一流本科教育背景下口腔虚拟仿真实验教学体系建设与应用

庞梦微，季 平，宋锦璘，董艳玲，蒋 琳

重庆医科大学口腔医学院， 重庆 401147

强化实践教学环节，构建实践教学体系是教育部对高等学校深入推进实践育人工作，全面提高人才培养质量的工作要求[1-2]。2013年，教育部启动国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作；2017年，教育部从虚拟仿真实验教学中心建设转向虚拟仿真实验教学项目建设；2019年，教育部继而将“项目”改为“课程”，提出打造“虚拟仿真一流课程”的建设计划。经过短短几年的发展，虚拟仿真实验教学资源在各大高校如雨后春笋般涌现，在实验教学中发挥着重要作用，突显了其人才培养优势。重庆医科大学口腔医学院跟上时代的浪潮，积极探索虚拟仿真实验教学体系建设，取得了一定成果。

1 口腔虚拟仿真实验教学的优势

虚拟仿真技术改变了传统的教学模式，早已被国外各大高校所应用[3-5]。虚拟仿真触觉模拟器作为虚拟仿真教学资源之一被引入国内口腔医学教育，也有近十年的历史[6-7]。虚拟仿真技术是近几年我国教育改革的热点，虚拟仿真实验教学资源作为信息化技术发展的产物和传统实验实训模式的必要补充，对实践教学起着重要的辅助作用，在实验课程教学中发挥着极大的优势。

虚拟仿真通过创建与人类感官系统交互的虚拟空间，克服现实世界的空间和物理约束，为人们提供一种间接的，如同真实世界的真切、直观的体验[8]。虚拟仿真实验教学资源较系统地解决了部分传统技能操作在课堂中难以示教、难以重复等问题，扩展了教学内容的广度和深度。例如：虚拟仿真口腔局部麻醉系统学习和力反馈拔牙练习弥补了教学中拔牙病例不足的问题；虚拟口腔种植弥补了实验耗材较贵的不足；铸造机虚拟可视化，可使学生更好地了解义齿的制作流程等。

随着口腔医疗行业的发展，高校扩招规模加大，部分院校实验教学资源却滞后于招生人数的增长，导致学生操作机会大打折扣。虚拟仿真技术的应用，将原本只能在实验室内完成的课程学习，变成了“随身锦囊”的互联网移动教学，大范围延伸拓展了教学时空，实现了课前、课中与课后教学的完美结合，为学生提供了真正的“开放性教学环境”。Bransford J D等[9]曾经说过，教学应该以学生为中心，考虑学生的背景、知识、兴趣、社会和文化价值观，但也需要提供给他们自由学习的时间和地点，让他们为自己的学习负责。虚拟仿真教学资源的建设正是为学生提供了一个灵活学习和自学的环境。外国学者Buchanan J A[10]曾报告，当学生通过虚拟模拟器进行技能训练时，他们学得更快，每小时练习的程序更多，达到传统教学的技能训练水平，并且可从教师那里获得更多的评价，因为虚拟模拟器的使用可以缩短教师课堂评价的时间。

传统的口腔医学实验教学设备为口腔仿真人头模、口腔综合治疗椅、义齿铸造机、石膏打磨机等。每名学生都拥有一套牙科教学设备是最理想的教学状态，但是很多高校很难达到。由于学生人数较多、场地空间不足等，使部分学生不能及时掌握操作要领；部分实验(如高温铸造、口腔种植修复、3D打印技术等)因危险性大、成本过高、周期较长等原因，使得学生很难将理论知识转化为临床实践操作，久而久之便会失去学习兴趣。

虚拟仿真实验教学通过动画、图片、视频、音频等方式呈现给学生，让抽象的理论更容易被学生理解；虚拟化情境的创设让学生通过人机交互，犹如“玩游戏”一般，可以极大地激发学生的学习兴趣和求知欲；利用力学反馈虚拟仿真设备开展虚拟仿真实验教学，学生在手持手柄操作时，可以获得和现实中手持工具操作时相同的力学感受，达到模拟训练临床操作的效果，在不伤害患者的情况下提高其临床技能[11]；同时可以改善操作者的精细运动技能和临床前环境中的手眼协调，以及克服与此类培训相关的金钱和智力挑战[12]。

虚拟仿真技术与实验教学的整合，可以让学生通过交互学习模式与测试体系及时检查自己的学习效果，根据系统考评反馈信息及时复习学习薄弱点，同时将自己的学习情况及时反馈给教师；教师可以对学生做实验的过程进行全程监控、记录、分析，并给出结论和合理化的建议；此外，虚拟化考试系统可以使考核过程更全面、客观、科学和标准，极大地减少传统实物考试模式中繁琐的材料准备、人员组织、考核结果统计等问题。

2 口腔虚拟仿真实验教学体系建设思路

立足人才培养中心地位，结合一流专业建设，以建立“现代智慧口腔医学实验教学”，实现“口腔医学”和“口腔医学技术”两专业协同发展为目的，开展口腔虚拟仿真实验教学体系建设。

2013年，教育部在《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》中指出，虚拟仿真实验教学中心建设工作必须坚持“科学规划、共享资源、突出重点、提高效益、持续发展”，其核心工作就是共享优质实验教学资源[5]。口腔虚拟仿真实验教学项目的建设应该着眼于各大高校建设的空白领域，避免出现建设项目的雷同，建立共建共享合作机制，以优质资源共享为核心，以全方位服务教学为基点，实现校内应用与社会开放相结合和资源的最大化利用，杜绝资源的浪费。

虚拟仿真系统等新信息技术为口腔课程教学提供了潜在的新方向。Perry S等[13]在对全球口腔教育利用虚拟仿真技术的调查报告中指出，由于受到文化、历史等地区差异性的影响，全球各国口腔医学教育对虚拟仿真技术的利用程度各不相同：2006年，澳大利亚多所学校就已经开始使用触觉模拟器开展虚拟仿真教学；2010年，澳大利亚牙科学校理事会发布了在牙科和口腔健康课程中使用模拟学习环境的指导方针，这一举措在一定程度上促进了澳大利亚学校开展虚拟仿真教学；太平洋及亚洲地区的国家也逐渐将该技术应用于口腔医学教育，然而这些地区使用虚拟仿真技术开展教学所产生的相关研究报道却远远少于欧洲和北美[13]；我国高校将虚拟仿真技术应用于口腔实验教学之中已有近十年的历史，但是并没有在各大高校普遍开展。

只有依托课程，找准课程与虚拟仿真技术的结合点，做到“能实不虚，虚实结合”，才能将所建设的虚拟仿真项目融入到课程教学之中，实现虚拟教学常态化运行，使学生在互联网与教学融合的浪潮中成为真正的受益者。

高校应该积极探索校企合作模式，充分发挥高校专业优势和企业的技术优势，共同开发资源，提升资源的质量。此外，挖掘学生潜力，加入建设团队，在有效促进学生专业技能提高的同时，还能极大地促进学生形成创造性思维，实现课堂教学与人才培养的有效融合。重庆医科大学口腔医学院自2008年开始开展本科生创新创业教育，近几年,每年获得校级及以上奖项近十项；学院通过虚拟仿真教学项目建设与双创教育相结合，让学生参与到项目建设，献言献策，甚至参与技术开发，学生学习的主观能动性、创新思维和创新能力都得到极大提升，建设项目也契合了教与学的需求。

3 口腔虚拟仿真实验教学资源建设内容

重庆医科大学口腔医学院依托教育部国家级实验教学示范中心，以一流专业建设为契机,坚持“软硬兼施”,开展线上与线下虚拟仿真教学资源建设工作。

UniDental口腔数字化仿真培训系统是融视觉和力觉的多功能虚拟现实口腔手术模拟器，通过绘制实时逼真的手术三维场景，对术区组织，如皮肤、舌头、牙齿产生实时精细的力觉反馈，使学生在操作中获得模拟训练临床操作的效果。该系统设有牙体牙髓操作模块、口腔修复操作模块、牙周操作模块、口腔种植操作模块和口腔外科模块，融口腔基础教学、手术技能训练和手术操作考核为一体，模拟疾病种类多，能够解决牙体标本和疾病模型供应缺乏、实验耗材较贵的问题，同时实现学生在真实模拟临床效果的虚拟环境中反复操练，为临床实习打下坚实基础。Sewell C等[14]研究表明，触觉模拟器的使用可以改善学生的运动技能学习曲线，有助于帮助学生过渡到临床环境；此外，该系统设有基础训练模块，可以针对低年级学生开展早期手部技能训练，为进一步专业技能学习奠定基础。

在口腔临床修复治疗过程中，因CAD/CAM系统设计和制作的修复体精度高、效率高、质量高等特点，CAD/CAM系统在口腔修复行业中逐步占据重要地位[15-16]。

为适应当前口腔医学发展的需要，使学生所吸收的知识与新兴技术接轨，学院着眼于部分实验教学的“高成本、高消耗、不可逆操作、大型综合训练”等特点，依托口腔修复学实验教学，设计了“CAD/CAM可摘局部义齿制作工艺”虚拟仿真教学系统，采用动画交互、视频示教、三维模拟展示等方式，使学生全面熟悉并掌握口腔修复学中较为复杂的可摘局部义齿设计理论知识与基本操作技能。

牙拔除术是口腔临床工作中最常用、最基本的手术，临床前的拔牙训练尤为重要。我国在20世纪80年代就有高校设计仿真度较高的仿真模拟牙齿拔除术模型对学生开展拔牙技能训练[17]。在英国，一些牙科学校使用临床前模型来教授学生拔牙技巧，如商用模型、虚拟学习环境、猪头等[18]。牙拔除术作为一项高风险的临床实践技术，需要学生反复操练，商用拔牙模型或自制的拔牙模型很难精细化模拟临床拔牙过程；因为医学伦理问题，让学生在临床前的教学中就对患者进行拔牙也显得不太可能。学院设计的“牙拔除术虚拟仿真-触反馈-多媒体实验教学系统”极大地弥补以上传统教学的不足。系统通过构建虚拟拔牙病例，模拟逼真场景，确保实训中虚中有“实”，以案例教学贯穿始终，全程交互学习，极大地调动学生参与实验教学的积极性和主动性。

“口腔医学技术专业客观结构化实践技能教考系统”建设义齿铸造、可摘局部义齿设计、口腔素描、口腔摄影、模型检查、牙体雕刻6个主要实验内容，直接对接四年制口腔医学技术培养计划中固定义齿工艺学实验、可摘局部义齿工艺学实验、口腔素描学、口腔美学、修复工艺质量管理、口腔解剖生理学实验等六门核心实验课程。该系统同时实现了考教结合，为口腔医学技术行业内的课程教学、技能培训和考核开辟了新思路。

4 虚拟仿真教学资源成果转化及应用

虚拟仿真实验教学项目依托课程而建，只有将其真正用到教学之中，才能发挥其优势，让学生受益。学院现有虚拟仿真实验教学资源与口腔医学专业和口腔医学技术专业课程实现逐一对接。

以项目建设为抓手，学生参与虚拟仿真实验教学项目设计，促进学生创新意识和创业能力的培养，目前学院已经形成具有特色的双创训练体系“Project 35”，建有学生团队7个，参加各级比赛获奖50余项。

学院依托虚拟仿真考核评价体系开展形成性评价方案，重视学生的学习过程管理。同时，着眼口腔类行业发展，现有建设项目需要进一步完善和系统化，以期向行业认定考试体系转化。

5 结束语

虚拟仿真实验教学资源作为信息时代的必然产物，在教学中突显了极大的优势，弥补了传统教学的不足，在改善教学质量、提高人才培养质量方面起着重要作用。在信息技术与教学深度融合的今天，只有从课程教学实际出发，才能建设出实用的信息化教学资源；只有形成教师、学生和企业技术人员协同共建的建设机制，才能建设出优质的信息化教学资源；只有建立经费投入长效机制，不断改进教学体系，才能持续为学生提供完善的信息化教学保障。虚拟仿真技术的利用给学生提供了更加灵活的教学资源和自主学习的机会，但是教师的引导作用不可忽视，“虚实结合，能实不虚”始终是实验教学应该遵循的教学原则。如何发挥虚拟仿真教学资源的最大优势开展课程改革，还需要仔细规划，也是今后一段时间内口腔教育界需要深入探讨的问题。