虛擬現實技術在口腔解剖生理學本科生教學中的應用研究*

覃文聘，閆艦飛，牛麗娜，焦 凱△

(1.軍事口腔醫學國家重點實驗室/口腔疾病國家臨床醫學研究中心/陜西省口腔疾病臨床醫學研究中心/空軍軍醫大學口腔醫院黏膜病科，西安710032；2.軍事口腔醫學國家重點實驗室/口腔疾病國家臨床醫學研究中心/陜西省口腔醫學重點實驗室/空軍軍醫大學口腔醫院修復科，西安710032)

口腔解剖生理學是一門以研究牙齒、顱、頜、面、頸部諸多部位的正常形態結構、功能活動規律及其臨床應用為主要內容的學科。該學科是口腔基礎醫學中的主要學科之一，也是口腔醫學生必修的內容。目前口腔解剖生理學的教學手段主要包括課堂授課、flash動畫、解剖圖譜、錄像及尸體解剖實訓課等，但由于該學科專業概念繁雜抽象，對學生空間思維能力要求較高，導致學生在理解課程內容時頗具困難。虛擬現實(virtual reality,VR)技術因其沉浸感、交互性和構想性的特點，已經引起了教育界關于教學改革的激烈探討。如何將VR技術與傳統教學模式結合已成為教學改革的又一熱點，本文分析傳統口腔解剖生理學教學的現狀及問題，探討VR技術的特點及優勢，并分析引入口腔解剖生理學課程教學中的必要性及方法，以期實現課程教學的科學、高效、合理化。

1 口腔解剖生理學教學現狀

1.1 傳統的授課方式使學生逐漸失去興趣

口腔解剖生理學是一門綜合性、交叉性較強的基礎學科，由于本科生在學習本門課程時缺乏臨床經驗，且抽象思維能力相對較弱，傳統的“填鴨式”教學讓學生難以理解透徹相關知識，更難以進入高效學習狀態，從而打擊學習積極性、主動性和興趣，降低學習效率，影響學生獨立分析、解決問題的能力。

1.2 傳統教學手段難以展示抽象的解剖結構和生理功能

口腔解剖生理學作為基礎的口腔課程，其教學內容豐富、概念抽象晦澀。目前常用的口腔解剖生理學教學手段如互聯網、2D圖片(圖集)和尸體解剖等，都存在一定的局限。例如，在講解頭頸面部骨骼、神經、肌肉解剖時，學生在短時間需掌握多個深奧抽象的專業名詞、解剖層次和毗鄰關系，若使用2D圖片教學，無法直觀展示3D空間結構；若使用標本教學，雖為3D結構，但卻無法做到清楚呈現各解剖層次關系。又如在學習咬合運動一章節時，由于可視聽資源有限、理論抽象等原因導致其成為口腔醫學本科生教學的一大難題[1]。

1.3 實訓課內容及方式落后

目前的口腔解剖生理學實踐課主要集中在牙體形態的石膏雕刻和蠟型堆塑上，而忽視了口腔頭頸面部的解剖實訓，導致學生在顱頜面部解剖的學習上更為困難。在實訓課上，采用的形式多是“圍觀式”教學。由于實訓對象(牙齒)體積小、步驟精細、操作視野狹窄，圍觀式實訓教學難以保證所有學生都能看清示教過程并掌握關鍵步驟，實訓效果大打折扣。為了解決這一問題，常采用分組示教的方式，但卻影響了實訓課的效率，仍存在一定弊端[2]。

1.4 教學與臨床聯系不緊密

口腔解剖生理學中的概念在臨床課學習及實踐中具有重要意義，如胎位關系在全口義齒制作、顱頜面部解剖在頜面外科手術都具有舉足輕重的意義。但在具體的課堂教學實施過程中臨床應用場景難再現，導致教學內容與臨床知識聯系不緊密，學生對知識的理解不透徹，到了學習臨床課程時常需重新鞏固相關基礎知識[3]。

2 VR技術的概念與特點

VR技術由美國的喬·拉尼爾在20世紀80年代最早提出，其典型的特征為“3I”，即沉浸感(immersion)、 交互性(interaction)和構想性(imagination)[4]。VR技術涉及眾多學科，囊括計算機技術、仿真技術、傳感器技術于一體，通過計算機仿真系統創建模擬的外界環境。VR應用領域廣泛，包括影視、教育、軍事、醫學、設計等多個領域。在口腔醫學中，VR已被報道用于培訓臨床技能、研究人體解剖學、設計手術方案和治療牙科恐懼癥患者[5]。目前已有多種VR系統應用于口腔教學中，如DentSim、PrepCheck、PREPassistant、Moog Simodont Dental Trainer等系統，涉及牙周病學、牙體牙髓病學、口腔種植學、口腔修復學和口腔頜面外科學等多專業[6]。已有研究證明，DentSim系統[7]、Moog Simodont Dental Trainer系統[8]可以有效幫助學生掌握牙體預備的基本方法，積極提升口腔專業課程的教學質量。

3 VR技術在口腔解剖生理學教學中的應用

3.1 改善授課方式

VR技術極大地克服了傳統教學環境的局限，可創設逼真的場景，提供高效的動態交互，能有效激發學生的好奇心，實現情境學習和知識遷移，增強學習體驗[9]。有研究證明，VR創建的虛擬環境可以通過調節用戶的視覺保真度和非視覺感官刺激達到幫助用戶情景記憶的作用。通過數據分析得知VR與增強現實技術相結合的教學系統可以縮短教學時間5倍[10]。通過問卷調查得知有超過一半的VR用戶對VR技術輔助教學的態度是十分樂觀的[11]。

在講解“牙髓腔形態”一章節時，利用VR技術虛擬重建牙髓腔，可使學生直觀地觀察牙髓腔的形態。這一方法可以清晰呈現根管系統中的副根管、根尖分叉、根尖分歧、根管側枝等復雜結構，彌補了傳統教學中根管影像重疊的缺陷，有利于學生牢固掌握牙髓腔形態的相關知識，并為學生后續學習操作根管治療打下良好的基礎。VR技術與傳統授課方式的結合顯著增加學生學習的能動性、趣味性、有效性和參與度，可達到更好的教學效果，并為下一步臨床課學習和實踐做出充分準備。

3.2 優化實訓模式

實訓課是調動學生形象思維的最有效方法，利用VR技術可以建立各種虛擬實驗室并在其中進行虛擬實訓。相比于真實環境下的實訓室，虛擬實訓系統可以減少外界環境的干擾，使學生能用心專注于實訓操作[12]，具有打破時空限制、激發學生興趣、提高教學效率、規避安全風險、改善教學環境等優點。除此之外，還可記錄操作過程的三維運動和力的數據并能進行回放觀摩和分析，使教學、訓練和考核環節變得量化和標準化。ZILVERSCHOON等[13]研究證明虛擬解剖室對于學生學習解剖結構有不可替代的促進作用。

牙體雕刻課程是以標準牙體形態為模型進行的石膏牙和蠟牙雕刻訓練，幫助學生掌握牙體形態的實訓課程，是口腔醫學生接觸的第一門技工課，能有效訓練學生手眼結合的能力，并對培養學生的操作習慣有至關重要的作用。在傳統牙體雕刻的基礎上，增加虛擬雕刻，可有效激發學生學習的積極性和主動性，有助于師生之間及時交流溝通，鞏固理論課的學習成果，更好完成教學目標。值得一提的是，VR技術下的牙體雕刻也可為學生今后在修復和牙體牙髓課上學習計算機輔助設計/制造技術(computer aided design/manufacture，CAD/CAM)打下堅實基礎。BAKR等[14]最近的一項研究顯示，使用VR牙科模擬器對24名牙科學生進行培訓，盡管它無法替代傳統的培訓，但卻可以用作培養臨床前牙科技能的良好輔助工具。

3.3 增強基礎與臨床結合

VR技術能夠通過提供豐富的感知線索及多通道(如聽覺、視覺、觸覺等)的反饋，設置與臨床類似的場景，促進學生自主學習。通過場景學習能模擬實際的臨床問題，幫助學生將所學知識應用到臨床實踐中，達到良好的教學效果[15]。

在講解“頜位與下頜運動”時，利用VR技術，可以創建頜位關系記錄與轉移的臨床情景，讓學生即刻將所學的頜位與下頜運動相關知識運用起來，即學會利用息止頜位確定垂直距離的原理和哥特氏弓描記法的工作原理。這一啟發式教學能有效集中學生注意力，調動學生的學習積極性和主觀能動性，培養學生的獨立思考、分析并解決問題的能力，開擴創造性思維，而且還能鍛煉學生的邏輯推理、口頭表達能力，讓學生切實感受到學有所用，并能做到學以致用。

4 結 語

VR技術作為信息時代教學變革的產物，已被廣泛用于醫學課程的理論學習及實訓中。這一授課方式有助于實現授課理想化和學習高效化，具體可從改善授課方式、優化實訓模式及增強基礎與臨床結合等方面促進口腔解剖生理學教學效果的提升。但是目前來看，VR技術還不夠完善，其清晰度、舒適度、精確性、適用范圍和建模能力都還有待提升。下一階段仍需要進一步研究，完善現有的技術，優化VR技術和傳統課堂教學的結合，以期取得教學效果的最優化,從而為培養高素質口腔專業人才奠定堅實基礎。