數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)在口腔修復(fù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用與探索

李家++史翠平++林開(kāi)利++蘇儉生

摘 要：目的 探討數(shù)字化虛擬教學(xué)系統(tǒng)在口腔修復(fù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的可行性與效果。方法 應(yīng)用虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)（Computerized Dental Simulator，CDS）結(jié)合CAD/CAM技術(shù)完成牙體預(yù)備及修復(fù)體制作的全程數(shù)字化教學(xué)，并與傳統(tǒng)教學(xué)方式相比較，通過(guò)課后作業(yè)及調(diào)查問(wèn)卷的方法，評(píng)價(jià)數(shù)字化教學(xué)的效果。結(jié)果 確立了固定義齒數(shù)字化教學(xué)流程。與傳統(tǒng)教學(xué)方式相比較，數(shù)字化教學(xué)提高了學(xué)生的課堂作業(yè)成績(jī)，P<0.05。問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果顯示，該教學(xué)系統(tǒng)提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深了對(duì)基礎(chǔ)理論的理解與記憶，且能較好地指導(dǎo)學(xué)生的臨床前實(shí)訓(xùn)操作。結(jié)論 數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)改善了口腔修復(fù)學(xué)部分實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，如何更好地開(kāi)展數(shù)字化教學(xué)，仍需深入探討。

關(guān)鍵詞：口腔修復(fù)學(xué) 口腔醫(yī)學(xué)教學(xué) 虛擬口腔教學(xué) CAD/CAM

中圖分類(lèi)號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）01（a）-0175-02

口腔修復(fù)學(xué)是一門(mén)理論性、實(shí)踐性較強(qiáng)的口腔臨床科學(xué)，近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字化義齒加工技術(shù)的迅猛發(fā)展，已經(jīng)開(kāi)辟了全新的口腔修復(fù)治療模式，推動(dòng)口腔修復(fù)治療向著更加精確、簡(jiǎn)便、高效、高仿真和有效恢復(fù)生理功能的方向發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)成為未來(lái)口腔醫(yī)學(xué)的發(fā)展方向之一。在口腔醫(yī)學(xué)本科生教學(xué)階段利用數(shù)字化手段開(kāi)展數(shù)字化實(shí)踐教學(xué)，是順應(yīng)新時(shí)期下教學(xué)發(fā)展和完善教學(xué)內(nèi)容的必然趨勢(shì)。研究人員應(yīng)用虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)（Computerized Dental Simulator，CDS-100）結(jié)合CAD/CAM技術(shù)對(duì)口腔修復(fù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行教學(xué)改革，實(shí)現(xiàn)冠橋修復(fù)體從牙體預(yù)備—印模制取—修復(fù)設(shè)計(jì)—義齒制作的全程數(shù)字化教學(xué)，對(duì)數(shù)字化教學(xué)系統(tǒng)在口腔修復(fù)固定義齒實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了初步探索。

1 數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)在固定義齒實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

1.1 固定義齒全程數(shù)字化教學(xué)的教學(xué)過(guò)程

研究人員根據(jù)固定義齒的臨床制作過(guò)程，將數(shù)字化教學(xué)內(nèi)容分解為以下兩個(gè)步驟。

1.1.1 牙體預(yù)備的數(shù)字化教學(xué)與評(píng)估

登錄CDS-100系統(tǒng)后，首先進(jìn)行課程選擇，在牙位選擇及定位校正后，系統(tǒng)顯示手機(jī)、車(chē)針、基牙預(yù)備狀態(tài)的同步3D影像，即可模擬臨床環(huán)境開(kāi)始牙體預(yù)備，在牙體預(yù)備過(guò)程中可進(jìn)行車(chē)針的選擇及更換。通過(guò)與系統(tǒng)預(yù)設(shè)的牙體預(yù)備標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)比，學(xué)生可實(shí)時(shí)對(duì)牙體預(yù)備準(zhǔn)確性進(jìn)行過(guò)程評(píng)估。操作完成后，CDS-100可對(duì)操作過(guò)程和操作結(jié)果進(jìn)行分?jǐn)?shù)評(píng)估，該系統(tǒng)還具備過(guò)程的存儲(chǔ)記錄及回放功能，有助于學(xué)生復(fù)習(xí)操作過(guò)程，提高實(shí)驗(yàn)室教學(xué)質(zhì)量。

1.1.2 數(shù)字化印模制備、義齒設(shè)計(jì)與加工

牙體預(yù)備完成后，研究人員使用KaVo掃描系統(tǒng)（ARCTICA Autoscan）掃描工作及對(duì)頜模型，制備數(shù)字化印模，利用KaVo multiCAD設(shè)計(jì)軟件對(duì)修復(fù)體進(jìn)行3維設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)能通過(guò)易于操作的菜單導(dǎo)航引導(dǎo)初學(xué)者完成修復(fù)體設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)流程包括：確定邊緣線(xiàn)—就位道設(shè)計(jì)—內(nèi)冠設(shè)計(jì)—雕刻解剖形態(tài)。設(shè)計(jì)完成后，使用CAM系統(tǒng)（ARCTICA Engine）五軸向研磨儀切削加工修復(fù)體，最后在結(jié)晶爐內(nèi)燒結(jié)完成氧化鋯全瓷修復(fù)體。

1.2 數(shù)字化教學(xué)效果評(píng)估

為評(píng)估數(shù)字化虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)在固定義齒實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用效果，選取應(yīng)用數(shù)字化教學(xué)的同濟(jì)大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院2013級(jí)本科生為研究組，對(duì)照組為傳統(tǒng)教學(xué)方法的2012級(jí)本科學(xué)生，對(duì)課堂作業(yè)成績(jī)進(jìn)行了比較分析，研究組的課堂作業(yè)成績(jī)（92.28±2.56）明顯高于對(duì)照組成績(jī)（89.56±2.02），P<0.05。對(duì)采用數(shù)字化教學(xué)的2013級(jí)學(xué)生還就以下方面進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查：課程是否提高了學(xué)習(xí)興趣及主動(dòng)性、是否加深了對(duì)基礎(chǔ)理論的理解、實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)的客觀性、系統(tǒng)即時(shí)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程及引導(dǎo)作用、是否喜歡數(shù)字化教學(xué)模式。其中，100%的學(xué)生表示喜歡這種教學(xué)模式，認(rèn)為數(shù)字化教學(xué)能激發(fā)學(xué)習(xí)潛力，提高了學(xué)生解決問(wèn)題的能力；95%的學(xué)生認(rèn)為通過(guò)數(shù)字化3D虛擬技術(shù)，加深了對(duì)理論知識(shí)的理解與記憶；90%的學(xué)生認(rèn)為數(shù)字化教學(xué)系統(tǒng)能客觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果；87%的學(xué)生對(duì)系統(tǒng)的即時(shí)監(jiān)控、評(píng)估及引導(dǎo)作用表示滿(mǎn)意。

2 討論

2.1 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的可行性與優(yōu)越性

牙體預(yù)備作為最重要的一項(xiàng)口腔修復(fù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容，其教學(xué)手段已經(jīng)從早期的“圍觀式”教學(xué)過(guò)渡到仿真頭顱模型系統(tǒng)教學(xué)，仿真頭顱模型系統(tǒng)雖然提高了修復(fù)學(xué)教學(xué)質(zhì)量，但在操作技能培訓(xùn)中的標(biāo)準(zhǔn)化、實(shí)時(shí)反饋及客觀評(píng)價(jià)功能上仍有不足。CDS是專(zhuān)門(mén)為口腔醫(yī)學(xué)生臨床訓(xùn)練所設(shè)計(jì)的虛擬教學(xué)設(shè)備，由空間定位系統(tǒng)、互動(dòng)式模擬實(shí)境系統(tǒng)、教學(xué)評(píng)分系統(tǒng)和三維虛擬技術(shù)組成。該系統(tǒng)軟件可用于口腔修復(fù)學(xué)、口腔內(nèi)科學(xué)及口腔種植學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，如冠橋預(yù)備、窩洞制備、開(kāi)髓術(shù)、種植手術(shù)導(dǎo)航等。Urbankova等[1]研究發(fā)現(xiàn)，CDS訓(xùn)練有助于識(shí)別需要教學(xué)干預(yù)的學(xué)生，CDS早期訓(xùn)練不僅能顯著提高學(xué)生的臨床操作技能，而且能節(jié)省教師的教學(xué)時(shí)間。研究人員應(yīng)用數(shù)字化口腔虛擬教學(xué)系統(tǒng)（CDS-100）開(kāi)展了全程數(shù)字化固定義齒修復(fù)的教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)CDS-100系統(tǒng)在牙體預(yù)備教學(xué)中的優(yōu)點(diǎn)主要有：（1）教學(xué)過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)化；（2）實(shí)時(shí)評(píng)估和反饋；（3）操作過(guò)程可記錄、存儲(chǔ)及回放；（4）三維示教和引導(dǎo)。

CAD/CAM技術(shù)在修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用主要涉及固定義齒、全口義齒、可摘局部義齒幾個(gè)部分?？烧植苛x齒及全口義齒的數(shù)字化修復(fù)仍處于實(shí)驗(yàn)研究階段，尚未在臨床推廣，而固定義齒的CAD/CAM制作已經(jīng)取得了較好的臨床修復(fù)效果。有學(xué)者[2]報(bào)道，椅旁CAD/CAM系統(tǒng)制作的修復(fù)體，5年成功率為97%，10年成功率達(dá)90%以上。因此，先行開(kāi)展固定義齒修復(fù)的全程數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字化修復(fù)臨床技能，積累教師的數(shù)字化教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。筆者學(xué)院為滿(mǎn)足數(shù)字化教學(xué)需要，已購(gòu)置1套KaVo Everest 系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一個(gè)集數(shù)字化信息采集、數(shù)字化設(shè)計(jì)及制作為一體的CAD/CAM系統(tǒng)，能夠用于全瓷修復(fù)體的嵌體、貼面、全冠、冠橋基底冠或支架的加工和設(shè)計(jì)。研究人員將CDS-100與CAD/CAM系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)冠橋修復(fù)體從牙體預(yù)備—印模制取—修復(fù)設(shè)計(jì)—義齒制作的全程數(shù)字化教學(xué)，改善了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，提高了學(xué)生的課堂作業(yè)成績(jī)。

2.2 數(shù)字化教學(xué)結(jié)合PBL教學(xué)法的優(yōu)越性

PBL（Problem-Based Learning）教學(xué)方法是以問(wèn)題為導(dǎo)向的教學(xué)方法，是基于現(xiàn)實(shí)世界的以學(xué)生為中心的先進(jìn)教學(xué)模式，PBL實(shí)驗(yàn)教學(xué)法適合應(yīng)用于數(shù)字化教學(xué)系統(tǒng)中。3D數(shù)字化虛擬教學(xué)不僅能創(chuàng)建一個(gè)清晰、立體的教學(xué)環(huán)境，幫助學(xué)生對(duì)修復(fù)抽象理論的理解，而且能對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行即時(shí)反饋及實(shí)時(shí)評(píng)估，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。Schwindling等[3]學(xué)者比較了常規(guī)觀看教學(xué)視頻與小組實(shí)踐CAD/CAM模塊軟件的教學(xué)效果，結(jié)果顯示CAD/CAM組對(duì)知識(shí)掌握情況明顯好于常規(guī)組，利用CAD軟件制作單冠，更有利于學(xué)生對(duì)數(shù)字化義齒設(shè)計(jì)知識(shí)的掌握。筆者在教學(xué)中利用CDS-100&CAD的圖像處理系統(tǒng)，將牙體預(yù)備及義齒設(shè)計(jì)的過(guò)程轉(zhuǎn)化為數(shù)字化圖像，學(xué)生通過(guò)電腦屏幕直觀、逼真地看到牙體的預(yù)備及冠設(shè)計(jì)過(guò)程，并且可以利用軟件工具進(jìn)行基牙軸壁角度、就位道方向、肩臺(tái)寬度等的測(cè)量，從而對(duì)牙體預(yù)備標(biāo)準(zhǔn)有了深刻認(rèn)識(shí)。利用3D虛擬技術(shù)的實(shí)時(shí)評(píng)估功能，學(xué)生可以隨時(shí)將自己的操作細(xì)節(jié)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化模型比對(duì)，不需要依賴(lài)教師的指導(dǎo)，學(xué)生就能對(duì)操作過(guò)程中的錯(cuò)誤環(huán)節(jié)進(jìn)行自我改進(jìn)，從而提高了學(xué)生的自我評(píng)價(jià)及自主學(xué)習(xí)能力。數(shù)字化教學(xué)模式符合PBL 實(shí)驗(yàn)教學(xué)法的教學(xué)特點(diǎn)，學(xué)生在完成教學(xué)過(guò)程中，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并提出新的問(wèn)題，可返回到問(wèn)題的初始狀態(tài)，教學(xué)的重點(diǎn)及難點(diǎn)在反復(fù)循環(huán)之后得到理解和鞏固。

目前，3D虛擬教學(xué)還不能夠完全替代傳統(tǒng)教學(xué)模式及教學(xué)內(nèi)容，數(shù)字化教學(xué)只是一種先進(jìn)的教學(xué)手段。隨著教學(xué)理念的更新與數(shù)字化醫(yī)學(xué)的發(fā)展，如何將先進(jìn)的教學(xué)理念與數(shù)字化教學(xué)手段相結(jié)合，保證口腔醫(yī)學(xué)畢業(yè)生滿(mǎn)足現(xiàn)代醫(yī)學(xué)模式的要求，仍需深入探討。總之，以學(xué)生為中心，積極開(kāi)展數(shù)字化教學(xué)實(shí)踐，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和臨床能力，是口腔修復(fù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重要內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)

[1] Urbankova A.Impact of computerized dental simulation training on preclinical operative dentistry examination scores[J].Dent Educ， 2010，74（4）：402-409.

[2] Fasbinder DJ.Clinical performance of chairside CAD/CAM restorations[J].Am Dent Assoc，2006（137）：22-31.

[3] Schwindling FS，Deisenhofer UK，Porsche M， et al.Establishing CAD/CAM in Preclinical Dental Education：Evaluation of a Hands-On Module[J].Dent Educ，2015，79（10）：1215-1221.