生理学中游戏化团队学习模块的学生参与度和表现的准实验交叉研究

《Medical Education Online》：A quasi-experimental crossover study on student engagement and performance in a gamified team-based learning module in physiology

　　

摘要目的：游戏化在医学教育中被广泛采用，但近期系统综述显示其对学习结果的影响不明确。目前尚不清楚参与度是否转化为学习，或者游戏机制是否施加了额外的认知负荷。这项准实验交叉研究探讨了游戏化对团队学习中学生表现和参与度的影响。方法：250名在某一三级医学院（2024-2025学年）就读的一年级内外全科医学士（MBBS）学生参与了两个生理学模块（中枢神经系统、内分泌学）的学习，采用交叉设计，分别使用传统或游戏化的团队准备度保证测试（Group Readiness Assurance Test，GRAT）。主要结局指标为个人准备度保证测试（Individual Readiness Assurance Test，IRAT）和应用练习（Application Exercise，AE）得分；次要结局指标为参与度和满意度。结果：主要结局指标（IRAT和AE得分）在两种格式之间无显著差异。然而，学习轨迹分析揭示了一个潜在的缓解趋势：在内分泌学模块中，传统组显示IRAT到AE的得分显著下降（–3.3个百分点，p = 0.030，d = 0.19），而游戏化组的下降不显著（–1.9个百分点，p = 0.124，d = 0.13）。在GRAT干预阶段，传统组在内分泌学模块中的表现优于游戏化组（p = 0.006，d = 1.04），但在中枢神经系统模块中无差异（p = 0.43）。定性反馈绝大多数为正面评价（90%的回复），赞扬了参与度和团队合作，尽管13%的回复提及时间压力带来压力。结论：游戏化可能增强参与度，并可能在挑战性内容中为表现下降提供动机缓冲。这表明游戏化是一种情境敏感的设计选择，需要仔细校准以平衡动机益处与认知成本。

**论文解读：游戏化团队学习模块对学生参与度和表现的影响——基于准实验交叉设计的实证研究**

**研究背景与问题**
团队学习（Team-Based Learning，TBL）已成为健康专业教育中主动学习的核心方法，其结构化的个人准备、准备度保证和应用环节能有效促进问责制和更高层次的思维。然而，为了进一步优化学习体验，教育者开始引入游戏化（gamification）——即在非游戏情境中使用游戏设计元素。尽管游戏化在医学教育中日益普及，但近期系统综述显示其对学习效果的影响并不一致，甚至存在矛盾。一方面，自我决定理论（Self-Determination Theory，SDT）认为游戏化可以满足学生对能力、自主和归属的心理需求，从而增强内在动机；另一方面，认知负荷理论（Cognitive Load Theory，CLT）警告，游戏机制（如复杂规则、时间压力、惩罚性奖励）可能增加额外认知负荷（extraneous cognitive load），消耗本应用于学习的心智资源。此外，关键假设——即增强的参与度自然会转化为更好的学习——尚未得到充分验证。现有研究多聚焦于知识回忆等低阶认知结果，缺乏对高阶思维和深层学习的考察，且方法学上存在样本量小、缺乏对照组、理论框架不足等局限。因此，有必要在理论指导下，通过严谨的准实验设计，专门探讨游戏化在TBL特定阶段（如团队准备度保证测试，GRAT）中的作用，以厘清动机益处与认知成本之间的复杂互动。

**研究内容与结论**
研究人员开展了一项准实验交叉研究，于2024-2025学年在印度马尼帕尔的卡斯特巴医学院（Kasturba Medical College, Manipal）生理学系进行，以250名一年级MBBS学生为样本。研究采用交叉设计，所有学生参与两个生理学模块（中枢神经系统与特殊感觉，CNS-SS；内分泌学），每个模块中，学生分别经历传统格式或游戏化格式的GRAT。主要结局指标为个人准备度保证测试（IRAT）和应用练习（AE）得分，次要结局指标为参与度和满意度。研究得出以下结论：游戏化可能增强学生参与度和团队合作，但并未显著提升即时学习表现（IRAT和AE得分）；然而，在挑战性内容（内分泌学）中，游戏化可能为表现下降提供动机缓冲，表现为与传统组相比，游戏化组的IRAT至AE得分下降幅度更小且不显著。论文发表在《Medical Education Online》。

**关键技术方法**
- 准实验交叉设计：两组学生（每组125人）在两种格式间交叉，以控制顺序和主题效应。
- 游戏化平台：使用基于网络的游戏化平台（Interacty?），包含金币奖励与惩罚、转盘随机奖励（如免费通行、额外金币、偷取金币）、时间压力机制。
- 反馈评估：基于Kirkpatrick四层模型开发李克特量表问卷，涵盖动机、团队合作、学习效能等维度，并收集开放式定性反馈。
- 数据分析：使用R软件（版本4.3），采用配对t检验、Wilcoxon符号秩检验、独立t检验、Mann-Whitney U检验、混合模型重复测量方差分析；定性数据采用Braun和Clarke的六阶段主题分析法。
- 样本队列来源：来自印度马尼帕尔卡斯特巴医学院的全部250名一年级MBBS学生，按预先分班随机分配为两组。

**研究结果**
- **参与者特征**：两组学生的基线学术表现无显著差异（Group A均值46.8，Group B均值44.4，p = 0.08）。
- **IRAT得分**：在两个模块中，两种格式的IRAT得分均无显著差异，表明游戏化未影响个人准备水平。
- **GRAT干预阶段表现**：在中枢神经系统模块中，传统组与游戏化组的原始GRAT得分无显著差异；但在内分泌学模块中，传统组显著优于游戏化组（p = 0.006，d = 1.04），说明游戏化在挑战性内容中可能降低了团队协作表现。游戏机制分析显示，95%的CNS团队最终净金币为负值，而内分泌学组为40%；“偷取金币”机制尤为惩罚性，导致高达22金币的损失。
- **应用练习（AE）得分**：两个模块中，两种格式的AE得分均无显著差异，表明游戏化未影响后续独立应用能力。
- **学习轨迹：IRAT至AE的变化**：在中枢神经系统模块中，两种格式均导致IRAT至AE的显著提升（约+6个百分点，中等效应量）；在内分泌学模块中，传统组出现显著下降（–3.3个百分点，p = 0.030），而游戏化组下降不显著（–1.9个百分点，p = 0.124），提示游戏化可能缓冲了挑战性内容中的表现下降。
- **顺序与携带效应**：混合模型ANOVA显示，模块（Session）主效应显著（F(1, 224) = 10.78, p = 0.001, η²_G = 0.017），但格式/顺序主效应和交互效应均不显著，表明交叉设计有效控制了顺序影响。
- **学生参与度与满意度（李克特数据）**：在两个模块中，游戏化组在参与度与动机、学习效能、团队动力学、教学设计四个维度上的平均得分均高于传统组，尤其在CNS模块中差异更明显。
- **定性反馈（主题分析）**：对657条回复的主题分析揭示了四个主要主题：学习增强与临床应用、协作过程与团队动力学、挑战与努力（认知负荷）、对游戏化元素的特定反馈。90%的回复为正面，赞扬参与度和团队合作，但13%提及时间压力带来压力，且少数学生偏好传统TBL。

**讨论与结论**
研究讨论部分提出了一个双通路模型（dual-pathway model），以解释游戏化同时产生的动机效应和认知成本。动机通路（基于SDT）表明，游戏化通过金币奖励、团队合作和竞争机制增强了内在动机，这解释了定性反馈中的高参与度和积极态度。认知通路（基于CLT）表明，时间压力、惩罚性机制和复杂规则可能增加了额外认知负荷，导致游戏化组在内分泌学GRAT中表现更差。双通路模型指出，净效果取决于动机益处与认知成本的相对平衡，且受内容难度和设计细节的调节。研究结论强调：游戏化是一种情境敏感的设计选择，并非自动提升学习的万能工具。当游戏机制与内容复杂度、学生准备度良好匹配时，可以激发协作而不损害学习；反之，则可能增加额外认知负荷，适得其反。因此，深思熟虑的、理论驱动的设计至关重要，以确保追求参与度最终服务于学习目标。未来研究应直接测量认知负荷和动机，以验证所提出的机制。

**研究结论翻译**：本研究表明，游戏化是一种可行且能吸引学生的方法，用于增强TBL中的动机和团队合作。然而，它为以下观点提供了实证支持：参与度并不自动等同于学习，游戏化是一种双刃剑、设计敏感的干预措施，其净效果关键取决于动机益处与认知成本之间的平衡。当游戏机制与内容复杂度和学习者准备度良好校准时，它们可以激发协作而不损害学习；当设计不当时，它们可能施加额外认知负荷，从而削弱本应支持的表现。因此，深思熟虑的、理论驱动的游戏化与内容复杂度、时机和学习者准备度的对齐至关重要，以确保对参与度的追求最终服务于医学教育的首要学习目标。未来研究通过直接测量认知负荷和动机，将能够很好地检验本文提出的机制。