口腔實(shí)驗(yàn)教學(xué)的虛擬環(huán)境創(chuàng)造問題研究

單安娜

摘要：口腔醫(yī)學(xué)是一門經(jīng)驗(yàn)型學(xué)科，因此在教學(xué)過程中對實(shí)驗(yàn)課程要求更高。新課程標(biāo)準(zhǔn)提出了實(shí)踐教育的觀念，但是種種原因?qū)е聜鹘y(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)無法滿足教學(xué)的要求。隨著虛擬技術(shù)的發(fā)展，虛擬技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中得到廣泛應(yīng)用。本文主要探討了口腔實(shí)驗(yàn)教學(xué)的虛擬環(huán)境的作用、口腔實(shí)驗(yàn)教學(xué)的虛擬環(huán)境在教學(xué)中的應(yīng)用、口腔實(shí)驗(yàn)教學(xué)的虛擬環(huán)境相關(guān)技術(shù)以及口腔實(shí)驗(yàn)教學(xué)的虛擬環(huán)境在教學(xué)中應(yīng)用的原則。

關(guān)鍵詞：口腔實(shí)驗(yàn)教學(xué) 虛擬環(huán)境 教學(xué)效率

一、虛擬環(huán)境在口腔實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用

1.有利于完成高成本、高危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)課程

在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，由于部分實(shí)驗(yàn)耗材多、成本高或者危險(xiǎn)性高，導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)課程的停滯。虛擬環(huán)境能夠通過人機(jī)結(jié)合的方式來完成相關(guān)的實(shí)驗(yàn)操作，為學(xué)生提供更多的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，有效避免了在實(shí)驗(yàn)過程中的危險(xiǎn)。

虛擬環(huán)境的相關(guān)技術(shù)能夠有效地銜接口腔醫(yī)學(xué)涉及的各個學(xué)科，同時(shí)保留學(xué)科的特性，能夠保障學(xué)生學(xué)習(xí)的多樣性以及全面性。在授課過程中，教師能夠使用虛擬環(huán)境對同一教學(xué)內(nèi)容反復(fù)操作，對于學(xué)生不清楚的知識點(diǎn)可以有針對性地多次講解。虛擬環(huán)境有效避免了實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，能夠讓學(xué)生在牢記理論知識的同時(shí)提高實(shí)踐操作能力。

2.提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性

學(xué)生是實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的主體，在授課過程中，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性能得到事半功倍的效果。在口腔實(shí)驗(yàn)教學(xué)的虛擬環(huán)境教學(xué)中，學(xué)生能夠直接參與到實(shí)驗(yàn)中來，更有助于學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的提高。

虛擬環(huán)境集圖形、文字、操作于一體，在學(xué)習(xí)理論知識的同時(shí)能夠通過人機(jī)互動進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，豐富了課程內(nèi)容，營造了活躍自主的課程氛圍。通過模擬設(shè)備的圖文并茂的演示，讓抽象的理論知識更容易被學(xué)生理解，仿真模擬的功能更有益于學(xué)生掌握技術(shù)難點(diǎn)。

在虛擬環(huán)境中，學(xué)生可以依據(jù)自身的知識能力水平提出不同的解決方案，并且將解決方案應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)中。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中學(xué)生往往顧慮實(shí)驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)，不敢將自己的方案應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)中。虛擬環(huán)境教學(xué)規(guī)避了實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，可以讓學(xué)生放心地操作，有利于提高學(xué)生的參與度，從而提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

3.打破時(shí)間和空間的限制

目前，由于學(xué)生急速增多，院校的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)速度跟不上，導(dǎo)致了院校實(shí)驗(yàn)室供不應(yīng)求。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程由于部分實(shí)驗(yàn)周期長，教師即使想要帶領(lǐng)學(xué)生增多實(shí)驗(yàn)課程，但是由于時(shí)間和空間的限制，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無法完成。口腔實(shí)驗(yàn)教學(xué)的虛擬環(huán)境打破了時(shí)間和空間的限制，讓學(xué)生能夠在有限的時(shí)間內(nèi)，觀察到需要長時(shí)間才能觀察到的變化結(jié)果。

除此之外，實(shí)驗(yàn)結(jié)果會通過電腦反饋給學(xué)生，打破了空間的限制，減少了學(xué)生課程的限制，提高了口腔實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。

4.培養(yǎng)了學(xué)生的綜合能力

近年來，隨著教育改革的不斷推進(jìn)，在教學(xué)中更加注重學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。素質(zhì)教育打破了以往重理論輕應(yīng)用的教學(xué)模式，所以教師在教學(xué)過程中應(yīng)給學(xué)生提供更多的學(xué)習(xí)機(jī)會，讓學(xué)生接觸更多的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

虛擬環(huán)境教學(xué)能夠讓學(xué)生身臨其境，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。學(xué)生在學(xué)習(xí)中不斷提出問題、思考問題、解決問題，鍛煉了學(xué)生掌控時(shí)間的能力、思維能力以及表述能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

虛擬環(huán)境教學(xué)還有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。在以往的授課過程中，往往以教師為中心，忽略了學(xué)生的主體地位，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中處于被動的地位，導(dǎo)致了無法實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。在虛擬環(huán)境實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生處于不斷探索、提出解決方案、修正解決方案的自主學(xué)習(xí)的過程，有利于自主學(xué)習(xí)能力的提高。

二、口腔實(shí)驗(yàn)教學(xué)的虛擬環(huán)境在教學(xué)中的應(yīng)用

1.虛擬環(huán)境在口腔實(shí)驗(yàn)義齒種植中的應(yīng)用

義齒種植具有美觀以及幫助咀嚼等優(yōu)點(diǎn)。但是義齒種植價(jià)格高、操作難，對于技術(shù)水平要求高。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于人力物力財(cái)力的限制，不是所有學(xué)生都有機(jī)會參與實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致人才培養(yǎng)的不充分。

通過虛擬環(huán)境實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的不足，可以通過電腦虛擬種植牙的材料以及通過電腦操作來還原種植牙的過程。學(xué)生通過操作電腦鼠標(biāo)以及虛擬口腔來調(diào)整手術(shù)部位，從而修正牙槽骨以及提升上額竇等。在虛擬環(huán)境下不必?fù)?dān)心操作失敗帶來的后果，可以有效避免實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)能夠讓學(xué)生理論結(jié)合實(shí)際，培養(yǎng)其綜合能力。

2.在口腔解剖生理學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

在課程前，應(yīng)用虛擬技術(shù)進(jìn)行石膏模型掃面，在計(jì)算機(jī)設(shè)備中制作成圖像。通過多次調(diào)整來達(dá)到兩個極度接近。在實(shí)驗(yàn)課程中使用虛擬技術(shù)，可依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)客觀真實(shí)地評價(jià)每一項(xiàng)操作和牙齒的形態(tài)功能等，幫助學(xué)生理解口腔生理學(xué)知識。

三、口腔實(shí)驗(yàn)教學(xué)的虛擬環(huán)境相關(guān)技術(shù)探析

口腔實(shí)驗(yàn)教學(xué)的虛擬環(huán)境的創(chuàng)設(shè)主要利用三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、多功能傳感器交互式接口技術(shù)以及高清晰度、高更新速度顯示技術(shù)相互綜合，對真實(shí)情況進(jìn)行模擬。在操作過程中通過電子設(shè)備還原真實(shí)情況、讓學(xué)生在模擬環(huán)境中感知實(shí)踐。

1.口腔實(shí)驗(yàn)教學(xué)的虛擬環(huán)境技術(shù)特點(diǎn)分析

（1）高安全性。在傳統(tǒng)的口腔實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于學(xué)生對于設(shè)備儀器使用的流程不清晰、操作過程不規(guī)范等，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課程中有許多的不安全因素，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課程無法達(dá)到應(yīng)有的效果。虛擬環(huán)境技術(shù)規(guī)避了此類風(fēng)險(xiǎn)。在虛擬環(huán)境下，不必?fù)?dān)心實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的安全問題。

目前社會對于人才需求供不應(yīng)求，導(dǎo)致院校擴(kuò)招、學(xué)生增加、實(shí)驗(yàn)室資源短缺，但是實(shí)驗(yàn)課程又是將理論應(yīng)用與實(shí)踐結(jié)合不可或缺的環(huán)節(jié)。因此，如何提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性是目前亟待考慮的問題。虛擬環(huán)境實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠有效減小教學(xué)過程中發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)掌握操作技能，操作過程中避免了同患者產(chǎn)生聯(lián)系，保障了實(shí)驗(yàn)的安全性。

（2）實(shí)時(shí)交互性。在虛擬環(huán)境下進(jìn)行實(shí)踐操作，實(shí)踐過程以及結(jié)果能夠通過電腦屏幕顯示出來，從而讓學(xué)生能夠及時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)過程。

例如，仿真頭模內(nèi)部的牙齒可以拿取替換。在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生所用的牙鉆手持件配有力傳感器，能夠模仿琢磨和接觸，其震動可以直接被學(xué)生感觸到，同時(shí)數(shù)據(jù)會直接返回到電腦屏幕。學(xué)生可通過虛擬環(huán)境來感受真實(shí)的操作環(huán)境。

除此之外，虛擬的教學(xué)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中結(jié)合了三維交互式模擬，讓學(xué)生能夠?qū)⒗碚撝R與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中積累了相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。虛擬環(huán)境電子設(shè)備能夠?qū)W(xué)生的每一次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)返回到計(jì)算機(jī)中，學(xué)生可以通過數(shù)據(jù)來認(rèn)識到自身的不足，并且在今后的學(xué)習(xí)過程中積極改正。

（3）自主性。在虛擬環(huán)境下更有利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。學(xué)生可以按照自己的想法進(jìn)行創(chuàng)新研究，而不必?fù)?dān)心造成巨大損失。教學(xué)的過程是培養(yǎng)學(xué)生思維能力、創(chuàng)新能力以及自主學(xué)習(xí)能力的過程，讓學(xué)生有更大的發(fā)揮空間才能夠培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

2.口腔實(shí)驗(yàn)教學(xué)的虛擬環(huán)境的相關(guān)技術(shù)

（1）三維視覺顯示技術(shù)。三維視覺技術(shù)主要為虛擬環(huán)境的視覺感受提供了技術(shù)支持，給虛擬環(huán)境創(chuàng)造更好的視覺效果。

（2）虛擬環(huán)境建模技術(shù)。虛擬環(huán)境建模是打造虛擬環(huán)境的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，為實(shí)現(xiàn)真實(shí)情景還原提供了技術(shù)支持。

（3）立體虛擬聲音技術(shù)。立體虛擬聲音技術(shù)可以打造良好的聲音效果，讓人在虛擬環(huán)境中感受到聽覺效果。

四、口腔實(shí)驗(yàn)教學(xué)的虛擬環(huán)境在教學(xué)中應(yīng)用的原則

1.直觀性原則

學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)習(xí)的積極性對于教學(xué)的結(jié)果有著重要的影響。在以往的教學(xué)過程中，由于理論知識抽象難懂導(dǎo)致學(xué)生的積極性不高。因此，創(chuàng)新教學(xué)方法，讓課程內(nèi)容更加直觀易懂是口腔實(shí)驗(yàn)教學(xué)的首要原則。

在虛擬環(huán)境教學(xué)過程中，應(yīng)注重把教學(xué)重點(diǎn)、教學(xué)難點(diǎn)以及教學(xué)中抽象的知識點(diǎn)，運(yùn)用虛擬技術(shù)以圖文并茂的形式展示出來。突破傳統(tǒng)教學(xué)方式，將理論知識更加直觀、生動地展示給學(xué)生。

2.操作性原則

在實(shí)驗(yàn)課程中，由教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐操作來感知所學(xué)習(xí)的知識。所以在課程實(shí)踐中，實(shí)驗(yàn)課程應(yīng)具備可操作性。作為實(shí)驗(yàn)課程的主體，學(xué)生應(yīng)在虛擬環(huán)境下通過具體的操作來積累知識，教師在設(shè)計(jì)課程時(shí)應(yīng)注重實(shí)驗(yàn)與理論相結(jié)合。

尤其在口腔醫(yī)學(xué)中，學(xué)生想要完成從學(xué)習(xí)者到從醫(yī)者的轉(zhuǎn)變，只能通過不斷的實(shí)驗(yàn)操作積累經(jīng)驗(yàn)。可見虛擬環(huán)境實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要意義。

3.從實(shí)際出發(fā)原則

虛擬環(huán)境實(shí)驗(yàn)教學(xué)雖然能夠提高教學(xué)效率，為臨床教學(xué)提供良好的知識儲備，但是不能完全替代臨床實(shí)習(xí)教學(xué)。虛擬環(huán)境教學(xué)實(shí)驗(yàn)課程必須從實(shí)際出發(fā)，充分發(fā)揮虛擬環(huán)境教學(xué)的優(yōu)勢，同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整虛擬環(huán)境實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與臨床實(shí)習(xí)的良好銜接。

五、小結(jié)

在素質(zhì)教育的大背景下，各高校以及教師對實(shí)驗(yàn)課程日漸重視。但是由于實(shí)驗(yàn)室不足、實(shí)驗(yàn)成本高、周期長等客觀原因，導(dǎo)致傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程已經(jīng)無法滿足目前的教學(xué)需求，引進(jìn)虛擬環(huán)境實(shí)驗(yàn)教學(xué)勢在必行。

虛擬環(huán)境實(shí)驗(yàn)教學(xué)有利于提高學(xué)生的參與度，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。但是，由于虛擬環(huán)境實(shí)驗(yàn)教學(xué)起步晚、發(fā)展慢，目前部分虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備無法發(fā)到高精度、高真實(shí)性。因此，升級硬件設(shè)施、提高虛擬技術(shù)水平是目前亟待考慮的問題。

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（作者單位：山東省青島衛(wèi)生學(xué)校）