一流本科教育背景下口腔虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)與應(yīng)用

龐夢(mèng)微，季 平，宋錦璘，董艷玲，蔣 琳

重慶醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院， 重慶 401147

強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)體系是教育部對(duì)高等學(xué)校深入推進(jìn)實(shí)踐育人工作，全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的工作要求[1-2]。2013年，教育部啟動(dòng)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作；2017年，教育部從虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)轉(zhuǎn)向虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)；2019年，教育部繼而將“項(xiàng)目”改為“課程”，提出打造“虛擬仿真一流課程”的建設(shè)計(jì)劃。經(jīng)過短短幾年的發(fā)展，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源在各大高校如雨后春筍般涌現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)揮著重要作用，突顯了其人才培養(yǎng)優(yōu)勢(shì)。重慶醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院跟上時(shí)代的浪潮，積極探索虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)，取得了一定成果。

1 口腔虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

虛擬仿真技術(shù)改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，早已被國(guó)外各大高校所應(yīng)用[3-5]。虛擬仿真觸覺模擬器作為虛擬仿真教學(xué)資源之一被引入國(guó)內(nèi)口腔醫(yī)學(xué)教育，也有近十年的歷史[6-7]。虛擬仿真技術(shù)是近幾年我國(guó)教育改革的熱點(diǎn)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源作為信息化技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)模式的必要補(bǔ)充，對(duì)實(shí)踐教學(xué)起著重要的輔助作用，在實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中發(fā)揮著極大的優(yōu)勢(shì)。

虛擬仿真通過創(chuàng)建與人類感官系統(tǒng)交互的虛擬空間，克服現(xiàn)實(shí)世界的空間和物理約束，為人們提供一種間接的，如同真實(shí)世界的真切、直觀的體驗(yàn)[8]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源較系統(tǒng)地解決了部分傳統(tǒng)技能操作在課堂中難以示教、難以重復(fù)等問題，擴(kuò)展了教學(xué)內(nèi)容的廣度和深度。例如：虛擬仿真口腔局部麻醉系統(tǒng)學(xué)習(xí)和力反饋拔牙練習(xí)彌補(bǔ)了教學(xué)中拔牙病例不足的問題；虛擬口腔種植彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)耗材較貴的不足；鑄造機(jī)虛擬可視化，可使學(xué)生更好地了解義齒的制作流程等。

隨著口腔醫(yī)療行業(yè)的發(fā)展，高校擴(kuò)招規(guī)模加大，部分院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源卻滯后于招生人數(shù)的增長(zhǎng)，導(dǎo)致學(xué)生操作機(jī)會(huì)大打折扣。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，將原本只能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成的課程學(xué)習(xí)，變成了“隨身錦囊”的互聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)教學(xué)，大范圍延伸拓展了教學(xué)時(shí)空，實(shí)現(xiàn)了課前、課中與課后教學(xué)的完美結(jié)合，為學(xué)生提供了真正的“開放性教學(xué)環(huán)境”。Bransford J D等[9]曾經(jīng)說(shuō)過，教學(xué)應(yīng)該以學(xué)生為中心，考慮學(xué)生的背景、知識(shí)、興趣、社會(huì)和文化價(jià)值觀，但也需要提供給他們自由學(xué)習(xí)的時(shí)間和地點(diǎn)，讓他們?yōu)樽约旱膶W(xué)習(xí)負(fù)責(zé)。虛擬仿真教學(xué)資源的建設(shè)正是為學(xué)生提供了一個(gè)靈活學(xué)習(xí)和自學(xué)的環(huán)境。外國(guó)學(xué)者Buchanan J A[10]曾報(bào)告，當(dāng)學(xué)生通過虛擬模擬器進(jìn)行技能訓(xùn)練時(shí)，他們學(xué)得更快，每小時(shí)練習(xí)的程序更多，達(dá)到傳統(tǒng)教學(xué)的技能訓(xùn)練水平，并且可從教師那里獲得更多的評(píng)價(jià)，因?yàn)樘摂M模擬器的使用可以縮短教師課堂評(píng)價(jià)的時(shí)間。

傳統(tǒng)的口腔醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備為口腔仿真人頭模、口腔綜合治療椅、義齒鑄造機(jī)、石膏打磨機(jī)等。每名學(xué)生都擁有一套牙科教學(xué)設(shè)備是最理想的教學(xué)狀態(tài)，但是很多高校很難達(dá)到。由于學(xué)生人數(shù)較多、場(chǎng)地空間不足等，使部分學(xué)生不能及時(shí)掌握操作要領(lǐng)；部分實(shí)驗(yàn)(如高溫鑄造、口腔種植修復(fù)、3D打印技術(shù)等)因危險(xiǎn)性大、成本過高、周期較長(zhǎng)等原因，使得學(xué)生很難將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為臨床實(shí)踐操作，久而久之便會(huì)失去學(xué)習(xí)興趣。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)通過動(dòng)畫、圖片、視頻、音頻等方式呈現(xiàn)給學(xué)生，讓抽象的理論更容易被學(xué)生理解；虛擬化情境的創(chuàng)設(shè)讓學(xué)生通過人機(jī)交互，猶如“玩游戲”一般，可以極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲；利用力學(xué)反饋虛擬仿真設(shè)備開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生在手持手柄操作時(shí)，可以獲得和現(xiàn)實(shí)中手持工具操作時(shí)相同的力學(xué)感受，達(dá)到模擬訓(xùn)練臨床操作的效果，在不傷害患者的情況下提高其臨床技能[11]；同時(shí)可以改善操作者的精細(xì)運(yùn)動(dòng)技能和臨床前環(huán)境中的手眼協(xié)調(diào)，以及克服與此類培訓(xùn)相關(guān)的金錢和智力挑戰(zhàn)[12]。

虛擬仿真技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整合，可以讓學(xué)生通過交互學(xué)習(xí)模式與測(cè)試體系及時(shí)檢查自己的學(xué)習(xí)效果，根據(jù)系統(tǒng)考評(píng)反饋信息及時(shí)復(fù)習(xí)學(xué)習(xí)薄弱點(diǎn)，同時(shí)將自己的學(xué)習(xí)情況及時(shí)反饋給教師；教師可以對(duì)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的過程進(jìn)行全程監(jiān)控、記錄、分析，并給出結(jié)論和合理化的建議；此外，虛擬化考試系統(tǒng)可以使考核過程更全面、客觀、科學(xué)和標(biāo)準(zhǔn)，極大地減少傳統(tǒng)實(shí)物考試模式中繁瑣的材料準(zhǔn)備、人員組織、考核結(jié)果統(tǒng)計(jì)等問題。

2 口腔虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)思路

立足人才培養(yǎng)中心地位，結(jié)合一流專業(yè)建設(shè)，以建立“現(xiàn)代智慧口腔醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)”，實(shí)現(xiàn)“口腔醫(yī)學(xué)”和“口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)”兩專業(yè)協(xié)同發(fā)展為目的，開展口腔虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)。

2013年，教育部在《關(guān)于開展國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》中指出，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作必須堅(jiān)持“科學(xué)規(guī)劃、共享資源、突出重點(diǎn)、提高效益、持續(xù)發(fā)展”，其核心工作就是共享優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源[5]?？谇惶摂M仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的建設(shè)應(yīng)該著眼于各大高校建設(shè)的空白領(lǐng)域，避免出現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目的雷同，建立共建共享合作機(jī)制，以優(yōu)質(zhì)資源共享為核心，以全方位服務(wù)教學(xué)為基點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)校內(nèi)應(yīng)用與社會(huì)開放相結(jié)合和資源的最大化利用，杜絕資源的浪費(fèi)。

虛擬仿真系統(tǒng)等新信息技術(shù)為口腔課程教學(xué)提供了潛在的新方向。Perry S等[13]在對(duì)全球口腔教育利用虛擬仿真技術(shù)的調(diào)查報(bào)告中指出，由于受到文化、歷史等地區(qū)差異性的影響，全球各國(guó)口腔醫(yī)學(xué)教育對(duì)虛擬仿真技術(shù)的利用程度各不相同：2006年，澳大利亞多所學(xué)校就已經(jīng)開始使用觸覺模擬器開展虛擬仿真教學(xué)；2010年，澳大利亞牙科學(xué)校理事會(huì)發(fā)布了在牙科和口腔健康課程中使用模擬學(xué)習(xí)環(huán)境的指導(dǎo)方針，這一舉措在一定程度上促進(jìn)了澳大利亞學(xué)校開展虛擬仿真教學(xué)；太平洋及亞洲地區(qū)的國(guó)家也逐漸將該技術(shù)應(yīng)用于口腔醫(yī)學(xué)教育，然而這些地區(qū)使用虛擬仿真技術(shù)開展教學(xué)所產(chǎn)生的相關(guān)研究報(bào)道卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于歐洲和北美[13]；我國(guó)高校將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于口腔實(shí)驗(yàn)教學(xué)之中已有近十年的歷史，但是并沒有在各大高校普遍開展。

只有依托課程，找準(zhǔn)課程與虛擬仿真技術(shù)的結(jié)合點(diǎn)，做到“能實(shí)不虛，虛實(shí)結(jié)合”，才能將所建設(shè)的虛擬仿真項(xiàng)目融入到課程教學(xué)之中，實(shí)現(xiàn)虛擬教學(xué)常態(tài)化運(yùn)行，使學(xué)生在互聯(lián)網(wǎng)與教學(xué)融合的浪潮中成為真正的受益者。

高校應(yīng)該積極探索校企合作模式，充分發(fā)揮高校專業(yè)優(yōu)勢(shì)和企業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，共同開發(fā)資源，提升資源的質(zhì)量。此外，挖掘?qū)W生潛力，加入建設(shè)團(tuán)隊(duì)，在有效促進(jìn)學(xué)生專業(yè)技能提高的同時(shí)，還能極大地促進(jìn)學(xué)生形成創(chuàng)造性思維，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)與人才培養(yǎng)的有效融合。重慶醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院自2008年開始開展本科生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，近幾年,每年獲得校級(jí)及以上獎(jiǎng)項(xiàng)近十項(xiàng)；學(xué)院通過虛擬仿真教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)與雙創(chuàng)教育相結(jié)合，讓學(xué)生參與到項(xiàng)目建設(shè)，獻(xiàn)言獻(xiàn)策，甚至參與技術(shù)開發(fā)，學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力都得到極大提升，建設(shè)項(xiàng)目也契合了教與學(xué)的需求。

3 口腔虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)內(nèi)容

重慶醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院依托教育部國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，以一流專業(yè)建設(shè)為契機(jī),堅(jiān)持“軟硬兼施”,開展線上與線下虛擬仿真教學(xué)資源建設(shè)工作。

UniDental口腔數(shù)字化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)是融視覺和力覺的多功能虛擬現(xiàn)實(shí)口腔手術(shù)模擬器，通過繪制實(shí)時(shí)逼真的手術(shù)三維場(chǎng)景，對(duì)術(shù)區(qū)組織，如皮膚、舌頭、牙齒產(chǎn)生實(shí)時(shí)精細(xì)的力覺反饋，使學(xué)生在操作中獲得模擬訓(xùn)練臨床操作的效果。該系統(tǒng)設(shè)有牙體牙髓操作模塊、口腔修復(fù)操作模塊、牙周操作模塊、口腔種植操作模塊和口腔外科模塊，融口腔基礎(chǔ)教學(xué)、手術(shù)技能訓(xùn)練和手術(shù)操作考核為一體，模擬疾病種類多，能夠解決牙體標(biāo)本和疾病模型供應(yīng)缺乏、實(shí)驗(yàn)耗材較貴的問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)學(xué)生在真實(shí)模擬臨床效果的虛擬環(huán)境中反復(fù)操練，為臨床實(shí)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。Sewell C等[14]研究表明，觸覺模擬器的使用可以改善學(xué)生的運(yùn)動(dòng)技能學(xué)習(xí)曲線，有助于幫助學(xué)生過渡到臨床環(huán)境；此外，該系統(tǒng)設(shè)有基礎(chǔ)訓(xùn)練模塊，可以針對(duì)低年級(jí)學(xué)生開展早期手部技能訓(xùn)練，為進(jìn)一步專業(yè)技能學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

在口腔臨床修復(fù)治療過程中，因CAD/CAM系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制作的修復(fù)體精度高、效率高、質(zhì)量高等特點(diǎn)，CAD/CAM系統(tǒng)在口腔修復(fù)行業(yè)中逐步占據(jù)重要地位[15-16]。

為適應(yīng)當(dāng)前口腔醫(yī)學(xué)發(fā)展的需要，使學(xué)生所吸收的知識(shí)與新興技術(shù)接軌，學(xué)院著眼于部分實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“高成本、高消耗、不可逆操作、大型綜合訓(xùn)練”等特點(diǎn)，依托口腔修復(fù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，設(shè)計(jì)了“CAD/CAM可摘局部義齒制作工藝”虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)，采用動(dòng)畫交互、視頻示教、三維模擬展示等方式，使學(xué)生全面熟悉并掌握口腔修復(fù)學(xué)中較為復(fù)雜的可摘局部義齒設(shè)計(jì)理論知識(shí)與基本操作技能。

牙拔除術(shù)是口腔臨床工作中最常用、最基本的手術(shù)，臨床前的拔牙訓(xùn)練尤為重要。我國(guó)在20世紀(jì)80年代就有高校設(shè)計(jì)仿真度較高的仿真模擬牙齒拔除術(shù)模型對(duì)學(xué)生開展拔牙技能訓(xùn)練[17]。在英國(guó)，一些牙科學(xué)校使用臨床前模型來(lái)教授學(xué)生拔牙技巧，如商用模型、虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境、豬頭等[18]。牙拔除術(shù)作為一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)的臨床實(shí)踐技術(shù)，需要學(xué)生反復(fù)操練，商用拔牙模型或自制的拔牙模型很難精細(xì)化模擬臨床拔牙過程；因?yàn)獒t(yī)學(xué)倫理問題，讓學(xué)生在臨床前的教學(xué)中就對(duì)患者進(jìn)行拔牙也顯得不太可能。學(xué)院設(shè)計(jì)的“牙拔除術(shù)虛擬仿真-觸反饋-多媒體實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)”極大地彌補(bǔ)以上傳統(tǒng)教學(xué)的不足。系統(tǒng)通過構(gòu)建虛擬拔牙病例，模擬逼真場(chǎng)景，確保實(shí)訓(xùn)中虛中有“實(shí)”，以案例教學(xué)貫穿始終，全程交互學(xué)習(xí)，極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的積極性和主動(dòng)性。

“口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)專業(yè)客觀結(jié)構(gòu)化實(shí)踐技能教考系統(tǒng)”建設(shè)義齒鑄造、可摘局部義齒設(shè)計(jì)、口腔素描、口腔攝影、模型檢查、牙體雕刻6個(gè)主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，直接對(duì)接四年制口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)培養(yǎng)計(jì)劃中固定義齒工藝學(xué)實(shí)驗(yàn)、可摘局部義齒工藝學(xué)實(shí)驗(yàn)、口腔素描學(xué)、口腔美學(xué)、修復(fù)工藝質(zhì)量管理、口腔解剖生理學(xué)實(shí)驗(yàn)等六門核心實(shí)驗(yàn)課程。該系統(tǒng)同時(shí)實(shí)現(xiàn)了考教結(jié)合，為口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)行業(yè)內(nèi)的課程教學(xué)、技能培訓(xùn)和考核開辟了新思路。

4 虛擬仿真教學(xué)資源成果轉(zhuǎn)化及應(yīng)用

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目依托課程而建，只有將其真正用到教學(xué)之中，才能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，讓學(xué)生受益。學(xué)院現(xiàn)有虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源與口腔醫(yī)學(xué)專業(yè)和口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)專業(yè)課程實(shí)現(xiàn)逐一對(duì)接。

以項(xiàng)目建設(shè)為抓手，學(xué)生參與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，目前學(xué)院已經(jīng)形成具有特色的雙創(chuàng)訓(xùn)練體系“Project 35”，建有學(xué)生團(tuán)隊(duì)7個(gè)，參加各級(jí)比賽獲獎(jiǎng)50余項(xiàng)。

學(xué)院依托虛擬仿真考核評(píng)價(jià)體系開展形成性評(píng)價(jià)方案，重視學(xué)生的學(xué)習(xí)過程管理。同時(shí)，著眼口腔類行業(yè)發(fā)展，現(xiàn)有建設(shè)項(xiàng)目需要進(jìn)一步完善和系統(tǒng)化，以期向行業(yè)認(rèn)定考試體系轉(zhuǎn)化。

5 結(jié)束語(yǔ)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源作為信息時(shí)代的必然產(chǎn)物，在教學(xué)中突顯了極大的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)的不足，在改善教學(xué)質(zhì)量、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量方面起著重要作用。在信息技術(shù)與教學(xué)深度融合的今天，只有從課程教學(xué)實(shí)際出發(fā)，才能建設(shè)出實(shí)用的信息化教學(xué)資源；只有形成教師、學(xué)生和企業(yè)技術(shù)人員協(xié)同共建的建設(shè)機(jī)制，才能建設(shè)出優(yōu)質(zhì)的信息化教學(xué)資源；只有建立經(jīng)費(fèi)投入長(zhǎng)效機(jī)制，不斷改進(jìn)教學(xué)體系，才能持續(xù)為學(xué)生提供完善的信息化教學(xué)保障。虛擬仿真技術(shù)的利用給學(xué)生提供了更加靈活的教學(xué)資源和自主學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，但是教師的引導(dǎo)作用不可忽視，“虛實(shí)結(jié)合，能實(shí)不虛”始終是實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)該遵循的教學(xué)原則。如何發(fā)揮虛擬仿真教學(xué)資源的最大優(yōu)勢(shì)開展課程改革，還需要仔細(xì)規(guī)劃，也是今后一段時(shí)間內(nèi)口腔教育界需要深入探討的問題。