一流本科教育背景下口腔虛擬仿真實驗教學體系建設與應用

龐夢微，季 平，宋錦璘，董艷玲，蔣 琳

重慶醫科大學口腔醫學院， 重慶 401147

強化實踐教學環節，構建實踐教學體系是教育部對高等學校深入推進實踐育人工作，全面提高人才培養質量的工作要求[1-2]。2013年，教育部啟動國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作；2017年，教育部從虛擬仿真實驗教學中心建設轉向虛擬仿真實驗教學項目建設；2019年，教育部繼而將“項目”改為“課程”，提出打造“虛擬仿真一流課程”的建設計劃。經過短短幾年的發展，虛擬仿真實驗教學資源在各大高校如雨后春筍般涌現，在實驗教學中發揮著重要作用，突顯了其人才培養優勢。重慶醫科大學口腔醫學院跟上時代的浪潮，積極探索虛擬仿真實驗教學體系建設，取得了一定成果。

1 口腔虛擬仿真實驗教學的優勢

虛擬仿真技術改變了傳統的教學模式，早已被國外各大高校所應用[3-5]。虛擬仿真觸覺模擬器作為虛擬仿真教學資源之一被引入國內口腔醫學教育，也有近十年的歷史[6-7]。虛擬仿真技術是近幾年我國教育改革的熱點，虛擬仿真實驗教學資源作為信息化技術發展的產物和傳統實驗實訓模式的必要補充，對實踐教學起著重要的輔助作用，在實驗課程教學中發揮著極大的優勢。

虛擬仿真通過創建與人類感官系統交互的虛擬空間，克服現實世界的空間和物理約束，為人們提供一種間接的，如同真實世界的真切、直觀的體驗[8]。虛擬仿真實驗教學資源較系統地解決了部分傳統技能操作在課堂中難以示教、難以重復等問題，擴展了教學內容的廣度和深度。例如：虛擬仿真口腔局部麻醉系統學習和力反饋拔牙練習彌補了教學中拔牙病例不足的問題；虛擬口腔種植彌補了實驗耗材較貴的不足；鑄造機虛擬可視化，可使學生更好地了解義齒的制作流程等。

隨著口腔醫療行業的發展，高校擴招規模加大，部分院校實驗教學資源卻滯后于招生人數的增長，導致學生操作機會大打折扣。虛擬仿真技術的應用，將原本只能在實驗室內完成的課程學習，變成了“隨身錦囊”的互聯網移動教學，大范圍延伸拓展了教學時空，實現了課前、課中與課后教學的完美結合，為學生提供了真正的“開放性教學環境”。Bransford J D等[9]曾經說過，教學應該以學生為中心，考慮學生的背景、知識、興趣、社會和文化價值觀，但也需要提供給他們自由學習的時間和地點，讓他們為自己的學習負責。虛擬仿真教學資源的建設正是為學生提供了一個靈活學習和自學的環境。外國學者Buchanan J A[10]曾報告，當學生通過虛擬模擬器進行技能訓練時，他們學得更快，每小時練習的程序更多，達到傳統教學的技能訓練水平，并且可從教師那里獲得更多的評價，因為虛擬模擬器的使用可以縮短教師課堂評價的時間。

傳統的口腔醫學實驗教學設備為口腔仿真人頭模、口腔綜合治療椅、義齒鑄造機、石膏打磨機等。每名學生都擁有一套牙科教學設備是最理想的教學狀態，但是很多高校很難達到。由于學生人數較多、場地空間不足等，使部分學生不能及時掌握操作要領；部分實驗(如高溫鑄造、口腔種植修復、3D打印技術等)因危險性大、成本過高、周期較長等原因，使得學生很難將理論知識轉化為臨床實踐操作，久而久之便會失去學習興趣。

虛擬仿真實驗教學通過動畫、圖片、視頻、音頻等方式呈現給學生，讓抽象的理論更容易被學生理解；虛擬化情境的創設讓學生通過人機交互，猶如“玩游戲”一般，可以極大地激發學生的學習興趣和求知欲；利用力學反饋虛擬仿真設備開展虛擬仿真實驗教學，學生在手持手柄操作時，可以獲得和現實中手持工具操作時相同的力學感受，達到模擬訓練臨床操作的效果，在不傷害患者的情況下提高其臨床技能[11]；同時可以改善操作者的精細運動技能和臨床前環境中的手眼協調，以及克服與此類培訓相關的金錢和智力挑戰[12]。

虛擬仿真技術與實驗教學的整合，可以讓學生通過交互學習模式與測試體系及時檢查自己的學習效果，根據系統考評反饋信息及時復習學習薄弱點，同時將自己的學習情況及時反饋給教師；教師可以對學生做實驗的過程進行全程監控、記錄、分析，并給出結論和合理化的建議；此外，虛擬化考試系統可以使考核過程更全面、客觀、科學和標準，極大地減少傳統實物考試模式中繁瑣的材料準備、人員組織、考核結果統計等問題。

2 口腔虛擬仿真實驗教學體系建設思路

立足人才培養中心地位，結合一流專業建設，以建立“現代智慧口腔醫學實驗教學”，實現“口腔醫學”和“口腔醫學技術”兩專業協同發展為目的，開展口腔虛擬仿真實驗教學體系建設。

2013年，教育部在《關于開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知》中指出，虛擬仿真實驗教學中心建設工作必須堅持“科學規劃、共享資源、突出重點、提高效益、持續發展”，其核心工作就是共享優質實驗教學資源[5]?？谇惶摂M仿真實驗教學項目的建設應該著眼于各大高校建設的空白領域，避免出現建設項目的雷同，建立共建共享合作機制，以優質資源共享為核心，以全方位服務教學為基點，實現校內應用與社會開放相結合和資源的最大化利用，杜絕資源的浪費。

虛擬仿真系統等新信息技術為口腔課程教學提供了潛在的新方向。Perry S等[13]在對全球口腔教育利用虛擬仿真技術的調查報告中指出，由于受到文化、歷史等地區差異性的影響，全球各國口腔醫學教育對虛擬仿真技術的利用程度各不相同：2006年，澳大利亞多所學校就已經開始使用觸覺模擬器開展虛擬仿真教學；2010年，澳大利亞牙科學校理事會發布了在牙科和口腔健康課程中使用模擬學習環境的指導方針，這一舉措在一定程度上促進了澳大利亞學校開展虛擬仿真教學；太平洋及亞洲地區的國家也逐漸將該技術應用于口腔醫學教育，然而這些地區使用虛擬仿真技術開展教學所產生的相關研究報道卻遠遠少于歐洲和北美[13]；我國高校將虛擬仿真技術應用于口腔實驗教學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，找準課程與虛擬仿真技術的結合點，做到“能實不虛，虛實結合”，才能將所建設的虛擬仿真項目融入到課程教學之中，實現虛擬教學常態化運行，使學生在互聯網與教學融合的浪潮中成為真正的受益者。

高校應該積極探索校企合作模式，充分發揮高校專業優勢和企業的技術優勢，共同開發資源，提升資源的質量。此外，挖掘學生潛力，加入建設團隊，在有效促進學生專業技能提高的同時，還能極大地促進學生形成創造性思維，實現課堂教學與人才培養的有效融合。重慶醫科大學口腔醫學院自2008年開始開展本科生創新創業教育，近幾年,每年獲得校級及以上獎項近十項；學院通過虛擬仿真教學項目建設與雙創教育相結合，讓學生參與到項目建設，獻言獻策，甚至參與技術開發，學生學習的主觀能動性、創新思維和創新能力都得到極大提升，建設項目也契合了教與學的需求。

3 口腔虛擬仿真實驗教學資源建設內容

重慶醫科大學口腔醫學院依托教育部國家級實驗教學示范中心，以一流專業建設為契機,堅持“軟硬兼施”,開展線上與線下虛擬仿真教學資源建設工作。

UniDental口腔數字化仿真培訓系統是融視覺和力覺的多功能虛擬現實口腔手術模擬器，通過繪制實時逼真的手術三維場景，對術區組織，如皮膚、舌頭、牙齒產生實時精細的力覺反饋，使學生在操作中獲得模擬訓練臨床操作的效果。該系統設有牙體牙髓操作模塊、口腔修復操作模塊、牙周操作模塊、口腔種植操作模塊和口腔外科模塊，融口腔基礎教學、手術技能訓練和手術操作考核為一體，模擬疾病種類多，能夠解決牙體標本和疾病模型供應缺乏、實驗耗材較貴的問題，同時實現學生在真實模擬臨床效果的虛擬環境中反復操練，為臨床實習打下堅實基礎。Sewell C等[14]研究表明，觸覺模擬器的使用可以改善學生的運動技能學習曲線，有助于幫助學生過渡到臨床環境；此外，該系統設有基礎訓練模塊，可以針對低年級學生開展早期手部技能訓練，為進一步專業技能學習奠定基礎。

在口腔臨床修復治療過程中，因CAD/CAM系統設計和制作的修復體精度高、效率高、質量高等特點，CAD/CAM系統在口腔修復行業中逐步占據重要地位[15-16]。

為適應當前口腔醫學發展的需要，使學生所吸收的知識與新興技術接軌，學院著眼于部分實驗教學的“高成本、高消耗、不可逆操作、大型綜合訓練”等特點，依托口腔修復學實驗教學，設計了“CAD/CAM可摘局部義齒制作工藝”虛擬仿真教學系統，采用動畫交互、視頻示教、三維模擬展示等方式，使學生全面熟悉并掌握口腔修復學中較為復雜的可摘局部義齒設計理論知識與基本操作技能。

牙拔除術是口腔臨床工作中最常用、最基本的手術，臨床前的拔牙訓練尤為重要。我國在20世紀80年代就有高校設計仿真度較高的仿真模擬牙齒拔除術模型對學生開展拔牙技能訓練[17]。在英國，一些牙科學校使用臨床前模型來教授學生拔牙技巧，如商用模型、虛擬學習環境、豬頭等[18]。牙拔除術作為一項高風險的臨床實踐技術，需要學生反復操練，商用拔牙模型或自制的拔牙模型很難精細化模擬臨床拔牙過程；因為醫學倫理問題，讓學生在臨床前的教學中就對患者進行拔牙也顯得不太可能。學院設計的“牙拔除術虛擬仿真-觸反饋-多媒體實驗教學系統”極大地彌補以上傳統教學的不足。系統通過構建虛擬拔牙病例，模擬逼真場景，確保實訓中虛中有“實”，以案例教學貫穿始終，全程交互學習，極大地調動學生參與實驗教學的積極性和主動性。

“口腔醫學技術專業客觀結構化實踐技能教考系統”建設義齒鑄造、可摘局部義齒設計、口腔素描、口腔攝影、模型檢查、牙體雕刻6個主要實驗內容，直接對接四年制口腔醫學技術培養計劃中固定義齒工藝學實驗、可摘局部義齒工藝學實驗、口腔素描學、口腔美學、修復工藝質量管理、口腔解剖生理學實驗等六門核心實驗課程。該系統同時實現了考教結合，為口腔醫學技術行業內的課程教學、技能培訓和考核開辟了新思路。

4 虛擬仿真教學資源成果轉化及應用

虛擬仿真實驗教學項目依托課程而建，只有將其真正用到教學之中，才能發揮其優勢，讓學生受益。學院現有虛擬仿真實驗教學資源與口腔醫學專業和口腔醫學技術專業課程實現逐一對接。

以項目建設為抓手，學生參與虛擬仿真實驗教學項目設計，促進學生創新意識和創業能力的培養，目前學院已經形成具有特色的雙創訓練體系“Project 35”，建有學生團隊7個，參加各級比賽獲獎50余項。

學院依托虛擬仿真考核評價體系開展形成性評價方案，重視學生的學習過程管理。同時，著眼口腔類行業發展，現有建設項目需要進一步完善和系統化，以期向行業認定考試體系轉化。

5 結束語

虛擬仿真實驗教學資源作為信息時代的必然產物，在教學中突顯了極大的優勢，彌補了傳統教學的不足，在改善教學質量、提高人才培養質量方面起著重要作用。在信息技術與教學深度融合的今天，只有從課程教學實際出發，才能建設出實用的信息化教學資源；只有形成教師、學生和企業技術人員協同共建的建設機制，才能建設出優質的信息化教學資源；只有建立經費投入長效機制，不斷改進教學體系，才能持續為學生提供完善的信息化教學保障。虛擬仿真技術的利用給學生提供了更加靈活的教學資源和自主學習的機會，但是教師的引導作用不可忽視，“虛實結合，能實不虛”始終是實驗教學應該遵循的教學原則。如何發揮虛擬仿真教學資源的最大優勢開展課程改革，還需要仔細規劃，也是今后一段時間內口腔教育界需要深入探討的問題。