虚拟仿真实验联合PBL教学法培养研究生科研能力的研究

李若林，桂滢，吴菁，王禹，喻莉，凌志安▲

(1.广西医科大学第一附属医院临床医学实验中心，广西南宁 530021； 2.广西医科大学第二附属医院急诊科，广西南宁 530031)

近年来，为全面贯彻教育部加快新时代研究生教育改革发展精神，构建研究生科研内涵建设，提升科研创新能力和科研综合素养，许多高校提出了多种教学模式的改革和教学方案的创新，虚拟仿真实验教学法和“基于问题的学习法”(problem based learning，PBL)是目前热点教学模式之一。特别是2017年国家出台了《教育部办公厅关于2017—2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》，再次强调了虚拟仿真实验教学的重要性，且具有资源共享度高、低成本、低消耗、低危险性等显著特征，被广泛推广应用于教学中。医学研究基础实验技术是高校研究生需掌握的教学内容，对于提高研究生的培养质量发挥着重要作用。本文拟探讨采用虚拟仿真实验联合PBL教学法培养研究生科研能力的学习效果。

1 对象与方法

选择广西某医学高校2019级与2020级硕士研究生作为研究对象，共48人，将其随机分为实验组和对照组，每组24人，其中对照组男性10人，女性14人，年龄为24～28岁，平均(25.6±1.2)岁；实验组男性11人，女性13人，年龄为24～27岁，平均(25.8±1.5)岁。两组一般资料比较差异均无统计学意义(>0.05)，具有可比性。

在教学中，实验组采用虚拟仿真实验联合PBL的教学方法，对照组采用传统的授课式(lecture-based learning,LBL)教学模式。实验组与对照组均以全国高等医药院校规划教材《生物医学常用实验技术》作为基本教材，教学内容包括细胞培养、多聚酶链式反应技术(PCR)、免疫组织化学技术(IHC)三种医学基本实验技术，所有任课教师都由具备5年以上医学实验教学经验并接受过仿真模拟教学平台师资培训的教师担任。

实验组教学：虚拟仿真+PBL教学方法。(1)虚拟仿真实验教学方法：根据培训内容和课程进度，课前一周任课老师通过学习小组群发布学习任务，所有同学进入自主学习阶段，首先在课余时间利用学号登录学习虚拟仿真医学实验技术平台，按照学习内容和要求进入虚拟仿真实验平台进行学习，包括了解实验目的、准备相关试剂、实验操作、观察实验结果以及结果分析等虚拟仿真实验过程。教师端利用学生学号的唯一性进行实时监测学生学习进度和知识点掌握程度。(2)PBL教学方法：课前任课教师根据学生虚拟仿真实验结果和知识点掌握情况的反馈，结合相关知识点分解为多个小问题作为提纲，以问题为导向，将每组24位同学分成3个小组进行学习和讨论，学生需做好课堂讨论前的准备，每个成员需积极发言、开展讨论，在讨论中熟悉课程的重点、难点和弥补各自的不足，最后任课教师以教学大纲为中心对各实验技术知识点进行复盘，对难点和重点精讲，使同学们对实验技术真正掌握，提高科研技术能力和科研素养。

对照组教学：传统的LBL教学法。授课教师以《医学常用实验技术》教材大纲为基础，结合典型案例和相关文献制作多媒体课件，以课堂讲解的方式讲解实验理论知识、实验步骤及问题分析。课程结束后，对学生提出的问题进行答疑和总结。

1.3 教学评价

教学结束后对实验组研究生发放调查问卷，让学生对虚拟仿真联合PBL教学方法对其科研思维能力的提升进行评价。

教学结束后，根据教学内容对两组研究生进行考核，主要包括实验操作能力及科研思维能力两部分。实验操作能力是按照实验操作要求和评分标准对细胞培养、聚合酶链式反应(PCR)及免疫组织化学(IHC)三项实验技术所需材料、操作步骤、实验结果分析等方面进行评分，考察学生的实验操作能力。科研思维能力是要求学生根据科研选题，结合文献阅读，提出科学问题，拟定出技术路线图和使用实验方法，考察学生的科研思维能力。两项能力考核满分各为50分，总共100分，由2名教师根据评分细则进行打分，再分别取平均分，对比教学前后两组研究生实验操作能力和科学思维能力的教学效果，教师评分时不知道学生的具体分组情况。

2 结 果

对实验组的研究生进行匿名问卷调查，共发放问卷24份，回收有效问卷24份。调查结果显示：100%的学生认为“虚拟仿真+PBL教学法”使他们的科研实操能力、科研的积极性得到有效提升，且对课程的满意度高达95%(23/24)以上，90%以上的同学认为对自身整体科研能力有所提高，但对外语水平能力提高作用不明显。结果见表1。

表1 实验组研究生科研能力提高情况分析[n(%)]

根据实验组的问卷调查结果，绘制出各项科研能力指标的雷达图，可以看出学生对科研能力评价从高到低依次是：科研的积极性、科研实操能力、科研设计能力、论文撰写能力、科研创新能力及外语水平能力，其中外语水平能力的评价最低(图1)。

图1 实验组各项科研能力指标比较雷达图

两组研究生在细胞培养、PCR及IHC三项实验技术的实验操作能力考核(包括所需材料、操作步骤、实验结果分析)的综合得分，以及科研思维能力考核(包括科研选题、文献回顾、课题设计、拟定技术路线图、使用实验方法)的综合得分进行比较，实验组研究生无论是实验操作能力还是科研思维能力的评分均优于对照组，二者差异有统计学意义(<0.001)。如表2所示。

表2 两组研究生实验操作能力和科研思维能力的综合评分比较(分，

3 讨 论

近几年来，高校研究生扩招给医学研究基础实验技术教学带来了巨大的压力，传统的教学方法存在“理论与实际脱节、教学与实践脱离”的弊端，并且传统的实验技术教学主要依赖费用高昂的实验设备，前期投入大、后期维护费用高，加上实验课时紧张、实验设备不足、实验易耗品消耗加大等诸多实际问题逐渐突显，教学模式的改革势在必行。

虚拟仿真教学的引入为现代实验技术教学打开了新的视野，它不仅可以使实验设备、实验试剂反复操作以降低实验成本，而且通过沉浸式的互动方式为研究生提供了更形象逼真的实验技术学习环境。本研究初次尝试对研究生的医学研究基础实验技术教学进行改革，探索虚拟仿真模拟教学平台联合PBL教学法应用于细胞培养、PCR及IHC三项实验技术教学中。通过事先在实验技术理论教学前给予学习虚拟仿真实验，让所有的研究生熟悉课程重点，掌握三项实验技术的实验试剂、操作步骤、实验结果分析解读等内容，课程结束后采用问卷的形式调查实验组研究生对虚拟仿真实验技术联合PBL教学法的评价，并对两组学生进行实验操作能力和科研思维能力进行考核评分，对比教学效果。结果显示：100%的学生认为“虚拟仿真+PBL教学法”使他们的科研实验操作能力、科研积极性得到有效提升，且对课程的满意度高达95%以上，90%以上的同学认为对自身整体科研能力有所提高。另外，实验组研究生无论是实验操作能力还是科研思维能力的评分均明显优于对照组，并且他们在模拟平台中操作的一次成功率、实操娴熟程度、实验结果分析能力方面也表现突出，虚拟仿真联合PBL教学方法的应用更能激发研究生的科研兴趣，提升他们的实验操作能力。

本研究采用“虚拟仿真+PBL教学法”联合教学方式成效明显，主要原因在于：研究生在进入实验室之前通过虚拟仿真实验反复模拟的训练，提前开展了实际操作的演练，生动地模拟实验操作场景，有效地缩短了预实验的时间，帮助学生进行正确实验操作和判断实验结果，增加实验成功率，从而增强了学生自信心，提升科研积极性。虚拟仿真实验教学突破了传统实验教学的局限性，其更直观、生动、开放、便捷的优点获得学生们的青睐。其次，PBL教学可较好地激发学生的学习兴趣和自主学习能力，用所学知识解决实际问题。这两种教学方法深度结合，相互融合，相得益彰，较好地凸显出新型联合教学方法的优势。近年来，虚拟仿真教学法、PBL教学法应用在其他医学教学内容上也取得良好的成效。王天晓等的研究显示“虚拟仿真+翻转课堂”教学模式能使二者优势互补，达到提高生化实验教学水平的目的。张亚林通过虚拟仿真模型人结合PBL教学法应用于老年护理学课程教学中，发现有助于提高护士的临床思维能力、综合学习能力和教学满意度。余琳等人通过自动化仪器虚拟仿真项目应用在医学检验实验教学，提升了实习生学习兴趣和自主学习能力。李旭波等通过虚拟仿真实验系统结合PBL教学方法应用在药理实验教学中，提高了实验课的教学质量。

综上所述，虚拟仿真实验联合PBL教学方法能够弥补传统教学中的缺陷，不但提高了研究生基础实验技术的操作能力，还增强了研究生的科研兴趣和自主学习的积极性，培养研究生的科研综合素养，提高研究生教育教学质量。这是一次研究生教育教学课程改革的尝试与突破，为后期的其他实验技术教学提供了前期基础，值得在研究生教育教学改革工作中推广。