1.实验的必要性

口腔正畸学的主要内容是研究错牙合畸形的病因机制、诊断分析及其操作流程，是一门实践性很强的学科。与其他学科不同之处在于，口腔正畸治疗不是通过药物或手术实现，而是通过施加矫治力作用于牙齿，使牙齿产生生理性移位及牙槽骨发生适应性改建。矫治力是正畸医生的治疗工具。生物力学机制是口腔正畸学的重点掌握内容，涉及正畸生物力学基本概念（力、力矩、支抗等）及牙移动类型（图1）。但是，学生普遍反映内容抽象、不易理解，本章节也是口腔正畸学中难教、难学的内容。如何真实模拟力学支抗设计、可视化展示矫治力作用下牙移动过程，帮助学生更好地理解正畸生物力学的基本概念和实操应用，是口腔正畸教学迫切需要解决的问题。

在传统教学模式中，理论教学以教师在课堂上口述讲解或采用简易动画演示为主，缺乏临床实例的结合，学生通常只是死记硬背了正畸支抗等相关概念，无法理解概念的真实内涵。实验教学主要是在typodont蜡铸模型上观察塑料牙的终末位置变化，无法展现矫治力学体系及牙移动实际过程。这就导致了理论学习与实际操作无法建立有效衔接，同时较难关联临床操作过程与正畸疗效实现。目前国内已开展的口腔正畸虚仿实验教学，内容主要涉及临床思维训练及托槽粘结临床操作技能训练，尚未开发正畸生物力学相关的虚拟仿真实验操作，也并未关联临床操作过程与正畸牙移动效果的实现。

图1.正畸生物力学机制及其临床应用

本教学团队已将虚拟仿真教学引入口腔正畸的理论授课和实践教学，初步构建了虚拟仿真诊疗场景和标准化患者。本团队在此基础上，进一步开发“口腔正畸生物力学可视化诊疗操作虚拟仿真实验”，具有两大特征，即正畸支抗技能训练和生物力学相关牙移动可视化。种植支抗在正畸临床应用中较为常见，因其临床操作具有不可逆性和有创性，临床前实践技能培训显得尤为重要。正畸支抗技能训练以种植支抗为例，包括构建正畸种植支抗植入手术术前沟通、术中操作及术后效果评价等模块，理解正畸生物力学中支抗的概念和相关操作要点。生物力学相关牙移动可视化是指基于生物力学机制，借助虚拟仿真系统，通过学生设计不同的矫治力系统（种植支抗位置、牵引钩类型及位置等），展示矫治力线与牙齿阻抗中心、旋转中心的相互关系，模拟不同牙移动类型，帮助学生更好地理解生物力学的相关概念和实际应用原理。

2.实验的实用性

通过两个实验训练模块（正畸支抗技能训练和矫治力体系设计），将课堂教学中的理论知识整合串联，应用到实践教学中，使学生加深对生物力学知识的理解。首先，实验已设置多样化的交互练习和种植支抗操作全流程的虚拟仿真场景，涵盖患者术前沟通，结合患者临床体征及影像资料术中操作到术后种植支抗植入效果评价和分析的整个过程。以往传统的教学方式主要是临床椅旁见习教学，由于口腔操作空间有限，学生往往难以看到具体操作细节，且无法感知种植支抗植入过程。虚拟仿真实验操作能够克服以上困难，有利于学生自主进行实操，具有安全、难度标准统一、可重复、评估客观及时等优势。其次，通过选择不同特点的矫治力装置，得到不同矫治力学体系，并展现不同力学体系设计下的牙移动动画。这一过程能够真实模拟牙移动类型及牙移动量，克服了传统实验教学中由于模型条件限制导致生物力学分析无法展示的问题。学生通过虚拟动画，可以明确看到在特定矫治力系统下牙齿如何移动，有利于学生主动思考力系设计的合理性及相应改进措施，有利于学生主动学习，并真正地消化专业知识，将知识转化为临床实践经验。

将可感知支抗植入操作与可视化牙移动模拟相结合，帮助学生理解矫治力相关概念及生物力学机制，可以更好地衔接正畸临床实践，为学生线下技能学习提供有效补充。学生的实验操作数据自动计入系统后台，后台根据预先设置标准答案自动评分，实时提供分析报告，教师可在教师端全程追踪学生训练过程、管理学生成绩，即时知晓学生的错误并针对性地进行线下辅导，极大地提高了教学效率和质量。通过补充完善病例类型和矫治力系，对病例进行分级分类，该系统可延伸应用于口腔正畸专业的研究生教学、住院医师规范化培训和专科医师培训的临床技能及临床思维训练。

3.教学设计的合理性

以“虚实结合”为原则，以虚拟-仿真-实训为主线，通过线上虚拟交互与线

下模拟实训相结合，学生自主学习和教师示教相结合，突破时间和空间限制，加强学生对于“正畸支抗实操与设计”和“基于生物力学机制的牙移动”的双重学习体验。应用口腔医学虚拟实验教学网络平台，完成交互式虚拟实验操作，熟悉正畸种植支抗操作流程，通过牙移动虚拟动画促进学生理解正畸生物力学相关概念，将理论知识与临床实践有机结合，培养学生临床诊疗思维能力。

4.实验系统的先进性

本虚拟仿真实验课程应用口腔医学虚拟实验教学网络平台，以学生临床思维能力培养为导向，设计实验问题导入、实验操作教学和实验测评等多个环节，建设正畸生物力学可视化诊疗操作虚拟仿真实验。学生在虚拟场景下，针对虚拟患者的正畸支抗设计与实操，学习不同生物力学体系的设计原则。通过正畸生物力学可视化诊疗操作的虚拟仿真线上教学平台，实现在线人机交互式沉浸式学习，学生不受时间和空间限制，在任何终端都可以登录学习，加强理论与实践的双重学习效果，促进学生对正畸生物力学的理解和掌握，从而实现实验操作与临床思维构建的有机结合，为之后的临床工作打下坚实基础。

教学目标

1.理论知识：应用正畸生物力学可视化诊疗操作虚拟仿真实验，学生理解并记忆正畸生物力学理论知识概念，包括力矩、旋转中心和阻抗中心的定义，力/力偶矩之间的关系对牙齿移动类型的影响。

2.实操技能：以正畸种植支抗制备及牙齿移动切入点，学生在虚拟环境下完成交互式种植支植入操作全过程，提升种植支抗植入操作技能，极大的调动学生参与实验教学的积极性和主动性，从而提升教学效果。

3.能力拓展：通过正畸矫治力系统设计及相对应的牙移动可视化展示，学生能够理解正畸支抗的概念及各种正畸牙齿移动类型的特征和原理，包括倾斜移动、整体移动、伸长或压低移动等主要牙齿移动类型，设计并应用正畸生物力学。

4.素质培养：通过可视化牙移动类型的展示，学生进一步思考矫治力系统设计的合理性，并在此基础上修正之前的设计，验证牙移动的有效性，培养学生严谨、精益求精的工作态度，拓展学生应用生物力学原理分析口腔正畸临床力学系统的逻辑思维及思辨能力，促进学生进一步养成“知疑思信行”的学习思维理念。