虛擬仿真實驗聯合PBL教學法培養研究生科研能力的研究

李若林，桂瀅，吳菁，王禹，喻莉，凌志安▲

(1.廣西醫科大學第一附屬醫院臨床醫學實驗中心，廣西南寧 530021； 2.廣西醫科大學第二附屬醫院急診科，廣西南寧 530031)

近年來，為全面貫徹教育部加快新時代研究生教育改革發展精神，構建研究生科研內涵建設，提升科研創新能力和科研綜合素養，許多高校提出了多種教學模式的改革和教學方案的創新，虛擬仿真實驗教學法和“基于問題的學習法”(problem based learning，PBL)是目前熱點教學模式之一。特別是2017年國家出臺了《教育部辦公廳關于2017—2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知》，再次強調了虛擬仿真實驗教學的重要性，且具有資源共享度高、低成本、低消耗、低危險性等顯著特征，被廣泛推廣應用于教學中。醫學研究基礎實驗技術是高校研究生需掌握的教學內容，對于提高研究生的培養質量發揮著重要作用。本文擬探討采用虛擬仿真實驗聯合PBL教學法培養研究生科研能力的學習效果。

1 對象與方法

選擇廣西某醫學高校2019級與2020級碩士研究生作為研究對象，共48人，將其隨機分為實驗組和對照組，每組24人，其中對照組男性10人，女性14人，年齡為24～28歲，平均(25.6±1.2)歲；實驗組男性11人，女性13人，年齡為24～27歲，平均(25.8±1.5)歲。兩組一般資料比較差異均無統計學意義(>0.05)，具有可比性。

在教學中，實驗組采用虛擬仿真實驗聯合PBL的教學方法，對照組采用傳統的授課式(lecture-based learning,LBL)教學模式。實驗組與對照組均以全國高等醫藥院校規劃教材《生物醫學常用實驗技術》作為基本教材，教學內容包括細胞培養、多聚酶鏈式反應技術(PCR)、免疫組織化學技術(IHC)三種醫學基本實驗技術，所有任課教師都由具備5年以上醫學實驗教學經驗并接受過仿真模擬教學平臺師資培訓的教師擔任。

實驗組教學：虛擬仿真+PBL教學方法。(1)虛擬仿真實驗教學方法：根據培訓內容和課程進度，課前一周任課老師通過學習小組群發布學習任務，所有同學進入自主學習階段，首先在課余時間利用學號登錄學習虛擬仿真醫學實驗技術平臺，按照學習內容和要求進入虛擬仿真實驗平臺進行學習，包括了解實驗目的、準備相關試劑、實驗操作、觀察實驗結果以及結果分析等虛擬仿真實驗過程。教師端利用學生學號的唯一性進行實時監測學生學習進度和知識點掌握程度。(2)PBL教學方法：課前任課教師根據學生虛擬仿真實驗結果和知識點掌握情況的反饋，結合相關知識點分解為多個小問題作為提綱，以問題為導向，將每組24位同學分成3個小組進行學習和討論，學生需做好課堂討論前的準備，每個成員需積極發言、開展討論，在討論中熟悉課程的重點、難點和彌補各自的不足，最后任課教師以教學大綱為中心對各實驗技術知識點進行復盤，對難點和重點精講，使同學們對實驗技術真正掌握，提高科研技術能力和科研素養。

對照組教學：傳統的LBL教學法。授課教師以《醫學常用實驗技術》教材大綱為基礎，結合典型案例和相關文獻制作多媒體課件，以課堂講解的方式講解實驗理論知識、實驗步驟及問題分析。課程結束后，對學生提出的問題進行答疑和總結。

1.3 教學評價

教學結束后對實驗組研究生發放調查問卷，讓學生對虛擬仿真聯合PBL教學方法對其科研思維能力的提升進行評價。

教學結束后，根據教學內容對兩組研究生進行考核，主要包括實驗操作能力及科研思維能力兩部分。實驗操作能力是按照實驗操作要求和評分標準對細胞培養、聚合酶鏈式反應(PCR)及免疫組織化學(IHC)三項實驗技術所需材料、操作步驟、實驗結果分析等方面進行評分，考察學生的實驗操作能力。科研思維能力是要求學生根據科研選題，結合文獻閱讀，提出科學問題，擬定出技術路線圖和使用實驗方法，考察學生的科研思維能力。兩項能力考核滿分各為50分，總共100分，由2名教師根據評分細則進行打分，再分別取平均分，對比教學前后兩組研究生實驗操作能力和科學思維能力的教學效果，教師評分時不知道學生的具體分組情況。

2 結 果

對實驗組的研究生進行匿名問卷調查，共發放問卷24份，回收有效問卷24份。調查結果顯示：100%的學生認為“虛擬仿真+PBL教學法”使他們的科研實操能力、科研的積極性得到有效提升，且對課程的滿意度高達95%(23/24)以上，90%以上的同學認為對自身整體科研能力有所提高，但對外語水平能力提高作用不明顯。結果見表1。

表1 實驗組研究生科研能力提高情況分析[n(%)]

根據實驗組的問卷調查結果，繪制出各項科研能力指標的雷達圖，可以看出學生對科研能力評價從高到低依次是：科研的積極性、科研實操能力、科研設計能力、論文撰寫能力、科研創新能力及外語水平能力，其中外語水平能力的評價最低(圖1)。

圖1 實驗組各項科研能力指標比較雷達圖

兩組研究生在細胞培養、PCR及IHC三項實驗技術的實驗操作能力考核(包括所需材料、操作步驟、實驗結果分析)的綜合得分，以及科研思維能力考核(包括科研選題、文獻回顧、課題設計、擬定技術路線圖、使用實驗方法)的綜合得分進行比較，實驗組研究生無論是實驗操作能力還是科研思維能力的評分均優于對照組，二者差異有統計學意義(<0.001)。如表2所示。

表2 兩組研究生實驗操作能力和科研思維能力的綜合評分比較(分，

3 討 論

近幾年來，高校研究生擴招給醫學研究基礎實驗技術教學帶來了巨大的壓力，傳統的教學方法存在“理論與實際脫節、教學與實踐脫離”的弊端，并且傳統的實驗技術教學主要依賴費用高昂的實驗設備，前期投入大、后期維護費用高，加上實驗課時緊張、實驗設備不足、實驗易耗品消耗加大等諸多實際問題逐漸突顯，教學模式的改革勢在必行。

虛擬仿真教學的引入為現代實驗技術教學打開了新的視野，它不僅可以使實驗設備、實驗試劑反復操作以降低實驗成本，而且通過沉浸式的互動方式為研究生提供了更形象逼真的實驗技術學習環境。本研究初次嘗試對研究生的醫學研究基礎實驗技術教學進行改革，探索虛擬仿真模擬教學平臺聯合PBL教學法應用于細胞培養、PCR及IHC三項實驗技術教學中。通過事先在實驗技術理論教學前給予學習虛擬仿真實驗，讓所有的研究生熟悉課程重點，掌握三項實驗技術的實驗試劑、操作步驟、實驗結果分析解讀等內容，課程結束后采用問卷的形式調查實驗組研究生對虛擬仿真實驗技術聯合PBL教學法的評價，并對兩組學生進行實驗操作能力和科研思維能力進行考核評分，對比教學效果。結果顯示：100%的學生認為“虛擬仿真+PBL教學法”使他們的科研實驗操作能力、科研積極性得到有效提升，且對課程的滿意度高達95%以上，90%以上的同學認為對自身整體科研能力有所提高。另外，實驗組研究生無論是實驗操作能力還是科研思維能力的評分均明顯優于對照組，并且他們在模擬平臺中操作的一次成功率、實操嫻熟程度、實驗結果分析能力方面也表現突出，虛擬仿真聯合PBL教學方法的應用更能激發研究生的科研興趣，提升他們的實驗操作能力。

本研究采用“虛擬仿真+PBL教學法”聯合教學方式成效明顯，主要原因在于：研究生在進入實驗室之前通過虛擬仿真實驗反復模擬的訓練，提前開展了實際操作的演練，生動地模擬實驗操作場景，有效地縮短了預實驗的時間，幫助學生進行正確實驗操作和判斷實驗結果，增加實驗成功率，從而增強了學生自信心，提升科研積極性。虛擬仿真實驗教學突破了傳統實驗教學的局限性，其更直觀、生動、開放、便捷的優點獲得學生們的青睞。其次，PBL教學可較好地激發學生的學習興趣和自主學習能力，用所學知識解決實際問題。這兩種教學方法深度結合，相互融合，相得益彰，較好地凸顯出新型聯合教學方法的優勢。近年來，虛擬仿真教學法、PBL教學法應用在其他醫學教學內容上也取得良好的成效。王天曉等的研究顯示“虛擬仿真+翻轉課堂”教學模式能使二者優勢互補，達到提高生化實驗教學水平的目的。張亞林通過虛擬仿真模型人結合PBL教學法應用于老年護理學課程教學中，發現有助于提高護士的臨床思維能力、綜合學習能力和教學滿意度。余琳等人通過自動化儀器虛擬仿真項目應用在醫學檢驗實驗教學，提升了實習生學習興趣和自主學習能力。李旭波等通過虛擬仿真實驗系統結合PBL教學方法應用在藥理實驗教學中，提高了實驗課的教學質量。

綜上所述，虛擬仿真實驗聯合PBL教學方法能夠彌補傳統教學中的缺陷，不但提高了研究生基礎實驗技術的操作能力，還增強了研究生的科研興趣和自主學習的積極性，培養研究生的科研綜合素養，提高研究生教育教學質量。這是一次研究生教育教學課程改革的嘗試與突破，為后期的其他實驗技術教學提供了前期基礎，值得在研究生教育教學改革工作中推廣。