沉浸式虚拟现实技术结合CBL教学法在口腔修复教学中的应用

吴 江,蒙 萌,宋 文,牛丽娜

(口颌系统重建与再生全国重点实验室,国家口腔疾病临床医学研究中心,陕西省口腔医学重点实验室,第四军医大学口腔医院修复科, 西安 710032)

口腔修复学具有很强的实践操作性和技术性,国内众多口腔医学院校的口腔修复教学主要包括“理论+实践教学”。理论教学结束后,学生通过常规理论考试后,直接进入临床实习。但在实际过程中特别是可摘局部义齿教学环节中,由于知识点多、牙列缺损情况复杂以及缺乏整体思维,学生很难做到理论学习(知)与临床操作(行)的合一,常出现理论内容掌握,但是遇到具体病例却不知道如何进行临床设计的情况。近年来,以病例为基础(case-based learning,CBL)的教学方法引起了广泛关注,该方法是将PBL教学理念与临床教学实践相结合,以学生为主体,模拟临床环节,可有效提升学生的理论-实践相结合运用的能力[1,2]。近几年,我教研室也在可摘局部义齿教学中采用了CBL教学法,虽然较传统教学法而言显著提升了教学效果[3],但也发现CBL教学法仍是以病例讨论的形式为主,如何检查学生在实践操作中对理论内容的运用程度,仍有待进一步改进。

沉浸式虚拟现实技术(extended reality,XR)是指使用者通过使用头戴式虚拟现实设备,将真实世界的视听感觉隔离,产生虚拟的视听觉,并利用专用的手柄或手套,与虚拟世界环境进行交互,产生完全置身于虚拟环境感受的技术,是近年来利用计算机模拟发展而来的一项现代化技术[4]。相较于传统虚拟现实技术,利用XR技术可以实现视觉、听觉、触觉等多感官和多场景的模拟[5]。

为此,我教研室尝试在可摘局部义齿教学环节中,在传统CBL教学基础上引入XR技术,尝试对教学中的重点与难点:可摘局部义齿模型观测、基牙预备和支架设计等理论与实践内容进行了探索和规范,现报道如下。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

为更客观地评价XR技术结合CBL教学方法的教学效果,我教研室设计进行了随机对照研究。研究中以第四军医大学口腔医院2018级和2019级的口腔专业本科生分别观察对象,其中2018级五年制口腔专业本科生采用常规CBL教学法(对照组,共45人),2019级五年制口腔专业本科生采用XR技术结合CBL教学法(研究组45人)。授课教师由同一组资深副教授组成。

1.2 教学设计和实施

1.2.1 CBL教学课件和XR软件的准备 根据口腔修复学理论、实践教学大纲,口腔执业医师考试大纲以及口腔住院医师规范化培训等要求,教师以疾病为主线,围绕大纲中规定的专业知识点及知识点的关联,遴选了一例临床真实病例资料,精心设计并制作了CBL教学课件。教学组专门构建了基础治疗前后的数字化模型,自行研发了可摘局部义齿XR软件:学生可通过佩戴XR设备完成导线测绘、支托凹制备和可摘义齿数字化三维支架设计等操作。

1.2.2 结合XR技术,采用CBL教学法,完成理论与实践相结合的教学模式 对照组:按照传统CBL教学方法,学生根据患者口腔照片和网络课程平台提供的临床真实病例,结合所学到的理论内容进行合理、全面诊疗计划的确定。教师作为评判者,对每名学生的提交内容进行评判和建议。实操环节中,学生在石膏模型上完成导线测绘、支托凹制备,并完成可摘义齿二维支架的纸面绘制和蜡型制作。教师对每个操作的结果进行评分。

研究组:按照传统CBL教学方法,学生根据患者口腔照片和网络课程平台提供的临床真实病例,结合所学到的理论内容进行合理、全面诊疗计划的确定。之后,学生应用XR技术,在数字化模型上完成导线测绘、支托凹制备和绘制可摘义齿数字化三维支架。同一名教师对每个操作的结果进行评分。

1.3 教学效果评价

教学效果评价主要采用对理论测试和实践操作为构成的综合性成绩作对比分析和不记名问卷调查的方式进行,共发放问卷90份,回收有效问卷90份,回收率为100%。规培住院医师匿名填写教学方法满意度评价表单。

2 结果

从成绩对比看,研究组的考核成绩(83.4±1.76)分明显高于对照组(89.3±2.34)分,其差异具有统计学意义(P<0.01)。统计结果显示,XR结合CBL教学方法较传统CBL教学法具有明显的教学效果。

调查问卷结果显示(表1),多数被调查者均欢迎和接受XR技术结合CBL教学方法,认为该教学方法较传统CBL教学法可明显提高各项教学指标,特别是对于理论内容与实践操作的衔接具有显著提升效果,可有效促进由理论学习向临床实践的顺利转化。

表1 不记名问卷调查结果 (人)

3 讨论

CBL教学与传统教学模式相比,能够结合实际病例,强化学生的临床思维,通过综合不同学科知识内容,对典型病例逐层分析,实现对理论知识的进一步理解[6]。特别是CBL教学模式强调基于学生主体作用的教师理论引导-学生解决问题的方式,可以有效锻炼学生对临床问题的分析和独立思维能力、提高其知识运用能力和融会贯通能力等综合素质。但是,口腔临床医学特别是口腔修复学对于理论知识在实践操作中的正确运用要求较高。许多学生虽然能够通过CBL教学法对理论内容进行良好的记忆和掌握,但到临床实习中,又会出现“学用脱节”的问题,究其原因还是理论内容与实践操作之间没有做到及时有效的衔接。对于CBL教学法,本教研室在口腔修复可摘局部义齿教学中进行了较长时间的尝试,特别是通过自行构建的网络课程平台,让学生能够充分利用网络课程平台上的资源,自行发现问题、解决问题,将被动学习转为主动学习,有效提升并调动学生的主观能动性、积极性和创造性,取得了一定的成绩。但在实施过程中,我们也发现,CBL教学虽可以结合石膏模型实现理论转化实践操作能力检查,但因石膏模型条件所限,检验理论知识的实践运用效果并未达到预期。

而虚拟现实技术能够让学生在虚拟的环境中与教学内容互动,能够解决侵入性操作不能在真人身上反复练习、贵重器械无法反复使用等教学难题,已在多个学科的教学中进行了运用,并获得了较好的反馈和效果[7-11]。鉴于此,本单位基于XR技术、自行研发了可摘局部义齿数字化模拟软件。学生通过佩戴XR设备,可以实现三维环境下的导线测绘、模型预备和支架设计,最大程度地模拟临床实际操作过程,检验理论知识与实践操作之间是否能有效达到知行合一。从结果看,XR结合CBL教学法满意度在理论-实践结合能力、临床思维能力、操作规范化、支架合理性等方面较传统CBL组存在明显优势。其原因可能与XR技术可以更好地实现从不同角度对于疑难问题的观测、强化理解理论知识点,更好地实现理论-实践相结合;同时通过虚拟操作,让学生可以从传统模型无法观测的角度进行模型分析、制备和检查。而且,XR技术结合CBL教学法能够使学生按照临床标准流程完成,增强了教学内容的科学性和系统性,培养了学生独立思维能力,提高了学习兴趣。同时,XR技术的引入更加规范了学生操作的标准型、客观性和一致性,避免了不同带教老师因个人理解、操作习惯等造成的标准不统一对关键知识点理解的影响。特别是通过数字化模型中缺牙数、余留牙松动度等参数的调整,教师可以实现最大程度的临床实际模拟效果,对所学理论内容进行巩固和强化,有利于培养学生灵活多变的临床思维方法和解决临床实际问题的能力,以顺利完成由理论教学向临床实习的过渡。

在口腔修复教学中,可摘局部义齿一直是学生反映难度高、不宜掌握的内容之一。如何提高学生运用理论知识分析解决问题的能力,一直是口腔修复本科教学的重点,其中可摘局部义齿教学又是学生反映难度较高的部分。本研究通过在传统CBL教学的基础上结合XR技术,尝试对传统可摘局部义齿教学中面临的理论-实践结合度的问题提出新的教学方式。从结果看出,虽然XR技术结合CBL教学法较传统CBL教学法具有更好的教学效果,但XR技术在口腔修复教学中的应用还具有以下局限性:①所需要硬件设备和自主研发软件的资金投入较大;②XR技术仍需要提升,制作的环境和流程有时达不到设计者设想的效果,不够逼真;③受限于软硬件,每次只能几个学生同时体验,故在有限的实验学时内体验者的人数受限制;④原本就戴有近视眼镜的学生佩戴头戴设备存在不便;⑤手柄有时候定位不准,经常需要重新定位,耗费时间;⑥晕屏:个别学生戴上XR头显反映有些头晕不适应。此外,如何选择针对性的可摘局部义齿CBL案例,也是影响XR技术运用的因素之一。教师后续仍需要进行大量的探索,以完善XR技术结合CBL教学法的应用范围和效果。