虛擬仿真系統(tǒng)在全冠牙體預(yù)備實驗教學(xué)中的應(yīng)用*

左艷萍 崔曉明 馬新?lián)P 王丹楊 唐成芳 方遠(yuǎn)鵬

我校2015年引進(jìn)Simodont虛擬仿真系統(tǒng)一臺，在設(shè)備資源有限、學(xué)生人數(shù)較多的情況下，如何充分發(fā)揮其在實驗教學(xué)中的積極作用是教學(xué)中面臨的難題。鑒于此，我們選擇口腔修復(fù)學(xué)課程中具有代表性的下頜后牙金屬全冠牙體預(yù)備實驗項目進(jìn)行對照研究，探討Simodont虛擬仿真系統(tǒng)在口腔修復(fù)全冠牙體預(yù)備實驗教學(xué)中合理有效的應(yīng)用方法。

1.研究方法

1.1 研究對象和研究內(nèi)容 選擇西安醫(yī)學(xué)院口腔醫(yī)學(xué)本科2014 級學(xué)生117人作為研究對象。根據(jù)最新國家執(zhí)業(yè)醫(yī)師考試大綱要求，緊貼我校實驗教學(xué)大綱，選擇Simodont 虛擬仿真系統(tǒng)中下頜后牙金屬全冠牙體預(yù)備項目為研究模塊，這一項目是專業(yè)主干課程口腔修復(fù)學(xué)實驗教學(xué)的重要內(nèi)容之一，操作性極強(qiáng)，在Simodont 虛擬仿真系統(tǒng)內(nèi)所有操作模塊中具有很好的代表性。

1.2 實驗教學(xué)及培訓(xùn)考核 按照正常教學(xué)進(jìn)度，同一位教師對2014級大四年級全體學(xué)生（117人）進(jìn)行下頜后牙金屬全冠牙體預(yù)備項目的傳統(tǒng)仿頭模實驗教學(xué)，詳細(xì)講解牙體預(yù)備的實驗方法和操作步驟并進(jìn)行示教，之后學(xué)生在仿真頭模上進(jìn)行塑鋼牙牙體預(yù)備操作，每人練習(xí)預(yù)備一顆C6牙。教學(xué)項目完成之后隨機(jī)選擇15名學(xué)生（實驗組）進(jìn)行Simodont虛擬仿真系統(tǒng)培訓(xùn)，培訓(xùn)內(nèi)容與實驗項目一致，周期一個月，每人不少于10次，每次30分鐘（圖1）。其余學(xué)生102人（對照組）在考核前進(jìn)行超硬石膏牙體預(yù)備培訓(xùn)一次（4學(xué)時），時長200分鐘，內(nèi)容與實驗項目一致。學(xué)期末利用仿真頭模對2014級全體學(xué)生進(jìn)行下頜后牙金屬全冠牙體預(yù)備項目實踐考核，操作限時40分鐘。為避免實驗組與對照組學(xué)生動手操作能力之間的差異，首先通過隨機(jī)數(shù)字對應(yīng)學(xué)號進(jìn)行選擇，再將實驗組和對照組學(xué)生口腔解剖生理學(xué)牙體雕刻實驗成績及口腔修復(fù)學(xué)前期實驗教學(xué)完成的下頜后牙簡單活動橋?qū)嶒炞髌烦煽冞M(jìn)行對比和統(tǒng)計學(xué)分析，組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05），（表1）。

表1 兩組學(xué)生前期實驗作品成績（分±S）

表1 兩組學(xué)生前期實驗作品成績（分±S）

圖1 Simodont虛擬仿真系統(tǒng)培訓(xùn)

1.3 結(jié)果評價 對學(xué)生實踐考核作品采用主觀和客觀兩種方式評價。主觀評價通過設(shè)計評分表，由5位教師對117名學(xué)生的考核結(jié)果進(jìn)行評分（盲評）后取平均分。評分項目及權(quán)重分別為：聚合度（15%）、預(yù)備量（20%）、光滑度（15%）、線角（10%）、肩臺（20%）、面形態(tài)（20%）?？陀^評價采用Fair Grader 100 口腔教學(xué)實習(xí)評價系統(tǒng)對每個學(xué)生的牙體預(yù)備作品進(jìn)行掃描評分（圖2）。

圖2 Fair Grader 100口腔教學(xué)實習(xí)評價系統(tǒng)

1.4 統(tǒng)計分析 數(shù)據(jù)分析采用SPSS v22.0 軟件，對實驗組和對照組的下頜后牙金屬全冠牙體預(yù)備項目實踐考核主觀評價得分進(jìn)行秩和檢驗（不滿足正態(tài)分布）；對實驗組和對照組實踐考核客觀評價得分進(jìn)行兩獨立樣本t 檢驗；對實驗組和對照組的每一評分項目得分情況進(jìn)行秩和檢驗（不滿足正態(tài)分布）。

2.結(jié)果

2.1 兩種評價方式總分的對比結(jié)果 統(tǒng)計分析結(jié)果（表2）顯示，兩種評價方式中，客觀評價成績整體偏低。但兩種評價方式中實驗組的平均成績均高于對照組，且差異有統(tǒng)計學(xué)差異（P≤0.05），可以認(rèn)為參加Simodont系統(tǒng)培訓(xùn)的學(xué)生在該項目的實驗成績高于沒有參加過Simodont系統(tǒng)培訓(xùn)的學(xué)生。

表2 實踐考核平均成績（分±S）

表2 實踐考核平均成績（分±S）

2.2 各評分項目的對比結(jié)果 根據(jù)預(yù)先設(shè)計的評分表，對各評分項目的具體得分進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果顯示，實驗組學(xué)生在光滑度、肩臺面形態(tài)三個評分項目中的分?jǐn)?shù)均高于對照組且差異有統(tǒng)計學(xué)意義（表3）。可以認(rèn)為實驗組學(xué)生經(jīng)過Simodont 虛擬仿真系統(tǒng)培訓(xùn)之后，在牙體預(yù)備中對牙體光滑度、肩臺、面形態(tài)的把握優(yōu)于未接受培訓(xùn)的學(xué)生。

表3 各評分項目得分情況（分±S）

表3 各評分項目得分情況（分±S）

3.討論

3.1 本研究的問題及啟發(fā)

3.1.1 實驗樣本量及組間差異問題2014級15名學(xué)生作為培訓(xùn)對象（實驗組），與對照組學(xué)生人數(shù)差距較大，實驗樣本量偏小，原因是在僅有一臺Simodont虛擬仿真系統(tǒng)的情況下，需要保證每位培訓(xùn)對象的培訓(xùn)時間及設(shè)備的日常保養(yǎng)和維護(hù)，培訓(xùn)人數(shù)不宜過多。如何利用有限的資源實現(xiàn)最有效的教學(xué)效果，這也是本次研究的重要意義所在。在具備多臺Simodont虛擬仿真系統(tǒng)情況下，可以增加樣本量，增加分組數(shù)進(jìn)行更加詳細(xì)的對比研究。3臺以上的Simodont培訓(xùn)系統(tǒng)還可以實現(xiàn)教師機(jī)和學(xué)生機(jī)的聯(lián)網(wǎng)、互動，教師可對學(xué)生作品進(jìn)行評價、保存，并通過縱向及橫向?qū)Ρ冗M(jìn)行作品分析，有針對性的指導(dǎo)學(xué)生訓(xùn)練，更加有利于學(xué)生的進(jìn)步，提高教學(xué)效率[1]。

3.1.2 全冠牙體預(yù)備實驗項目教學(xué)的啟發(fā)和思考本次研究結(jié)果顯示數(shù)字化虛擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)在提高實驗教學(xué)效果中具有顯著的作用，這在以往的相關(guān)實驗研究中也得到了證實[2-4]。尤其在節(jié)省耗材的情況下，可以實現(xiàn)反復(fù)多次的練習(xí)，提高學(xué)生在車針選擇和使用，牙體預(yù)備操作方法和步驟等方面的熟練程度。經(jīng)過本次對照研究，發(fā)現(xiàn)實驗組學(xué)生在牙體光滑度、肩臺、面形態(tài)等細(xì)節(jié)方面的把握明顯優(yōu)于未接受培訓(xùn)的同學(xué)，而在聚合度和預(yù)備量方面未表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。這提示我們可以重點利用數(shù)字化虛擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)對學(xué)生進(jìn)行牙體形態(tài)等細(xì)節(jié)方面的牙體預(yù)備培訓(xùn)，同時通過制作硅橡膠導(dǎo)板，在傳統(tǒng)仿頭模實驗教學(xué)過程中幫助學(xué)生加強(qiáng)對牙體預(yù)備量和聚合度的培訓(xùn)。

3.1.3 Simodont虛擬仿真系統(tǒng)在教學(xué)競賽培訓(xùn)中的充分應(yīng)用 近年來，隨著口腔醫(yī)學(xué)行業(yè)對本科教育的重視程度不斷提升，各級各類學(xué)術(shù)團(tuán)體積極組織和舉辦口腔醫(yī)學(xué)本科生臨床技能競賽。兩年來，我校學(xué)生代表參加了2019全國口腔院校本科生臨床操作技能展示（中華口腔醫(yī)學(xué)會教育專委會主辦）、2019“絲路杯”口腔醫(yī)學(xué)生臨床技能邀請賽（空軍軍醫(yī)大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院主辦）、2020“絲路杯”口腔醫(yī)學(xué)生臨床技能邀請賽（空軍軍醫(yī)大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院主辦）。在牙體預(yù)備項目的培訓(xùn)過程中，根據(jù)對照研究結(jié)果，我們利用Simodont虛擬仿真系統(tǒng)對參賽學(xué)生在支點穩(wěn)定度、牙體預(yù)備形態(tài)等方面進(jìn)行了強(qiáng)化培訓(xùn)，并通過仿真頭模結(jié)合硅橡膠導(dǎo)板加強(qiáng)對牙體預(yù)備量和軸面聚合度的訓(xùn)練，在節(jié)約培訓(xùn)成本的同時，取得了較好的培訓(xùn)效果和參賽成績。

3.2 虛擬仿真技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀 口腔醫(yī)學(xué)專業(yè)要求從業(yè)人員具備過硬的實踐動手能力，因此從口腔醫(yī)學(xué)生的培養(yǎng)角度出發(fā)，應(yīng)以社會需求為導(dǎo)向，加強(qiáng)實訓(xùn)（實驗）、實習(xí)環(huán)節(jié)的教學(xué)，其中實習(xí)前專業(yè)課程的實驗教學(xué)非常重要，它是專業(yè)理論知識與臨床操作之間的有效銜接和過度。隨著全國口腔醫(yī)學(xué)院校的不斷發(fā)展壯大，招生人數(shù)和規(guī)模也不斷擴(kuò)大，有限的教學(xué)資源和培養(yǎng)口腔醫(yī)學(xué)生扎實的實踐操作能力之間的矛盾日益突出。虛擬仿真技術(shù)以它便捷性、逼真性、互動性等特點為口腔醫(yī)學(xué)實踐教學(xué)提供了一種全新的教學(xué)模式，為教師、學(xué)生提供了一個無創(chuàng)性、無損毀性、無危險性的訓(xùn)練方式，通過學(xué)生在虛擬模型上的操作，完成對醫(yī)學(xué)生基本技能的訓(xùn)練，為臨床實習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)[5]。

3.3 虛擬仿真系統(tǒng)的優(yōu)勢及存在的問題

3.3.1 虛擬仿真系統(tǒng)的優(yōu)勢 虛擬仿真系統(tǒng)可以讓操作者在虛擬環(huán)境下模擬窩洞、全冠等牙體預(yù)備，并對口腔科常用手持器械（口鏡、高速手機(jī)等）的使用操作進(jìn)行模擬。對于初學(xué)者，還可以練習(xí)左右手協(xié)調(diào)能力、手腳協(xié)調(diào)能力、支點的選擇以及手的靈巧度等。另外，虛擬練習(xí)不用準(zhǔn)備實物模型，在很大程度上節(jié)約了實驗的材料成本和人力成本[6]。對牙體形態(tài)的真實模擬也可以加強(qiáng)學(xué)生對牙體形態(tài)的把握。相應(yīng)的英文臨床病例模塊可以培養(yǎng)學(xué)生的臨床思維能力和專業(yè)英語水平。

3.3.2 虛擬仿真系統(tǒng)存在的問題 目前較為成熟的虛擬仿真系統(tǒng)設(shè)備均比較昂貴，很難達(dá)到學(xué)生人均一臺的訓(xùn)練條件。另外，虛擬仿真系統(tǒng)雖然在視覺效果上做到了高度逼真，但在真實觸覺和支點的選擇上依然與實物操作有明顯的差異，并存在明顯的反應(yīng)滯后問題。在設(shè)備的保養(yǎng)方面，需要專人維護(hù)，單臺機(jī)器長時間運轉(zhuǎn)會出現(xiàn)死機(jī)、反應(yīng)遲緩等情況[2]。

3.4 虛擬仿真系統(tǒng)在口腔實驗教學(xué)中的應(yīng)用思考通過本次研究，我們認(rèn)為數(shù)字化虛擬仿真系統(tǒng)在提高學(xué)生操作能力方面有積極的作用。實驗結(jié)果顯示，學(xué)生經(jīng)過虛擬仿真系統(tǒng)培訓(xùn)后，在牙體光滑度、肩臺面形態(tài)等細(xì)節(jié)的把握上表現(xiàn)更加優(yōu)秀，而在牙體預(yù)備量、聚合度等方面的提高并不明顯。因此在牙體預(yù)備實驗項目中，可以利用傳統(tǒng)仿頭模教學(xué)方式結(jié)合硅橡膠導(dǎo)板加強(qiáng)在牙體預(yù)備量等方面的培訓(xùn)，同時利用虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)在牙體表面光滑度、肩臺位置和形態(tài)面形態(tài)等細(xì)節(jié)方面進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練，充分發(fā)揮兩種教學(xué)方式各自的優(yōu)勢。另外，在口腔醫(yī)學(xué)生的長期教學(xué)過程中，還應(yīng)積極探索、充分發(fā)揮虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)各個模塊的功能作用，例如可以利用虛擬仿真系統(tǒng)對口腔常用工具的模擬[7]，對未進(jìn)入?？普n程學(xué)習(xí)的學(xué)生進(jìn)行左右手協(xié)調(diào)性的鍛煉；利用基本形狀窩洞預(yù)備的模塊，對進(jìn)入專業(yè)課學(xué)習(xí)的學(xué)生進(jìn)行高速手機(jī)、口鏡的使用練習(xí)；利用專業(yè)實驗項目模塊，對進(jìn)行仿頭模實驗教學(xué)的學(xué)生進(jìn)行同一實訓(xùn)項目的輔助加強(qiáng)訓(xùn)練；還可對參加實踐技能比賽的學(xué)生進(jìn)行有針對性的相關(guān)模塊的賽前輔導(dǎo)等。

虛擬仿真系統(tǒng)的總體培訓(xùn)效果已經(jīng)得到業(yè)內(nèi)人士的公認(rèn)，本研究在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探討了虛擬仿真系統(tǒng)在牙體預(yù)備教學(xué)具體細(xì)節(jié)和環(huán)節(jié)中的優(yōu)勢和不足，對于如何充分發(fā)揮虛擬仿真和傳統(tǒng)現(xiàn)實兩種教學(xué)方式的各自優(yōu)勢，達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果具有一定的參考意義。在后續(xù)的教學(xué)研究中，應(yīng)進(jìn)一步增加實驗組人數(shù)，提高對照實驗的真實性和有效性。虛擬仿真實驗教學(xué)是口腔醫(yī)學(xué)教育發(fā)展的必然趨勢[8-10]，如何在實際的教學(xué)工作中做到虛中有實、虛實結(jié)合，需要不斷探索和總結(jié)，在充分了解各種教學(xué)系統(tǒng)特點的基礎(chǔ)上揚長避短，找到虛、實之間的平衡點，探尋適合教學(xué)單位自身實際情況的教學(xué)方式。