安全环境中立即应用这些知识（Kurz et al., 2023）。来自其他学科的证据支持这种方法：例如，在产科中，关于处理肩难产的混合学习模块使超过95%的学生能够在模拟中达到性能标准，无论先前经验如何（Stieglitz et al., 2023）。其他研究表明，翻转课堂格式、移动学习和多媒增强技能训练可以提高学生准备、参与度和心理运动表现（Lew, 2016; Surov et al., 2021）。

本研究调查了作为混合学习方法一部分的教学视频在教授医学生动脉穿刺技能方面的有效性。我们使用"程序技能直接观察（DOPS）"进行评估。DOPS是医学教育中的一种结构化方法，通过使用标准化标准直接观察和评估程序技能（Hanke et al., 2021; Weimer et al., 2023）。

2. 材料和方法

2.1 研究设置和设计

本研究在"美因茨卓越、前瞻性和多功能教育修订计划（MINERVA）"中进行，这是为最后一年医学生在美因茨大学医学中心开设的为期两天的课程。该计划旨在加强在医学学校 predominantly理论临床阶段中未得到充分解决的临床能力。实践技能在小群体中（最多六名参与者）使用模拟培训教授，并由美因茨大学医学中心的讲师监督（myScience, 2010）。

提交了伦理申请（参考2020-15360）。根据莱茵兰-普法尔茨州伦理委员会的意见，由于项目仅涉及在模型上进行培训，不需要正式的职业伦理审查。

本研究选择了低保真模拟方法。制作了一个教学视频，在技能训练器（3B Scientific®，汉堡，德国）上演示逐步桡动脉穿刺程序，符合麻醉学系的标准操作程序（SOP）和已发布的指南（Er & Erdmann, 2008）。

2.2 参与者和随机化

邀请2021年夏季学期参加MINERVA的所有最后一年医学生参加。没有应用排除标准。在参与当天向学生告知研究，以避免影响结果。在随机化前，按照中立、标准化的信息会议获得书面知情同意。研究被描述为调查不同学习方法对动脉穿刺实际表现的影响——没有披露具体干预措施。实施这一策略是为了在最早阶段减轻霍桑效应和绩效偏差。在提供书面知情同意后，80名学生通过抽签随机分配到干预（暴露）组或对照组。对照组中有两名学生在随机化后撤回同意，最终样本为78名。两名未参与研究的学生没有提供原因。

该研究采用了交叉设计：

T1：暴露组在平板屏幕上观看一次教学视频，没有暂停或重播功能，而对照组熟悉设备（穿刺臂、针头、定位辅助工具、压力测量系统、卫生材料）。
T2：一周后，各组交换条件。

所有实际表现都用匿名字母数字代码记录；仅拍摄参与者的手以保持匿名性。每次会话结束时，根据要求提供简短反馈。

2.3 评估标准和评分系统

使用基于视频内容和SOP步骤的检查表评估表现，类似于Oriot等人用于儿科骨内通路的评分系统（Oriot et al., 2012）。每个正确执行的步骤获得一分；错误或遗漏的步骤得零分。多次尝试根据检查表导致分数减少。检查表包含14个项目，最高得分为16分。分数根据百分比阈值转换为等级，通过分数为60%（表1）。

所有视频记录的表现均由两名独立评分员评估，他们不知道组别分配。在主要分析之前建立了评分者间可靠性。

教学视频内容：教育视频涵盖了桡动脉穿刺的以下关键步骤，与美因茨大学医学中心的标准操作程序（SOP）和AMBOSS指南一致（AMBOSS, 2021）。

Allen测试：在穿刺前进行，以确认通过掌弓对手部的充足侧支循环。视频指出该测试的可靠性存在争议，建议在不确定情况下使用多普勒超声。
患者体位：手臂旋后和腕部背屈，以促进穿刺。
穿刺部位识别：在腕部近端约2厘米处触诊桡动脉。
卫生协议：手部消毒和使用一次性手套。
穿刺技术：使用Jelco® 20G导管，按机构SOP。
穿刺后消毒：遵循罗伯特·科赫研究所（RKI）指南，强调避免在消毒后重新触诊，以防止污染。
局部麻醉：对于清醒患者，在穿刺部位使用1%甲哌卡因。
导管插入：30-60°角度，将针头斜面向上推进，并在穿刺后按SOP固定导管。压力监测设置：导丝拔出、导管推进、固定，并连接到压力监测系统

2.4 统计分析

所有统计分析和图形均使用R Studio（RStudio Team [2020]；RStudio：R的集成开发环境，RStudio，PBC）和R 4.0.3（统计计算的语言和环境，R统计计算基金会）进行。使用Mann-Whitney U检验对序数等级变量进行组间比较。使用Wilcoxon检验分析组内随时间的比较。效应大小计算为Cohen's r（0.2 = 小，0.5 = 中等，>0.8 = 大）。总体显著性水平设定为α = 0.05，对多重测试进行Bonferroni校正（调整α = 0.0125）。

3. 结果

3.1 研究人群

为了透明地报告参与者通过研究每个阶段的流程，我们遵循了报告试验的综合标准（CONSORT）指南。下面的CONSORT流程图说明了被评估符合资格、登记、分配到各自研究组并包含在最终分析中的学生数量，以及任何排除或退出的原因（图1）。共有78名最后一年的医学生参与了该研究。41名（52.6%）为女性，37名（47.4%）为男性，中位年龄为28岁。33名学生（42.3%）在进入医学院之前完成了职业资格。16名学生（28.2%）报告之前有桡动脉穿刺的模拟培训经验，26名学生（44.1%）之前至少对患者进行过一次桡动脉穿刺。大多数（88.1%）已独立放置超过五个外周静脉导管。

3.2 能力获取：T1比较

在T1，暴露组只有一名学生（2.5%）得分低于通过分数（<10分），而对照组有10名学生（26.3%）。高表现（15-16分；>90%的总分）由暴露组27名学生（67.5%）实现，而对照组只有一名学生（2.6%）。

T1时暴露组和对照组之间的等级比较显示总分有统计学上的显著差异（p < 0.001），效应大小大（r = 0.735）（图2）。

3.3 能力获取：暴露组T1 vs. T2

在T1时的40名暴露组学生中，30名也参加了T2。平均等级在T1为1.5，在T2为1.63，无统计学上的显著差异（p = 0.101，Wilcoxon检验）。15名学生获得了相同的等级，9名等级降低，5名提高。效应大小为r = 0.3，表明表现相对稳定地保持了一周间隔（图3）。

3.4 能力获取：对照组T1 vs. T2

在对照组中，初始38名学生中有30名参加了T2。在T1，10名学生（26.3%）未通过；在T2，全部通过，26名（86.7%）获得了高表现分数（>90%的总分）。平均等级从T1的3.71提高到T2的1.13（p < 0.001，效应大小r = 0.833）（图4）。

3.5 T2组间比较

在T2，暴露组的平均等级为1.63，而对照组为1.13。尽管对照组随时间的改善更大，但Mann-Whitney U检验表明在Bonferroni校正后两组之间没有统计学上的显著差异（p = 0.013；调整显著性水平0.0125），效应大小中等（r = 0.32）（图5）。

4. 讨论

本研究旨在调查简短、有针对性的教学视频是否能有效地教授桡动脉穿刺的标准化步骤，作为最后一年医学生的混合学习格式。研究结果提供了有力证据，证明基于视频的指导，当作为混合学习概念与实践培训战略性整合时，可以在模拟环境中显著提高表现。在T1，暴露组的学生（在模拟会话前接触教学视频）获得了明显更高的分数，比对照组的学生确认了可以通过电子学习有效传递程序知识。这些结果与先前的研究一致，表明当与实际应用相结合时，数字准备可以增强程序技能获取，特别是当教师时间和教学资源有限时（Alphonso et al., 2017; Giacomino et al., 2020）。

表现优势的可能贡献者是教学视频的结构化设计，它平行于佩顿的四步技能教学方法：演示、分解、理解、表现（Giacomino et al., 2020）。在传统环境中，前两个步骤是现场进行的，但将它们转移到按需数字格式使学习者可以在实际会话前多次参与材料。这种重复有助于认知编码，促进将程序步骤组织成连贯的心理模型，并减少实际实践过程中的额外认知负荷。此外，移动访问意味着学生可以在不同的学习环境中重新访问内容，例如在进入技能实验室之前，利用即时学习原则。

通过在初始会话后一周重新评估暴露组，研究了学习的可持续性。表现没有统计学上显著下降支持了基于视频的程序教学可以导致至少短期内技能保留的结论，无需额外强化。这与来自其他程序培训研究的结果一致，这些研究表明当得到结构化的初始接触支持时，认知和心理运动元素的保留（Lavallard et al., 2023）。然而，平均分数的轻微下降表明，通过重新观看视频、参与间隔练习或纳入简短的复习测试可能有利于优化长期保留。医学教育中的"测试增强学习"范式支持这一点，表明与仅被动复习相比，知识的重复回忆和应用会导致更持久的技能掌握（Brame & Biel, 2015; Green et al., 2018）。

当两组在T2都观看了教学视频时，表现差异不再具有统计学意义。对照组的平均分数略高于暴露组，但程度不显著。有几种可能的解释。对照组在观看视频后有立即的练习机会，可能通过积极参与加强了学习，这在运动学习文献中有充分记录（Sheahan et al., 2018）。此外，最初在没有视频指导的情况下尝试该程序，对照组可能发展出"负面知识"，即对无效策略或常见错误的认识，这可能导致在随后的尝试中更刻意和专注的表现（Oser & Spychiger, 2005）。这一现象突显了将基于错误的学习整合到程序技能课程中的潜在价值。整合基于错误的学习可能需要重新排序课程：学生首先进行独立试验以遇到错误，然后进行结构化反馈，从而进行纠正重复，最终导致技能的自动化和转移。

此外，评估可以扩展到系统地捕捉不仅正确的表现，还有识别和纠正错误的能力。

应该承认，并非所有教学视频都同样有效。视频设计的教育质量——包括分段、信号和学习者参与策略等因素——可能关键地决定基于视频的教学是导致改善还是甚至负面的学习结果（Fyfield et al., 2022）。本研究中观察到的积极结果因此可能无法推广到所有基于视频的干预，而不注意基于证据的视频设计原则。此外，并非所有临床程序都同样适合基于视频的文档和教学。虽然桡动脉穿刺由于其明确定义的顺序步骤和外部可见性而非常适合视觉演示，但其他程序——如数字直肠或阴道检查——涉及触觉和本体感受成分，无法仅通过视频充分传达。本研究结果对这些程序的普遍性尚不确定。

对课程设计的影响是相当大的。制作教学视频所需的资源很少：在我们的研究中，大约四个小时的准备和拍摄涉及三名工作人员，加上适度的消耗品成本。一旦创建，这种资源可以重复使用，无需额外投资，使其成为在资源受限环境中增强程序培训的可持续解决方案。当在实践会话前提前提供时，视频允许将整个预定时间用于监督的刻意练习，这已知可以改善心理运动表现和信心（Vogel & Harendza, 2016）。证据还表明，当得到结构化材料的支持时，程序技能可以由训练有素的同伴或非医师讲师有效教授，这表明教学视频可以被用来培训这些促进者并进一步扩大教学能力。

混合学习整合到临床教育中在COVID-19大流行期间及之后获得了势头，当时减少的患者接触需要采用基于模拟和数字模式。

超过90%的德国医学生广泛采用Amboss等商业学习平台表明，学习者已经习惯于数字自主学习，教学视频可以轻松整合到这些已建立的学习习惯中（AMBOSS, 2014）。

该研究有几个局限性，在解释结果时应予以考虑。研究人群仅限于美因茨大学医学中心的最后一年医学生，可能限制了研究结果的普遍性。模拟器皮肤被多次重复用于多次穿刺，可能使目标位置随着时间的推移更容易定位。使用低保真模拟器可能限制了直接转移到患者护理。此外，一周的随访间隔并未提供有关程序能力长期保留的信息。

此外，交叉设计对于程序技能获取有其固有的局限性。心理运动学习是不可逆的；一旦学生已经练习或观察了该程序，他们在后续阶段的表现不可避免地会受到先前接触的影响。这限制了T2结果的可解释性，因为两组最终都接受了干预，表现改善可能反映了累积学习而不是孤立的视频效果。具有延迟干预的平行组随机对照设计可能提供了更清晰的因果证据。

从T1到T2，暴露组中参与者数量从40减少到30（25%的流失）引起了对潜在流失偏倚的担忧。可能表现较低的学生更可能退出，这可能会人为地提高保留的表现分数。没有对完成者和非完成者进行敏感性分析，这是组内比较的一个重要局限。

鉴于相对较小的样本量（n = 78）和程序培训经验的异质性先前暴露（28%有先前模拟培训经验，44%有先前患者穿刺经验），存在相当大的风险，即更有经验的学生可能在组间分布不均，尽管进行了随机化。按先前模拟经验或临床表现进行分层随机化将更适合确保基线等效。

一个关键局限是缺乏干预前程序能力的评估。尽管进行了随机化，但没有证据表明组在干预前在先前技术技能方面是等效的。如果没有基线评估，T1观察到的差异可能部分反映预先存在的能力差异，而不仅仅是教学视频的效果。

未来研究方向

展望未来，一个重要的下一步是研究视频准备的观察到的好处是否能转化为改善的患者护理。现有证据表明，基于模拟的教育可以改善临床表现（Trentzsch et al., 2013）。模拟培训作为准备性和补充性工具，增强了医疗专业人员的能力，而不取代从真实患者护理中获得的宝贵经验。通过弥合基于模拟的教育和临床实践之间的差距，医学培训计划可以更好地为学生准备现实世界患者护理的复杂性，确保有能力且自信的劳动力。

5. 结论

本研究表明，简短、结构化的教学视频可以有效地在混合学习框架内教授最后一年医学生的桡动脉穿刺程序步骤。当在监督模拟培训前观看时，视频导致显著更高的表现，并且技能在一周内基本保持，无需额外强化。向两组提供视频导致了可比的表现，这表明时间和立即练习可能影响短期结果。

研究结果强调了教学视频在标准化程序教学、优化有限教师时间的使用和减少资源需求方面的潜力，同时保持高质量的教育。通过将初始认知和观察学习转移到数字领域，现场会话可以完全致力于刻意练习和反馈。

然而，由于缺乏基线能力评估、相对较小的样本量以及交叉设计对程序技能获取的固有限制，应谨慎解释这些发现。观察到的表现差异可能部分反映先前临床经验的预先存在变异性，而不仅仅是教学视频的效果。未来的研究应纳入干预前评估和分层随机化，以加强因果推理。

作者贡献

概念化，A.M.，S.K.和K.E.；方法学，A.M.；软件，M.M.；验证，S.K.，A.M.和K.E.；正式分析，A.M.；调查，A.M.；数据管理，A.M.和M.M.；写作—初稿准备，A.M.和S.K.；写作—审阅和编辑，S.K.，K.G.和K.E.；可视化，K.G.和N.D.；监督，N.D.和K.E.；项目管理，S.K.所有作者已阅读并同意发表的稿件版本。