三維數(shù)字技術(shù)在口腔解剖生理學(xué)中的應(yīng)用

一、引言

隨著科技的快速發(fā)展，教育領(lǐng)域迎來了數(shù)字化的變革。由于口腔解剖生理學(xué)本身具有復(fù)雜、抽象和操作難的特點，在以往課堂教學(xué)實踐中，學(xué)生普遍存在學(xué)習(xí)興趣低、學(xué)習(xí)難度大等現(xiàn)象。針對以上問題傳統(tǒng)的教學(xué)方法已經(jīng)不能完全滿足現(xiàn)代學(xué)習(xí)者的需求，教學(xué)方式的變革刻不容緩，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)的優(yōu)勢，參與教育數(shù)字化變革中來，從傳統(tǒng)課堂到信息化、三維數(shù)字化融合課堂可以很好解決教學(xué)中學(xué)生“難理解、難記憶、難操作”的問題。

二、三維數(shù)字技術(shù)在口腔解剖生理學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用分析

傳統(tǒng)教學(xué)依賴于課堂講授和實驗室實踐，在講授牙體解剖和口腔頜面部解剖內(nèi)容時，受學(xué)習(xí)資源限制，教具不匹配、設(shè)備數(shù)量有限、教學(xué)空間不可移動、語言描述不清晰等條件限制，導(dǎo)致教學(xué)效果不夠理想。且由于解剖知識點多且細(xì)，傳統(tǒng)教學(xué)往往單調(diào)乏味，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果欠佳。牙體雕刻實驗由于牙齒結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很多學(xué)生無法準(zhǔn)確模擬真實牙齒形態(tài)，且操作精度不夠，雕刻出的牙齒與要求的尺寸和形態(tài)往往存在偏差。三維數(shù)字技術(shù)應(yīng)用于口腔解剖生理學(xué)理論及實踐教學(xué)中可以很好解決這些問題。

（一）口腔3D仿真系統(tǒng)，創(chuàng)造沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境

口腔3D仿真系統(tǒng)集成了豐富的教學(xué)資源，包括三維解剖圖像、臨床案例、教學(xué)視頻等。本研究運用我校自建虛擬仿真平臺和3Dbody（如圖1所示），利用精確的三維建模技術(shù)將牙齒和骨骼標(biāo)本轉(zhuǎn)化為數(shù)字化的三維模型，實現(xiàn)了牙齒解剖結(jié)構(gòu)的高度真實再現(xiàn)。學(xué)生通過該系統(tǒng)可以深入探索口腔的結(jié)構(gòu)和功能，從牙齒到咬合，從骨骼到肌肉，深入學(xué)習(xí)每一塊組織的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。學(xué)生們根據(jù)自己的掌握情況可以自由選擇觀看內(nèi)容、觀察角度、放大或縮小圖像，這種靈活的學(xué)習(xí)方式有助于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和解決問題的能力，提高學(xué)習(xí)效率。

相較于傳統(tǒng)的多媒體圖片和模型，口腔3D仿真yE/RfAxJvdoHYLXO8hV6l7nsQz1Oz5Bq4SQLqEKMRmc=系統(tǒng)的數(shù)字模型更加直觀、逼真，讓復(fù)雜的知識和技術(shù)變得更易理解和掌握，大大增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和記憶深度，可以幫助學(xué)生更好地理解和掌握口腔解剖結(jié)構(gòu)。學(xué)生們課后可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度和需求，選擇適合的學(xué)習(xí)內(nèi)容，進(jìn)行個性化學(xué)習(xí)，教師也可以根據(jù)學(xué)生的掌握情況進(jìn)行針對性教學(xué)和輔導(dǎo)，更好滿足了廣大學(xué)生的需求。既能激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效率，又能降低教學(xué)成本，彌補教學(xué)資源的不足，還能引導(dǎo)學(xué)生自主探究、合作交流。

（二）牙體雕刻評價系統(tǒng)，提供實時反饋和評估

三維數(shù)字口腔實訓(xùn)平臺中牙體雕刻評價系統(tǒng)通過掃描儀獲得牙體雕刻標(biāo)準(zhǔn)模型的數(shù)字化形態(tài)，通過對學(xué)生雕刻的牙進(jìn)行非接觸式三維掃描和分析，將牙齒信息數(shù)據(jù)化、3D化，將標(biāo)準(zhǔn)模型與學(xué)生制作的模型進(jìn)行擬合比對（如圖2所示），可清晰看到雕刻問題，是雕刻量不足還是過多切削，并給出準(zhǔn)確的雕刻誤差值，可幫助學(xué)生及時發(fā)現(xiàn)并糾正錯誤，改善操作技能。這樣的實時反饋有助于提高操作準(zhǔn)確性和效率，誤差值精確到0.01 mm，比傳統(tǒng)的教師觀察及靠直尺測量更迅速、更精準(zhǔn)，達(dá)到公平、公正、客觀的評價效果，學(xué)生可從手機(jī)端或者網(wǎng)頁端實時查看評價結(jié)果，提供實時的反饋和指導(dǎo)。學(xué)生及時了解到自己的操作問題，課后積極修改，學(xué)習(xí)的積極性明顯提高了，大大提高了學(xué)習(xí)效率和質(zhì)量。同時，系統(tǒng)還會記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，幫助教師更好地了解學(xué)生的成績和學(xué)習(xí)進(jìn)展，為個性化指導(dǎo)提供依據(jù)。教師可在系統(tǒng)發(fā)布任務(wù)，通過任務(wù)引導(dǎo)的方式，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，訓(xùn)練學(xué)生自主思考、解決實際問題的能力，從而更好激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動力。

（三）數(shù)字化設(shè)計+3D打印，多維度教學(xué)新體驗

運用先進(jìn)計算機(jī)軟件技術(shù)結(jié)合所學(xué)專業(yè)知識，可依不同狀況設(shè)計各類牙冠形態(tài)。在數(shù)字化設(shè)計軟件中可根據(jù)缺損牙的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化牙冠的設(shè)計，包括缺損牙跟鄰近牙的接觸關(guān)系，跟對頜牙的咬合關(guān)系，同時參考對側(cè)同名牙的（牙合）面形態(tài)，可設(shè)計出獨一無二的個性化牙冠修復(fù)體（如圖3所示）。學(xué)生可以從縱、橫等多方位觀看自己作品，有助于培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力。必要時可通過3D打印輸出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成實物，牙冠設(shè)計完成后，將數(shù)據(jù)傳輸至三軸數(shù)控加工系統(tǒng)，計算機(jī)會根據(jù)設(shè)計好的牙體形態(tài)控制三軸數(shù)控銑床高速切削、研磨出牙冠實物，使學(xué)生能夠?qū)⑺麄冊谔摂M環(huán)境中設(shè)計的牙齒轉(zhuǎn)化為實際產(chǎn)品，使教學(xué)更加直觀和生動，從而進(jìn)一步加強學(xué)習(xí)效果，提高學(xué)習(xí)成績。動動鼠標(biāo)就制作出了以往在實驗室需要好幾次課才能完成的牙體雕刻，同學(xué)們感覺到成就感爆棚，更有學(xué)習(xí)的動力。

三、三維數(shù)字技術(shù)促進(jìn)教師信息素養(yǎng)提升與創(chuàng)新

教育部發(fā)布《教師數(shù)字素養(yǎng)》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，明確教師數(shù)字素養(yǎng)內(nèi)涵為，著力提升教師數(shù)字素養(yǎng)——迎接數(shù)字化、掌握新技能。教育數(shù)字化的大力推進(jìn)，對教師水平提出了更高的要求，教師的身份要發(fā)生轉(zhuǎn)變——從傳統(tǒng)意義上只會教授學(xué)科知識變身教學(xué)的組織者、引領(lǐng)者、研究者，這就要求教師不斷提高自身素質(zhì)，積極參加數(shù)字化技術(shù)相關(guān)培訓(xùn)和學(xué)術(shù)交流，提升教師的專業(yè)素養(yǎng)和教學(xué)能力，適應(yīng)數(shù)字化時代的發(fā)展要求，與院校、企業(yè)合作，不斷去學(xué)習(xí)新的知識和新的技能，建立與其他學(xué)科的橫向聯(lián)系，促進(jìn)學(xué)科之間的交流和碰撞，拓寬教師的教學(xué)視野，促進(jìn)教師自身的專業(yè)發(fā)展和綜合素質(zhì)的不斷提高。

在教育數(shù)字化背景下，教師需要具備較強的信息化素養(yǎng)，能夠利用現(xiàn)代信息技術(shù)，分析學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，制訂個性化的教學(xué)設(shè)計；要善于運用數(shù)字化手段，為學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)資源，引導(dǎo)學(xué)生探索未知、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生主動參與課堂，實現(xiàn)教育教學(xué)目標(biāo)；要發(fā)揮引導(dǎo)者角色，幫助學(xué)生樹立正確的價值觀、人生觀，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、合作學(xué)習(xí)的能力。

三維數(shù)字技術(shù)可實現(xiàn)牙齒解剖結(jié)構(gòu)的高度真實再現(xiàn)，通過三維數(shù)字化教學(xué)，可全面提升口腔解剖生理學(xué)教學(xué)質(zhì)量。這就要求教師要從信息意識、數(shù)字化學(xué)習(xí)等方面不斷提升自己，強化數(shù)字化意識，適應(yīng)智能時代的教育教學(xué)并不斷創(chuàng)新，全面提升教師數(shù)字素養(yǎng)。

四、結(jié)論

通過三維數(shù)字技術(shù)在口腔解剖生理學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，學(xué)生整體學(xué)習(xí)積極性提高了，從“要我學(xué)”變成“我要學(xué)”，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)；學(xué)生的動手能力增強了，由開始的束手束腳、無從下手到現(xiàn)在心靈手巧、游刃有余；學(xué)生的自學(xué)能力提高了，從跟隨老師一步一步地做到自覺學(xué)習(xí)線上資源、查閱書籍資料；學(xué)生團(tuán)隊意識和凝聚力增強了，為了做出一件滿意的作品，同學(xué)之間相互指點，獻(xiàn)計獻(xiàn)策。學(xué)生不僅學(xué)習(xí)了口腔解剖生理學(xué)的知識理論，更讓理論得以實踐和應(yīng)用，還拓寬了視野，增強了團(tuán)隊協(xié)作能力。運用三維數(shù)字化教學(xué)后，學(xué)生積極性明顯提高，技術(shù)水平明顯提升，在校生參加全國衛(wèi)生職業(yè)院校牙體雕刻和數(shù)字化設(shè)計大賽均成績優(yōu)異?？傊?，三維數(shù)字技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)不僅有助于提高學(xué)生的職業(yè)技能和綜合素質(zhì)，而且能夠增強學(xué)生的就業(yè)競爭力和社會適應(yīng)能力。

作者單位：李娜、付娟 河南護(hù)理職業(yè)學(xué)院口腔醫(yī)學(xué)系；趙凱 安陽工學(xué)院計算機(jī)科學(xué)與信息工程學(xué)院

基金項目： 河南省高等學(xué)校重點項目研究計劃-義齒三維重建及3D打印關(guān)鍵技術(shù)研究（編號：23B520021）；河南護(hù)理職業(yè)學(xué)院2024年重點項目-職業(yè)精神與職業(yè)技能融合背景下口腔醫(yī)學(xué)專業(yè)創(chuàng)新教學(xué)模式研究（編號：2024010號）。