混合模式下口腔虚拟仿真实验教学的实践与思考

贾 玲，邓 超，柴 琳，等

（皖南医学院口腔医学院，安徽 芜湖 241002）

口腔临床医学是一门技术性和操作性很强的专业，而实验教学是学生将理论知识转化为实践操作能力的主要平台。皖南医学院口腔医学为省级特色专业，招生人数基本为150人/年，且2017年开始为一本招生，这对口腔医学的教育理念和学习方式的创新提出了新的要求。现阶段主要以传统教学结合PBL、CBL和信息化多媒体教学为主，相对仍有重理论、轻实践，重课堂、轻课外等弊端，加上学生众多，师资力量相对薄弱，所以在实验教学课程中引入高仿真度的数字化虚拟环境模拟技术，能有效提高学生的临床操作技能，既弥补了传统实验课教学的不足，又能够形象地仿真临床实践，将会是今后口腔医学教育领域进行技能训练实践的发展的主要方向[1][2]。

一、两种模式教学的理念和特点

两种模式教学的理念和特点即传统的实验教学的理念和特点以及口腔虚拟仿真实验教学的理念和特点。

（一）传统的实验教学的理念和特点

传统的示教方式是学生分散在实验台周围观看带教老师操作，因口腔可操作的视野较小，造成只有上课教师和少数学生能看到操作的全过程。学生对操作练习往往只能机械式模仿一遍，不能达到熟练掌握相关技能的要求，更不能发挥学生自主学习的能动性。同时，不同的学生在特定的实验课时内对实验操作的掌握程度不一，且临床操作具有一定的连贯性，若上一次的实验技能未掌握必然影响下一次实验课的学习效果，最后导致有部分动手能力较差的学生可能受到较大影响。比如表现在对临床实习的恐惧心理，面对病人时缺乏自信、束手无策，等等。

（二）口腔虚拟仿真实验教学的理念和特点

全数字化虚拟仿真牙科培训系统虚实结合的DentSim系统，与传统仿真头模不同的是，DentSim是一种先进的、虚实结合交互式牙科培训系统。“虚”指该系统可从病史、检查、影像学方面来模拟部分临床操作环境，并通过虚拟技术成像，实时追踪成像，回放已完成的每一步操作；所谓“实”指该系统可像传统仿真头模一样，在仿真头模的牙列上进行各种牙科相关操作，如窝洞预备、牙齿开髓、冠桥、嵌体制作，等等。操作过程中和结束后，实时给予评估和指导，帮助提高学生临床操作技能。

二、建设口腔数字化虚拟仿真教学平台的必要性

（一）弥补传统实验教学资源的不足

皖南医学院口腔医学院实验中心主要承担口腔医学专业的全部专业课程的实验教学和医学类专业的口腔科学实验教学，涉及的班级多学生多，师资力量相对不足，学生实验实践分组人数偏多，实验周期长，实验设备陈旧，新仪器数量相对不足，一定程度上影响到实践教学效果。传统的口腔实践教学基本上是不可逆性操作，成本高、消耗高，比如仿真头模主要是在塑料仿真牙或离体牙上操作。塑料牙牙体结构简单，质感和操作手感与真牙差异大[3]。离体牙收集难度大，不同牙位收集齐全困难，以智齿和严重龋坏的牙齿居多，牙齿形态变异大，而且消毒处理方法有限。操作过程中，缺乏临床感，无法及时得到患者在治疗中的不适等症状反馈。

全数字化虚拟仿真牙科培训系统3D虚拟口腔环境和结构，仿真度高，重复性好，相对节约成本，操作者在使用中与临床操作中的手感、力学感受相接近，是口腔实验教学改革和发展的必然趋势。

（二）提高口腔医学生自主学习能力的需要

全数字化虚拟仿真牙科培训系统打破了时间和空间的限制，学生可以根据自己的时间、知识点的掌握情况，个性化定制自己的学习计划，对不熟悉的部分和操作中出现的问题可以反复加以练习。而且在操作中出现的问题也能及时反馈在教师的评分系统里，教师可以及时予以指导。学生临床实践培训时间和操作考核时间更加灵活，教师与学生可以充分互动、加强沟通、深度融合，提高了专业知识的传播力，还能拓展学生的知识面，有助于提高学生的专业学习兴趣和学习的自主性，有利于创造性思维的开发。

三、虚拟仿真技术的应用现状

国外虚拟仿真技术起步早，应用广泛，以多媒体、3D打印、遥感、移动应用等多种应用技术真正做到“虚实结合、能实不虚”的教学原则[4]。国内各高校积极探索线上线下教学相结合的个性化、智能化实验教学模式，积极开发应用虚拟仿真教学项目。医学类的虚拟仿真平台建设主要有基础通用虚拟实验资源模块、形态学虚拟实验资源模块、解剖学虚拟实验资源模块、机能学虚拟实验资源模块、临床医学虚拟实验资源模块[5]。虚拟仿真技术在口腔医学教育领域也有很大应用，知名高校分别主要在口腔解剖生理学、口腔颌面外科学、口腔种植修复教学、牙体牙髓病、牙周病、口腔正畸学教学中采取“线上+线下、虚实结合”混合教学模式，实现其特定的教学功能，实现教学质量的提升[6]。山东大学引进Simodont虚拟仿真教学系统，结合穆格的领先触觉技术，开发了牙体缺损病例全瓷冠修复的虚拟仿真教学项目，学生学习效果有明显的提升[6]。华西口腔实验教学中心建立了数字化3D虚拟口腔解剖实习平台，学生可对该虚拟仿真解剖实验室的虚拟三维模型进行立体、剖面观察，还能够通过网络终端进行远程访问，进行自主学习[2]。重庆医科大学开发的牙拔除术虚拟仿真—触反馈—多媒体实验教学系统，是中国第一套与临床环境高度逼真，且组合了高精度反馈装置的牙拔除术操作培训项目[6]。张冬芹等在3DS MAX中完成人物面部唇裂畸形的建模，完成了医学手术过程的三维虚拟仿真[7]。上海交通大学口腔实验教学中把虚拟操作系统DentSim投入口腔实验教学，主要用于口腔修复的全瓷冠预备和种植牙的导航；他们开发的3D数字化根管预备技术及测评项目也是利用虚拟仿真教学方式及操作演示，能让学生加深理解体验虚拟模拟根管治疗过程，提高了根管治疗教学水平。北京大学口腔医学院专家参与研发的首套牙周病学虚拟仿真系统，开创了口腔操作教学量化和规范化的新途径。西安交通大学开发的正畸病例分析诊断及治疗设计虚拟仿真实验，引导学生熟悉掌握正畸病例的临床全过程，有利于实现从课堂到临床实践的顺利过渡[6]。南京医科大学口腔医学院早在2012年就引进了Simodont系统，经过6年的实践和摸索，形成了模块化、分阶段、渐进式的模拟训练模式，为口腔医学生临床前技能训练提供了一种全新的方法，有助于学生将虚拟现实技术中得来的经验直接用于现实操作[8]。

四、皖南医学院口腔医学院口腔实验中心虚拟仿真教学建设的路径探索

目前该中心多数课程仍采用传统的实验教学模式，以仿真头模训练系统为主，实验室主要在实验课时对学生开放，学生在第三学年下学期开始陆续完成牙体牙髓病学、口腔修复学等常规临床课程实践操作练习，历届学生普遍反映学习任务重，实验课时间少，加上实验课往往接近课程结束考试，训练时间不够，所以推进教学改革与创新势在必行。在2018—2019学年的牙体牙髓病学的备洞和口腔修复学的牙体预备的实验教学中，引入了此系统，让学生先在传统的仿真头模上练习，再在全数字化虚拟仿真牙科培训系统虚实结合的DentSim系统上练习，最后再回到传统的仿真头模上操作，带教教师和学生都反映学习效率和操作水平较以往有明显提高。

由于数字化虚拟仿真系统数目有限，应用模块主要是牙体预备和窝洞制备等方面，所以，当前主要是开展了Ⅱ类洞和金属烤瓷全冠牙体预备的虚拟仿真实验教学项目。Simodont系统操作具有可重复性，可视性高，仿真度高，临床质感强等优点，但在支点的掌握、牙体的仿真度、操作的灵敏度等方面仍然有待于进一步改进[9]。

五、结语

虚拟仿真实验依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通信等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，突破传统实验教学模式时空的限制，能将抽象的内容具体化、形象化，给学生留下深刻的记忆，有助于提高学生学习的积极性和主动性，也给专业教师提供了方便，大大提高了教学质量[2]。数字化虚拟仿真技术是传统口腔教学的补充与改进，但也存在需要改进的地方，不能全面取代传统的仿真头模教学[10]，应该与传统的仿真头模实验教学相结合，相互补充，让学生安全、规范、系统、有效地练习，提高实践操作能力，快速有效地适应临床实习。