护理教育领域应用沉浸式虚拟现实技术的概况性评价

林 琳，袁 帅，徐沁悦，郑 娥，杨 梅*

（1.四川大学华西医院，四川 成都 610041；2.四川大学华西护理学院，四川 成都 610000）

沉浸式体验是指人们投入一种活动中去而完全不受其他干扰，需要参与者高度集中注意力获取更多信息，唤醒认知的同时产生联想与顿悟，从而获得更多知识、信息并提高相应技能。将沉浸式体验应用于教学始于20 世纪60 年代的加拿大，如全天候使用目的语进行教学的语言培训项目[1]。以往的沉浸式教学主要通过营造相关氛围，形成封闭式教学环境，让学生沉浸其中提高学习效率。随着现代科技的发展，虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术作为沉浸式体验的载体和实现方式，在教学中的应用更加多元和具体。

VR 技术是以计算机技术为核心的高科技手段模拟生成的视觉、听觉、触觉一体化的虚拟环境，用户借助设备操作虚拟对象，产生如同身处真实环境中操作的感受和体验[2]。根据所应用的VR 技术浸入程度，可将其分为沉浸式和非沉浸式两种[3]。真正的沉浸式VR 技术至少需要包含以下4 个特性：（1）虚拟空间，如由计算机模拟软件编程构建出的仿真环境和空间；（2）沉浸感，由头戴式显示器或计算机图像围绕的房间营造出的浸入虚拟环境中的身心感受；（3）感官反馈，系统根据参与者的身体位置等向他们提供直接的感觉反馈；（4）交互性，系统对用户的行为做出反应或响应[4-5]。将VR 技术应用于护理教育中，可以充分调动学生的感官，让学生身临其境，全面掌握相关知识及技能，因此，在国内外掀起了研究和应用的热潮[6]。但因成本投入大且技术要求高，成熟的沉浸式系统应用并不普及，已报告的沉浸式VR 技术类型和应用目的差异性大。概况性评价作为一种识别和整理研究证据的方法，可以全面了解某一领域现有研究的数量、属性及特征[7]。因此，本研究将以概况性评价方式总结国内外护理教育领域沉浸式VR 技术研究现状，并归纳其使用效果，为护理教育实践提供参考。

1 资料与方法

按照Arksey 等提出的概况性评价方法学框架[8]，结合JBI（Joanna Briggs Institute，乔安娜布里格斯研究所）2015 年发布的指南[9]进行评价，包括研究小组的成立、纳排标准的制定、文献筛选、数据提取和数据整合方法等，同时按照PRISMA（系统评价和荟萃分析优先报告的条目）声明提出的范围综述报告规范[10]进行规范报告。

1.1 文献纳入与排除标准

1.1.1 纳入标准（1）研究对象：学生（在校或实习）专业为护理学；（2）研究内容：包含4 个特征的沉浸式VR 技术，且技术应用目的为护理专业教学或技能培训；（3）研究类型：语言为中文或英文原始研究，包括实验性和观察性研究。

1.1.2 排除标准（1）研究对象：护理学中麻醉或助产专业学生，自考自学的学生或在职护理研究生；（2）研究内容：VR 技术内容描述不详或低沉浸感的VR 技术，如基于电脑桌面、网络的虚拟技术或模拟器等；（3）研究类型：质性研究、横断面研究、灰色文献、会议论文及原始研究中未对沉浸式VR 技术详细描述以及其他不能获取全文的中英文文献。

1.2 文献检索

采用布尔逻辑运算符将主题词与自由词相结合，以“虚拟技术/虚拟仿真/虚拟现实、护理、教育/教学/学生”为中文检索词，以“virtual reality/VR/virtual simulation、nursing/nurses/nurse、educat*/teach*/train*”为英文检索词。搜索的中文数据库包括中国知网数据库、万方数据库和维普数据库，英文数据库包括Pub Med、Web of Science、Scopus、the Cochrane Library（via Ovid）和Embase（via Ovid）。

1.3 文献筛选

文献筛选由两名研究者独立完成。首先根据文献题目和摘要进行初步筛选，随后阅读全文信息进行全文筛选，如有不同意见共同讨论解决，若仍无法达成共识则由第三方介入协商解决。

1.4 资料提取

由两名研究者根据提前设定的资料类别，分别采用统一的表格清单提取纳入文献的各项资料，包括作者、发表年份、国家、研究对象、样本量、沉浸式VR 技术内容、研究目的、研究结果和相关结论。

2 结果

2.1 证据选择

初步检索得到1 692 篇文献，经阅读标题和摘要初步筛选后纳入文献114 篇，阅读全文后最终有9 篇原始研究纳入资料提取及结果综合。文献筛选流程见图1。

图1 文献筛选流程及结果Figure 1 Literature screening process and results

2.2 证据特征

近3 年来沉浸式VR 技术应用于护理教育领域的研究呈上升趋势，但原始研究数量仍有限，本文最终纳入9 项研究[11-19]，来自6 个国家，包含质性研究、类试验性研究和随机对照研究等。沉浸式VR 技术应用场景主要为护理技能训练和护理情景模拟训练，研究目的以收集用户体验反馈和对比技能及理论学习效果为主。9 项研究的具体特征见表1。

表1 纳入文献的证据特征Table 1 Evidence characteristics of the included literature

2.3 结果综合

常见的沉浸式系统硬件通常由头盔式或洞穴式3D 影像显示器构成[20]，以手柄和位置追踪器为交互装置，把参与者的视觉、听觉和其他感觉封闭起来，使参与者暂时与真实环境隔离而成为VR 系统内部的一个参与者，并利用各种交互设备操作和驾驭虚拟环境，让参与者全情投入[21]。纳入的9 项研究均详细介绍了沉浸式VR 技术的系统配置，有2 项使用了空间投影系统，7 项使用了头显系统，而软件则根据应用场景及目的的不同差异较大。5 项研究有明确的实验分组，比较了沉浸式虚拟教育与传统教学模式或非沉浸式虚拟教育的教学效果；3 项研究以问卷调查和横断面研究为主，收集不同类型用户对沉浸式VR技术使用的体验感和系统满意度；1 项研究采用质性研究方法调查学生使用沉浸式VR 技术后的经验及看法。通过以上研究结果可以认为沉浸式VR 技术应用于护理教育领域具有可行性，虽有少部分参与者会出现眩晕、头昏等不适，但通过问卷调查发现参与者体验感较好，满意度较高，培训后的理论和技能评分也体现了较好的学习效果。

3 讨论

3.1 沉浸式VR 技术应用于护理教育领域能取得良好教学效果

护理专业学生需要完成医学基础知识、护理理论学习和护理技能培训等，沉浸式VR 技术的运用可改变传统枯燥的学习模式，充分激发学生的学习兴趣和学习热情，提高学习效果[22]。例如，将沉浸式VR 技术应用于解剖学教学，可以更生动地展现各系统器官的解剖结构及生理学特征，学生也能更直观地了解人体内部器官的结构、空间位置，并借助交互功能按照自己的步骤去解析人体各系统，掌握相关理论知识，Fairén 等[19]的研究从学生角度证实了这一效果。在护理技能训练中引入沉浸式VR 技术，学生不再担心因操作失误造成患者不适或引发医疗纠纷，更专注于技能本身的训练和提高。无菌导尿技术在临床上训练机会非常少，且操作不规范可能会造成患者不适及感染等重大风险，因此Butt 等[17]将沉浸式VR 技术应用于无菌导尿技术训练中并设置无菌技术反馈环节，让学生迅速掌握规范流程的同时也能兼顾重点环节。王萍等[14]在成人真空采血技能培训中发现沉浸式VR 技术组护生理论和技能得分均优于传统教学组。同时，一些特殊场景下要求护理人员有充分的临床判断及推理能力，如灾害救援、危重急救和创伤评估等，传统模拟教学无法营造真实场景，学生难以融入其中。Smith 等[18]利用沉浸式VR 技术培养护士在灾难中去除污染源、防污染和传染的能力以及个人安全防护设备使用能力，从而能够减少错误操作，降低发病率和死亡率。可见沉浸式VR 技术提供了一个独特的教学策略，能让学生在学习临床技能的同时培养协作、沟通以及临床判断能力[23]。

3.2 学生对沉浸式VR 技术的体验感较好，满意度较高

将沉浸式VR 技术应用于护理教育领域仍处于早期发展阶段，因此来自学生的反馈尤为重要，能从受训者角度了解该技术的接受度及可行性。本次纳入的9 项研究中有6 项有参与者反馈记录，其中美国将沉浸式游戏用于护理专业学生无菌导尿技术培训的两项研究[16-17]均使用了Brook 在1996 年研制的系统可用性调查量表（SUS）。该量表具有良好的信效度，总分100分，从个人参与感、系统舒适度、练习的可操作性和反馈性等条目测量参与者对该技术的体验。两项研究结果分别得出总分为64.03 分和72.5 分，均处于体验感较好这一区域。然而调查同时也发现了该技术的缺陷，如个别参与者会出现头晕目眩等不适，使用时间越长症状越明显；目前的系统存在对佩戴眼镜或惯用左手的用户舒适度不够等局限性。一项质性研究通过访谈结合问卷调查了解护理专业学生对两种类型沉浸式VR 技术应用于解剖课程教学的感受和满意度，得出结论VR 技术是一个强大的学习工具，有助于学生了解人体各系统的解剖结构[19]。

3.3 沉浸式VR 技术应用于护理教育领域的局限与挑战

纳入的9 项研究均有沉浸式VR 技术应用时所涉及的硬件、场景及软件的描述，可以看出利用该技术开展教学需要大量资金支持，包括设备的购买和维护、程序的编辑和更新以及虚拟仿真场景的开发等费用[24]，不论是初始的一次性投入还是后续长期维护更新都需要大量人力物力等资源，这是影响沉浸式VR 技术广泛应用的重要因素。目前有报告显示沉浸式VR技术使用者会出现头晕目眩等不适情况，说明系统姿态角度定位的精确度和速度还存在一定不足[14，17]。因此，关键技术的改进和突破以及5G 网络的发展对沉浸式VR 技术的应用既是机遇也是挑战。另外，沉浸式VR 技术应用于护理教育领域对教育者提出了更高要求[25]。教师不仅要与高级编程专家合作参与设备的研发及持续改进，以提供更符合培训要求和贴近临床需求的产品，还要在教学全过程中担任技术指导，负责专业培训讲解、虚拟环境角色创建和教学日程安排等工作。为此，教师要熟练掌握虚拟教学方法，能利用虚拟设备帮助学生并对学习重点进行个性化调整。在巴西圣保罗大学的基于沉浸式采血技能模拟培训研究的第一阶段，首先纳入了有临床实践经验的教职工来了解系统的使用体验和缺陷[13]。

4 结语

随着医学模式的转变、人类疾病谱的变化、卫生保健体制的改革、公众健康意识的增强以及全球人口老龄化进程的加快，护理工作范围和内容日趋拓展，工作内涵越发丰富，护士的角色和任务也随之发生了转变，这些都对护理教育和培养适应社会需求的护理人才提出了挑战。21 世纪的护理学必将与信息技术、社会科学和其他学科融合发展，将现代高科技手段与护理教育相结合，如将沉浸式VR 技术应用于护理技能培养和临床情景演练中，是护理教育模式创新和新型护理人才培养的有效策略[23]。目前而言，先进的硬件、软件和编程技能的迅速发展是开展沉浸式虚拟教育的基础，也让真实与虚拟交互成为可能。其不仅在护理常规技能训练及理论教学中有显著作用，还在帮助学生掌握高级技能或完成临床特殊情况下的各类培训方面有着巨大潜能[26]，同时也避免了临床见习和实习训练的各种伦理问题，对保护患者有着重要意义。护理教育研究者在未来还需进一步探索，包括在虚拟设备中增加人际交流训练、提高VR 技术的普及性和各级机构间的资源共享性，让沉浸式VR 技术成为护理教育的常规工具。