口腔检查虚拟仿真教学项目的开发与应用

王晶晶 孙艳艳 黄文韬 林海燕

杭州医学院存济口腔医学院口腔基础教研室，杭州 311399

口腔检查是口腔疾病诊断的关键步骤，其知识点繁多，学生理解与记忆困难，同时因为特殊检查涉及的临床病人缺乏，也无法以标准化病人(standardized patients，SP)替代[1]，给教与学的评价带来困难。这些问题一直未能得到有效解决，不利于培养学生的临床思维[2]。近年来，我校按照《教育部办公厅关于2017-2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》(教高厅〔2017〕4号)和《教育部关于开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作的通知》(教高函〔2018〕5号)等文件精神，立项开发口腔检查虚拟仿真教学系统。经过2年的实践与探索，基本完成“口腔检查虚拟仿真教学系统(1.0)”的开发，经过初步应用收到了较好的效果。现将有关研究情况报告如下。

1 口腔检查虚拟仿真实验教学需求与系统开发

1.1 确定口腔检查虚拟仿真教学项目的教学需求

根据口腔医学专业口腔解剖生理学和牙体牙髓病学等课程教学大纲对口腔检查实验教学的具体要求，确定口腔检查虚拟仿真教学项目的必备教学功能。在此基础上，从效益最大化出发，综合口腔医学专科专业和口腔医学本科专业相关课程对口腔检查实验教学的要求，对必备教学功能进行适当拓展，最终确定口腔检查虚拟仿真教学项目按照1.0、2.0和3.0等3个功能逐步升级的版本进行连续升级式开发。其中，1.0版本所承载的主要教学功能包括：洗手、戴手套、医患体位、探诊、叩诊、扪诊、松动度检查、口镜使用、填写口腔检查表和无菌操作等10项内容；主要面向口腔医学本科专业口腔解剖生理学、牙体牙髓病学和口腔颌面外科学课程的口腔检查实验教学，同时也可以将其应用于口腔医学专科专业口腔内科学、口腔颌面外科学课程和临床医学本科专业口腔科学课程的口腔检查实验教学。

1.2 启动口腔检查虚拟仿真教学项目的系统开发

1.2.1 主要技术指标 所开发系统为B/S结构，兼容IE、Chrome等主流的浏览器，采用MySQL数据库，可以运行于Linux、Windows等高安全性操作系统。移动端的开发为基于HTML 5或小程序的移动应用框架，能够支持iOS、Android、WebOS等。采用目前业界主流的虚拟现实(virtual reality，VR)开发技术、Unity3D开发工具、组件技术、数据标准和相关技术规范，使系统功能最优化，同时将系统内部在技术上的相互依赖性减至最低。语言支持：简体(GBK)、繁体(BIG5)、西文(ASCII)、国际统一码(Unicode)。系统页面响应时间2 000毫秒，第一阶段支持并发数量不少于200，最终版支持并发数量不少于1 000。系统无故障运行时间大于5 000小时，故障恢复时间小于24小时。

1.2.2 系统开发与1.0版功能模块 由北京众绘虚拟现实技术研究院有限公司基于其UniDenTal口腔虚拟线上教学训练系统进行开发，具体包括基础训练、病例训练和考核评价3个模块。系统与各模块构架如图1所示。

图1 北京众绘虚拟现实技术研究院有限公司开发口腔检查虚拟仿真实验教学系统(1.0)构架

1.2.3 口腔检查虚拟仿真实验教学系统(1.0)的部署 在口腔医学实验教学中心新建口腔检查虚拟仿真实验室，将口腔检查虚拟仿真实验教学系统(1.0)部署于具有触感反馈的5台虚拟仿真机(以下简称仿真机)和31台网络化数字虚拟形态教学点位结合的客户机(以下简称客户机)。仿真机和客户机可以真实还原口腔医生临床诊疗环境，构建标准化病人，对口腔牙齿、牙龈、舌黏膜等不同颜色、质感的材质和操作器材进行模拟；系统可以跟踪记录整个操作过程，根据口腔检查项目评分标准明细表，对器械选择、操作手法和操作内容进行考核，最后形成过程评价和结果评价。

2 口腔检查虚拟仿真实验教学系统(1.0)的实施

2.1 教学对象

选取2019级口腔医学本科专业全体60名学生为教学对象，教学内容为口腔解剖生理学实验。所有学生对本研究内容均已知情同意。

2.2 教学方法

采用“操作预习-讲解演示-操作练习-考核反馈-课后强化”的教学模式，进行口腔检查虚拟仿真实验教学。课前，学生从PC端或移动端登录口腔检查虚拟仿真实验教学系统观看操作示范，完成预习。课中，教师从客户机登陆口腔检查虚拟仿真实验教学系统，进行各模块讲解和演示，并在仿真机上进行操作演示。学生首先通过客户机选择相应模块进行口腔检查练习，之后3人为一组登陆仿真机进行操作触感强化练习。学生完成一定量的练习后，点击考核模块，进入虚拟口腔诊室，接受随机病例的操作考核。教师可以登录教师端进行课程管理、成绩统计与分析等。课后，学生登录虚拟仿真系统进行练习。

2.3 教学过程

学生通过学号、姓名和默认密码登录仿真机，以HZstudent+学号、默认密码登录客户机，登录后选择基础训练、病例训练和考核评价3个模块进行虚拟仿真实验。各模块虚拟仿真实验主要步骤如下所示。

2.3.1 基础训练 选择单一器械使用方法；口镜使用练习；探针使用练习；选择检查方法练习；探诊练习；叩诊练习；扪诊练习；松动度检查练习；系统自动对每项操作评分，每个步骤可以选择性跳过。

2.3.2 病例训练 选择病例；调整医患体位；洗手戴手套、调节灯光；探诊；叩诊；扪诊；松动度检查；填写口腔检查表；系统自动生成评分表，每个步骤不可跳过。

2.3.3 考核评价 进入虚拟诊室；选择器械；选择检查内容；对相应部位进行检查；填写口腔检查表；系统自动生成评分表，每个步骤不可跳过。

3 口腔检查虚拟仿真实验教学系统(1.0)初步应用效果

在口腔检查虚拟仿真实验教学系统(1.0)应用后，采用问卷调查方法对首批60名学生的使用体验进行基于问卷星平台的调查。问卷内容包括系统简单容易操作、可以增加操作练习机会、知识点便于理解与记忆、实验操作仿真度高、增强自学能力、提高实验兴趣和考核评价客观等7个条目，每个条目按照认同(3分)、一般(2分)和不认同(1分)3个选项由学生无记名独立评定。

60名学生均完成调查，问卷回收率和有效答卷率均为100.0%。具体结果详见表1。从表1可见，学生对口腔检查虚拟仿真实验教学系统(1.0)具有较高的使用认可度，其总认同率为86.9%。以SPSS 26.0对表1数据和问卷关联的性别数据进行统计学处理，经过Kruskal-WallisTest显示，男(31人)女(29人)学生在各条目的认同度上，其差异均无统计学意义(P值为0.160～0.834)；经过Mann-WhitneyTest显示，学生对增强自学能力和提高实验兴趣的认同度高于系统简单容易操作、知识点便于理解与记忆、实验操作仿真度高(P=0.023)。

表1 杭州医学院2019级口腔医学本科专业60名学生口腔检查虚拟仿真实验教学系统(1.0)应用效果评价[例(%)]

4 口腔检查虚拟仿真实验教学系统(1.0)的基本判断和思考

4.1 应用虚拟现实技术进行口腔检查实验教学具有鲜明的优势

应用虚拟现实技术将复杂的实验过程具象化，有利于学生的理解与记忆；极具吸引力的动画和自建口腔诊室，可以有效激发学生的学习兴趣；通过临床病例的模拟和构建的标准化病人，有利于培养学生的诊疗思维；基于实验操作过程跟踪记录的过程性和结果性评价，使教学、训练和考核更具数量化和标准化。

4.2 学生对开发的口腔检查虚拟仿真实验教学系统(1.0)具有较高的认可度

首批60名学生对口腔检查虚拟仿真实验教学系统(1.0)的总体认同率为86.9%，各条目认同率均在80.0%以上，这表明学生对口腔检查虚拟仿真实验教学系统(1.0)具有较高的认可度；其中，增强自学能力和提高实验兴趣2个条目的认可度最高，均为95.0%，这说明口腔检查虚拟仿真实验教学系统(1.0)能有效激发学生的学习兴趣、提高学生的自主学习能力。

4.3 口腔检查虚拟仿真实验教学系统(1.0)有待进一步优化升级

首批60名学生的口腔检查虚拟仿真实验教学系统(1.0)的使用体验显示，系统简单容易操作、知识点便于理解与记忆和实验操作仿真度高3个条目的认可度相对较低，均为81.7%，这为口腔检查虚拟仿真实验教学项目的升级式开发指明了方向。我们将在2.0版增加有利于反馈的操作步骤和口腔特殊检查内容，在3.0版将以头戴式VR装置的沉浸式虚拟诊室提升学生身临其境的仿真体验，并以口腔检查为切入点，建设以“学生为中心”的虚拟仿真实验教学体系，更好地培养学生的临床诊疗思维能力[3]。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突

作者贡献声明王晶晶：项目开发、研究实施、数据采集与分析、文章撰写；孙艳艳、黄文韬：参与项目开发、研究实施；林海燕：指导项目、支持性贡献