虚拟与混合实验室在医学生教育中的应用效果与前景：一项系统化综述

《BMC Medical Education》：Virtual or blended laboratories for healthcare students education: a systematized review

　　本研究针对COVID-19疫情后医学教育中实践教学资源紧张的问题，系统回顾了2000-2023年间21项关于虚拟实验室(VL)和混合式实验室在基础医学教育中的应用。研究发现视频形式(n=18)是最主要的内容呈现方式，虚拟实验室在认知领域效果显著，尤其在知识获取和问题解决能力方面表现突出，但在精神运动领域效果有限。结果表明虚拟实验室可作为传统实验室教学的有效补充或替代方案，为医学教育数字化转型提供了重要依据。

　　

在医学教育领域，实验室教学一直是培养医学生实践能力的重要环节。传统的实验室课程需要学生亲自操作仪器、进行实验，这不仅能加深对理论知识的理解，还能培养解决问题的能力和动手操作技能。然而，这种传统教学模式面临着诸多挑战：实验室设备昂贵、空间有限、时间安排不够灵活，而且在全球突发公共卫生事件如COVID-19疫情期间，面对面的实验教学更是受到了严重冲击。

随着多媒体技术和网络平台的快速发展，虚拟实验室(Virtual Laboratory, VL)应运而生。这种基于互联网的模拟环境可以让学生在任何时间、任何地点进行实验操作，大大提高了学习的灵活性和可及性。特别是对于当今的"数字原生代"学生来说，他们更习惯于通过技术手段进行学习。然而，虚拟实验室能否真正替代或补充传统实验室教学？它在不同学习领域的效果如何？这些都是医学教育工作者迫切需要回答的问题。

为了系统评估虚拟和混合式实验室在医学教育中的应用效果，Safaeipour等研究人员在《BMC Medical Education》上发表了一项系统化综述。该研究全面分析了2000年至2023年间的相关文献，旨在揭示虚拟实验室的教学效果、学生评估方法、内容传递方式以及学生满意度等多个维度的现状。

研究方法上，本研究采用了系统化综述(Systematized Review)的方法，遵循PRISMA流程，检索了Web of Science、Scopus、PubMed等数据库和Google Scholar搜索引擎，时间跨度为2000年1月1日至2023年8月1日。研究团队制定了详细的检索策略，使用布尔运算符组合了"blended learning"、"virtual lab"、"online laboratory"等关键词。最终从1461篇文献中筛选出21篇符合条件的研究进行深入分析。研究还明确了虚拟实验室(VL)、远程实验室(RL)和模拟实验室等关键概念的定义，确保概念清晰。两名研究人员独立进行文献筛选和数据提取，Cohen's kappa值为84%，显示出良好的一致性。

研究结果显示，虚拟实验室的内容呈现方式以视频为主(85%)，其次是模拟和游戏化元素。在地域分布上，66%的研究来自发达国家，且80%以上的研究集中在2018-2023年期间，反映出COVID-19疫情对虚拟实验室应用的推动作用。

在学生满意度方面，大多数研究(n=14)报告了学生对虚拟实验室的积极反馈。学生认为虚拟实验室具有时间灵活、可重复学习、提供即时反馈等优势。然而，也有少数研究指出，学生仍然偏好面对面的互动体验，特别是在需要动手操作的实验环节。

从教学效果来看，虚拟实验室在认知领域表现最为突出。13项研究报道了虚拟实验室在知识获取、概念理解和问题解决能力方面的积极影响。在情感领域，4项研究发现了虚拟实验室对学习动机、自我效能感和学习信心的提升作用。相比之下，虚拟实验室在精神运动技能培养方面的证据相对有限，仅有3项研究涉及这一领域。

值得注意的是，虚拟实验室与传统实验室教学的效果比较结果显示，在7项干预性研究中，4项表明确虚拟实验室与传统方法同样有效甚至更优，而3项研究未发现显著差异。这表明虚拟实验室在某些情境下可以成为传统教学的有效替代方案。

在讨论部分，研究者指出虚拟实验室的成功实施依赖于多个因素，包括技术基础设施、教学设计质量和教师培训等。发达国家在虚拟实验室研究和应用方面的领先地位，提示资源投入对成功实施的重要性。同时，研究者也强调虚拟实验室不应完全取代传统实验室，而是应该作为互补的教学工具，特别是在基础知识和技能训练阶段。

主要技术方法

研究采用系统化综述方法，基于PRISMA流程检索多个数据库(2000-2023年)，使用布尔运算符组合关键词进行文献筛选。两名研究者独立进行质量评估(Cohen's kappa=84%)，从1461篇文献中最终纳入21篇符合标准的研究。数据分析重点关注虚拟实验室的教学效果、评估方法和内容呈现方式等维度。

内容呈现方式

研究发现视频是最主要的内容呈现形式(n=18)，占85%。其他方式包括模拟、游戏化和在线演示。在交付模式方面，纯虚拟实验室最为常见(n=14)，而同步/异步和混合式方法相对较少(分别为4项和3项研究)。这种分布反映了当前虚拟实验室技术发展的现状和教育应用的偏好。

学生满意度评估

16项研究评估了学生满意度，主要使用李克特量表问卷(n=7)、调查(n=4)和访谈(n=2)等方法。大多数研究(n=14)报告了学生对虚拟实验室的积极反馈，仅1项研究显示满意度下降，1项研究未发现显著影响。满意度的影响因素包括技术稳定性、互动质量和教学设计等。

教育效果分析

基于Bloom教育目标分类学，研究发现虚拟实验室在三个领域产生不同影响：认知领域(13项研究)主要提升知识获取和问题解决能力；情感领域(4项研究)增强学习动机和自信心；精神运动领域(3项研究)对实践技能培养效果有限。这种差异分布揭示了虚拟实验室的优势领域和局限性。

地域和时间分布特征

研究显示虚拟实验室的应用存在明显的地域差异，66%的研究来自发达国家，且80%以上集中在2018-2023年期间。这一分布特征反映了技术基础设施和资源投入对虚拟实验室发展的影响，同时也凸显了COVID-19疫情对教育技术应用的催化作用。

本研究通过系统分析揭示了虚拟实验室在医学教育中的应用现状和效果。结果表明，虚拟实验室在认知领域表现出色，能够有效支持知识学习和概念理解，同时在提升学习动机和自信心方面也有积极作用。然而，在精神运动技能培养方面，虚拟实验室的效果相对有限，这提示我们需要更加谨慎地评估其在实践技能训练中的适用性。

从教育实践的角度来看，虚拟实验室不应被视为传统实验室的完全替代品，而应该作为互补的教学工具。特别是在基础理论教学、实验前准备和复杂概念理解等方面，虚拟实验室能够发挥重要作用。同时，虚拟实验室的灵活性特点使其特别适合特殊情境下的教学需求，如疫情期间的远程教学或资源有限环境下的教学补充。

未来虚拟实验室的发展需要关注几个关键方向：首先，需要加强虚拟环境中的互动设计和反馈机制，提升学习体验；其次，应该探索虚拟与现实相结合的混合式教学模式，充分发挥各自优势；最后，需要特别关注资源有限环境下的适用性，开发更加普惠的虚拟实验室解决方案。

这项研究为医学教育工作者提供了重要的实践指导，同时也为教育技术研究者指明了未来发展方向。随着技术的不断进步和教育理念的更新，虚拟实验室必将在培养未来医疗卫生人才方面发挥越来越重要的作用。