三維數字技術在口腔解剖生理學中的應用

一、引言

隨著科技的快速發展，教育領域迎來了數字化的變革。由于口腔解剖生理學本身具有復雜、抽象和操作難的特點，在以往課堂教學實踐中，學生普遍存在學習興趣低、學習難度大等現象。針對以上問題傳統的教學方法已經不能完全滿足現代學習者的需求，教學方式的變革刻不容緩，充分利用現代信息技術的優勢，參與教育數字化變革中來，從傳統課堂到信息化、三維數字化融合課堂可以很好解決教學中學生“難理解、難記憶、難操作”的問題。

二、三維數字技術在口腔解剖生理學教學中的應用分析

傳統教學依賴于課堂講授和實驗室實踐，在講授牙體解剖和口腔頜面部解剖內容時，受學習資源限制，教具不匹配、設備數量有限、教學空間不可移動、語言描述不清晰等條件限制，導致教學效果不夠理想。且由于解剖知識點多且細，傳統教學往往單調乏味，難以激發學生的學習興趣和主動性，導致學習效果欠佳。牙體雕刻實驗由于牙齒結構復雜，很多學生無法準確模擬真實牙齒形態，且操作精度不夠，雕刻出的牙齒與要求的尺寸和形態往往存在偏差。三維數字技術應用于口腔解剖生理學理論及實踐教學中可以很好解決這些問題。

（一）口腔3D仿真系統，創造沉浸式學習環境

口腔3D仿真系統集成了豐富的教學資源，包括三維解剖圖像、臨床案例、教學視頻等。本研究運用我校自建虛擬仿真平臺和3Dbody（如圖1所示），利用精確的三維建模技術將牙齒和骨骼標本轉化為數字化的三維模型，實現了牙齒解剖結構的高度真實再現。學生通過該系統可以深入探索口腔的結構和功能，從牙齒到咬合，從骨骼到肌肉，深入學習每一塊組織的詳細結構。學生們根據自己的掌握情況可以自由選擇觀看內容、觀察角度、放大或縮小圖像，這種靈活的學習方式有助于培養學生的自主學習能力和解決問題的能力，提高學習效率。

相較于傳統的多媒體圖片和模型，口腔3D仿真yE/RfAxJvdoHYLXO8hV6l7nsQz1Oz5Bq4SQLqEKMRmc=系統的數字模型更加直觀、逼真，讓復雜的知識和技術變得更易理解和掌握，大大增加了學生的學習興趣和記憶深度，可以幫助學生更好地理解和掌握口腔解剖結構。學生們課后可以根據自己的學習進度和需求，選擇適合的學習內容，進行個性化學習，教師也可以根據學生的掌握情況進行針對性教學和輔導，更好滿足了廣大學生的需求。既能激發學習興趣，提高教學效率，又能降低教學成本，彌補教學資源的不足，還能引導學生自主探究、合作交流。

（二）牙體雕刻評價系統，提供實時反饋和評估

三維數字口腔實訓平臺中牙體雕刻評價系統通過掃描儀獲得牙體雕刻標準模型的數字化形態，通過對學生雕刻的牙進行非接觸式三維掃描和分析，將牙齒信息數據化、3D化，將標準模型與學生制作的模型進行擬合比對（如圖2所示），可清晰看到雕刻問題，是雕刻量不足還是過多切削，并給出準確的雕刻誤差值，可幫助學生及時發現并糾正錯誤，改善操作技能。這樣的實時反饋有助于提高操作準確性和效率，誤差值精確到0.01 mm，比傳統的教師觀察及靠直尺測量更迅速、更精準，達到公平、公正、客觀的評價效果，學生可從手機端或者網頁端實時查看評價結果，提供實時的反饋和指導。學生及時了解到自己的操作問題，課后積極修改，學習的積極性明顯提高了，大大提高了學習效率和質量。同時，系統還會記錄學生的學習數據，幫助教師更好地了解學生的成績和學習進展，為個性化指導提供依據。教師可在系統發布任務，通過任務引導的方式，調動學生學習的積極性和主動性，訓練學生自主思考、解決實際問題的能力，從而更好激發學生的學習興趣和學習動力。

（三）數字化設計+3D打印，多維度教學新體驗

運用先進計算機軟件技術結合所學專業知識，可依不同狀況設計各類牙冠形態。在數字化設計軟件中可根據缺損牙的數據進行數字化牙冠的設計，包括缺損牙跟鄰近牙的接觸關系，跟對頜牙的咬合關系，同時參考對側同名牙的（牙合）面形態，可設計出獨一無二的個性化牙冠修復體（如圖3所示）。學生可以從縱、橫等多方位觀看自己作品，有助于培養學生的空間想象力。必要時可通過3D打印輸出數據轉化成實物，牙冠設計完成后，將數據傳輸至三軸數控加工系統，計算機會根據設計好的牙體形態控制三軸數控銑床高速切削、研磨出牙冠實物，使學生能夠將他們在虛擬環境中設計的牙齒轉化為實際產品，使教學更加直觀和生動，從而進一步加強學習效果，提高學習成績。動動鼠標就制作出了以往在實驗室需要好幾次課才能完成的牙體雕刻，同學們感覺到成就感爆棚，更有學習的動力。

三、三維數字技術促進教師信息素養提升與創新

教育部發布《教師數字素養》行業標準，明確教師數字素養內涵為，著力提升教師數字素養——迎接數字化、掌握新技能。教育數字化的大力推進，對教師水平提出了更高的要求，教師的身份要發生轉變——從傳統意義上只會教授學科知識變身教學的組織者、引領者、研究者，這就要求教師不斷提高自身素質，積極參加數字化技術相關培訓和學術交流，提升教師的專業素養和教學能力，適應數字化時代的發展要求，與院校、企業合作，不斷去學習新的知識和新的技能，建立與其他學科的橫向聯系，促進學科之間的交流和碰撞，拓寬教師的教學視野，促進教師自身的專業發展和綜合素質的不斷提高。

在教育數字化背景下，教師需要具備較強的信息化素養，能夠利用現代信息技術，分析學生的學習需求，制訂個性化的教學設計；要善于運用數字化手段，為學生提供豐富的學習資源，引導學生探索未知、發現問題、解決問題，激發學生的學習興趣，引導學生主動參與課堂，實現教育教學目標；要發揮引導者角色，幫助學生樹立正確的價值觀、人生觀，培養學生獨立思考、合作學習的能力。

三維數字技術可實現牙齒解剖結構的高度真實再現，通過三維數字化教學，可全面提升口腔解剖生理學教學質量。這就要求教師要從信息意識、數字化學習等方面不斷提升自己，強化數字化意識，適應智能時代的教育教學并不斷創新，全面提升教師數字素養。

四、結論

通過三維數字技術在口腔解剖生理學教學中的應用，學生整體學習積極性提高了，從“要我學”變成“我要學”，變被動學習為主動學習；學生的動手能力增強了，由開始的束手束腳、無從下手到現在心靈手巧、游刃有余；學生的自學能力提高了，從跟隨老師一步一步地做到自覺學習線上資源、查閱書籍資料；學生團隊意識和凝聚力增強了，為了做出一件滿意的作品，同學之間相互指點，獻計獻策。學生不僅學習了口腔解剖生理學的知識理論，更讓理論得以實踐和應用，還拓寬了視野，增強了團隊協作能力。運用三維數字化教學后，學生積極性明顯提高，技術水平明顯提升，在校生參加全國衛生職業院校牙體雕刻和數字化設計大賽均成績優異。總之，三維數字技術應用于教學不僅有助于提高學生的職業技能和綜合素質，而且能夠增強學生的就業競爭力和社會適應能力。

作者單位：李娜、付娟 河南護理職業學院口腔醫學系；趙凱 安陽工學院計算機科學與信息工程學院

基金項目： 河南省高等學校重點項目研究計劃-義齒三維重建及3D打印關鍵技術研究（編號：23B520021）；河南護理職業學院2024年重點項目-職業精神與職業技能融合背景下口腔醫學專業創新教學模式研究（編號：2024010號）。