口腔實驗教學的虛擬環境創造問題研究

單安娜

摘要：口腔醫學是一門經驗型學科，因此在教學過程中對實驗課程要求更高。新課程標準提出了實踐教育的觀念，但是種種原因導致傳統的實驗教學無法滿足教學的要求。隨著虛擬技術的發展，虛擬技術在口腔醫學實驗教學中得到廣泛應用。本文主要探討了口腔實驗教學的虛擬環境的作用、口腔實驗教學的虛擬環境在教學中的應用、口腔實驗教學的虛擬環境相關技術以及口腔實驗教學的虛擬環境在教學中應用的原則。

關鍵詞：口腔實驗教學 虛擬環境 教學效率

一、虛擬環境在口腔實驗教學中的作用

1.有利于完成高成本、高危險的實驗課程

在傳統實驗項目中，由于部分實驗耗材多、成本高或者危險性高，導致了實驗課程的停滯。虛擬環境能夠通過人機結合的方式來完成相關的實驗操作，為學生提供更多的實驗項目，有效避免了在實驗過程中的危險。

虛擬環境的相關技術能夠有效地銜接口腔醫學涉及的各個學科，同時保留學科的特性，能夠保障學生學習的多樣性以及全面性。在授課過程中，教師能夠使用虛擬環境對同一教學內容反復操作，對于學生不清楚的知識點可以有針對性地多次講解。虛擬環境有效避免了實驗風險，能夠讓學生在牢記理論知識的同時提高實踐操作能力。

2.提高學生學習的積極性

學生是實驗課程教學的主體，在授課過程中，提升學生的學習積極性能得到事半功倍的效果。在口腔實驗教學的虛擬環境教學中，學生能夠直接參與到實驗中來，更有助于學生學習積極性的提高。

虛擬環境集圖形、文字、操作于一體，在學習理論知識的同時能夠通過人機互動進行實驗操作，豐富了課程內容，營造了活躍自主的課程氛圍。通過模擬設備的圖文并茂的演示，讓抽象的理論知識更容易被學生理解，仿真模擬的功能更有益于學生掌握技術難點。

在虛擬環境中，學生可以依據自身的知識能力水平提出不同的解決方案，并且將解決方案應用在實驗中。在傳統的實驗中學生往往顧慮實驗的風險，不敢將自己的方案應用到實驗中。虛擬環境教學規避了實驗風險，可以讓學生放心地操作，有利于提高學生的參與度，從而提升學生學習的積極性。

3.打破時間和空間的限制

目前，由于學生急速增多，院校的實驗室建設速度跟不上，導致了院校實驗室供不應求。傳統的實驗課程由于部分實驗周期長，教師即使想要帶領學生增多實驗課程，但是由于時間和空間的限制，導致實驗無法完成。口腔實驗教學的虛擬環境打破了時間和空間的限制，讓學生能夠在有限的時間內，觀察到需要長時間才能觀察到的變化結果。

除此之外，實驗結果會通過電腦反饋給學生，打破了空間的限制，減少了學生課程的限制，提高了口腔實驗教學效率。

4.培養了學生的綜合能力

近年來，隨著教育改革的不斷推進，在教學中更加注重學生綜合能力的培養。素質教育打破了以往重理論輕應用的教學模式，所以教師在教學過程中應給學生提供更多的學習機會，讓學生接觸更多的實驗內容。

虛擬環境教學能夠讓學生身臨其境，實現人機交互。學生在學習中不斷提出問題、思考問題、解決問題，鍛煉了學生掌控時間的能力、思維能力以及表述能力，有利于培養學生的綜合能力。

虛擬環境教學還有利于學生自主學習能力的培養。在以往的授課過程中，往往以教師為中心，忽略了學生的主體地位，學生在學習過程中處于被動的地位，導致了無法實現教學目標。在虛擬環境實驗教學中，學生處于不斷探索、提出解決方案、修正解決方案的自主學習的過程，有利于自主學習能力的提高。

二、口腔實驗教學的虛擬環境在教學中的應用

1.虛擬環境在口腔實驗義齒種植中的應用

義齒種植具有美觀以及幫助咀嚼等優點。但是義齒種植價格高、操作難，對于技術水平要求高。在傳統的實驗教學中，由于人力物力財力的限制，不是所有學生都有機會參與實驗，導致人才培養的不充分。

通過虛擬環境實驗教學能夠有效彌補傳統實驗的不足，可以通過電腦虛擬種植牙的材料以及通過電腦操作來還原種植牙的過程。學生通過操作電腦鼠標以及虛擬口腔來調整手術部位，從而修正牙槽骨以及提升上額竇等。在虛擬環境下不必擔心操作失敗帶來的后果，可以有效避免實驗風險。同時能夠讓學生理論結合實際，培養其綜合能力。

2.在口腔解剖生理學教學中的應用

在課程前，應用虛擬技術進行石膏模型掃面，在計算機設備中制作成圖像。通過多次調整來達到兩個極度接近。在實驗課程中使用虛擬技術，可依據標準客觀真實地評價每一項操作和牙齒的形態功能等，幫助學生理解口腔生理學知識。

三、口腔實驗教學的虛擬環境相關技術探析

口腔實驗教學的虛擬環境的創設主要利用三維計算機圖形技術、多功能傳感器交互式接口技術以及高清晰度、高更新速度顯示技術相互綜合，對真實情況進行模擬。在操作過程中通過電子設備還原真實情況、讓學生在模擬環境中感知實踐。

1.口腔實驗教學的虛擬環境技術特點分析

（1）高安全性。在傳統的口腔實驗教學中，由于學生對于設備儀器使用的流程不清晰、操作過程不規范等，導致實驗課程中有許多的不安全因素，導致實驗課程無法達到應有的效果。虛擬環境技術規避了此類風險。在虛擬環境下，不必擔心實驗過程中產生的安全問題。

目前社會對于人才需求供不應求，導致院校擴招、學生增加、實驗室資源短缺，但是實驗課程又是將理論應用與實踐結合不可或缺的環節。因此，如何提高實驗教學的有效性是目前亟待考慮的問題。虛擬環境實驗教學能夠有效減小教學過程中發生的風險，讓學生在短時間內掌握操作技能，操作過程中避免了同患者產生聯系，保障了實驗的安全性。

（2）實時交互性。在虛擬環境下進行實踐操作，實踐過程以及結果能夠通過電腦屏幕顯示出來，從而讓學生能夠及時調整實驗過程。

例如，仿真頭模內部的牙齒可以拿取替換。在實驗中，學生所用的牙鉆手持件配有力傳感器，能夠模仿琢磨和接觸，其震動可以直接被學生感觸到，同時數據會直接返回到電腦屏幕。學生可通過虛擬環境來感受真實的操作環境。

除此之外，虛擬的教學系統在設計中結合了三維交互式模擬，讓學生能夠將理論知識與實驗相結合，讓學生在學習過程中積累了相關經驗。虛擬環境電子設備能夠將學生的每一次實驗數據返回到計算機中，學生可以通過數據來認識到自身的不足，并且在今后的學習過程中積極改正。

（3）自主性。在虛擬環境下更有利于培養學生自主學習能力。學生可以按照自己的想法進行創新研究，而不必擔心造成巨大損失。教學的過程是培養學生思維能力、創新能力以及自主學習能力的過程，讓學生有更大的發揮空間才能夠培養學生的綜合能力。

2.口腔實驗教學的虛擬環境的相關技術

（1）三維視覺顯示技術。三維視覺技術主要為虛擬環境的視覺感受提供了技術支持，給虛擬環境創造更好的視覺效果。

（2）虛擬環境建模技術。虛擬環境建模是打造虛擬環境的基礎環節，為實現真實情景還原提供了技術支持。

（3）立體虛擬聲音技術。立體虛擬聲音技術可以打造良好的聲音效果，讓人在虛擬環境中感受到聽覺效果。

四、口腔實驗教學的虛擬環境在教學中應用的原則

1.直觀性原則

學生在學習過程中，學習的積極性對于教學的結果有著重要的影響。在以往的教學過程中，由于理論知識抽象難懂導致學生的積極性不高。因此，創新教學方法，讓課程內容更加直觀易懂是口腔實驗教學的首要原則。

在虛擬環境教學過程中，應注重把教學重點、教學難點以及教學中抽象的知識點，運用虛擬技術以圖文并茂的形式展示出來。突破傳統教學方式，將理論知識更加直觀、生動地展示給學生。

2.操作性原則

在實驗課程中，由教師引導學生進行實踐操作來感知所學習的知識。所以在課程實踐中，實驗課程應具備可操作性。作為實驗課程的主體，學生應在虛擬環境下通過具體的操作來積累知識，教師在設計課程時應注重實驗與理論相結合。

尤其在口腔醫學中，學生想要完成從學習者到從醫者的轉變，只能通過不斷的實驗操作積累經驗。可見虛擬環境實驗教學的重要意義。

3.從實際出發原則

虛擬環境實驗教學雖然能夠提高教學效率，為臨床教學提供良好的知識儲備，但是不能完全替代臨床實習教學。虛擬環境教學實驗課程必須從實際出發，充分發揮虛擬環境教學的優勢，同時根據實際情況調整虛擬環境實驗教學，實現教學與臨床實習的良好銜接。

五、小結

在素質教育的大背景下，各高校以及教師對實驗課程日漸重視。但是由于實驗室不足、實驗成本高、周期長等客觀原因，導致傳統實驗課程已經無法滿足目前的教學需求，引進虛擬環境實驗教學勢在必行。

虛擬環境實驗教學有利于提高學生的參與度，提高實驗教學效率。但是，由于虛擬環境實驗教學起步晚、發展慢，目前部分虛擬現實設備無法發到高精度、高真實性。因此，升級硬件設施、提高虛擬技術水平是目前亟待考慮的問題。

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（作者單位：山東省青島衛生學校）