国内虚拟现实技术对护生学习效果影响的Meta分析

花巍

虚拟现实技术(virtual reality，VR)，又称“灵境技术”“赛伯空间”，是一种采用现代高科技手段生成的视、触、嗅、味觉等一体化的虚拟环境，用户借助设备操作虚拟对象，产生如同在真实环境中操作的感受和体验[1]。VR技术在实际应用中具有交互性、沉浸性和想象性等特点，体验者可通过用户终端(如VR头盔式立体显示器)与输出设备(如操纵杆、数据手套)在视觉、听觉、触觉多感觉中进行沉浸式体验，与虚拟现实系统进行互动，在相互的反应和反馈中达到身临其境的感受，以此实现激发学生学习动机、帮助学生建构和理解知识、提高学习效果的目的，现被广泛应用于医学教育领域。我国护理虚拟仿真技术起步相对较晚，研究结果也不尽相同。如李红梅等[2]发现，相对于传统多媒体教学，交互式VR可有效提高护生的理论成绩和技能成绩，并有助于激发学生学习的兴趣和主动性。但是，王莉萍等[3]发现VR教学仅在增强被动学习能力和与他人沟通能力方面对护生有积极影响，在增加护理职业认同感、提高文献资料查阅能力及分析问题能力等方面却没有表现出显著优势。此外，VR开发成本高，存在晕眩体验、人机交互不足等缺陷[4]，国内有关VR技术在护理教学中应用效果的研究样本量小，实验结果难有普适性[5-6]。部分研究还存在“重描述性数据，轻实验考证”“实验设计有余，变量操纵不足”等问题，也在一定程度上降低了VR教学效果，影响了研究结果的科学性和可信度[7]。

为全面了解VR在我国护理教学领域的研究现状，我们采用Meta分析方法[8]对国内近五年相关研究逐个进行严格评价和分析，再用定量合成的方法对资料进行统计学处理，以探究护理课程中VR对护生学习效果的影响，同时分析VR教学对护生成绩影响是否在学制、课程、VR技术类型等调节变量上存在差异。

1 研究方法

1.1 文献检索

以“虚拟现实、虚拟仿真、VR、virtual reality；护生、护理教学、nursing”为检索词，以主题词结合自由词的形式，电子检索PubMed、中国知网(CNKI)、维普(VIP)、中国生物医学文献数据库(CBM)、万方数据库。同时追查相关灰色文献(http://www.kb.nl/infolev/eagle/frames.htm)和纳入文献的参考文献。检索时限从2015年1月至2020年5月。

1.2 文献筛选纳入标准

①研究主题必须是国内VR在护理教学中对护生学习效果的影响；②研究设计必须是实验研究或准实验研究；③研究对象中实验组通过VR技术进行教学干预，对照组没有利用VR技术进行教学干预，或者包括前测与后测，前测为使用VR教学前，后测为使用VR教学后；④统计方法恰当，有原始数据且数据质量可靠，包括样本量(N)、平均数(M)、标准差(SD)、t值或者P值；⑤对同一作者、研究同一人群的重复发表文献，选择质量最高的一篇作为研究文献。

1.3 文献编码

编码内容主要包括：作者信息、发表年份、样本量、实验研究学制、研究课程、VR应用类型及学习效果。其中实验研究学制包括中专、大专、本科三个学制。研究课程包括基础护理学、急危重症护理学、内科护理学、解剖护理学、妇产科护理学、中医护理学。文献中涉及到的VR技术类型包括两类：桌面式VR系统和沉浸式VR系统[9]。学习效果分为理论成绩、操作成绩以及学习兴趣、自主学习能力、分析及解决问题能力、临床思维能力、团队协作能力。以上数据邀请两名评价员采用统一的数据提取表，独立提取资料，而后交叉核对。如遇分歧由第三位研究者协助解决。

1.4 统计学方法

使用STATA 15.1软件计算整体效应值，以此探究VR教学对护生学习效果的影响，同时进行亚组分析，评估不同学制、课程、VR类型对学习成绩的影响。评估发表偏倚采用Egger法，P>0.05表示无偏倚，反之存在发表偏倚。异质性检验采用χ2检验和I2来估计研究之间的异质性。以P<0.10为多个研究有异质性，I2=25%～<50%，为轻度异质性；I2=50%～<75%，为中度异质性；I2=75%～100%，为高度异质性[10]。若各文献间同质采用固定效应模型(fixed-effect method)，反之采用随机效应模型(random-effect method)并应用事后敏感性分析(post-morten sensitivity analysis)[11]探究异质性来源。

2 结果

2.1 纳入文献情况

经初步筛选后获得相关文献62篇，进一步排除综述类文献34篇，数据不全文献2篇，无实验对照组文献2篇，未使用VR软件1篇，实验数据重复1篇，最终纳入19篇有效文献[2-3，12-28]。其中，中文文献18篇，英文文献(香港)1篇。

2.2 发表偏倚检验

采用Egger法检验文献的发表偏倚情况，回归检测结果显示，有关理论成绩纳入的文献中，t=1.38，P=0.206，表明研究样本不存在发表偏倚；有关操作成绩纳入的文献中，t=1.60，P=0.134，表明研究样本也不存在发表偏倚。

2.3 Meta分析结果

2.3.1 VR对学习效果影响的整体效应分析

2.3.1.1 VR教学对护生理论成绩的整体影响 异质性结果显示，P<0.001、I2=92%，表明各研究间存在异质性，故本研究运用随机效应模型进行评估。10篇(准)实验研究的合并效应值(SMD)为1.01(95%CI：0.67～1.36)，Z=5.73，P<0.001，差异有统计学意义。当效应值为0.2左右，可以认为影响较小；当效应值在0.5上下时，被认为有中等影响；当效应值在0.8左右时，被认为是影响显著[29]。本研究SMD>0.8，可认为VR教学对护生理论成绩有显著影响。

2.3.1.2 VR教学对护生操作成绩的整体影响 异质性结果显示，P<0.001、I2=96.4%，表明各研究间存在异质性，故运用随机效应模型进行评估。15篇(准)实验研究的合并效应值(SMD)为1.12(95%CI：0.69～1.55)，Z=5.06，P<0.001，差异有统计学意义。结果表明，VR教学对护生操作成绩有显著正向影响。

2.3.1.3 学习效果中其他5个维度统计分析 除理论成绩及操作成绩外，本研究综合纳入的文献数据，又将学习效果分为5个维度，包括学习兴趣、自主学习能力、分析及解决问题能力、团队协作能力以及临床思维能力。5项Meta分析均存在不同程度异质性，采用随机效应模型进行分析。结果表明，VR教学对护生自主学习能力、分析及解决问题能力、临床思维能力三方面均有显著正向影响(P<0.05)，但在提高护生学习兴趣及团队协作能力两方面影响未达到统计学意义(P>0.05)，如表1所示。

表1 VR对护生5种维度学习效果的影响

2.3.2 VR教学对护生成绩影响的亚组分析

2.3.2.1 VR教学对护生理论成绩影响的亚组统计分析 ①按学制进行亚组分析。由于中专组只涉及1篇文献，这里只分析大专组和本科组。两组均存在异质性(大专组P<0.001、I2=94%；本科组P<0.001、I2=90.1%)，故均用随机效应模型计算。结果显示，大专组合并效应值(SMD)为0.89(95%CI：0.36～1.42)，Z=3.31，P=0.001；本科组合并效应值(SMD)为1.14(95%CI：0.65～1.63)，Z=4.54，P<0.01。结果表明，VR教学对大专及本科护生理论成绩均有显著正向促进作用。②按课程进行亚组分析。分为急危重症护理学、内科护理学和基础护理学。其中急危重症护理学和内科护理学两组均存在异质性(危重症护理学组P<0.001、I2=92.1%；内科护理学组P<0.001、I2=96.5%)，故用随机效应模型计算。基础护理组间不存在异质性(P=0.435、I2=0%)，采用固定效应模型计算。结果显示，急危重症护理学组合并效应值(SMD)为1.32(95%CI：0.74～1.89)，Z=4.50，P<0.001；内科护理学组合并效应值(SMD)为1.55(95%CI：-0.05～3.15)，Z=1.89，P=0.058；基础护理学组合并效应值(SMD)为0.54(95%CI：0.39～0.69)，Z=6.91，P<0.001。结果显示，基础护理学中VR对护生理论成绩有中等正向影响，而在急危重症护理学中正向影响更为显著。但是在内科护理学中，VR对护生理论成绩的影响未达到统计学意义(P>0.05)。③按VR类型进行亚组分析。纳入文献仅涉及两类，分为桌面式及沉浸式。两组均存在异质性(桌面式P<0.001、I2=90.0%；沉浸式P<0.001、I2=97.5%)，故用随机效应模型计算。结果显示，桌面式合并效应值(SMD)为0.92(95%CI：0.58～1.25)，Z=5.40，P<0.001；沉浸式合并效应值(SMD)为1.45(95%CI：-0.35～3.24)，Z=1.58，P=0.114。结果表明，桌面式VR教学对学生理论成绩有显著正向促进作用，然而沉浸式VR教学对护生理论成绩影响并未达到统计学意义(P>0.05)。

2.3.2.2 VR教学对护生操作成绩的亚组统计分析 ①按学制进行亚组分析。由于中专组只涉及1篇文献，这里只分析本科组和大专组研究。两组均存在异质性(本科组P<0.001、I2=97.9%；大专组P=0.034、I2=61.5%)，故均用随机效应模型计算。结果显示，本科组合并效应值(SMD)为1.82(95%CI：1.01～2.63)，Z=4.39，P<0.001；大专组合并效应值(SMD)为0.73(95%CI：0.53～0.94)，Z=7.01，P<0.001。结果表明，VR教学对本科及大专学生操作成绩均有较显著正向促进作用，对本科学生操作成绩影响更佳。②按课程进行亚组分析。故用随机效应模型计算。结果显示，急危重症护理学组合并效应值(SMD)为1.31(95%CI：0.74～1.89)，Z=4.47，P<0.001；内科护理学组合并效应值(SMD)为12.62(95%CI：-11.18～36.42)，Z=1.04，P=0.299；基础护理学组合并效应值(SMD)为0.72(95%CI：0.56～0.88)，Z=8.61，P<0.001。结果显示，基础护理学中VR对护生操作成绩有中等正向影响，而在急危重症护理学中正向影响更为显著。但是在内科护理学中，VR对护生操作成绩的影响未达到统计学意义(P>0.05)。③按VR类型进行亚组分析。分为桌面式及沉浸式。两组均存在异质性(桌面式P<0.001、I2=93.0%；沉浸式P<0.001、I2=99.5%)，故用随机效应模型计算。结果显示，桌面式合并效应值(SMD)为0.79(95%CI：0.48～1.10)，Z=4.96，P<0.001；沉浸式合并效应值(SMD)为12.62(95%CI：-11.19～36.43)，Z=1.04，P=0.299。结果表明，桌面式VR教学对学生操作成绩有显著正向促进作用(P<0.05)，然而沉浸式VR教学对护生操作成绩影响并未达到统计学意义(P>0.05)。

2.4 敏感性分析

在上述VR教学对护生理论成绩和操作成绩影响的Meta分析中，采用敏感性分析探究异质性来源。如图1、2所示，纳入文献效应值均在置信区间内，并未发现异质性来源，说明本次Meta分析研究结果较为可靠。

图1 VR教学对护生理论成绩影响效果的敏感性分析

3 研究结论

本文采用Meta分析法对国内近五年有关护理VR教学对护生学习效果的实验或准实验研究进行分析，主要得到如下研究结论：

图2 VR教学对护生操作成绩影响效果的敏感性分析

第一，VR教学对护生理论成绩和操作成绩均有显著促进作用。对护生的自主学习能力、分析及解决问题能力及临床思维能力方面均有显著正向影响(P<0.05)，但对提高护生学习兴趣及团队协作能力两方面影响未有统计学意义(P>0.05)。VR技术可模拟不同病例、不同病情的患者，设计不同的虚拟护理方案，护生置身于场景中可体验在传统教学情况下无法体验到的临床情境和过程，通过综合临床护理环境的演练，有助于提升学习效果，提升综合临床护理经验[30]。但由于我国目前广泛应用的VR软件中的患者多为不生动的模拟人形象，学生在操作中只见物不见“人”，缺乏真实性，可能会造成在使用过程中易出现厌倦感而失去学习兴趣[31]。而且大多数护理类VR软件仅将教材上的实验流程照搬到屏幕上，护生只需记忆操作顺序，在电脑上拖曳鼠标即可完成操作，缺乏团队协作及与患者沟通方面的培训，这些可能是导致护生这两项能力未出现正向影响的原因[32]。可见，应用于护理课程的VR教学效果不是绝对的，其推广和普及还需综合更多教学成果，深入分析VR教学对护生学习效果的正向影响机理。

第二，VR教学对大专和本科护生都有正向显著效果，且对本科护生效果更佳。可能原因是由于医学的专业性较强，大部分VR技术人员不熟悉医疗护理领域，因此编写虚拟病例软件时往往不能正确划分重点和难点，而且大部分病例需要结合多学科知识点进行分析，需要学生具备扎实的基础知识和较强的临床综合分析能力[33]，这些方面本科生往往更能体现出优势。

第三，从学科看，VR教学在基础护理学中对护生理论成绩及操作成绩均有中等正向影响，而在急危重症护理学中正向影响更为显著，表明VR的虚拟教学更适合急危重症护理学这类课程。但是在内科护理学中，VR对护生理论成绩及操作成绩的影响不大(P>0.05)。笔者认为可能原因在于内科护理学课程教学内容的特殊性，对VR教学功能的使用更有深度，对学生某一维度的能力要求更高些。为深入验证VR应用于内科护理学是否能够促进学生成绩，未来仍需加入更多相关教学成果。

第四，从VR类型看，桌面式VR教学对学生理论成绩及操作成绩均有显著正向促进作用，但沉浸式VR教学对护生理论成绩及操作成绩影响不大(P>0.05)。有研究表明，沉浸式VR系统较其他类型对学生成绩影响更大[4]，与本研究结果不一致。其原因可能是沉浸式VR系统本身较桌面式VR系统更为复杂，耗费更高，应用于护理教学时要求更专业的技术人员，由此导致沉浸式VR系统并未大规模开发应用，所以目前已有的较少的沉浸式VR系统在护理教学应用中可能存在缺陷[34]。

可见，VR教学对护生学习效果有正向积极影响，是有效提高护生理论成绩、操作成绩以及临床综合能力的手段，但是并非适用于所有护理课程，不同VR类型对学习效果影响也不同。因此，不能盲目实施，而应根据不同学制、不同课程等科学合理地使用，更要结合专业能力培养方向，有针对性地使用到实际教学操作中。

4 局限性及建议

4.1 本次Meta分析的局限性

第一，研究仅涉及VR在护理课程中的应用效果，且在课程亚组分析中，由于数据有限，没有在解剖护理学、妇产科护理学、中医护理学等课程中进行分析；在学制亚组中，李宝敏等[4]研究发现，高度拟真的虚拟教学更易激发中学生的动机和创造性思维，对中学生学习效果影响比其他学制更佳。但是，本研究由于数据有限，未能探究VR教学对中专护生学习效果的影响。

第二，本次Meta分析组间异质性较大，可能由于原始研究间研究对象纳入标准、VR教学实施方法、教师对VR软件应用熟练度等存在差异。虽然经过亚组分析及敏感性分析确保了总体效应值的稳定性，但却不能减少已纳入的研究结果存在的误差[34]。

4.2 建议

4.2.1 有效推进VR与教育教学的深度融合

鉴于VR教学对提高护生综合能力有不同程度的影响，其中对提高护生学习兴趣及团队协作能力两方面效果不显著，本研究建议在VR技术中增加人际沟通模块，营造多元、灵活有效的VR教学体系与生态系统，并保证临床实习时间，在实践中巩固人际沟通的技巧，推进VR与教育教学的深度融合与创新应用。在学制选择与推广应用方面，鉴于VR教学对本科学生成绩的影响更显著，大学教师可优先开展VR教学，提高大学生的综合能力，激发其创新潜能。同时，增加VR在中职学制的研究数量，探究VR在中职学制应用效果，再加大VR在大专学制的应用研究，探讨VR 在中大专学制应用效果不如本科学制的深层原因，可为实现各学制VR教学成效的最优化提供方向。在学科应用方面，鉴于VR教学能显著地提升基础护理学、急危重症护理学的学习成绩，该课程教师应加大探索VR技术教学应用的力度，探索学生学习的深度和成效。对VR教学实施效果较弱的内科护理学，教师应充分借助VR技术创设拟真的教学环境，设计角色扮演，以强化学生情感交流，提升教学的价值内涵，课后通过反馈不断改进，促进学生综合素质的提高。

4.2.2 提升教师综合能力，增强VR应用效果

教师不仅要参与教学的全过程，同时要担任技术专家，负责虚拟环境、角色创建、教学日程安排等职责[35]。因此，教师应熟知VR教学的内涵及特点，并且根据护生的年龄特点、认知基础以及先前知识水平，进行个性化调整。建议学校与VR技术相关企业加强交流，由具有高级编程技能的专家与护理教师或护士合作开发符合学生培养要求和临床需求的产品[36]，教师在授课时应结合不同的知识类型特征及教学重难点，将VR技术与思维导图、微课等媒体结合，运用课堂教学与VR教学形成优势互补。鉴于沉浸式VR教学对护生成绩影响不显著，建议教师充分考虑学生的学习风格及认知特点，基于现有学习水平合理分配角色，以促进学生角色适应与身份认同感，将其所学知识技能迁移到真实任务中，建立知识及应用情境之间的联系，实现对抽象知识应用情景的真实再现，课后教师再追踪并评估学生的学习成效，及时为学生提供有效反馈[30]。学校应鼓励教师实践并积极探索VR与教育教学深度融合的教学模式，提升VR在各类学科中的应用效果。

4.2.3 完善现有研究的论证强度

国内护理领域中虚拟现实技术的应用还处于初级阶段，研究中大部分文献没有具体描述随机分配的方法，因缺乏设计严谨、科学的随机对照实验研究，限制了该技术在护理教育领域的推广应用。因此，为了得到论证强度高、结果可信的研究成果，有必要进行设计严谨、统一的随机对照实验的研究。中职院校中应用虚拟现实技术的文献过少，说明仍有许多护理领域虚拟现实技术的应用是空白，但因该技术设备价格相对昂贵，且需要计算机专业人员完成虚拟现实系统设计与实现，研究具有一定的困难，这可能是目前文献数量少的原因。

因此，以后有必要继续进行有关护理课程应用VR教学对学生学习效果的研究，并增加多学科、多学制、多种VR类型的研究次数，多开展科学严谨的随机对照实验研究，以及采用分层分析、标准化或多因素分析的方法处理研究中产生的混杂偏倚等，为虚拟现实技术在护理领域的推广应用提供可靠的证据支持，从而进一步提高Meta分析的准确性，为虚拟仿真技术更好地应用于护理教育提供参考。