虚拟现实技术在口腔解剖生理学本科生教学中的应用研究*

覃文聘，闫舰飞，牛丽娜，焦 凯△

(1.军事口腔医学国家重点实验室/口腔疾病国家临床医学研究中心/陕西省口腔疾病临床医学研究中心/空军军医大学口腔医院黏膜病科，西安710032；2.军事口腔医学国家重点实验室/口腔疾病国家临床医学研究中心/陕西省口腔医学重点实验室/空军军医大学口腔医院修复科，西安710032)

口腔解剖生理学是一门以研究牙齿、颅、颌、面、颈部诸多部位的正常形态结构、功能活动规律及其临床应用为主要内容的学科。该学科是口腔基础医学中的主要学科之一，也是口腔医学生必修的内容。目前口腔解剖生理学的教学手段主要包括课堂授课、flash动画、解剖图谱、录像及尸体解剖实训课等，但由于该学科专业概念繁杂抽象，对学生空间思维能力要求较高，导致学生在理解课程内容时颇具困难。虚拟现实(virtual reality,VR)技术因其沉浸感、交互性和构想性的特点，已经引起了教育界关于教学改革的激烈探讨。如何将VR技术与传统教学模式结合已成为教学改革的又一热点，本文分析传统口腔解剖生理学教学的现状及问题，探讨VR技术的特点及优势，并分析引入口腔解剖生理学课程教学中的必要性及方法，以期实现课程教学的科学、高效、合理化。

1 口腔解剖生理学教学现状

1.1 传统的授课方式使学生逐渐失去兴趣

口腔解剖生理学是一门综合性、交叉性较强的基础学科，由于本科生在学习本门课程时缺乏临床经验，且抽象思维能力相对较弱，传统的“填鸭式”教学让学生难以理解透彻相关知识，更难以进入高效学习状态，从而打击学习积极性、主动性和兴趣，降低学习效率，影响学生独立分析、解决问题的能力。

1.2 传统教学手段难以展示抽象的解剖结构和生理功能

口腔解剖生理学作为基础的口腔课程，其教学内容丰富、概念抽象晦涩。目前常用的口腔解剖生理学教学手段如互联网、2D图片(图集)和尸体解剖等，都存在一定的局限。例如，在讲解头颈面部骨骼、神经、肌肉解剖时，学生在短时间需掌握多个深奥抽象的专业名词、解剖层次和毗邻关系，若使用2D图片教学，无法直观展示3D空间结构；若使用标本教学，虽为3D结构，但却无法做到清楚呈现各解剖层次关系。又如在学习咬合运动一章节时，由于可视听资源有限、理论抽象等原因导致其成为口腔医学本科生教学的一大难题[1]。

1.3 实训课内容及方式落后

目前的口腔解剖生理学实践课主要集中在牙体形态的石膏雕刻和蜡型堆塑上，而忽视了口腔头颈面部的解剖实训，导致学生在颅颌面部解剖的学习上更为困难。在实训课上，采用的形式多是“围观式”教学。由于实训对象(牙齿)体积小、步骤精细、操作视野狭窄，围观式实训教学难以保证所有学生都能看清示教过程并掌握关键步骤，实训效果大打折扣。为了解决这一问题，常采用分组示教的方式，但却影响了实训课的效率，仍存在一定弊端[2]。

1.4 教学与临床联系不紧密

口腔解剖生理学中的概念在临床课学习及实践中具有重要意义，如胎位关系在全口义齿制作、颅颌面部解剖在颌面外科手术都具有举足轻重的意义。但在具体的课堂教学实施过程中临床应用场景难再现，导致教学内容与临床知识联系不紧密，学生对知识的理解不透彻，到了学习临床课程时常需重新巩固相关基础知识[3]。

2 VR技术的概念与特点

VR技术由美国的乔·拉尼尔在20世纪80年代最早提出，其典型的特征为“3I”，即沉浸感(immersion)、 交互性(interaction)和构想性(imagination)[4]。VR技术涉及众多学科，囊括计算机技术、仿真技术、传感器技术于一体，通过计算机仿真系统创建模拟的外界环境。VR应用领域广泛，包括影视、教育、军事、医学、设计等多个领域。在口腔医学中，VR已被报道用于培训临床技能、研究人体解剖学、设计手术方案和治疗牙科恐惧症患者[5]。目前已有多种VR系统应用于口腔教学中，如DentSim、PrepCheck、PREPassistant、Moog Simodont Dental Trainer等系统，涉及牙周病学、牙体牙髓病学、口腔种植学、口腔修复学和口腔颌面外科学等多专业[6]。已有研究证明，DentSim系统[7]、Moog Simodont Dental Trainer系统[8]可以有效帮助学生掌握牙体预备的基本方法，积极提升口腔专业课程的教学质量。

3 VR技术在口腔解剖生理学教学中的应用

3.1 改善授课方式

VR技术极大地克服了传统教学环境的局限，可创设逼真的场景，提供高效的动态交互，能有效激发学生的好奇心，实现情境学习和知识迁移，增强学习体验[9]。有研究证明，VR创建的虚拟环境可以通过调节用户的视觉保真度和非视觉感官刺激达到帮助用户情景记忆的作用。通过数据分析得知VR与增强现实技术相结合的教学系统可以缩短教学时间5倍[10]。通过问卷调查得知有超过一半的VR用户对VR技术辅助教学的态度是十分乐观的[11]。

在讲解“牙髓腔形态”一章节时，利用VR技术虚拟重建牙髓腔，可使学生直观地观察牙髓腔的形态。这一方法可以清晰呈现根管系统中的副根管、根尖分叉、根尖分歧、根管侧枝等复杂结构，弥补了传统教学中根管影像重叠的缺陷，有利于学生牢固掌握牙髓腔形态的相关知识，并为学生后续学习操作根管治疗打下良好的基础。VR技术与传统授课方式的结合显著增加学生学习的能动性、趣味性、有效性和参与度，可达到更好的教学效果，并为下一步临床课学习和实践做出充分准备。

3.2 优化实训模式

实训课是调动学生形象思维的最有效方法，利用VR技术可以建立各种虚拟实验室并在其中进行虚拟实训。相比于真实环境下的实训室，虚拟实训系统可以减少外界环境的干扰，使学生能用心专注于实训操作[12]，具有打破时空限制、激发学生兴趣、提高教学效率、规避安全风险、改善教学环境等优点。除此之外，还可记录操作过程的三维运动和力的数据并能进行回放观摩和分析，使教学、训练和考核环节变得量化和标准化。ZILVERSCHOON等[13]研究证明虚拟解剖室对于学生学习解剖结构有不可替代的促进作用。

牙体雕刻课程是以标准牙体形态为模型进行的石膏牙和蜡牙雕刻训练，帮助学生掌握牙体形态的实训课程，是口腔医学生接触的第一门技工课，能有效训练学生手眼结合的能力，并对培养学生的操作习惯有至关重要的作用。在传统牙体雕刻的基础上，增加虚拟雕刻，可有效激发学生学习的积极性和主动性，有助于师生之间及时交流沟通，巩固理论课的学习成果，更好完成教学目标。值得一提的是，VR技术下的牙体雕刻也可为学生今后在修复和牙体牙髓课上学习计算机辅助设计/制造技术(computer aided design/manufacture，CAD/CAM)打下坚实基础。BAKR等[14]最近的一项研究显示，使用VR牙科模拟器对24名牙科学生进行培训，尽管它无法替代传统的培训，但却可以用作培养临床前牙科技能的良好辅助工具。

3.3 增强基础与临床结合

VR技术能够通过提供丰富的感知线索及多通道(如听觉、视觉、触觉等)的反馈，设置与临床类似的场景，促进学生自主学习。通过场景学习能模拟实际的临床问题，帮助学生将所学知识应用到临床实践中，达到良好的教学效果[15]。

在讲解“颌位与下颌运动”时，利用VR技术，可以创建颌位关系记录与转移的临床情景，让学生即刻将所学的颌位与下颌运动相关知识运用起来，即学会利用息止颌位确定垂直距离的原理和哥特氏弓描记法的工作原理。这一启发式教学能有效集中学生注意力，调动学生的学习积极性和主观能动性，培养学生的独立思考、分析并解决问题的能力，开扩创造性思维，而且还能锻炼学生的逻辑推理、口头表达能力，让学生切实感受到学有所用，并能做到学以致用。

4 结 语

VR技术作为信息时代教学变革的产物，已被广泛用于医学课程的理论学习及实训中。这一授课方式有助于实现授课理想化和学习高效化，具体可从改善授课方式、优化实训模式及增强基础与临床结合等方面促进口腔解剖生理学教学效果的提升。但是目前来看，VR技术还不够完善，其清晰度、舒适度、精确性、适用范围和建模能力都还有待提升。下一阶段仍需要进一步研究，完善现有的技术，优化VR技术和传统课堂教学的结合，以期取得教学效果的最优化,从而为培养高素质口腔专业人才奠定坚实基础。