數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)在口腔修復(fù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用及優(yōu)越性

熊均平　邵建民　楊旭　郭金輝

摘要：通過在口腔修復(fù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中應(yīng)用數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)，可以在教師引導(dǎo)下，全面培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生的自我認(rèn)識(shí)能力、實(shí)訓(xùn)分析能力，增強(qiáng)學(xué)生的口腔修復(fù)操作準(zhǔn)確性，提升口腔修復(fù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果。近年來，我們結(jié)合口腔教學(xué)需要，建設(shè)了數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)，并結(jié)合口腔修復(fù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)項(xiàng)目，將數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)運(yùn)用于口腔修復(fù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，教學(xué)評(píng)價(jià)顯示其具有明顯的應(yīng)用優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng);口腔修復(fù)實(shí)訓(xùn)教學(xué);3D

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2020）04-0-02

前言

口腔修復(fù)學(xué)是一門理論知識(shí)與實(shí)踐技能緊密相關(guān)的臨床學(xué)科，不僅需要口腔醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生扎實(shí)地掌握理論知識(shí)，而且需要其熟悉整個(gè)實(shí)訓(xùn)操作過程。而口腔修復(fù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)是口腔醫(yī)學(xué)教學(xué)體系中承接理論教學(xué)和臨床實(shí)習(xí)的橋梁。這種情況下，恰當(dāng)運(yùn)用數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)，提高學(xué)生的實(shí)踐能力，為口腔醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生進(jìn)入臨床實(shí)習(xí)打通關(guān)卡，就成為口腔修復(fù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)面臨的重要任務(wù)。

一、數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)的主要功能

我們建設(shè)的數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)，是一款視覺、力覺融合的多功能虛擬現(xiàn)實(shí)口腔實(shí)踐操作模擬器，功能很多，其中之一是可用于口腔基礎(chǔ)教學(xué)、口腔修復(fù)操作考核及口腔修復(fù)基本功訓(xùn)練。該教學(xué)系統(tǒng)可以模擬口腔修復(fù)手術(shù)的三維環(huán)境，綜合利用虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡、高清顯示器，給學(xué)生以高沉浸感的聽覺和視覺體驗(yàn)[1]。

數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)主要包括3D力感覺認(rèn)知體驗(yàn)、修復(fù)基本訓(xùn)練評(píng)分系統(tǒng)、狹小環(huán)境器械互動(dòng)模擬操作等幾個(gè)部分。其中，3D力感覺認(rèn)知體驗(yàn)是利用反復(fù)的探針觸碰小球的實(shí)訓(xùn)，幫助專業(yè)學(xué)生體驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)克力度，逐步構(gòu)建對(duì)微小力的肌肉記憶，提升輸出力控制能力;而狹小環(huán)境器械互動(dòng)模擬操作訓(xùn)練則是通過雙手器械探測位姿的練習(xí)，可以提升在狹小的口腔環(huán)境內(nèi)進(jìn)行雙手協(xié)同操作的能力;修復(fù)基本訓(xùn)練評(píng)分系統(tǒng)主要是與修復(fù)相關(guān)的專項(xiàng)訓(xùn)練評(píng)分，包括固定義齒、義齒制備、義齒設(shè)計(jì)、軸線、垂直提拉等基本功的訓(xùn)練。

二、數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)在口腔修復(fù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用

1.教學(xué)材料準(zhǔn)備

以往借助石膏牙和安裝成品樹脂牙的仿頭模型的口腔修復(fù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)，大多依據(jù)先石膏模型練習(xí)、后在仿頭模成品樹脂牙上練習(xí)的方式，促使學(xué)生在訓(xùn)練過程中對(duì)牙體切割、修復(fù)具有精確的感性認(rèn)識(shí)。但是由于石膏模型、仿頭模內(nèi)樹脂牙的硬度、解剖外形與天然牙具有較大差距，整體教學(xué)效果不夠良好?；诖耍跀?shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用于口腔修復(fù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中，教師可以對(duì)牙體材料進(jìn)行替換[2]。即選用數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)，通過將離體牙灌注在石膏模型上，可以促使石膏模型硬度的有效提升，牙齒真實(shí)的解剖形態(tài)與硬度。同時(shí)為了促使專業(yè)學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)由實(shí)訓(xùn)過渡到臨床，可以依托數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)，兼顧樹脂牙、離體牙的練習(xí)，以開放實(shí)訓(xùn)的方式，設(shè)置離體牙重復(fù)備牙練習(xí)平臺(tái)，為學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)適應(yīng)天然牙預(yù)備環(huán)境奠定堅(jiān)實(shí)的

基礎(chǔ)。

此外，在實(shí)訓(xùn)材料準(zhǔn)備的基礎(chǔ)上，基于數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)與傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程間的差異，教師可以有針對(duì)性的對(duì)教學(xué)大綱中關(guān)于教學(xué)進(jìn)度、教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)修正。

如將部分牙體預(yù)備實(shí)訓(xùn)教學(xué)前移至理論課前，通過理論教學(xué)與實(shí)訓(xùn)教學(xué)同步開展的方式，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)類似牙齒修復(fù)方法進(jìn)行類比分析，提高教學(xué)資源利用率。

2.教學(xué)實(shí)踐

在靈活、具有趣味性、生動(dòng)的口腔修復(fù)實(shí)訓(xùn)具體教學(xué)過程中，教師可以根據(jù)具體教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)行數(shù)字化實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容的適當(dāng)分解。如在固定義齒全程數(shù)字化教學(xué)過程中，教師可以將固定義齒實(shí)訓(xùn)操作劃分為牙齒預(yù)備、數(shù)字化印模制備及義齒設(shè)計(jì)加工兩個(gè)部分。在第一部分教學(xué)過程中，教師可以指導(dǎo)專業(yè)學(xué)生登錄數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)，選擇課程、牙位，并進(jìn)行定位校正。在數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)中車針、基牙預(yù)備狀態(tài)的3D影像顯示正常之后，教師可以進(jìn)行臨床環(huán)境模擬，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行車針的選擇及更換、牙體預(yù)備標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比等牙體預(yù)備操作。在第二部分教學(xué)過程中，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生利用數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)配置的掃描儀，對(duì)頜模型進(jìn)行掃描，并根據(jù)掃描結(jié)果進(jìn)行數(shù)字化印模。隨后引導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)中的CAD設(shè)計(jì)軟件，根據(jù)數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)中操作菜單導(dǎo)航，從邊緣線確定——就位道及固位體設(shè)計(jì)——解剖形態(tài)雕刻等方面，對(duì)口腔修復(fù)體進(jìn)行3D設(shè)計(jì)[3]。在學(xué)生設(shè)計(jì)完畢后，教師可以引導(dǎo)其利用數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)中配置的五軸向研磨儀，進(jìn)行修復(fù)體加工。

此外，考慮到學(xué)生初次接觸數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)，對(duì)操作體位、操作手法不夠了解，再加上以往演示教學(xué)方式的不利影響，多數(shù)學(xué)生在口腔修復(fù)操作練習(xí)中缺乏自主性認(rèn)識(shí)及思考，只是一味的模仿教師操作、或根據(jù)數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)菜單導(dǎo)航操作，最終導(dǎo)致多數(shù)學(xué)生在口腔修復(fù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)結(jié)束后僅可以形成一個(gè)大概形態(tài)，無法準(zhǔn)確了解口腔修復(fù)實(shí)訓(xùn)操作要點(diǎn)。針對(duì)上述情況，在基于數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)的口腔修復(fù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中，教師應(yīng)避免連續(xù)不間斷地帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行3D操作動(dòng)畫觀摩，而是在關(guān)鍵操作時(shí)，結(jié)合即時(shí)視頻，為學(xué)生進(jìn)行直觀演示、講解。如在烤瓷冠牙體預(yù)備肩臺(tái)時(shí)，考慮到多數(shù)學(xué)生對(duì)舌側(cè)、遠(yuǎn)中鄰面肩臺(tái)等位置缺乏完善認(rèn)知，教師可以利用3D掃面+軟件演示的方式，為學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)講解;而在近中、唇頰側(cè)肩臺(tái)等可直觀觀察位置，教師可以第一時(shí)間切換到即時(shí)視頻，引導(dǎo)學(xué)生觀察，配合視頻講解及自制實(shí)訓(xùn)模型、教具的應(yīng)用，可以促使學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)適應(yīng)臨床數(shù)字化模擬交互操作環(huán)境，提高口腔修復(fù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)效率。

為調(diào)動(dòng)整個(gè)口腔修復(fù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中學(xué)生的參與積極性，教師可以在數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，依據(jù)現(xiàn)代教學(xué)理念，進(jìn)行MBL、PBL等教學(xué)方法的靈活運(yùn)用。如在口腔修復(fù)教學(xué)最后一節(jié)課，教師可以將學(xué)生劃分為三人到四人左右的若干個(gè)小組，鼓勵(lì)數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用背景下的每一個(gè)小組成員討論操作過程、匯總操作弊端，為人、數(shù)字化智能系統(tǒng)的有機(jī)整合提供依據(jù)。

3.教學(xué)評(píng)估運(yùn)用

在整個(gè)過程中，專業(yè)學(xué)生可以通過數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)自身操作準(zhǔn)確性進(jìn)行評(píng)估。而在操作結(jié)束后，可以利用數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)過程儲(chǔ)存記錄、回放功能，進(jìn)行總分?jǐn)?shù)評(píng)估[4]。同時(shí)為了更加精確、全面的了解數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)在口腔修復(fù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中應(yīng)用效果，教師可以在評(píng)估專業(yè)學(xué)生課堂操作準(zhǔn)確程度及課堂作業(yè)成績的基礎(chǔ)上，利用問卷調(diào)查的方式，從學(xué)習(xí)興趣提高情況、對(duì)基礎(chǔ)理論理解程度、實(shí)訓(xùn)結(jié)果評(píng)價(jià)客觀性、系統(tǒng)即時(shí)引導(dǎo)作用等方面，廣泛開展線上調(diào)查，以便為后續(xù)口腔修復(fù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用過程優(yōu)化提供依據(jù)。 ; ;

三、數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)在口腔修復(fù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)越性

對(duì)數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)在口腔修復(fù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)、分析，我們認(rèn)為，具有以下優(yōu)越性：

1.全面提升學(xué)生實(shí)訓(xùn)操作能力

口腔修復(fù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)步驟較為復(fù)雜，特別是一些專業(yè)細(xì)節(jié)操作，以往教師演示、學(xué)生觀看的教學(xué)手段由于觀看角度的限制、仿頭模面頰部的阻擋并不能全面展示，導(dǎo)致多數(shù)學(xué)生無法理解嵌體牙體預(yù)備邊緣小斜面、烤瓷全冠牙體預(yù)備的凹面鈍角肩臺(tái)燈抽象操作概念[5]。而通過數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用，可以構(gòu)建全新的實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生在數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)的治療環(huán)境中進(jìn)行實(shí)踐操作。通過具象操作三維動(dòng)畫展示，結(jié)合實(shí)訓(xùn)室仿頭模實(shí)習(xí)模型，可以加深學(xué)生對(duì)虛擬操作過程及概念的理解，有效提高學(xué)生實(shí)訓(xùn)操作能力。

2.保證教學(xué)過程準(zhǔn)確和持續(xù)性

數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)包括3D力感覺認(rèn)知體驗(yàn)、修復(fù)基本訓(xùn)練評(píng)分系統(tǒng)、狹小環(huán)境器械互動(dòng)模擬操作幾個(gè)部分，輔助設(shè)備主要包括計(jì)算機(jī)、攝像機(jī)、掃描儀等。通過上述幾個(gè)部分的關(guān)聯(lián)組合，可以構(gòu)建與口腔修復(fù)臨床相類似的操作機(jī)臺(tái)，并及時(shí)回饋教學(xué)影像，為學(xué)生提供高標(biāo)準(zhǔn)口腔修復(fù)療程操作輔助[6]。如在口腔修復(fù)中理解難度較大的固定橋的共同就位道、根管樁道的制備操作過程中，數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)反饋學(xué)生操作準(zhǔn)確度，便于學(xué)生及教師在實(shí)訓(xùn)前、實(shí)訓(xùn)后對(duì)操作情況做到有清晰的感知，避免誤操作發(fā)生，保證口腔修復(fù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程的準(zhǔn)確和持續(xù)性。

數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)是指教師在口腔修復(fù)教學(xué)中利用數(shù)字化智能輔助設(shè)備，以即時(shí)視頻、即時(shí)討論、即時(shí)評(píng)價(jià)反饋的方式，進(jìn)行的全方位、立體化互動(dòng)模擬的教學(xué)過程。其不僅可以提高口腔醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生實(shí)訓(xùn)操作水平，而且可以保證整個(gè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程的準(zhǔn)確和持續(xù)性。在口腔修復(fù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中，教師應(yīng)根據(jù)階段教學(xué)情況，在教學(xué)準(zhǔn)備、教學(xué)過程、教學(xué)評(píng)估等環(huán)節(jié)主動(dòng)引入數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)，保證口腔修復(fù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量。

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