虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在牙體牙髓病學(xué)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用效果研究*

肖 敏，梅笑寒，余 擎，程小剛

(軍事口腔醫(yī)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/口腔疾病國(guó)家臨床醫(yī)學(xué)研究中心/陜西省口腔醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/空軍軍醫(yī)大學(xué)第三附屬醫(yī)院牙體牙髓病科，西安 710032)

口腔牙體牙髓病學(xué)是一門(mén)專(zhuān)業(yè)性和操作性極強(qiáng)的臨床醫(yī)學(xué)學(xué)科，大多數(shù)技術(shù)都要求精確到1 mm以?xún)?nèi)，很多操作常不能在直視下進(jìn)行，還會(huì)受到口腔中牙周軟組織、鄰牙及唾液的干擾，對(duì)學(xué)生的實(shí)踐操作能力要求非常高[1]。因此，學(xué)生完成本專(zhuān)業(yè)的理論課程學(xué)習(xí)后，進(jìn)入臨床實(shí)習(xí)階段往往需要較長(zhǎng)的適應(yīng)期[2]。傳統(tǒng)的教學(xué)手段主要包括PPT課堂授課、視頻動(dòng)畫(huà)、牙齒模型和實(shí)訓(xùn)操作課等，但由于本學(xué)科專(zhuān)業(yè)名詞概念抽象，學(xué)生在理解專(zhuān)業(yè)內(nèi)容時(shí)有一定的難度[3]。牙體牙髓病臨床診療工作非常復(fù)雜和抽象，傳統(tǒng)的理論授課無(wú)法激發(fā)學(xué)生的興趣，也無(wú)法培養(yǎng)優(yōu)秀的臨床思維和獨(dú)立接診患者的能力。在實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)中，學(xué)生主要還是以觀摩為主，臨床操作的訓(xùn)練較少，只能在對(duì)應(yīng)的牙齒模型上進(jìn)行操作[4]。隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)模式的改變和醫(yī)療改革的深入開(kāi)展，這種傳統(tǒng)教學(xué)模式已不能滿(mǎn)足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)口腔牙體專(zhuān)業(yè)人才的需求。因此，作者探索虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)教學(xué)模式[5]在牙體牙髓病學(xué)實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)中運(yùn)用的可行性，并分析VR技術(shù)引入口腔牙體牙髓病學(xué)教學(xué)中的必要性和實(shí)際應(yīng)用，以期提升本專(zhuān)業(yè)的教學(xué)質(zhì)量，優(yōu)化實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)模式，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率、提升實(shí)訓(xùn)教學(xué)的效果?，F(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取空軍軍醫(yī)大學(xué)口腔醫(yī)院2018級(jí)本科34名學(xué)生，2017級(jí)八年制學(xué)生14名，共48名(男30名，女18名)，按照隨機(jī)數(shù)字法分為對(duì)照和試驗(yàn)組，每組24名，兩組學(xué)生在年齡、性別和平時(shí)成績(jī)等方面比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見(jiàn)表1。

表1 學(xué)生一般情況比較(n=24)

1.2 方法

所有學(xué)生均安排同一老師授課，教學(xué)內(nèi)容為牙體牙髓病的Ⅰ類(lèi)洞型制備和樹(shù)脂黏接修復(fù)。對(duì)照組24名采用傳統(tǒng)方法教學(xué)，通過(guò)仿真頭模系統(tǒng)進(jìn)行牙體Ⅰ類(lèi)洞型制備操作及復(fù)合樹(shù)脂黏接修復(fù)，由教師進(jìn)行評(píng)分。試驗(yàn)組24名采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)展教學(xué)，在Ⅰ類(lèi)洞型制備和樹(shù)脂黏接修復(fù)過(guò)程中，全景攝像機(jī)拍攝用于拍攝診療室整體畫(huà)面，顯微鏡內(nèi)置錄像系統(tǒng)用于拍攝放大的顯微制備操作。編輯視頻讓學(xué)生通過(guò)VR眼鏡觀看操作，并能在主講老師的第一視角下觀看整個(gè)操作過(guò)程。通過(guò)口腔技能訓(xùn)練，并使用口腔技能訓(xùn)練及實(shí)時(shí)評(píng)估虛擬仿真系統(tǒng)操作牙體Ⅰ類(lèi)洞型制備和樹(shù)脂黏接修復(fù)，系統(tǒng)自動(dòng)評(píng)分，學(xué)生自主操作。

1.3 教學(xué)評(píng)價(jià)

課程結(jié)束后統(tǒng)一進(jìn)行教學(xué)評(píng)價(jià)，由非帶教老師出題，以實(shí)現(xiàn)教考分離?？季戆▎芜x和多選兩個(gè)部分，對(duì)兩組學(xué)生基礎(chǔ)理論知識(shí)掌握情況和病例分析能力進(jìn)行考察，共計(jì)100分。對(duì)照組在仿真頭顱模型上完成36例Ⅰ類(lèi)洞制備及復(fù)合樹(shù)脂黏接修復(fù)，教師評(píng)分；試驗(yàn)組使用實(shí)時(shí)評(píng)估虛擬仿真系統(tǒng)操作36例Ⅰ類(lèi)洞制備及復(fù)合樹(shù)脂黏接修復(fù)，系統(tǒng)自動(dòng)評(píng)分，滿(mǎn)分為100分。現(xiàn)場(chǎng)發(fā)放自制調(diào)查問(wèn)卷，通過(guò)問(wèn)卷了解兩組學(xué)生在實(shí)訓(xùn)課程學(xué)習(xí)期間對(duì)教學(xué)效果、教學(xué)情況的主觀評(píng)價(jià)，設(shè)計(jì)問(wèn)卷調(diào)查共計(jì)20個(gè)問(wèn)題，每項(xiàng)5分，合計(jì)100分(見(jiàn)表2)。內(nèi)容主要涉及3個(gè)方面：教學(xué)模式評(píng)價(jià)(40分)、實(shí)訓(xùn)操作效果自評(píng)(30分)及實(shí)訓(xùn)課程滿(mǎn)意度評(píng)價(jià)(30分)。由所有學(xué)生進(jìn)行匿名填寫(xiě)，并將其作為教學(xué)效果的主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)。問(wèn)卷調(diào)查Cronbach’s α系數(shù)為0.864；KMO值為0.817。

表2 教學(xué)情況問(wèn)卷調(diào)查表

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié) 果

2.1 兩組學(xué)生考試成績(jī)比較

試驗(yàn)組基礎(chǔ)理論知識(shí)考試得分和實(shí)踐技能操作能力得分均明顯高于對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，見(jiàn)表3。

表3 兩組學(xué)生考試成績(jī)比較分)

2.2 兩組問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果比較

問(wèn)卷調(diào)查顯示，試驗(yàn)組學(xué)生對(duì)教學(xué)模式、實(shí)際操作水平的評(píng)價(jià)和對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教師教學(xué)方法的滿(mǎn)意度評(píng)分均明顯高于對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意(P<0.05)，見(jiàn)表4。

表4 兩組問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果比較分)

3 討 論

牙體牙髓病學(xué)實(shí)訓(xùn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生專(zhuān)業(yè)操作技能及創(chuàng)新思維的必經(jīng)環(huán)節(jié)，是理論和實(shí)踐結(jié)合的重要樞紐。牙體牙髓病學(xué)的重要特點(diǎn)是精細(xì)操作。在臨床診療工作中，對(duì)牙齒磨除0.1 mm的差異將決定牙髓活力是否能夠保存。目前，在牙體牙髓病學(xué)實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)中，傳統(tǒng)教學(xué)仍是主要的教學(xué)方法。通常由教師使用多媒體PPT等講授理論知識(shí)和在仿真頭顱模型進(jìn)行示范操作，學(xué)生再開(kāi)始進(jìn)行操作。傳統(tǒng)教學(xué)以教師為主體、以講課為中心，采取全程“灌輸式”教學(xué)[6-7]。這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式讓學(xué)生難以理解透徹相關(guān)知識(shí)和操作要點(diǎn)，更難以進(jìn)入高效學(xué)習(xí)狀態(tài)，學(xué)生的主動(dòng)性、積極性都較差，長(zhǎng)期以往還會(huì)影響學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題和自主創(chuàng)新的能力[8]。

目前，VR技術(shù)在醫(yī)學(xué)衛(wèi)生領(lǐng)域有著廣泛的實(shí)際應(yīng)用[9]。在口腔醫(yī)學(xué)教學(xué)中，VR技術(shù)可用于培訓(xùn)學(xué)生臨床技能、研究人類(lèi)牙齒解剖形態(tài)、義齒制作和種植體方案設(shè)計(jì)等[10-11]。將VR技術(shù)融入口腔醫(yī)學(xué)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)過(guò)程中，可以解決因PPT和教學(xué)用具場(chǎng)景還原度不高和缺乏互動(dòng)等產(chǎn)生的弊端，為提升教學(xué)質(zhì)量打下良好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。研究表明，口腔牙體學(xué)生通過(guò)VR技術(shù)平臺(tái)(如穆格Simodont Dental Trainer培訓(xùn)系統(tǒng)、HapTEL系統(tǒng)或DentSim數(shù)字化牙科實(shí)訓(xùn)系統(tǒng))模擬牙體牙髓病科臨床中磨鉆、切削、窩洞預(yù)備充填和牙體預(yù)備等操作[12-13]，可以極大地提高精準(zhǔn)操作和手部協(xié)調(diào)能力，幫助學(xué)生掌握和熟練各種類(lèi)型的窩洞制備要點(diǎn)，以及牙體預(yù)備和根管治療的基本操作方法。學(xué)生可通過(guò)該教學(xué)系統(tǒng)感知高速手機(jī)備洞時(shí)的手感，進(jìn)行開(kāi)髓時(shí)的落空感，掌握各種鎳鈦器械、K銼等在根管系統(tǒng)三維方向上的位置與軸向角度。學(xué)生通過(guò)沉浸式學(xué)習(xí)體驗(yàn)，能有效提高牙體牙髓病學(xué)實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)質(zhì)量，到達(dá)掌握牙體牙髓病學(xué)學(xué)科基本的臨床診療要求。

學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)應(yīng)該是向心的、自我激發(fā)的。VR技術(shù)借助設(shè)備和人體感知，可以提供更接近真實(shí)的牙齒解剖結(jié)構(gòu)形態(tài)的立體畫(huà)面，大大提升學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)感，有助于學(xué)生通過(guò)主動(dòng)觀察進(jìn)行學(xué)習(xí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)專(zhuān)注度，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)效率[14]。VR技術(shù)打破傳統(tǒng)顯示技術(shù)的局限性，可讓患者的3D牙齒模型直觀、立體、真實(shí)地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，還可任意角度、任意大小地觀察牙齒位置和解剖形態(tài)、根管系統(tǒng)，并可以多次重復(fù)練習(xí)，使學(xué)習(xí)者由被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)樽灾餍詫W(xué)習(xí)、沉浸式學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)[15]。VR技術(shù)可打破時(shí)空限制，實(shí)現(xiàn)教育教學(xué)的全面開(kāi)放，有助于重構(gòu)口腔牙體牙髓病學(xué)的教學(xué)模式。基于VR技術(shù)平臺(tái)，牙體牙髓病學(xué)實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)不再受限于空間、時(shí)間，學(xué)生可在任何地點(diǎn)和時(shí)間通過(guò)VR技術(shù)平臺(tái)反復(fù)練習(xí)操作技能訓(xùn)練，仔細(xì)揣摩實(shí)訓(xùn)課程內(nèi)容。VR技術(shù)在教學(xué)資源的優(yōu)化組合和實(shí)踐教學(xué)的豐富等方面發(fā)揮了非常重要作用，也對(duì)直播/線(xiàn)上教學(xué)課程建設(shè)提供了新的思路。

VR技術(shù)在未來(lái)口腔醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用前景廣闊，但是目前VR技術(shù)在口腔實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用仍然存在不足。(1)VR模擬器設(shè)備儀器昂貴，普通醫(yī)學(xué)專(zhuān)業(yè)教師一般都不具備專(zhuān)業(yè)的計(jì)算機(jī)建模能力，需要依托專(zhuān)業(yè)的團(tuán)隊(duì)制作模型，軟、硬件研發(fā)創(chuàng)新所需成本較高[16]。(2)應(yīng)用VR技術(shù)需要特殊的裝備，如VR眼鏡或頭盔，除價(jià)格昂貴外，部分學(xué)生可能會(huì)出現(xiàn)眩暈、惡心等不適感。因此，在教學(xué)過(guò)程中建議教員提前了解學(xué)生的具體情況，對(duì)于不適宜采取VR技術(shù)教學(xué)模式的學(xué)生，仍然采取傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式?，F(xiàn)代口腔醫(yī)學(xué)教育應(yīng)該更加注重學(xué)生的個(gè)體化教學(xué)，根據(jù)每個(gè)學(xué)生的特點(diǎn)做到精準(zhǔn)教學(xué)、因材施教。(3)目前VR技術(shù)應(yīng)用于口腔實(shí)訓(xùn)教學(xué)的理論研究還不夠深入，沒(méi)有形成能夠用于指導(dǎo)教學(xué)實(shí)踐的理論體系。通過(guò)借鑒國(guó)內(nèi)外高校的優(yōu)秀成熟的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，作者計(jì)劃開(kāi)展基于虛擬環(huán)境的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與仿真頭顱系統(tǒng)訓(xùn)練相結(jié)合的教學(xué)模式[17]。仿真頭顱模型在口腔專(zhuān)業(yè)臨床前期的實(shí)訓(xùn)教學(xué)中應(yīng)用廣泛，已形成了比較成熟的教學(xué)模式和理論指導(dǎo)。優(yōu)化VR技術(shù)教學(xué)模式，和傳統(tǒng)課堂教學(xué)相結(jié)合，可以提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)積極性，提高實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)的效率和效果，從而為培養(yǎng)高素質(zhì)口腔專(zhuān)業(yè)人才奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

在口腔醫(yī)學(xué)的牙體牙髓病學(xué)教學(xué)操作實(shí)訓(xùn)中開(kāi)展虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，獲得學(xué)生的認(rèn)可和滿(mǎn)意。因此，作者建立了牙體牙髓病的窩洞預(yù)備、銀汞合金充填、顯微根管治療等影像數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合VR技術(shù)應(yīng)用在牙體牙髓病的影像學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中，取得了良好的教學(xué)效果。利用VR技術(shù)推動(dòng)混合式教學(xué)改革，產(chǎn)生新的虛實(shí)結(jié)合教育教學(xué)模式，通過(guò)不斷實(shí)踐和持續(xù)改進(jìn)，使其產(chǎn)生更好的教學(xué)效果，為口腔醫(yī)學(xué)教育創(chuàng)新之路開(kāi)辟出嶄新的局面。期待VR技術(shù)在牙體牙髓病學(xué)臨床前實(shí)踐教學(xué)中進(jìn)行更廣闊的普及應(yīng)用，相信這種教學(xué)方式會(huì)培養(yǎng)出更多的優(yōu)秀牙體牙髓病專(zhuān)科醫(yī)生。