虚拟仿真实验在医学微生物学教育中的双重驱动：基于自我决定论与技术接受模型的整合研究

《BMC Medical Education》：Virtual simulation experiments in medical education: technology acceptance, learning outcomes, and motivational impacts

本研究针对医学微生物学教育中传统实验教学的局限性，开发并评估了一套用于肠道病原体分离培养鉴定的虚拟仿真实验(VSE)系统。研究人员结合自我决定论(SDT)与技术接受与使用统一理论(UTAUT2)框架，通过随机对照试验发现，VSE组在操作技能(89.6±5.2 vs. 81.8±6.3, p<0.01)和知识保留(87.4±4.4 vs. 81.8±5.0, p<0.01)方面均显著优于传统教学组。研究表明VSE通过满足学生的自主性和能力感需求有效提升了内在学习动机，为医学教育创新提供了重要实证依据。

　　

在医学教育领域，实验室技能的培养一直是核心环节，尤其在微生物学这类需要高度实践性的学科中。然而传统的实验教学正面临着多重挑战：昂贵的实验耗材、潜在的安全风险、有限的设备资源，以及难以满足每位学生个性化重复练习的需求。这种矛盾在医学微生物学教育中尤为突出——学生们需要在安全环境中熟练掌握病原体分离、培养和鉴定等关键技能，但现实条件往往限制了他们的实践机会。

正是在这样的背景下，虚拟仿真实验(Virtual Simulation Experiments, VSE)技术应运而生，为医学教育创新提供了新的可能。尽管VSE技术已在多个医学学科中得到应用，但对其在医学微生物学这一关键领域的效果评估仍缺乏系统研究。更值得注意的是，现有研究大多关注技术层面的操作技能提升，而忽视了影响学习效果的两个关键因素：学生的内在学习动机和对新技术接受程度。

李开月等研究人员在《BMC Medical Education》上发表的研究，正是针对这一研究空白展开的深入探索。该研究创新性地将自我决定理论(Self-Determination Theory, SDT)与技术接受与使用统一理论2(Unified Theory of Acceptance and Use of Technology 2, UTAUT2)整合为一个理论框架，从内在动机和外在技术接受度两个维度，全面评估了VSE在医学微生物学教育中的效果。研究团队开发了一套专门用于肠道病原体分离、培养和鉴定实验的VSE系统，并通过严格的随机对照试验，比较了VSE教学与传统教学方法的学习效果差异。

本研究采用了多方法研究设计，主要关键技术方法包括：1）基于Kolb体验式学习周期的虚拟仿真实验系统设计，包含具体体验、反思观察、抽象概念化和评估修订四个阶段；2）随机对照试验设计，将90名来自中国某医学院校的医学生随机分为VSE实验组和传统教学对照组；3）多维度评估工具，包括操作技能评价量表、学习行为参与问卷和学习体验访谈等；4）结合定量统计分析和定性主题分析的混合研究方法。

操作技能掌握

研究结果显示，VSE组学生在操作技能的各项评价指标上均显著优于传统教学组。在实验程序正确性方面，VSE组得分为89.6±5.2，显著高于对照组的81.8±6.3(t=6.343, p<0.01)。在操作步骤流畅性方面，VSE组得分87.7±5.4，对照组为79.4±9.5(t=5.121, p<0.01)。特别是在选择性培养基使用、细菌形态观察和生化反应等关键步骤中，VSE组学生的操作准确率提高了18%。这种优势主要归因于VSE提供的可控、交互式学习环境，使学生能够进行重复练习，最大限度地降低错误率，并培养学习自我调节能力。

理论知识保留

在知识保留方面，VSE同样展现出显著优势。课程结束两周后的知识保留测试中，VSE组平均得分85.6±4.1，显著高于对照组的80.4±4.8(t=5.551, p<0.01)。VSE组学生对病原体鉴定原理、培养基作用等基础微生物学概念的理解准确率达到92%，而对照组仅为80%。这表明VSE提供的即时反馈和视觉强化功能，特别有助于促进建构主义学习，学生通过主动参与和情境应用在已有知识基础上进行深度建构。

学习动机与参与度

VSE教学不仅提升了技能掌握和知识保留，还显著增强了学生的学习动机和参与度。李克特量表调查数据显示，两组在实验兴趣、信心和任务参与意愿方面存在显著差异(p<0.01)。VSE组学生报告称，VSE的沉浸式和交互式特性提高了他们对实验过程的兴趣和信心。这一发现与自我决定理论相吻合，该理论强调了自主性、能力感和关联性在培养内在动机中的重要性。

学习行为参与与实验结果的相关性

Pearson相关分析揭示了学生参与度与操作任务表现之间的密切关系。学生参与度与技能掌握呈强正相关，特别是在实验准确性(r=0.33, p<0.01)、实验步骤流畅性(r=0.25, p<0.05)以及独立性和决策能力(r=0.27, p<0.05)方面。参与度高的VSE组学生不仅表现更好，而且在结果分析和解释方面也展现出更强能力，错误率低于5%，而对照组为15%。

用户满意度分析

学生对VSE系统的满意度较高，易用性评分4.5±0.6(95.6%)，实验步骤清晰度4.5±0.9(86.7%)，反馈及时性4.6±0.5(97.8%)。值得注意的是，93.3%的学生表示愿意继续使用VSE，凸显了其作为医学教育可持续、可扩展工具的潜力。

研究结论与讨论部分强调，VSE在医学微生物学教育中的有效性源于内在动机因素（基于心理需求）和外部条件（与技术接受度相关）之间的协同作用。研究发现，VSE的沉浸式和交互式特性通过满足自我决定理论中的两个基本心理需求显著提升了学生的动机和参与度：学生按照自己的节奏掌握程序的能力增强了他们的能力感，而在没有指导教师干预的情况下犯错和改正的自由培养了他们对学习过程的自主感。

同时，技术接受与使用统一理论2的构念在解释VSE成功实施方面同样关键。学习结果的显著改善直接反映了绩效期望，而系统易用性的高用户满意度评分则突出了努力期望的重要性。质性反馈还显示，学生使用创新工具的新奇感和同伴认可激励了他们，指出了社会影响的作用。

然而，研究也揭示了VSE在培养学生独立性和决策能力方面的局限性。根据自我决定理论，培养自主性不仅需要练习机会，还需要决策自由和探索替代解决方案的空间。虽然VSE的结构化特性有效支持了技能获取，但它可能无意中限制了学生行使独立判断的能力，因为他们倾向于依赖系统的反馈而不是自己的问题解决策略。

这一发现为下一代VSE的设计指明了重要方向。未来开发应重点探索人工智能和更先进的虚拟现实技术整合，将VSE从静态的引导平台转变为自适应的个性化学习伙伴，通过创建动态、开放式的场景来促进真正的决策能力。

该研究的实际意义对教育者和教学设计者十分明确：VSE开发必须超越单纯复制物理实验，明确整合促进学生自主性和能力感的功能特征；为确保技术接受度，VSE系统必须直观、可靠且易于导航；成功的VSE实施不仅需要提供软件，还需要建立支持性生态系统，包括为学生提供强大的技术支持和为教育者提供全面培训。

总之，当经过深思熟虑的设计和实施时，VSE是一种强大、可扩展且引人入胜的工具，有可能改变医学实验室教育，为传统方法提供有效替代方案。该研究通过整合自我决定理论和技术接受与使用统一理论2，为理解VSE的教育影响提供了全面理论框架，为医学教育技术创新提供了重要理论和实践启示。