混合模式下口腔虛擬仿真實驗教學的實踐與思考

賈 玲，鄧 超，柴 琳，等

（皖南醫學院口腔醫學院，安徽 蕪湖 241002）

口腔臨床醫學是一門技術性和操作性很強的專業，而實驗教學是學生將理論知識轉化為實踐操作能力的主要平臺。皖南醫學院口腔醫學為省級特色專業，招生人數基本為150人/年，且2017年開始為一本招生，這對口腔醫學的教育理念和學習方式的創新提出了新的要求。現階段主要以傳統教學結合PBL、CBL和信息化多媒體教學為主，相對仍有重理論、輕實踐，重課堂、輕課外等弊端，加上學生眾多，師資力量相對薄弱，所以在實驗教學課程中引入高仿真度的數字化虛擬環境模擬技術，能有效提高學生的臨床操作技能，既彌補了傳統實驗課教學的不足，又能夠形象地仿真臨床實踐，將會是今后口腔醫學教育領域進行技能訓練實踐的發展的主要方向[1][2]。

一、兩種模式教學的理念和特點

兩種模式教學的理念和特點即傳統的實驗教學的理念和特點以及口腔虛擬仿真實驗教學的理念和特點。

（一）傳統的實驗教學的理念和特點

傳統的示教方式是學生分散在實驗臺周圍觀看帶教老師操作，因口腔可操作的視野較小，造成只有上課教師和少數學生能看到操作的全過程。學生對操作練習往往只能機械式模仿一遍，不能達到熟練掌握相關技能的要求，更不能發揮學生自主學習的能動性。同時，不同的學生在特定的實驗課時內對實驗操作的掌握程度不一，且臨床操作具有一定的連貫性，若上一次的實驗技能未掌握必然影響下一次實驗課的學習效果，最后導致有部分動手能力較差的學生可能受到較大影響。比如表現在對臨床實習的恐懼心理，面對病人時缺乏自信、束手無策，等等。

（二）口腔虛擬仿真實驗教學的理念和特點

全數字化虛擬仿真牙科培訓系統虛實結合的DentSim系統，與傳統仿真頭模不同的是，DentSim是一種先進的、虛實結合交互式牙科培訓系統。“虛”指該系統可從病史、檢查、影像學方面來模擬部分臨床操作環境，并通過虛擬技術成像，實時追蹤成像，回放已完成的每一步操作；所謂“實”指該系統可像傳統仿真頭模一樣，在仿真頭模的牙列上進行各種牙科相關操作，如窩洞預備、牙齒開髓、冠橋、嵌體制作，等等。操作過程中和結束后，實時給予評估和指導，幫助提高學生臨床操作技能。

二、建設口腔數字化虛擬仿真教學平臺的必要性

（一）彌補傳統實驗教學資源的不足

皖南醫學院口腔醫學院實驗中心主要承擔口腔醫學專業的全部專業課程的實驗教學和醫學類專業的口腔科學實驗教學，涉及的班級多學生多，師資力量相對不足，學生實驗實踐分組人數偏多，實驗周期長，實驗設備陳舊，新儀器數量相對不足，一定程度上影響到實踐教學效果。傳統的口腔實踐教學基本上是不可逆性操作，成本高、消耗高，比如仿真頭模主要是在塑料仿真牙或離體牙上操作。塑料牙牙體結構簡單，質感和操作手感與真牙差異大[3]。離體牙收集難度大，不同牙位收集齊全困難，以智齒和嚴重齲壞的牙齒居多，牙齒形態變異大，而且消毒處理方法有限。操作過程中，缺乏臨床感，無法及時得到患者在治療中的不適等癥狀反饋。

全數字化虛擬仿真牙科培訓系統3D虛擬口腔環境和結構，仿真度高，重復性好，相對節約成本，操作者在使用中與臨床操作中的手感、力學感受相接近，是口腔實驗教學改革和發展的必然趨勢。

（二）提高口腔醫學生自主學習能力的需要

全數字化虛擬仿真牙科培訓系統打破了時間和空間的限制，學生可以根據自己的時間、知識點的掌握情況，個性化定制自己的學習計劃，對不熟悉的部分和操作中出現的問題可以反復加以練習。而且在操作中出現的問題也能及時反饋在教師的評分系統里，教師可以及時予以指導。學生臨床實踐培訓時間和操作考核時間更加靈活，教師與學生可以充分互動、加強溝通、深度融合，提高了專業知識的傳播力，還能拓展學生的知識面，有助于提高學生的專業學習興趣和學習的自主性，有利于創造性思維的開發。

三、虛擬仿真技術的應用現狀

國外虛擬仿真技術起步早，應用廣泛，以多媒體、3D打印、遙感、移動應用等多種應用技術真正做到“虛實結合、能實不虛”的教學原則[4]。國內各高校積極探索線上線下教學相結合的個性化、智能化實驗教學模式，積極開發應用虛擬仿真教學項目。醫學類的虛擬仿真平臺建設主要有基礎通用虛擬實驗資源模塊、形態學虛擬實驗資源模塊、解剖學虛擬實驗資源模塊、機能學虛擬實驗資源模塊、臨床醫學虛擬實驗資源模塊[5]。虛擬仿真技術在口腔醫學教育領域也有很大應用，知名高校分別主要在口腔解剖生理學、口腔頜面外科學、口腔種植修復教學、牙體牙髓病、牙周病、口腔正畸學教學中采取“線上+線下、虛實結合”混合教學模式，實現其特定的教學功能，實現教學質量的提升[6]。山東大學引進Simodont虛擬仿真教學系統，結合穆格的領先觸覺技術，開發了牙體缺損病例全瓷冠修復的虛擬仿真教學項目，學生學習效果有明顯的提升[6]。華西口腔實驗教學中心建立了數字化3D虛擬口腔解剖實習平臺，學生可對該虛擬仿真解剖實驗室的虛擬三維模型進行立體、剖面觀察，還能夠通過網絡終端進行遠程訪問，進行自主學習[2]。重慶醫科大學開發的牙拔除術虛擬仿真—觸反饋—多媒體實驗教學系統，是中國第一套與臨床環境高度逼真，且組合了高精度反饋裝置的牙拔除術操作培訓項目[6]。張冬芹等在3DS MAX中完成人物面部唇裂畸形的建模，完成了醫學手術過程的三維虛擬仿真[7]。上海交通大學口腔實驗教學中把虛擬操作系統DentSim投入口腔實驗教學，主要用于口腔修復的全瓷冠預備和種植牙的導航；他們開發的3D數字化根管預備技術及測評項目也是利用虛擬仿真教學方式及操作演示，能讓學生加深理解體驗虛擬模擬根管治療過程，提高了根管治療教學水平。北京大學口腔醫學院專家參與研發的首套牙周病學虛擬仿真系統，開創了口腔操作教學量化和規范化的新途徑。西安交通大學開發的正畸病例分析診斷及治療設計虛擬仿真實驗，引導學生熟悉掌握正畸病例的臨床全過程，有利于實現從課堂到臨床實踐的順利過渡[6]。南京醫科大學口腔醫學院早在2012年就引進了Simodont系統，經過6年的實踐和摸索，形成了模塊化、分階段、漸進式的模擬訓練模式，為口腔醫學生臨床前技能訓練提供了一種全新的方法，有助于學生將虛擬現實技術中得來的經驗直接用于現實操作[8]。

四、皖南醫學院口腔醫學院口腔實驗中心虛擬仿真教學建設的路徑探索

目前該中心多數課程仍采用傳統的實驗教學模式，以仿真頭模訓練系統為主，實驗室主要在實驗課時對學生開放，學生在第三學年下學期開始陸續完成牙體牙髓病學、口腔修復學等常規臨床課程實踐操作練習，歷屆學生普遍反映學習任務重，實驗課時間少，加上實驗課往往接近課程結束考試，訓練時間不夠，所以推進教學改革與創新勢在必行。在2018—2019學年的牙體牙髓病學的備洞和口腔修復學的牙體預備的實驗教學中，引入了此系統，讓學生先在傳統的仿真頭模上練習，再在全數字化虛擬仿真牙科培訓系統虛實結合的DentSim系統上練習，最后再回到傳統的仿真頭模上操作，帶教教師和學生都反映學習效率和操作水平較以往有明顯提高。

由于數字化虛擬仿真系統數目有限，應用模塊主要是牙體預備和窩洞制備等方面，所以，當前主要是開展了Ⅱ類洞和金屬烤瓷全冠牙體預備的虛擬仿真實驗教學項目。Simodont系統操作具有可重復性，可視性高，仿真度高，臨床質感強等優點，但在支點的掌握、牙體的仿真度、操作的靈敏度等方面仍然有待于進一步改進[9]。

五、結語

虛擬仿真實驗依托虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫和網絡通信等技術，構建高度仿真的虛擬實驗環境和實驗對象，突破傳統實驗教學模式時空的限制，能將抽象的內容具體化、形象化，給學生留下深刻的記憶，有助于提高學生學習的積極性和主動性，也給專業教師提供了方便，大大提高了教學質量[2]。數字化虛擬仿真技術是傳統口腔教學的補充與改進，但也存在需要改進的地方，不能全面取代傳統的仿真頭模教學[10]，應該與傳統的仿真頭模實驗教學相結合，相互補充，讓學生安全、規范、系統、有效地練習，提高實踐操作能力，快速有效地適應臨床實習。