评价新医科建设中三维软件在实验教学中的应用

钟梅 吴哲 陈佳敏 梁卓恒 罗有成 余培 李江

新医科建设是我国教育改革的核心，也对我国口腔医学教育的发展产生了重要的影响[1-2]。传统口腔实验教育还停留在讲授型教育和教学辅助器具为主的医科教育模式中[3]，在健康中国建设战略和信息化、数字化技术高速发展的新医科时代，数字化软件的应用将成为不可或缺的教学和培训手段[4]。因此，口腔医学教育的改革和发展势在必行[5]。牙齿雕刻实验学作为口腔解剖生理学的重要实践内容之一，其教学效果将直接影响学生口腔临床学科的学习质量和效率[6]，其中牙体解剖知识抽象，学生对牙齿雕刻内容不易掌握，教师需要投入大量时间和精力教授，学生也需要较长时间掌握牙齿雕刻技能[7]。考虑到传统教学方式的不利因素和无法满足对口腔人才需求的转变，结合当前新医科建设的时代背景，本研究创新性的将数字化软件EXO-CAD 应用到牙齿雕刻实验教学中，初步评价其效果，为后期推广应用打下基础，践行新医科教育改革，推动人才培养模式的创新。

1 资料与方法

1.1 一般资料

2020 年3—7 月选取广州医科大学2019 级口腔医学专业大二本科生为研究对象，共54 名，所有学生均达到广州医科大学本科生入学标准，无影响本专业学习的相关身体及精神疾病，随机平均分为A、B 组，每组均为16 名男生，11 名女生，年龄19～21 岁，A组平均（20.0±1.2）岁，B 组平均（20.0±1.5）岁。采用三维数字化软件EXO-CAD 辅助牙齿雕刻实验课教学或传统课堂教学，教师均为广州医科大学附属口腔医院修复教研室教师，在实验课程开始前已对A、B 组同学进行理论摸底考试，两组同学性别、年龄对比，差异无统计学意义（P＞0.05），满足本次对比研究要求。

1.2 方法

1.2.1 仪器与材料

锐珂CS 3600 扫描仪、三维数字化软件EXO-CAD、计算机、2 倍大雕刻专用蜡块、雕刻刀、直尺、铅笔、绘图纸、毛刷等。

1.2.2 教学设计

第一和第二次实验课雕刻右上颌中切牙和第一磨牙，A 组为传统教学，B 组为数字化教学；第三和第四次实验课雕刻右上颌第一前磨牙和右下颌第一磨牙，B 组为传统教学，A 组为数字化教学；每次课均为4 学时。

（1）传统教学：老师使用常规PPT 强化本节课需要雕刻的牙齿解剖特征，现场雕刻示教，示教结束后播放雕牙视频。

（2）数字化教学：老师用三维数字化软件讲解本节课重点内容，现场雕刻示教，示教结束后播放雕刻视频。

提前用锐珂CS3600 扫描仪扫描标准牙模及临床患者备牙前后牙列三维数据，导入数字化软件EXO-CAD中，雕牙前用软件讲解牙体解剖和设计课程，课后让同学们自行通过软件进行牙体解剖外形设计，并将目标三维解剖模型数据上传云平台，学生通过移动设备下载“SView 看图纸”应用或电脑上安装“CSMeshViewer”软件进行复习。

1.3 观察指标

课后，A、B 两组均会由同一老师对上交的蜡牙雕刻作业进行评分，评分从外形雕刻、美学细微雕刻、器械运用和整体协调这几方面进行对比分析[8]；课后发放电子问卷调查54 名学生对数字化软件辅助牙体雕刻实验课教学效果的满意度；记录实验课堂上教师指导两组学生雕牙的有效时间。

1.4 统计学方法

将两组学生数据导入SPSS 19.0 统计学软件进行分析，计数资料用n（%）表示，采用χ2检验；计量资料用（）表示，采用t检验，P＜0.05 表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 A、B 两组牙齿雕刻成绩

牙齿雕刻总成绩结果：第一次和第三次实验课，数字化教学明显高于传统教学方式（P＜0.05），见图1；第二次和第四次实验课，数字化教学和传统教学方式差异无统计学意义（P＞0.05），见图1；单项评分对比结果：四次实验课外形雕刻和整体协调成绩数字化教学均高于传统教学，差异有统计学意义（P＜0.05），其余差异无统计学意义（P＞0.05），见图2。两组对换学习方式结果一致。

图1 两组蜡牙雕刻总成绩对比结果

图2 外形雕刻、美学细微雕刻、器械运用和整体协调评分对比结果（图A：上颌中切牙；图B：上颌第一前磨牙；图C：上颌第一磨牙；图D：下颌第一磨牙）

2.2 问卷调查结果

分析50 份有效问卷，第2 和第10 题显示（见图3A），80%的同学认为数字化授课方式可以帮助他们雕刻出牙齿解剖外形，54%的同学认为三维数字化软件有助于牙齿雕刻能力的提升；第5 和第8 题显示（见图3B），60%的同学认为数字化授课方式的体验感更好，64%的同学表明更喜欢数字化课堂；但从第3 和第4题回答可见（见图3C），数字化授课方式虽然具有很大优势，但传统授课方式不能摒弃，希望两种授课方式结合使用。

图3 调查问卷结果分析

2.3 教师指导学生时间对比

授课教师记录了对两组学生指导蜡牙雕刻的时间，结果差异有统计学意义（P＜0.05），见表1。

表1 教师指导学生有效时间（min，）

表1 教师指导学生有效时间（min，）

3 讨论

医科人才培养的方式随着时代的发展在不断改进和创新，牙体解剖理论教学和牙齿雕刻实验技术就是理论和实践集合，数字化教学方式的引入，可以在新医科人才培养中发挥如下作用[9-10]。

3.1 推进以自主学习为导向的教学方式，提高学生动手能力

以教师为中心，课本和有限模型教具为辅助，这是传统讲授型实验教学模式，不利于学生自主学习能力的培养，数字化教学方式的引入增加了学生高沉浸感和强交互特点的体验[11]，课堂上将牙体解剖外形以逼真、立体的三维真彩视觉效果展示给学生，学生可通过软件对三维牙齿进行任意翻转，放大，缩小甚至切割不同维度断面等操作，来观察牙齿外形，颌面形态的细微结构（包括牙尖、嵴、窝、发育沟等），与邻牙关系以及咬合特征。在数字化的学习环境中，学生可以发挥主体作用，充分理解实验内容，体验交互环境，充分调动他们的主观能动性和自主学习能力。

牙齿雕刻实验课是一门对动手操作要求极高的课程，牙体解剖知识点的掌握是其雕刻的基础，四次课程通过交换分组，雕牙成绩对比分析，最终得出数字化软件结合传统教学方式中学生的前牙和前磨牙雕刻总成绩优于传统教学模式，但是磨牙组总成绩没有明显差异，这说明新的教学方式的引入可以在较简单牙体雕刻中发挥重要的作用。但较难的磨牙雕刻，与自身的动手操作和天赋也有相关性，这些能力很难通过短期训练而提升。而通过统计各项评分内容发现，四次授课结果均为数字化组外形雕刻和整体协调评分优于传统组，这表明数字化教学方式对牙齿外形轮廓的雕刻和冠根整体协调的统筹具有指导意义。调查问卷结果显示，学生喜欢数字化授课方式，认为对自己雕牙过程非常有帮助，希望引入数字化教学方式，但又不摒弃传统示教的教学模式，两种方式的组合可能是提高牙齿雕刻能力较好的方法。

3.2 强化学习深度和广度，激发学生创造力和审美力

牙齿雕刻实验课前，采用三维设计软件有针对性地进行牙齿线上虚拟设计，能够实现互动式实验教学，有助于加深理解，拓宽认知范围，能最大限度地激发学生的自主实验兴趣以及探索的冲动，有助于发展学生的构建思维和创造力，敢于冲破传统的思维模式，大胆想象，具有独特的实验教学的优势[12-13]。在掌握牙体解剖知识点后，具备审美能力也是蜡牙雕刻成功的重要前提，因为牙齿的设计就是审美的体现，比例美和线条美是牙齿外形呈现的基本方面[14]。进行牙冠设计时，可使用控制面板上不同尺寸的雕刻刀进行牙体细微结构的刻画，增加、减少以及平滑的操作按键可以使牙体外形曲线更加优美，多次的反复练习，可以提升审美能力，这对牙齿雕刻中牙冠外形流线的雕刻以及雕刻比例的分配具有指导意义。

3.3 助力新医科终身学习体系和环境建设

加强终身学习体系和环境建设是我国的重大战略举措[16]，为推进口腔医学生终身学习的现代化教育模式，培养学习和应用型人才，将数字化技术引入传统雕牙实验课中，极大地丰富了教学资源。课堂上以采集的不同牙齿数据为信息供同学们学习牙体解剖重点知识，课后提供电子数据供同学们在移动端随时随地查看复习，学生更能亲自动手操作软件随意查看和设计牙齿，与老师实时交流互动，数据共享[15]。数字化资源打破时空限制，具备时间和地点无限制性访问的优势，允许灵活的学习时间继续巩固完善学习内容，它突破了传统雕牙实验课对客观条件的依赖性。

3.4 培养口腔医学生临床思维能力，提升实践技能

学生通过操作软件隐藏或再现邻牙，单独观察三维立体目标牙齿，也可以将其放入到整个牙列和咬合关系中动态观察牙在牙列中的位置和邻接特征，从而理解同一颗牙齿在不同个体中表现形式的异同。用虚拟数字化软件，再现口内真实情景，给同学们构建一种高度虚拟仿真的实验教学环境，使学习者体验置身其中的感觉。问卷调查结果显示，大多数同学喜欢这种授课方式，认为很大地提升了雕牙实验课的趣味性。学生可以参与其中，在口腔真实临床病例中尝试设计牙冠外形，锻炼临床思维能力，帮助学生提升雕牙动手能力。

3.5 不足与改进之处

目前，根据新医科建设指导方针，我们创新性地将数字化软件引入牙齿雕刻实验教学中是对传统教学方式的有益补充，教师对于三维真彩牙齿的讲解、学生自己设计牙齿，使传统牙齿雕刻实验课中学生遇到的难点变得简单有趣，极大地激发了学生雕牙的兴趣，有力培养了口腔医学生的实践技能。但本研究尚未建立完整的数字化雕牙实验程模块，缺乏系统的教学评价，例如需要形成完整的上课体系，包括学生熟练使用软件进行操作设计，建立各种形态牙齿的数据库，学生线上设计牙齿，时时线上评价及课后反馈等模块的建立和整合等等。

4 结论

在新医科战略部署下，作为高等院校理应肩负起口腔医学教育发展创新的责任和义务，将三维数字化等新的技术引入到传统牙齿雕刻实验课，是教师利用数字化资源为学生创设了丰富的教学环境，利用数字化优势激发了学生的学习动机和创新思维，培养了学生雕牙的兴趣，取得了良好的教学效果，可以初步在牙齿雕刻实验课程中推广使用，为推进创新人才培养提供保障。